研究，部分进行了专题介绍沿海地区可持续发展的系统方法

保加利亚黑海海岸瓦尔纳湾旅游业的环境和管理限制

• 摘要
• 简介
  • 瓦尔纳海岸带
  • 治理
  • 模拟目标
• 方法
  • 利益相关者的参与
  • 生态组件
  • 生态组件
• 结果
• 讨论
• 结论
• 对本文的回应
• 致谢
• 文献引用

介绍

瓦尔纳海岸带

瓦尔纳市是保加利亚第二大经济中心，也是发展最快的城市之一。从1934年到2001年，它的官方人口增长了四倍，达到32万，现在瓦尔纳有90万居民，包括非官方居民。来自人类活动的许多相互作用的压力因素影响着瓦尔纳湾海岸(图1)，例如工业、旅游业、城市化和全球气候变化。beplay竞技在20世纪90年代修建了两条航运通道和瓦尔纳-西港口及其化学工业设施之后，湖-湾系统发生了强烈的变化，水文状况、生态系统特征和水质都发生了改变(Veselinov和Gergov 1980年，Rozhdestvenskiy 1992年，Shtereva等人1999年，Moncheva等人2001年)。工业营养负荷导致海湾富营养化、浮游植物大量繁殖和缺氧，导致该地区生态状态严重恶化，特别是在20世纪80年代(Velikova et al. 1999, Moncheva et al. 2002, 2003, Trayanova et al. 2002)。

自1975年以来，维护不善的污水处理厂(WWTPs)的数量和类型都没有改变。度假区新建的大部分旅游设施(图1中的A、B、C、D)缺乏与下水道系统的连接(Milkova et al. 2007)，增加了营养物和悬浮物向沿海水域的输入(Moncheva et al. 2008)。beplay竞技气候变化可能进一步加重生态系统和资源管理的压力，因为过去10年的气象记录显示，保加利亚黑海沿岸的夏季气温以及降雨和风暴事件的频率和强度大幅增加(NIMH-Varna 2010)。

从20世纪50年代初开始在瓦尔纳湾海岸建立的旅游胜地在20世纪90年代中期后得到了极大的扩展，旅游业成为该地区收入、财富和就业的主要来源之一，同时也对生态系统施加了额外的压力。瓦尔纳的海滨旅游可以追溯到19世纪早期。在20世纪70年代早期，保加利亚黑海旅游业在全球占有1%的市场份额，吸引了大部分来自社会主义国家的游客。20世纪90年代早期政治转型的艰难将环境问题推到了政治议程的次要位置(Klarer and Moldan 1997)， 1999年旅游市场份额下降到0.4% (Bachvarov 1999)。上世纪90年代中期，前国有资产的私有化导致了度假村开发的复兴，如今，旅游业是当地经济增长最快的部门之一，占当地国内生产总值(GDP)的61%，其中包括贸易服务(瓦尔纳市政府，2008年b)。瓦尔纳沿海地区是2008年欧洲最受欢迎的旅游目的地之一(EUROSTAT 2008)。这种旅游主要是基于提供相对较低的价格和有吸引力的赌博和赌场访问的全包方案(Witt 1994, Gillmor 1996, Madanoglu 2003, Bramwell 2004, WTTC 2010)。从2000年到2004年，酒店数量几乎翻了一番，从130家增加到282家。仅金沙度假村就拥有70多家酒店，吸引了5亿欧元的投资。基础设施的发展满足了游客对休闲娱乐设施(游艇码头、酒吧、餐馆、赌场等)的需求，但未能保护水质(Meinier 2002)。

