廢棄礦坑的生態(tài)修復(fù)與景觀改造

武亞南，周連兄，劉川川

(北京林豐源生態(tài)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100083)

廢棄礦坑的生態(tài)修復(fù)與景觀改造

武亞南，周連兄，劉川川

(北京林豐源生態(tài)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100083)

礦坑廢棄地；生態(tài)修復(fù)；景觀改造

礦坑廢棄地是一種生態(tài)嚴(yán)重退化的區(qū)域，接近裸地，其植被破壞嚴(yán)重、地形地貌擾動(dòng)大、水土流失嚴(yán)重、地質(zhì)災(zāi)害隱患多、水體污染嚴(yán)重、生物多樣性低。隨著社會(huì)的發(fā)展和可供借鑒的國內(nèi)外先進(jìn)案例越來越多，礦坑廢棄地的修復(fù)技術(shù)愈加全面與豐富，景觀改造、旅游開發(fā)已成為礦坑資源綜合利用的發(fā)展趨勢。以內(nèi)蒙古白云鄂博鐵礦東礦為例，詳細(xì)闡述了如何利用相應(yīng)技術(shù)做好生態(tài)修復(fù)工作。

礦坑廢棄地是一種生態(tài)嚴(yán)重退化的區(qū)域，土地資源破壞嚴(yán)重[1]。我國的露天采礦場平均每年剝離巖石2.2億～2.6億t，破壞土地面積占礦山破壞土地總面積的27%左右[2]。礦坑廢棄地的自然恢復(fù)往往需要花費(fèi)數(shù)十年甚至數(shù)百年的時(shí)間來完成，而通過人工方式進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)或進(jìn)行景觀改造，則可以快速地變廢為寶，恢復(fù)礦坑資源的利用價(jià)值，因此具有巨大的現(xiàn)實(shí)意義和研究價(jià)值[3]。

1 白云鄂博礦區(qū)概況

白云鄂博礦區(qū)處于陰山山脈大青山北部烏蘭察布盟草原地帶，海拔1 450～1 800 m，多為丘陵地形。具有典型的大陸性氣候特點(diǎn)，低溫少雨，干旱多風(fēng)，溫差變化大，年平均氣溫2.4℃，年平均降水量248.5 mm，年平均蒸發(fā)量2 100～2 700 mm，降水量遠(yuǎn)小于蒸發(fā)量。春季是大風(fēng)季節(jié)，年均7級以上大風(fēng)日數(shù)70 d，最多達(dá)110 d，最大風(fēng)速28 m/s(十級)，年平均風(fēng)速5.5 m/s，年主導(dǎo)風(fēng)向SW。年平均無霜期130～140 d、日照時(shí)數(shù)3 000～3 150 h[4]。有栗鈣土、棕鈣土、石質(zhì)土、堿土、草甸土、潮土、鹽土等7個(gè)土類，以栗鈣土、棕鈣土分布最廣。地表土壤主要為第四系的洪積層，由卵石、砂、砂質(zhì)黏土、黏土等組成，肥力較低，有機(jī)質(zhì)含量1.0%～1.8%[4]。植被以旱生類植物為主，主要有柄扁桃、小葉錦雞兒、冷蒿等，覆蓋度僅為20%左右。

白云鄂博礦區(qū)地處干旱大陸性氣候帶，地表水嚴(yán)重缺乏，境內(nèi)無常年地表水流，僅有季節(jié)性河流。近年來由于開采量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于補(bǔ)給量，導(dǎo)致地下水位不斷下降。地下水補(bǔ)給完全靠大氣降水，礦區(qū)的供水主要靠外引。

2 白云鄂博東礦現(xiàn)狀分析

東礦位于主礦體以東約200 m處，為一西窄東寬的復(fù)雜掃帚狀礦體，目前開采面積1 400 m×1 020 m，開采深度約364 m[2]。截至2015年東礦開采已接近尾聲，因此本方案針對閉礦后的東礦進(jìn)行相關(guān)修復(fù)設(shè)計(jì)。白云鄂博東礦礦坑現(xiàn)狀見圖1。

圖1 白云鄂博東礦礦坑現(xiàn)狀

長期開采、氣候條件惡劣，造成東礦采礦場土地?cái)_動(dòng)大，水土流失極為嚴(yán)重，場地內(nèi)沒有植物存活，自然地貌景觀破壞嚴(yán)重。采礦掘進(jìn)面高差大，邊坡陡立，埋下誘發(fā)山體崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害隱患。因此，對東礦采取的水土保持措施，既要在短期內(nèi)能有效防止水土流失，還要形成長期穩(wěn)定的水土流失防治體系。

