肖曉楠，韓西麗, ，曾輝，丁愷昕，施曉東

1. 北京大學(xué)深圳研究生院城市規(guī)劃與設(shè)計學(xué)院，廣東 深圳 518055；2. 北京大學(xué)建筑與景觀設(shè)計學(xué)院，北京 100871

隨著新常態(tài)下產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和礦產(chǎn)資源枯竭，中國各地出現(xiàn)了大量礦山廢棄地，根據(jù) 2014年的遙感調(diào)查與監(jiān)測查明，全國礦山開發(fā)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(fā)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(tài)環(huán)境和安全問題，導(dǎo)致當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境生態(tài)結(jié)構(gòu)與功能退化嚴(yán)重（李永庚等，2004；Antwi et al.，2008；Cherry et al.，2001），制約著區(qū)域經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展，已經(jīng)受到世界相關(guān)國家的高度重視（Li，2006；Bradshaw，1997；王莉等，2013；武強(qiáng)等，2017）。2016年，國家出臺的《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》要求大力推進(jìn)綠色礦山和綠色礦業(yè)發(fā)展示范區(qū)建設(shè)，開展典型受損生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)和修復(fù)示范。2017年，住建部印發(fā)的《關(guān)于加強(qiáng)生態(tài)修復(fù)城市修補(bǔ)工作的指導(dǎo)意見》要求，到2020年，“城市雙修”工作初見成效，修復(fù)利用廢棄地，消除場地安全隱患，重建自然生態(tài)。因此，對廢棄礦坑進(jìn)行生態(tài)設(shè)計和可持續(xù)利用，對于維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全、探索經(jīng)濟(jì)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展新模式、大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)具有重要意義（劉海龍，2004）。發(fā)達(dá)國家較早關(guān)注廢棄礦坑的景觀生態(tài)設(shè)計和可持續(xù)利用（Milgrom，2008；張成梁等，2011），已有較多典型修復(fù)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(dá)爾公園（楊震宇等，2018）等，依據(jù)場地的自然環(huán)境、文化歷史和社會經(jīng)濟(jì)條件將廢棄礦坑開發(fā)為露天博物館、植物園、城市公園等可持續(xù)和多功能空間。中國的礦坑修復(fù)工作起步較晚，相關(guān)理論基礎(chǔ)和體制機(jī)制建設(shè)落后，優(yōu)秀典型案例較少，仍需進(jìn)一步的探索和研究。

本研究根據(jù)?？谑心喜繀^(qū)域13個重點廢棄礦坑的場地特色和生態(tài)環(huán)境問題，按照自然恢復(fù)和人工修復(fù)相結(jié)合的原則，通過適宜的生態(tài)設(shè)計和合理的可持續(xù)利用途徑，以恢復(fù)場地生態(tài)系統(tǒng)功能和土地使用功能目的，最終為區(qū)域帶來生態(tài)、經(jīng)濟(jì)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(guī)劃范圍為?？谑心喜繀^(qū)域13個重點廢棄礦坑，包括秀英區(qū)6個，瓊山區(qū)3個，美蘭區(qū)4個，根據(jù)地理位置和場地特點劃分為兩個核心礦坑組團(tuán)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(yǎng)殖場地、林地和農(nóng)田為主。區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)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(jì)基性火山巖，地貌主要為臺地區(qū)，生態(tài)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(tài)保護(hù)紅線II類區(qū)范圍內(nèi)，秀英2號礦坑部分位于II類區(qū)范圍內(nèi)，其他礦坑均不在生態(tài)紅線范圍內(nèi)。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(dǎo)致裸露地塊的范圍不斷擴(kuò)大，對區(qū)域的空氣環(huán)境質(zhì)量、全市生態(tài)資源狀況產(chǎn)生嚴(yán)重影響。秀英組團(tuán)距離市區(qū)較近，瓊山 2、3號礦坑離市區(qū)較遠(yuǎn)。礦坑高差最大可達(dá)42 m，最小為17 m，多數(shù)在20～30 m之間?？觾?nèi)坡度基本上小于 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(nèi)，積水面積在0.4～4 hm2之間，其他4個礦坑現(xiàn)狀無水系，但雨后均會產(chǎn)生積水。