治理

由于前共产主义政权遗留下来的经济、政治和制度限制，保加利亚在实施综合水资源管理方面的进展相当有限。由于不同利益攸关方和决策者之间以及在部级基础设施内缺乏合作，妨碍了适当管理的实施。在国家一级，发展和内务部负责下水道系统和污水处理系统的管理;环境与水利部(MOEW)负责环境问题，并管理黑海盆地理事会(BSBD);卫生部负责微生物污染问题。根据《旅游法》，经济部执行旅游领域的国家政策。海滩每年续签特许经营合同，而酒店和餐馆则是私人财产。保加利亚最近成为欧盟成员国，需要实施欧盟的水政策。已批准的污水处理厂重建和升级运营计划(2007 - 2013年)获得了财政保障;然而，尽管黑海沿岸地区被指定为敏感地区(970/2003条例)，并不是所有的污水处理厂都计划升级为去除营养物质。

模拟目标

影响生态系统服务的决策需要在社会价值和环境结果之间进行权衡。我们面临的挑战是找到既能实现社会目标又能实现环境目标的解决方案(Young et al. 2006, Tallis et al. 2008)，方法是将认识到科学的新社会契约的多种知识来源汇集起来(Lubchenco 1998)。

本研究采用了欧盟综合项目“海岸系统评估的科学政策接口”(SPICOSA;参见Hopkins et al. 2011)，为解决“如何在瓦尔纳湾保持良好的洗浴水质”的政策问题制定管理方案，解决瓦尔纳湾旅游与生态系统健康之间的冲突。在与利益相关者协商后(见下文)，我们选择研究瓦尔纳湾生态系统的以下情景:

场景我:在度假村污水处理厂引入75%的氮去除，符合欧盟指令98/15/EO。
场景二:升级上述污水处理厂，并改善本地污水系统，以妥善收集和处理雨水，减少直接暴雨和总悬浮固体的输入量达80%。

我们模拟分析的目的是提供关于这两种情景作为政策选择的潜在后果的信息。环境成分模拟了瓦尔纳湾沐浴水的质量作为营养物质负荷和TSS的函数。塞奇深度成为解决由水清晰度变化引起的社会生态反应的情景模拟的链接。

方法

利益相关者的参与

所研究的政策问题选择了强烈的利益相关者参与。最初，我们邀请了一个由政策决策者和管理当局组成的核心小组来推荐最相关的利益相关者(表1)。BSBD自愿将其定期理事会会议作为我们第一次会议的场所，并促进了选择主要政策问题的迭代过程。在设计步骤的初始最终用户映射之后，我们与利益相关者小组进行了第一次会议，以介绍和讨论SAF政策问题的选择。在我们的第二次利益相关者会议上，我们提出了我们的概念模型，这促进了对黑海沿海生态系统污水处理厂价值的建设性讨论，以及2010-2015年BSBD管理计划中对城市下水道系统(SS)的忽视。在随后的2009年的两个涉众论坛上，我们介绍了模型的功能组件(耦合到单个模型中)和场景。在2010年的最后一次会议上，我们讨论了模型的输出及其效用，以提出克服旅游与水质冲突的有效解决方案。一些利益相关者担心，未经处理的废水偶尔会导致水中细菌水平超过既定的安全水平，导致海滩临时关闭。我们解释说，模型中尚未考虑细菌污染，因为黑海肠道细菌的存活率较低(Yukselen et al. 2003)，浓度为大肠杆菌只有极少数报告超过最大允许限度(BSBD报告)。

生态组件

我们的仿真模型使用ExtendSim™软件。生态成分模拟是根据每日气象资料(http://www.tutiempo.net/en/Climate/Varna/155520.htm)，在海湾的两个采样站每月两次抽样的化学和生物参数(Alexandrova et al. 2007, Doncheva et al. 2003;Moncheva,未发表的数据)，以及本地数据(污水排放及处理能力、人均淡水使用量)。度假村中污水处理厂的估计贡献大致是根据每天的游客数量计算出来的，每位游客的平均用水量(450升/天)，固定值为10.9亿吨n /m³^－1人均(瓦尔纳市政2008a, Milkova等，2007)。2001年的海洋数据最为完整，用于模式校准。然后对2002-2006年期间进行如下所述的后推，在社会-生态系统评估中，输出结果用于估计旅游业的未来收入。