東礦露天采坑主要包括開采邊坡、開采平臺、開采坑底幾個(gè)部分。開采邊坡巖面有大量裂隙，表層坑洼多、糙率大，且?guī)r石堅(jiān)硬；部分地段巖石表層風(fēng)化比較嚴(yán)重，有浮石，此類地段急需實(shí)施加固措施；部分坡面局部坡腳欠穩(wěn)定，穩(wěn)定處理后才能實(shí)施生態(tài)修復(fù)。開采平臺的巖體基本穩(wěn)定，面層平坦，生態(tài)修復(fù)工程實(shí)施的基礎(chǔ)條件較好。開采坑底目前還在利用，做好積水排放工程，解決植被生長所需要的土壤基質(zhì)條件，即可實(shí)施植被修復(fù)。

3 修復(fù)措施

3.1 開采邊坡的修復(fù)

根據(jù)開采形成的采坑側(cè)壁特點(diǎn)、坡度、坡面穩(wěn)定程度及坡面現(xiàn)有植被狀況，將開采邊坡分為垂直坡面區(qū)、嚴(yán)重風(fēng)化區(qū)、風(fēng)化物堆積區(qū)及幫坡平臺區(qū)。垂直坡面區(qū)包括開采坑內(nèi)近乎垂直的坡面和反坡部位，坡面風(fēng)化不嚴(yán)重，坡體相對較穩(wěn)定。嚴(yán)重風(fēng)化區(qū)坡度較陡，巖面風(fēng)化程度較重，坡體裂隙豐富，易發(fā)生崩塌、滑坡等導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的不良地質(zhì)現(xiàn)象。風(fēng)化物堆積區(qū)巖面表層風(fēng)化堆積物較多，遇到降水沖刷或大風(fēng)天氣，水蝕風(fēng)蝕嚴(yán)重。幫坡平臺區(qū)主要為幫坡平臺，部分區(qū)域有風(fēng)化物堆積。

實(shí)施生態(tài)修復(fù)前，先要做好以下幾點(diǎn)：第一，對風(fēng)化的表面碎石及場內(nèi)堆積的棄渣進(jìn)行機(jī)械清理并對坑底及破碎地形進(jìn)行整理，盡可能減少小范圍的地形起伏。第二，做好邊坡的穩(wěn)定，消除崩塌和落石隱患，這是生態(tài)恢復(fù)的基礎(chǔ)。穩(wěn)定邊坡以工程措施為主，對地質(zhì)條件易造成滑坡或小范圍巖層滑動(dòng)的巖體，須采用抗滑樁、擋石壩治理[5]；對深部開裂、體積較大的危巖，宜采用深孔預(yù)應(yīng)力錨索、長錨桿進(jìn)行加固；對邊坡巖石風(fēng)化嚴(yán)重，易造成小范圍塌方的宜用擋土墻支擋，高處可采用框格式拱墻護(hù)坡。第三，主要針對部分風(fēng)化物堆積區(qū)、垂直坡面區(qū)坡面采取柔性生態(tài)措施，由于礦坑大面積覆綠成本較大，成活率較低，且周期較長，因此只對礦坑進(jìn)行部分綠化，能保留的原始礦坑紋理與工業(yè)痕跡盡量保留。

礦坑坡面的坡度一般為60°～85°，另外還有反坡。針對60°～75°的邊坡采用蜂巢格室護(hù)坡技術(shù)、掛網(wǎng)客土噴播、厚層基材噴播技術(shù)+加筋土工網(wǎng)墊治理模式進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。針對75°～85°及反坡的高陡巖壁采用飄臺護(hù)坡技術(shù)及種植槽+SNS柔性防護(hù)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。礦坑內(nèi)多有角礫狀巖體，保水性極差，缺少土壤條件，且含有有毒物質(zhì)，因此覆土前，在坑底及周邊鋪設(shè)地膜，既能起到蓄水減滲的作用，又能阻擋有毒物質(zhì)通過毛細(xì)管作用向上遷移，還能加強(qiáng)對人工補(bǔ)水和天然降水的有效利用[6]。

(1)蜂巢格室護(hù)坡(見圖2)。蜂巢格室是采用高分子納米復(fù)合材料經(jīng)超聲波針式焊接而成的一種三維立體網(wǎng)狀格室結(jié)構(gòu)。蜂巢格室型號為CGGS-200-A，格室高20 cm，鋪設(shè)200 g/m2無紡布，級配碎石20 cm，素土夯實(shí)。格室內(nèi)種植抗旱、耐貧瘠的鄉(xiāng)土植物，如錦雞兒、檸條、胡枝子、二色補(bǔ)血草、冷蒿、紫花苜蓿、披堿草等。

