廢棄礦坑的景觀生態設計與可持續利用
——以?？谑械V坑群改造為例

肖曉楠，韓西麗, ，曾輝，丁愷昕，施曉東

1. 北京大學深圳研究生院城市規劃與設計學院，廣東 深圳 518055；2. 北京大學建筑與景觀設計學院，北京 100871

隨著新常態下產業轉型升級和礦產資源枯竭，中國各地出現了大量礦山廢棄地，根據 2014年的遙感調查與監測查明，全國礦山開發占地220.42萬hm2，約占全國陸域面積的 0.22%，其中廢棄的礦山開發占地約為98.25萬hm2（楊金中等，2017）。廢棄礦坑占用了大量的土地資源，帶來生態環境和安全問題，導致當地的環境生態結構與功能退化嚴重（李永庚等，2004；Antwi et al.，2008；Cherry et al.，2001），制約著區域經濟、社會、生態的可持續發展，已經受到世界相關國家的高度重視（Li，2006；Bradshaw，1997；王莉等，2013；武強等，2017）。2016年，國家出臺的《國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》要求大力推進綠色礦山和綠色礦業發展示范區建設，開展典型受損生態系統恢復和修復示范。2017年，住建部印發的《關于加強生態修復城市修補工作的指導意見》要求，到2020年，“城市雙修”工作初見成效，修復利用廢棄地，消除場地安全隱患，重建自然生態。因此，對廢棄礦坑進行生態設計和可持續利用，對于維護區域生態安全、探索經濟與環境協調發展新模式、大力推進生態文明建設具有重要意義（劉海龍，2004）。發達國家較早關注廢棄礦坑的景觀生態設計和可持續利用（Milgrom，2008；張成梁等，2011），已有較多典型修復案例，例如德國北戈爾帕“鐵城”博物館（丁一巨等，2003），英國康沃爾郡的伊甸園計劃（李耀林，2003），美國文頓達爾公園（楊震宇等，2018）等，依據場地的自然環境、文化歷史和社會經濟條件將廢棄礦坑開發為露天博物館、植物園、城市公園等可持續和多功能空間。中國的礦坑修復工作起步較晚，相關理論基礎和體制機制建設落后，優秀典型案例較少，仍需進一步的探索和研究。

本研究根據?？谑心喜繀^域13個重點廢棄礦坑的場地特色和生態環境問題，按照自然恢復和人工修復相結合的原則，通過適宜的生態設計和合理的可持續利用途徑，以恢復場地生態系統功能和土地使用功能目的，最終為區域帶來生態、經濟和社會效益，為其他城市的廢棄礦坑改造提供典型示范。

1 項目概況

1.1 基本屬性

?？谑形挥诤Ｄ蠉u北部，地處低緯度熱帶北緣，屬于熱帶海洋氣候。規劃范圍為海口市南部區域13個重點廢棄礦坑，包括秀英區6個，瓊山區3個，美蘭區4個，根據地理位置和場地特點劃分為兩個核心礦坑組團和4處獨立礦坑（圖1）。礦坑均為露天開采玄武巖，無放射性污染，裸露面積較多，礦坑周圍以非法的養殖場地、林地和農田為主。區域經濟發展相對緩慢，人口相對較少且分散，南渡江從中間穿過，地表主要為第四紀基性火山巖，地貌主要為臺地區，生態資源豐富。13個礦坑中秀英5、6號礦坑全部位于海南省生態保護紅線II類區范圍內，秀英2號礦坑部分位于II類區范圍內，其他礦坑均不在生態紅線范圍內。礦坑基本屬性如表1所示，秀英4號礦坑面積最大，瓊山2號礦坑面積最小，有7個礦坑仍存在違法開采礦石的行為，導致裸露地塊的范圍不斷擴大，對區域的空氣環境質量、全市生態資源狀況產生嚴重影響。秀英組團距離市區較近，瓊山 2、3號礦坑離市區較遠。礦坑高差最大可達42 m，最小為17 m，多數在20～30 m之間?？觾绕露然旧闲∮?15°，坑壁坡度均在35°以上。13個礦坑中9個礦坑都有一定面積的積水，積水水深在10 m以內，積水面積在0.4～4 hm2之間，其他4個礦坑現狀無水系，但雨后均會產生積水。