瓦尔纳湾系统的概念模型如图2所示。Extend模型的组织遵循因果链，通过识别表示建模系统中更大的离散函数的交互集群。海湾的主要陆基流入或输入来自瓦尔纳湖流出、黑海沿岸洋流、当地污水处理厂和联合污水溢流(CSO)。CSO向系统排放的水、TSS和N是根据降雨量和流域面积使用屈服因子计算的。这些输入直接影响瓦尔纳湾的水交换、塞奇深度和氮含量。Secchi深度是浮游植物生物量和TSS的函数，它是系统的生态和社会经济组成部分之间的联系变量(透明度指标)(图2)。

模型的制定是基于氮输入与浮游植物生长之间的关键关系。这需要制定一个大致的N预算，其来源因其各种外部交流而变得复杂，这些外部交流受到天气的强烈控制。黑海沿岸洋流将N和TSS从下水道和污水处理厂排放到瓦尔纳湾;我们通过假设平均通量被当地风速和风向的变化(Hopkins 1974, 2002)以及N和TSS的上游排放显著修改而近似地计算了N通量。另一个主要输入是瓦尔纳湖流出量，由瓦尔纳湖与瓦尔纳湾交换的独立子模型计算，并使用航道观测数据校准(Alexandrova et al. 2007)。大气沉积和陆地径流模拟基于文献中的降水数据、流域面积和产量因子。由于当地的下水道系统容量有限，我们假设主要的TSS输入来自暴雨造成的土地径流(瓦尔纳市政府，2008a)。风向和风速对瓦尔纳湾内黑海海岸流和瓦尔纳湖流出流的分布均有影响，东南风有利于抑制瓦尔纳湾水流进入，不利于海岸流进入，东北风则有利于海岸流进入和瓦尔纳湾水流流出。降雨增加了来自CSO的淡水、氮和TSS的输入，从而降低了海滩水质。

我们使用Secchi深度(Preisendorfer 1986)作为衡量水的清晰度和洗浴水质的代理。模型的主要假设是，Secchi深度(单位:m)是TSS (HÅkanson 2006)和浮游植物生物量的函数，后者受氮排放、有效光照、循环和浮游动物放牧的控制。对瓦尔纳湾两个采样站的数据进行多元回归分析，得到了一个紧密拟合的方程(附录1)。

在Secchi深度与TSS浓度和浮游植物生物量的多元回归分析中，预测变量(TSS浓度和浮游植物生物量)相互独立。相关性是显著的，尽管R不是很高(0.78)，这很可能是由于所使用的数据的粗糙。对于社会经济分析，假定塞奇深度的临界阈值<3米，这代表了游客对水清晰度的“关注”(Taylor and Longo 2010)。模型结果与现场测量结果进行了验证(Alexandrova et al. 2007, Doncheva et al. 2003)。

生态组件

社会经济部分计算旅游业的直接欧元收入及其相关的劳动力需求(就业人数)，以代表对社区福利的影响(Ivanov和Webster 2007)。与社会经济反应的因果关系是游客对水质的感知(临界阈值)和游客的旅游动机(首选活动)。该模型的生态和社会经济组成部分之间的联系是水透明度对度假村吸引力的影响程度。通过使用发给1000名随机选择的人的问卷调查结果(Taylor and Longo 2010)和瓦尔纳市的报告(游客数量、停留时间、净收入/游客)来量化这一结果，以支持对结果的模拟和解释。

该模型使用产能利用率和区域经济增长之间的相关性来模拟2001-2015年期间的旅游趋势(Proenca和Soukiazis 2005)。在社会经济模拟中使用的变量是游客访问次数、塞奇深度、临界水清晰度阈值、旅游业利润、旅游业就业和游客的动机特征。旅游部门的年度净利润是根据每位游客的净收入值(瓦尔纳市，2008年b)和参观人数计算的。瓦尔纳地区2000年至2006年期间在酒店和露营地度过的夜晚的年增长率在1%-2.5%之间，例如，平均每年0.2%(欧盟统计局2008年)。为了反映模型中的累积趋势，将其调整为1.16%。