圖2 蜂巢格室護(hù)坡

(2)掛網(wǎng)客土噴播、厚層基材噴播技術(shù)+加筋土工網(wǎng)墊。掛網(wǎng)客土噴播、厚層基材噴播技術(shù)是先將有機(jī)質(zhì)、保水劑、黏合劑、土壤改良劑、緩效肥、植物種子等材料配置成核心基質(zhì)材料，再與土壤進(jìn)行二次調(diào)配，通過高壓噴射系統(tǒng)噴射到修復(fù)區(qū)域，營造植物生長條件[5]。

(3)飄臺護(hù)坡(見圖3)。陡峭巖壁基本不具備植物生長基材附著或存蓄的條件，因此采用在巖壁上開鑿坑穴，或在巖壁上砌筑、澆筑小型圍擋結(jié)構(gòu)為生態(tài)修復(fù)創(chuàng)造條件。從坡腳開始每隔1.5 m設(shè)置一排飄臺，

圖3 飄臺護(hù)坡

主筋采用鋼熱軋帶肋鋼筋，電鉆打孔，外露70 cm，并用水泥砂漿進(jìn)行錨固，用混凝土現(xiàn)澆種植槽。從景觀效果考慮飄臺不用直線布局，在飄臺內(nèi)組合種植豆科與非豆科植物，如胡枝子、紫穗槐、爬山虎等進(jìn)行坡面生態(tài)修復(fù)。種植基質(zhì)組分包括壤土、有機(jī)質(zhì)、復(fù)合肥、保水劑、黏合劑、土壤調(diào)理劑、有機(jī)肥、生物肥等。飄臺護(hù)坡的施工工序?yàn)槠旅媲謇怼蝈^桿→鋪設(shè)鋼絲網(wǎng)→制模板→現(xiàn)澆槽板→配置營養(yǎng)土→植苗和種草→養(yǎng)護(hù)管理。

(4)種植槽+SNS柔性防護(hù)網(wǎng)技術(shù)。充分利用坡面微地形，在凹處砌筑種植槽，種植槽呈品字形布置，間距1.5 m。種植槽呈半圓形或長方形，石料采用大于MU15的片石，用水泥砂漿砌筑。槽內(nèi)填客土，深度不小于0.4 m，并配合一定的保水劑、有機(jī)肥等。同時(shí)，可采用SNS掛網(wǎng)防護(hù)技術(shù)，防止落石危害[5]。

3.2 開采平臺的修復(fù)

開采平臺承擔(dān)道路運(yùn)輸?shù)墓δ埽鎸悠教梗访婊鶎佑凶銐虻膭傂猿休d能力，生態(tài)修復(fù)工程實(shí)施的基礎(chǔ)條件較好。在道路兩側(cè)須修筑擋墻，為了適應(yīng)雨季運(yùn)輸，在道路內(nèi)側(cè)均應(yīng)設(shè)置排水溝，排水溝末端接沉沙池。道路內(nèi)側(cè)要和外側(cè)等高或略高于外側(cè)。用反鏟修筑擋墻，擋墻高度1.5 m，每隔一段距離在擋墻外側(cè)挖開一個(gè)1.0～1.5 m寬的放水口。在道路外側(cè)安裝防護(hù)欄桿，道路兩側(cè)覆土厚度應(yīng)在0.5 m以上，栽植檉柳、丁香、沙地柏、連翹等，或在道路兩側(cè)放置裝有營養(yǎng)土、保水劑和草種的植物袋。

3.3 開采坑底的修復(fù)

4 礦坑景觀改造設(shè)計(jì)

礦坑廢棄地的景觀重塑與生態(tài)恢復(fù)一般有生態(tài)復(fù)綠模式、景觀再造模式、其他利用模式三種，其中景觀再造模式是礦坑改造中最常用的。此模式是在原有景觀的基礎(chǔ)上挖掘新的旅游資源，進(jìn)行合理的景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)，使自然資源與歷史文化資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)濟(jì)優(yōu)勢，在創(chuàng)造生態(tài)效益的同時(shí)收獲經(jīng)濟(jì)效益。景觀再造模式主要有礦業(yè)遺跡模式、公共景觀模式[7]。

露天礦坑是獨(dú)特的地質(zhì)場地，其自身粗糙的紋理有著獨(dú)特的內(nèi)在魅力，給人以強(qiáng)烈震撼。露天礦坑是工業(yè)文明的價(jià)值見證，是重要的歷史文化景觀，景觀設(shè)計(jì)中不應(yīng)掩蓋和消滅這一人工痕跡，而應(yīng)予以充分尊重[8]。白云鄂博具有獨(dú)特的荒漠景觀，開挖形成的巨大礦坑帶有獨(dú)特、新奇及刺激的視覺效果；礦區(qū)獨(dú)特的自然氣候、水文地質(zhì)條件及社會(huì)經(jīng)濟(jì)體系決定了廢棄礦坑不適宜復(fù)墾造田；加之礦業(yè)開挖的歷史意義及人文價(jià)值決定了白云鄂博東礦適宜建設(shè)以工業(yè)觀光旅游及紀(jì)念和科普為主要內(nèi)容的場地。