圖1 ?？谑?3處廢棄礦坑區位分布圖Fig. 1 Distribution of 13 abandoned mine pits in Haikou

表1 海口市南部礦坑群礦坑基本屬性Table 1 Attribute of the south mines group in Haikou

1.2 存在問題

隨著社會經濟的發展，?？谑械V產資源的開采和對環境的破壞導致?？谑匈Y源環境問題日益突出，具體表現在，（1）資源開發管控不嚴，資源利用程度較低；部分區域存在無證開采、超采現象，礦產開發缺乏統一規劃引導，未進行集約化管理，導致一礦多開、大礦小開等不合理采礦行為。（2）生態破壞較為嚴重，生態系統功能受損；引起植被破壞、生態功能降低、生物多樣性下降和水土流失等問題。（3）礦坑污染問題突出，區域環境質量下降；礦石開采、破碎、鏟裝、運輸等過程以及暴露的土壤均會帶來揚塵污染，礦坑開采過程中所產生的生產和生活廢水、周邊農田面源污染，以及周圍養殖戶排入礦坑的養殖污水、畜禽糞便等，不同程度上造成水體的污染。（4）恢復治理措施不足，地質安全風險隱現；區域內存在的廢棄礦山多數未采取相應的地質治理和生態恢復措施，易發生崩塌、危巖、滑坡等地質災害，可能會危及周圍區域群眾的安全（圖2）。

1.3 規劃思路

根據?？谑?13個廢棄礦坑現狀及主要面臨的問題，以及所在區域地理位置、生態系統特點，將13個廢棄礦坑分為自然恢復、自然恢復與人工修復、生態修復與適度開發三大類，詳見表2所示。秀英3號礦坑和秀英6號礦坑有部分區域已通過自然恢復為灌草，植被條件較好，不需要再對其進行人工復綠，主要依靠自然演替過程實現植被恢復，劃分為自然恢復類型；秀英5號礦坑、瓊山1號礦坑、瓊山2號礦坑和瓊山3號礦坑大多存在裸露邊坡，需要根據不同邊坡類型分別采取相應的邊坡復綠措施，因此劃分為自然恢復與人工修復類型；秀英區1、2、4號礦坑和美蘭區1-4號坑地理位置優越，靠近市區，交通便利，崖壁景觀特色鮮明，周邊有較多的非法養殖用地，劃分為生態修復與適度開發類型，并開發為兩個礦坑群組團（圖3，圖4）。在不占用原有農田、林地的原則下，只對非法養殖場地和廢棄礦坑進行適度開發，可以恢復大量廢棄土地的實用功能，提升土地價值，爭取更大的社會經濟發展空間。規劃以自行車綠道連接分散的礦坑、基于各礦坑的現狀特點開發特征鮮明的景觀和注重開發場地的混合功能為規劃設計思想，將其開發為通過自行車綠道連接的城市郊野公園、康養社區和市民運動中心，在進行生態設計的同時賦予場地多功能，將休閑娛樂功能、商業功能、居住功能等結合在一起，構建?？谑猩鷳B旅游圈，實現場地的可持續利用與發展。

表2 廢棄礦坑分類Table 2 Classification of Abandoned Mines

圖2 礦坑群場地現狀照片Fig. 2 The existing situation of the abandoned mines in Haikou

圖3 秀英區礦坑群組團總平面圖Fig. 3 Master plan of Xiuying group

圖4 美蘭區礦坑群組團總平面圖總平面圖Fig. 4 Master plan of Meilan group

2 景觀生態設計與可持續利用

2.1 地形條件及豎向設計

從表1可知，13處礦坑的高差較大，開采遺留的坑壁坡度較大，形成近乎垂直的崖壁景觀，大部分礦坑底部有積水。廢棄礦坑具有鮮明的地形特征，在進行規劃設計時應尊重原有地形及地下水位條件，將地勢較低處且地下水位較高處設計為集水區和濕地景觀，地勢較高處規劃為觀景臺。

秀英區組團礦坑的邊坡大多破碎且不平整，在進行豎向設計前首先要將松動的浮石和不穩定的亂石塊清除干凈，以排除邊坡崩塌、危巖、滑石等隱患。秀英區組團內的牧場依據地形高度砌筑擋土矮石墻，大雨過后湖面的水位將會高漲，淹沒一部分草坡，形成臨時性的較大的湖泊景觀。場地的東南部礦石開采場地依據地形修復并建造人工水塘，水塘底部由夯實的黏土和礫石組成，該水塘的水源則是周邊區域的雨水，雨水在此匯流，當水位過高時，則溢流通過小溪流往中央湖泊，并在巖壁處形成瀑布景觀，為人們在戶外提供了分享大自然聲音的機會。美蘭組團礦坑的崖壁景觀效果較好，在排除地質安全隱患的前提下，進行加工改造或者保留原型形成工業遺存景觀。巖石運動主題公園依據地形設計了深水湖和淺水湖，為了提高水景的吸引力，結合場地上的巨型巖石設計水中攀爬墻，賦予該處水體一種運動的氛圍。此外，利用場地上的巨型巖石在堤岸之間修建巖石壩瀑布，利用原有高差形成動態水景。