通过考虑度假村营养物排放(对营养物浓度、浮游植物生物量和Secchi深度)的影响、气象风暴事件(对CSO排放和Secchi深度)的影响及其累积效应，模拟了瓦尔纳湾洗浴水质(Secchi深度)的长期情景。我们使用2001 - 2006年期间的数据运行了该模型，其中2001年的数据被用作初始输入变量，并假设80%的土地径流直接释放到系统中，绕过了wwtp。模型模拟提前15年运行，以符合欧洲水框架指令(WFD指令2000/60/EC 15:“到2015年，所有欧洲水体应达到良好的生态状态”)的时间表。

结果

我们使用不同营养物质外部负荷的年度模型模拟，以及海湾中氮浓度的模拟值(2001年为测试年)，比较黑海沿岸海流和瓦尔纳湖输入对瓦尔纳湾总氮水平的贡献(g/m³)(图3B)。度假村前的模拟氮浓度(此处未显示)与实地测量值(0.1-0.4 g N/m³)一致。如图3A所示，黑海沿岸流输入的N在夏季相当可观(红线)，主要来自上游沿海度假区，而瓦尔纳湖输入的N在春季和秋季达到峰值(绿线)。瓦尔纳湾模拟的N浓度(蓝线)与现场测量的总N (g/m³)(蓝色符号)相当吻合(图3B)。

当模型运行5年(至2006年)而污水处理没有改善时，很明显，尽管模型结果落在测量值的范围内，但不能再现所有细节(图4)。有时，模型输出和测量值相差很大，这可能是由于模型设计的限制，也可能是由于仅在观测数据中明显存在的特殊事件。缺乏对模型进行适当校准的数据显然带来了一些不确定性。

情景I的模型模拟(图5A)表明，作为一种管理方案，度假村污水处理厂去除75%的氮将显著降低夏季氮峰值，并使系统由瓦尔纳湖的流入控制。在6月至10月期间，脱氮可使塞奇深度提高约0.7 m，在旅游旺季7月可提高1 m(图5A -蓝线)。然而，6月份仍有10-15天水透明度低于3米阈值(图5a)。

CSO事件对Secchi深度的影响由图5B进一步解释，其中CSO为地表径流与污水处理厂过载流量之和(m³/d)。绿柱表示污水处理厂收集和处理的暴雨水量与目前总容量17万立方米(m³/d)的比例，红柱表示直接排放到沿海水域的CSO水量(m³/d)。由于目前污水处理厂处理的暴雨水量较低(80%的CSO水直接释放)，该模型表明，增加下水道系统的排水能力非常重要，并且方案I不足以将水透明度保持在3米的塞奇深度“游泳阈值”以上(图5A)。

情景II的模型输出表明，来自非点源的TSS是导致剩余的水透明度降低事件的原因。CSO排放的模拟清楚地显示了下水道系统选择和污水处理系统改善之间的关系，两者是互补的。在该模型中，如果下水道系统收集了80%的雨水，并且污水处理厂的氮去除率提高到75%，则可以实现3米阈值以上的理想净化水水平(图5)。