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

表1 ?？谑心喜康V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(jīng)濟(jì)的發(fā)展，海口市礦產(chǎn)資源的開采和對環(huán)境的破壞導(dǎo)致?？谑匈Y源環(huán)境問題日益突出，具體表現(xiàn)在，（1）資源開發(fā)管控不嚴(yán)，資源利用程度較低；部分區(qū)域存在無證開采、超采現(xiàn)象，礦產(chǎn)開發(fā)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃引導(dǎo)，未進(jìn)行集約化管理，導(dǎo)致一礦多開、大礦小開等不合理采礦行為。（2）生態(tài)破壞較為嚴(yán)重，生態(tài)系統(tǒng)功能受損；引起植被破壞、生態(tài)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(qū)域環(huán)境質(zhì)量下降；礦石開采、破碎、鏟裝、運輸?shù)冗^程以及暴露的土壤均會帶來揚(yáng)塵污染，礦坑開采過程中所產(chǎn)生的生產(chǎn)和生活廢水、周邊農(nóng)田面源污染，以及周圍養(yǎng)殖戶排入礦坑的養(yǎng)殖污水、畜禽糞便等，不同程度上造成水體的污染。（4）恢復(fù)治理措施不足，地質(zhì)安全風(fēng)險隱現(xiàn)；區(qū)域內(nèi)存在的廢棄礦山多數(shù)未采取相應(yīng)的地質(zhì)治理和生態(tài)恢復(fù)措施，易發(fā)生崩塌、危巖、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，可能會危及周圍區(qū)域群眾的安全（圖2）。

1.3 規(guī)劃思路

根據(jù)海口市 13個廢棄礦坑現(xiàn)狀及主要面臨的問題，以及所在區(qū)域地理位置、生態(tài)系統(tǒng)特點，將13個廢棄礦坑分為自然恢復(fù)、自然恢復(fù)與人工修復(fù)、生態(tài)修復(fù)與適度開發(fā)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(qū)域已通過自然恢復(fù)為灌草，植被條件較好，不需要再對其進(jìn)行人工復(fù)綠，主要依靠自然演替過程實現(xiàn)植被恢復(fù)，劃分為自然恢復(fù)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(jù)不同邊坡類型分別采取相應(yīng)的邊坡復(fù)綠措施，因此劃分為自然恢復(fù)與人工修復(fù)類型；秀英區(qū)1、2、4號礦坑和美蘭區(qū)1-4號坑地理位置優(yōu)越，靠近市區(qū)，交通便利，崖壁景觀特色鮮明，周邊有較多的非法養(yǎng)殖用地，劃分為生態(tài)修復(fù)與適度開發(fā)類型，并開發(fā)為兩個礦坑群組團(tuán)（圖3，圖4）。在不占用原有農(nóng)田、林地的原則下，只對非法養(yǎng)殖場地和廢棄礦坑進(jìn)行適度開發(fā)，可以恢復(fù)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(jīng)濟(jì)發(fā)展空間。規(guī)劃以自行車綠道連接分散的礦坑、基于各礦坑的現(xiàn)狀特點開發(fā)特征鮮明的景觀和注重開發(fā)場地的混合功能為規(guī)劃設(shè)計思想，將其開發(fā)為通過自行車綠道連接的城市郊野公園、康養(yǎng)社區(qū)和市民運動中心，在進(jìn)行生態(tài)設(shè)計的同時賦予場地多功能，將休閑娛樂功能、商業(yè)功能、居住功能等結(jié)合在一起，構(gòu)建?？谑猩鷳B(tài)旅游圈，實現(xiàn)場地的可持續(xù)利用與發(fā)展。

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

圖2 礦坑群場地現(xiàn)狀照片F(xiàn)ig. 2 The existing situation of the abandoned mines in Haikou

圖3 秀英區(qū)礦坑群組團(tuán)總平面圖Fig. 3 Master plan of Xiuying group

圖4 美蘭區(qū)礦坑群組團(tuán)總平面圖總平面圖Fig. 4 Master plan of Meilan group

2 景觀生態(tài)設(shè)計與可持續(xù)利用

2.1 地形條件及豎向設(shè)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(jìn)行規(guī)劃設(shè)計時應(yīng)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(shè)計為集水區(qū)和濕地景觀，地勢較高處規(guī)劃為觀景臺。

秀英區(qū)組團(tuán)礦坑的邊坡大多破碎且不平整，在進(jìn)行豎向設(shè)計前首先要將松動的浮石和不穩(wěn)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(qū)組團(tuán)內(nèi)的牧場依據(jù)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(jù)地形修復(fù)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(qū)域的雨水，雨水在此匯流，當(dāng)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(jī)會。美蘭組團(tuán)礦坑的崖壁景觀效果較好，在排除地質(zhì)安全隱患的前提下，進(jìn)行加工改造或者保留原型形成工業(yè)遺存景觀。巖石運動主題公園依據(jù)地形設(shè)計了深水湖和淺水湖，為了提高水景的吸引力，結(jié)合場地上的巨型巖石設(shè)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(tài)水景。