2.2 匯水及儲水條件與水景設計

?？谑心昶骄涤炅?816 mm，年平均蒸發量1834 mm，通過對礦坑周邊水文和集水面積的空間分析發現，在不考慮自然下滲和外溢的情況下，每個礦坑理論集水量如表3所示。秀英區礦坑由于相對海拔較高，周圍水系較少，集雨面積相對其他組團較小，集雨量在10000～60000 m3之間，從理論上講基本可以滿足礦坑在開發過程中所需的景觀用水水量要求；瓊山區和美蘭區由于地勢較低，周圍水系密度較大，部分礦坑集雨面積高達幾千公頃，集雨量多達幾百萬立方米，水資源十分豐富。

綜合考慮礦坑的匯水及儲水條件，在兩組礦坑群組團內設計了多處雨水匯集區，包括深水湖、季節性濕地淺水湖、季節性濕地溪流、濕地迷宮等（圖5）。例如秀英 1號礦坑內存在大量淤泥和養豬產生的垃圾，規劃將坑體內的垃圾進行清理，改造成一處收集礦坑周圍區域雨水的人造湖。湖內配置能凈化污染物的植物種植浮箱，種植可凈化污染物的本土植物，該浮箱可在湖面上隨風或者在人工推力的情況下移動，對湖水進行動態性凈化。美蘭市民綜合運動中心的礦坑無水系，但雨后積水量大，設計將此處轉變成一處既能收集雨水，又能開展娛樂活動的濕地迷宮，豐富了人們在湖里劃船的體驗，使其變得特別和有趣。淺水湖位于場地南側，由較淺的采礦坑所改造而來，這里只需要收集礦坑周邊的雨水，形成一處季節性淺水湖供人們欣賞和戲水。淺水池、濕地迷宮以及西北側的溪流的水體通過管道相互連通，雨后濕地迷宮及淺水湖內過多的雨水可排入溪流，旱季則可由小溪流向濕地迷宮及淺水湖補給少量用水，以維護濕地迷宮以及淺水湖的水位需求。

表3 礦坑集雨面積和集雨量概況及水景設計Table 3 Rainwater collection situation and waterscape design

圖5 礦坑雨水匯集形式Fig. 5 Different forms of rainwater collection

2.3 植被的恢復與利用

植被恢復是廢棄礦坑進行生態恢復與治理的關鍵，是廢棄礦坑進行生態恢復與治理的基礎（吳歡等，2003）。廢棄礦坑作為一個區域性的生態系統，實現其自行運轉的基礎是植被群落的恢復。自然植被得到恢復才能有效防止水土流失，阻滯礦區飛揚的礦塵，恢復土壤理化性質，為動物和鳥類提供生存空間，改善局域生態小環境（韓煜等，2018；張鴻齡等，2012；楊修等，2001），此外不少植被能吸收礦區重金屬污染（米艷華等，2016；邱媛等，2013）。在進行植被恢復時初期種植的植物種類的選擇尤為重要，規劃以廢棄礦坑所在區域為背景，結合當地氣候特征、水文特征等區域實際情況進行選取，豆科樹種如楊梅、馬桑、胡枝子等具有很強的固氮能力，能夠很好的適應環境（Alday et al.，2014；魏遠等，2012）。此外還選擇了生長快、抗污染、適應性強的烏墨、青皮、花梨等鄉土樹種（Gilardelli et al.，2016；王林等，2013）。

秀英區和美蘭區的“生態修復與適度開發類”礦坑，保留場地原生林地和灌木叢，依據原有植被現狀將其開發為山丘臺地草坡、濕地景觀區、熱帶草本植物種植帶、林地保留及培育區、熱帶蔬果種植園和休閑景觀綠地（圖 6）。廢棄礦坑內還存在許多碎石、廢渣等材料，將這些材料作為景觀山丘堆放材料，通過在砂石堆表面覆土并種植植物，形成山丘臺地草坡景觀。在礦山開采過程中，產生了許多洼地，利用其地勢特征，種植水生植物，營造濕地景觀區。考慮?？诘淖匀画h境特征，在棕紅色土壤上種植熱帶草本植物，形成特征鮮明的熱帶植物景觀區。礦坑區域內其周圍場地存在較多的林地，保留原有林地，規劃為林地保留及培育區，適當種植及培育，促成穩定植物群落。將地勢較為平坦的地塊開發為熱帶蔬果種植園，游客可參與種植和采摘蔬果，植入休閑功能可為礦坑的生態環境維護提供經濟支持，促進場地的可持續利用。休閑景觀綠地的植物選擇高大且遮陰較好的鄉土植物，注重喬灌草搭配，為人們提供舒適、觀賞性好的景觀。