在2001-2015年期间的长期模型模拟中，进行了与生态部分(污水处理厂和下水道系统改进)直接相关的若干社会经济模拟。这些模拟是基于现有的关于游客偏好和访问目的地动机的报告。根据国家旅游局(STA 2007)的数据，72%的游客是来娱乐和海滩活动的，剩下的28%是被其他活动(赌博、水疗等)吸引的。Taylor和Longo(2010)指出，近三分之二对海滩活动感兴趣的人关心水质，并要求水的透明度高于“游泳”的临界阈值。因此，我们将游客细分为以下类别(图6中用颜色标注的条形图):1(蓝色)-对海滩活动不感兴趣的游客(占游客总数的28%);2(红色)——对海滩活动感兴趣并关心水质的游客(占游客总数72%中的三分之二);3(黄色)——对海滩活动感兴趣但不关心水质的游客(占游客总数的72%中的三分之一)。2001-2006年期间，该模型再现了官方报告的游客总数(瓦尔纳市，2008b)，而计算2007-2015年期间的预测。基于游客重游目的地的动机(STA 2007)，我们假设，在2001-2006年期间，所有类别的份额与游客总数成比例地增加，而在2006年之后，不比例是由于第2类(第1类和第3类将保持2006年的总数)。如果保持现状，2006年之后每年的游客总数将逐渐下降到几乎与2003年报告的数值相同。 Figure 6 shows the progressive loss of attractiveness of resorts when Secchi depth remains below the 3-m threshold.

模拟的就业下降(图6的绿条)紧随游客访问量的下降，这表明由于度假村吸引力下降而导致的社区福利损失可能对旅游业产生深远的影响。对旅游业收入前景的估计显示了多米诺骨牌效应，表明10年内总损失为12.3亿欧元(数据未显示)，这大大超过了污水处理厂和下水道系统改善所需的2亿欧元投资。

讨论

本研究采用的SAF有助于强调跨学科分析的价值，它包含了生态、经济和社会三者之间的相互作用。尽管旅游业对瓦尔纳地区的重要性得到了所有利益相关者的认可，但场景讨论的过程生动地说明了生态系统健康与旅游发展之间的直接联系——为什么自然资源不应该仅仅作为生产投入来管理，而更应该作为综合过程的生态系统来管理(Mitchell 2004年，Mitchell and Shrubsole 1994年，Sharpley 2000年)。

结果表明，瓦尔纳地区的水质(如塞奇深度)由于目前污水处理厂和下水道系统的容量不足而降低。虽然以前认为瓦尔纳湖的养分负荷是主要的生态系统压力，但模型显示，度假村贡献在夏季达到峰值(WWTPs)，而瓦尔纳湖的投入主要在春季和秋季(图3A)。根据瓦尔纳湾监测站的物理化学分析，Simeonova等人(2010)报告称，在2007年8月至10月期间，许多洗浴水的测量超过了NH的水质限值₄ ⁺和阿宝₄ ³⁻．显然，来自瓦尔纳湾上游度假村的海岸流养分输入，主导了N浓度在其旺季最大值附近(图3B)，导致Secchi深度长期低于临界阈值(图5)。

模型输出强调了原先被忽略的TSS载荷对Secchi深度的作用(图5)。下水道系统和污水处理厂的能力不足以处理突然增加的雨水溢出(Irish等，1995年)。考虑到近年来报告的暴雨频率和持续时间的增加(NIMH-Varna 2010)，模式结果表明TSS的贡献对水的清晰度很重要。对CSO排放的模拟表明了下水道系统的选择与污水处理厂的运行能力之间的关系，即雨水管理和下水道系统的改进对瓦尔纳湾的水质管理至关重要。模型结果表明，如果采取措施将陆基直接径流溢流减少80%，则TSS浓度显著降低，水透明度进一步提高0.4 m(图5)。

长期模型模拟表明，适当的处理(污水处理厂去除75%的氮)，与北海国家的目标值相当(Crouzet et al. 1999)，应该会改善瓦尔纳湾的水质。这凸显了改善和妥善保养污水系统和污水处理厂的重要性。因此，基于控制城市流量数量和质量的基本过程(场景I和II)的设计和规划程序可以为规划者和决策者面临的问题提供有效的解决方案(Wanielista和Yousef 1993, Mitsch和Jorgensen 2004)。正如瓦尔纳湾模式所表明的那样，这些措施应与污水处理厂的改善相辅相成，以便到2015年达到“良好的生态状态”(水框架指令(WFD) 2000)。