2.2 匯水及儲水條件與水景設(shè)計

?？谑心昶骄涤炅?816 mm，年平均蒸發(fā)量1834 mm，通過對礦坑周邊水文和集水面積的空間分析發(fā)現(xiàn)，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(qū)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(tuán)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(fā)過程中所需的景觀用水水量要求；瓊山區(qū)和美蘭區(qū)由于地勢較低，周圍水系密度較大，部分礦坑集雨面積高達(dá)幾千公頃，集雨量多達(dá)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(tuán)內(nèi)設(shè)計了多處雨水匯集區(qū)，包括深水湖、季節(jié)性濕地淺水湖、季節(jié)性濕地溪流、濕地迷宮等（圖5）。例如秀英 1號礦坑內(nèi)存在大量淤泥和養(yǎng)豬產(chǎn)生的垃圾，規(guī)劃將坑體內(nèi)的垃圾進(jìn)行清理，改造成一處收集礦坑周圍區(qū)域雨水的人造湖。湖內(nèi)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(fēng)或者在人工推力的情況下移動，對湖水進(jìn)行動態(tài)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(shè)計將此處轉(zhuǎn)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(cè)，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(jié)性淺水湖供人們欣賞和戲水。淺水池、濕地迷宮以及西北側(cè)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(nèi)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(bǔ)給少量用水，以維護(hù)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(shè)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(fù)與利用

植被恢復(fù)是廢棄礦坑進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)與治理的關(guān)鍵，是廢棄礦坑進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)與治理的基礎(chǔ)（吳歡等，2003）。廢棄礦坑作為一個區(qū)域性的生態(tài)系統(tǒng)，實現(xiàn)其自行運轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)是植被群落的恢復(fù)。自然植被得到恢復(fù)才能有效防止水土流失，阻滯礦區(qū)飛揚(yáng)的礦塵，恢復(fù)土壤理化性質(zhì)，為動物和鳥類提供生存空間，改善局域生態(tài)小環(huán)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(qū)重金屬污染（米艷華等，2016；邱媛等，2013）。在進(jìn)行植被恢復(fù)時初期種植的植物種類的選擇尤為重要，規(guī)劃以廢棄礦坑所在區(qū)域為背景，結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂蛱卣?、水文特征等區(qū)域?qū)嶋H情況進(jìn)行選取，豆科樹種如楊梅、馬桑、胡枝子等具有很強(qiáng)的固氮能力，能夠很好的適應(yīng)環(huán)境（Alday et al.，2014；魏遠(yuǎn)等，2012）。此外還選擇了生長快、抗污染、適應(yīng)性強(qiáng)的烏墨、青皮、花梨等鄉(xiāng)土樹種（Gilardelli et al.，2016；王林等，2013）。

秀英區(qū)和美蘭區(qū)的“生態(tài)修復(fù)與適度開發(fā)類”礦坑，保留場地原生林地和灌木叢，依據(jù)原有植被現(xiàn)狀將其開發(fā)為山丘臺地草坡、濕地景觀區(qū)、熱帶草本植物種植帶、林地保留及培育區(qū)、熱帶蔬果種植園和休閑景觀綠地（圖 6）。廢棄礦坑內(nèi)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(chǎn)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(qū)?？紤]?？诘淖匀画h(huán)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(qū)。礦坑區(qū)域內(nèi)其周圍場地存在較多的林地，保留原有林地，規(guī)劃為林地保留及培育區(qū)，適當(dāng)種植及培育，促成穩(wěn)定植物群落。將地勢較為平坦的地塊開發(fā)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(tài)環(huán)境維護(hù)提供經(jīng)濟(jì)支持，促進(jìn)場地的可持續(xù)利用。休閑景觀綠地的植物選擇高大且遮陰較好的鄉(xiāng)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(shè)計中基于低影響開發(fā)（LID）模式（Qin et al.，2013），在確保廢棄材料不對生態(tài)環(huán)境造成影響的原則下（Edraki et al.，2014），將這些棄置礦石材料進(jìn)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(shù)品的材料，既可以節(jié)約堆放廢棄物的空間資源，又可以防止礦區(qū)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(tuán)礦坑內(nèi)設(shè)計的三處小山丘，其中臨近高速路的山丘是由場地上現(xiàn)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(yè)生產(chǎn)的灰色的砂石堆轉(zhuǎn)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(nèi)挖的土，東北部的山丘用土來自于度假賓館區(qū)以及餐飲、健身等服務(wù)區(qū)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(chuàng)造了觀景的高點，為游客俯瞰欣賞整個礦坑公園創(chuàng)造了機(jī)會。美蘭組團(tuán)的規(guī)劃結(jié)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(shè)計棕色砂石坡地，形成該區(qū)域的視覺焦點，不僅可以節(jié)約成本，同時可以實現(xiàn)資源的再次利用和創(chuàng)造特征鮮明的景觀，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。