2.4 場地棄置礦石的再利用

礦山開采中，坑底和礦坑周圍堆放了許多碎石、礫石、廢渣等，在景觀設計中基于低影響開發（LID）模式（Qin et al.，2013），在確保廢棄材料不對生態環境造成影響的原則下（Edraki et al.，2014），將這些棄置礦石材料進行資源化利用，作為步行道鋪裝、堤岸鋪裝、景觀山丘堆放、回填和建筑材料等，還可以作為歷史遺跡、雕塑等藝術品的材料，既可以節約堆放廢棄物的空間資源，又可以防止礦區塌陷，形成具有場地特征的景觀（Castro-Gomes et al.，

2012；Bian et al.，2012；袁哲路，2013）。

秀英組團礦坑內設計的三處小山丘，其中臨近高速路的山丘是由場地上現存的砂石堆改造而來，通過在砂石堆表面覆土，種植植物而成，這些工程將原來用于工業生產的灰色的砂石堆轉變成一座綠色的高地。南部的山丘填土來自于位于二階臺地上的蘆葦濕地內挖的土，東北部的山丘用土來自于度假賓館區以及餐飲、健身等服務區建筑的建筑挖土和原建筑垃圾。這些小山丘在平衡土方的同時，也創造了觀景的高點，為游客俯瞰欣賞整個礦坑公園創造了機會。美蘭組團的規劃結合場地上特色鮮明的棕紅色巨型巖石景觀，堤岸處利用原有砂石設計棕色砂石坡地，形成該區域的視覺焦點，不僅可以節約成本，同時可以實現資源的再次利用和創造特征鮮明的景觀，產生經濟效益。

2.5 建成后的污染物防治

圖6 礦坑植被修復類型Fig. 6 Different types of vegetation restoration

礦坑在開發利用后，會產生生活垃圾、污水和餐飲油煙污染等污染，需要我們在投入使用前進行規劃防治。兩個礦坑組距離城區較近，對于生活垃圾的環境污染防控，加大對廢棄礦坑周邊區域垃圾處理廠設施建設力度，建立分類綜合處理、高科技深入、與有機農業結合的垃圾處理模式（別如山等，2013；閆駿等，2014）。秀英區組團礦坑中依據原有現狀規劃了養殖農場，若與治理前一樣把養殖廢水直接溢流入部分礦坑內，會造成坑內滯留大量淤泥的同時也使坑內水體受到嚴重污染。為了保證礦坑生態修復工程的順利開展，首先需要對非法養殖戶進行關停取締，根據坑內實際情況，采取淤泥資源化利用或底泥固化措施，對部分礦坑內淤泥及受污染水體進行治理，同時采取生態浮床、生態濕地等措施對水體水質進行改善。美蘭區組團礦坑周圍基本農田面積較大，農藥、化肥等面源污染是礦坑水體的主要污染源，可采取生態溝、生態濕地等方式對氮、磷、有機農藥和懸浮物等進行攔截、過濾和沉淀，利用高吸附主要污染因子的水生植物及其共生生物體系清除水體中的污染物（劉曉璐等，2013）。對于餐飲油煙，應先確保餐飲廚房設計的合理性，檢查油煙管道是否泄漏，采用復合式凈化法和催化燃燒法等凈化技術處理污染物（馮鐵成等，2017）。相關職能部門應監管到位，加強對區域環境整治的監督管理，建立環境綜合整治長效運行管理機制。

3 結論

本研究根據海口 13個廢棄礦坑的現狀條件和存在的問題，從地形、水文、植被、材料和建成后的污染防治等方面進行生態設計，得出以下結論：

（1）礦坑的生態修復根據礦坑生態系統特征、地理位置及生態恢復情況，將其分為自然恢復、自然恢復與人工修復、生態修復與適度開發三大類，應分別采取不同的生態修復措施和工程。

（2）在不占用原有農田、林地的原則下，只對礦坑及周圍被污染的非法養殖場地進行適度開發，植入休閑功能，開發為通過自行車綠道連接的城市郊野公園、康養社區和市民運動中心，不僅有利于礦區的生態修復及后期維護，也能為區域帶來經濟效益和社會效益，提高礦坑周邊地區群眾的生活質量。

（3）礦坑生態景觀設計可利用開采后存在的地形高差將地勢較低處且地下水位較高處設計為雨水匯集區，包括深水湖、季節性濕地淺水湖、季節性濕地溪流、濕地迷宮等，依據熱帶植被現狀將其修復為山丘臺地草坡、濕地景觀區、熱帶草本植物種植帶、林地保留及培育區、熱帶蔬果種植園和休閑景觀綠地，棄置礦石材料進行資源化利用作為步行道鋪裝、堤岸鋪裝、景觀山丘堆放材料、回填材料等，營造具有熱帶礦坑特征和可持續發展的景觀。

（4）加強對礦坑開發后的生活垃圾、污水和餐飲油煙等污染物防治，建立分類綜合處理的專業化垃圾處理模式，利用生態濕地對污水進行凈化，提升餐飲油煙凈化技術和完善油煙排放監管制度。