正如模型本身的环境和社会经济组成部分的功能因果链所表明的那样，持续的不作为可能在不久的将来给当地经济造成巨大损失。根据模型模拟，水质下降将影响旅游业的年收入，给当地经济造成巨大损失，因为度假村不仅提供了旅游业约10%的直接就业机会，而且还是其他临时从事季节性工作的人的收入来源。根据世界旅游和旅行理事会(WWTC 2010)的预测，到2011年，旅游业将占全球GDP的11%，并在全球创造2.6亿个就业岗位。对保加利亚来说，预测旅游业将创造9.7%的国内生产总值和22万个就业岗位，占总就业岗位的7.6%，即每13个就业岗位中就有1个。这需要在未来十年创造18.2万个就业岗位。与这些预测相反，模式结果表明，即使在长期经济稳定的情况下，除非采取适当行动防止环境进一步恶化，否则也可能造成就业减少和重大经济损失。

据报道，最近游客对黑海度假胜地的兴趣有所下降，此外，游客的偏好转向了低成本、短期的“全包”旅游选择。尽管保加利亚旅游业潜力巨大，但其特点仍然是季节性、不平衡和缺乏目的性(Bachvarov 1997)。廉价的夏季打包旅游仍然盛行，表明旅游产品单一。目前尚不清楚消费者信心的犹豫不决和下降会持续多久。即使“休闲旅游”可以被“赌博旅游”所取代(STA 2007)，这也不会减轻水质的压力，例如，游客可能不去海滩，但他们仍然会间接地“促成”环境恶化。如果度假胜地对海水相关休闲活动的吸引力丧失，当地经济可能会受到严重影响(Manning and Prieur 1998)。

不幸的是，瓦尔纳湾的生态历史体现了“环境和旅游业管理的病态”。专家们将保加利亚的情况与20世纪60年代的西班牙海岸进行了比较。45年后，西班牙旅游市场，虽然从根本上改变了，仍在重塑自己的过程中(Beluhov 2006)。不断增长的旅游业对环境的影响往往会限制其自身的发展。Taylor和Longo(2010)讨论了瓦尔纳湾海洋环境质量对娱乐用户影响的阈值效应，并表明水质会影响游客的态度和动机。由于日光浴和游泳是首选的旅游活动，约70%的受访者认为良好的水质和干净的海滩是必不可少的，他们表示如果能见度在3米以上，约80%的人会洗澡。因此，水的清澈被认为是影响旅游和度假胜地吸引力的主要因素，必须加以保护，以保持瓦尔纳湾地区的可持续效益。

尽管一些经济和政治障碍，一些过去的遗留问题，仍然妨碍保加利亚为确保可持续发展分配必要的资源，但主要问题是立法的执行，而不是立法本身。保加利亚应该抓住加入欧盟的机会，在调整其政治和经济体系时建立新的环境管理模式(Holden 2008)。

结论

这项研究证明了系统方法框架在理解和解释旅游-环境界面复杂性方面的价值，以及将这些知识转化为科学可信的可持续旅游管理建议的重要性。

模型模拟清楚地表明，改善下水道系统和污水处理厂的能力将是互补的。通过改善和扩建下水道系统(可减少80%的直接径流，建设/升级污水处理厂可实现75%的氮去除)进行雨水管理可能是瓦尔纳湾水质管理成功的关键。为了做到这一点，必须克服体制上的限制，这是改善资源管理的主要障碍。

我们已经使用建模作为工具来跟踪大量异构数据和假设之间的交互。我们发现，这种方法提供了一种综合数据和理论的手段，可以更好地理解和规划瓦尔纳地区的旅游业，这对科学家和利益相关者都很有价值。模拟模型允许在新数据可用时添加新数据，并允许在新问题出现并需要评估时包含其他功能组件。当然，利益相关者和政策制定者以科学为基础的合作形式参与，证明了系统方法框架作为成功管理瓦尔纳地区旅游业的有效工具的价值。

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