2.5 建成后的污染物防治

圖6 礦坑植被修復(fù)類型Fig. 6 Different types of vegetation restoration

礦坑在開發(fā)利用后，會產(chǎn)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(jìn)行規(guī)劃防治。兩個礦坑組距離城區(qū)較近，對于生活垃圾的環(huán)境污染防控，加大對廢棄礦坑周邊區(qū)域垃圾處理廠設(shè)施建設(shè)力度，建立分類綜合處理、高科技深入、與有機(jī)農(nóng)業(yè)結(jié)合的垃圾處理模式（別如山等，2013；閆駿等，2014）。秀英區(qū)組團(tuán)礦坑中依據(jù)原有現(xiàn)狀規(guī)劃了養(yǎng)殖農(nóng)場，若與治理前一樣把養(yǎng)殖廢水直接溢流入部分礦坑內(nèi)，會造成坑內(nèi)滯留大量淤泥的同時也使坑內(nèi)水體受到嚴(yán)重污染。為了保證礦坑生態(tài)修復(fù)工程的順利開展，首先需要對非法養(yǎng)殖戶進(jìn)行關(guān)停取締，根據(jù)坑內(nèi)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(nèi)淤泥及受污染水體進(jìn)行治理，同時采取生態(tài)浮床、生態(tài)濕地等措施對水體水質(zhì)進(jìn)行改善。美蘭區(qū)組團(tuán)礦坑周圍基本農(nóng)田面積較大，農(nóng)藥、化肥等面源污染是礦坑水體的主要污染源，可采取生態(tài)溝、生態(tài)濕地等方式對氮、磷、有機(jī)農(nóng)藥和懸浮物等進(jìn)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(yīng)先確保餐飲廚房設(shè)計的合理性，檢查油煙管道是否泄漏，采用復(fù)合式凈化法和催化燃燒法等凈化技術(shù)處理污染物（馮鐵成等，2017）。相關(guān)職能部門應(yīng)監(jiān)管到位，加強(qiáng)對區(qū)域環(huán)境整治的監(jiān)督管理，建立環(huán)境綜合整治長效運行管理機(jī)制。

3 結(jié)論

本研究根據(jù)?？?13個廢棄礦坑的現(xiàn)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(jìn)行生態(tài)設(shè)計，得出以下結(jié)論：

（1）礦坑的生態(tài)修復(fù)根據(jù)礦坑生態(tài)系統(tǒng)特征、地理位置及生態(tài)恢復(fù)情況，將其分為自然恢復(fù)、自然恢復(fù)與人工修復(fù)、生態(tài)修復(fù)與適度開發(fā)三大類，應(yīng)分別采取不同的生態(tài)修復(fù)措施和工程。

（2）在不占用原有農(nóng)田、林地的原則下，只對礦坑及周圍被污染的非法養(yǎng)殖場地進(jìn)行適度開發(fā)，植入休閑功能，開發(fā)為通過自行車綠道連接的城市郊野公園、康養(yǎng)社區(qū)和市民運動中心，不僅有利于礦區(qū)的生態(tài)修復(fù)及后期維護(hù)，也能為區(qū)域帶來經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，提高礦坑周邊地區(qū)群眾的生活質(zhì)量。

（3）礦坑生態(tài)景觀設(shè)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(shè)計為雨水匯集區(qū)，包括深水湖、季節(jié)性濕地淺水湖、季節(jié)性濕地溪流、濕地迷宮等，依據(jù)熱帶植被現(xiàn)狀將其修復(fù)為山丘臺地草坡、濕地景觀區(qū)、熱帶草本植物種植帶、林地保留及培育區(qū)、熱帶蔬果種植園和休閑景觀綠地，棄置礦石材料進(jìn)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(xù)發(fā)展的景觀。

（4）加強(qiáng)對礦坑開發(fā)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(yè)化垃圾處理模式，利用生態(tài)濕地對污水進(jìn)行凈化，提升餐飲油煙凈化技術(shù)和完善油煙排放監(jiān)管制度。