在生態(tài)修復(fù)的基礎(chǔ)上，改善礦坑的景觀布局，凸顯出工業(yè)遺址的價(jià)值，打造以工業(yè)為主題的觀光旅游項(xiàng)目。在設(shè)計(jì)中保持其開采的基本面貌，以滿足游客對工業(yè)區(qū)的探究。結(jié)合礦坑設(shè)置高空滑索、攀巖、低空飛行體驗(yàn)、玻璃棧道、坑底探險(xiǎn)等探險(xiǎn)游樂項(xiàng)目，將東礦廢棄地逐步打造成完整且獨(dú)立的綜合體驗(yàn)項(xiàng)目區(qū)(詳見圖4)。

圖4 礦坑開發(fā)設(shè)計(jì)平面圖

游客接待中心作為礦坑景觀改造的主要節(jié)點(diǎn)區(qū)域，整合了多種體驗(yàn)項(xiàng)目與基礎(chǔ)設(shè)施的布置，與出挑觀禮臺、高空索道等體驗(yàn)項(xiàng)目一體化，同時(shí)建設(shè)了停車場、游客中心、觀光車集散中心等基礎(chǔ)設(shè)施。另外，結(jié)合現(xiàn)狀地形設(shè)置了高差景觀臺地，豐富了區(qū)域內(nèi)的游覽體驗(yàn)。

通過滑索裝置，實(shí)現(xiàn)礦坑?xùn)|西的連接，西側(cè)場地內(nèi)除了滑索裝置外，還設(shè)有主題餐廳、停車場等基礎(chǔ)配套設(shè)施。同時(shí)，在礦坑的東北部還設(shè)置了步道，連接滑索俱樂部與迎賓接待區(qū)。

礦山博物館位于東礦坑?xùn)|北部，并配套設(shè)置了停車場與休憩集散廣場。水上觀景中心設(shè)置了觀景平臺、水上棧道等。

5 結(jié) 語

礦坑廢棄地的生態(tài)修復(fù)以礦坑健康的生態(tài)系統(tǒng)、安全的生態(tài)環(huán)境為基礎(chǔ)，以資源的綜合利用、合適的景觀環(huán)境營造為目標(biāo)。針對不同的立地條件，采取不同的修復(fù)方式，做好坡體的穩(wěn)定工作，對坡面防護(hù)與修復(fù)要工程措施和生態(tài)措施并用，同時(shí)在道路內(nèi)側(cè)修建排水溝，在末端修建沉沙池。礦坑涌水可通過處理達(dá)到景觀用水標(biāo)準(zhǔn)，生態(tài)修復(fù)應(yīng)選用耐旱、耐貧瘠的鄉(xiāng)土植物，并采用相應(yīng)的抗旱技術(shù)措施，做好植被后期養(yǎng)護(hù)及管理工作。

[1] 趙方瑩.鐵礦廢棄地植被恢復(fù)技術(shù)與效應(yīng)研究[M].北京：中國林業(yè)出版社，2009:1-4.

[2] 陳耕.白云鄂博主、東礦回顧性環(huán)境影響評價(jià)[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古大學(xué)，2012:1-8.

[3] 劉海龍.采礦廢棄地的生態(tài)恢復(fù)與可持續(xù)景觀設(shè)計(jì)[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2004，24(2):323-329.

[4] 柳建勇，張立志，趙永崗.白云鄂博鐵礦排土場復(fù)墾研究[J].金屬礦山，2008(增刊1)：385-389.

[5] 趙方瑩，趙廷寧.邊坡綠化與生態(tài)防護(hù)技術(shù)[M].北京：中國林業(yè)出版社，2009:54-61.

[6] 趙方瑩，孫保平.礦山生態(tài)植被恢復(fù)技術(shù)[M].北京：中國林業(yè)出版社，2009:93-102.

[7] 袁哲路.礦山廢棄地的景觀重塑與生態(tài)恢復(fù)[D].南京：南京林業(yè)大學(xué)，2013:20-25.

[8] 李瑩.礦業(yè)廢棄地景觀修復(fù)與營造研究[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué),2011:12-20.

(責(zé)任編輯 孫占鋒)

S157.2

C

1000-0941(2017)06-0026-04

武亞南(1987—)，女，河南偃師市人，助理工程師，學(xué)士，主要從事生態(tài)修復(fù)與園林景觀規(guī)劃工作。

2017-03-05