废弃矿坑的生态修复与景观改造

武亚南，周连兄，刘川川

(北京林丰源生态环境规划设计院有限公司，北京 100083)

废弃矿坑的生态修复与景观改造

武亚南，周连兄，刘川川

(北京林丰源生态环境规划设计院有限公司，北京 100083)

矿坑废弃地；生态修复；景观改造

矿坑废弃地是一种生态严重退化的区域，接近裸地，其植被破坏严重、地形地貌扰动大、水土流失严重、地质灾害隐患多、水体污染严重、生物多样性低。随着社会的发展和可供借鉴的国内外先进案例越来越多，矿坑废弃地的修复技术愈加全面与丰富，景观改造、旅游开发已成为矿坑资源综合利用的发展趋势。以内蒙古白云鄂博铁矿东矿为例，详细阐述了如何利用相应技术做好生态修复工作。

矿坑废弃地是一种生态严重退化的区域，土地资源破坏严重[1]。我国的露天采矿场平均每年剥离岩石2.2亿～2.6亿t，破坏土地面积占矿山破坏土地总面积的27%左右[2]。矿坑废弃地的自然恢复往往需要花费数十年甚至数百年的时间来完成，而通过人工方式进行生态恢复或进行景观改造，则可以快速地变废为宝，恢复矿坑资源的利用价值，因此具有巨大的现实意义和研究价值[3]。

1 白云鄂博矿区概况

白云鄂博矿区处于阴山山脉大青山北部乌兰察布盟草原地带，海拔1 450～1 800 m，多为丘陵地形。具有典型的大陆性气候特点，低温少雨，干旱多风，温差变化大，年平均气温2.4℃，年平均降水量248.5 mm，年平均蒸发量2 100～2 700 mm，降水量远小于蒸发量。春季是大风季节，年均7级以上大风日数70 d，最多达110 d，最大风速28 m/s(十级)，年平均风速5.5 m/s，年主导风向SW。年平均无霜期130～140 d、日照时数3 000～3 150 h[4]。有栗钙土、棕钙土、石质土、碱土、草甸土、潮土、盐土等7个土类，以栗钙土、棕钙土分布最广。地表土壤主要为第四系的洪积层，由卵石、砂、砂质黏土、黏土等组成，肥力较低，有机质含量1.0%～1.8%[4]。植被以旱生类植物为主，主要有柄扁桃、小叶锦鸡儿、冷蒿等，覆盖度仅为20%左右。

白云鄂博矿区地处干旱大陆性气候带，地表水严重缺乏，境内无常年地表水流，仅有季节性河流。近年来由于开采量远远大于补给量，导致地下水位不断下降。地下水补给完全靠大气降水，矿区的供水主要靠外引。

2 白云鄂博东矿现状分析

东矿位于主矿体以东约200 m处，为一西窄东宽的复杂扫帚状矿体，目前开采面积1 400 m×1 020 m，开采深度约364 m[2]。截至2015年东矿开采已接近尾声，因此本方案针对闭矿后的东矿进行相关修复设计。白云鄂博东矿矿坑现状见图1。

图1 白云鄂博东矿矿坑现状

长期开采、气候条件恶劣，造成东矿采矿场土地扰动大，水土流失极为严重，场地内没有植物存活，自然地貌景观破坏严重。采矿掘进面高差大，边坡陡立，埋下诱发山体崩塌、滑坡等地质灾害隐患。因此，对东矿采取的水土保持措施，既要在短期内能有效防止水土流失，还要形成长期稳定的水土流失防治体系。

东矿露天采坑主要包括开采边坡、开采平台、开采坑底几个部分。开采边坡岩面有大量裂隙，表层坑洼多、糙率大，且岩石坚硬；部分地段岩石表层风化比较严重，有浮石，此类地段急需实施加固措施；部分坡面局部坡脚欠稳定，稳定处理后才能实施生态修复。开采平台的岩体基本稳定，面层平坦，生态修复工程实施的基础条件较好。开采坑底目前还在利用，做好积水排放工程，解决植被生长所需要的土壤基质条件，即可实施植被修复。

3 修复措施

3.1 开采边坡的修复

根据开采形成的采坑侧壁特点、坡度、坡面稳定程度及坡面现有植被状况，将开采边坡分为垂直坡面区、严重风化区、风化物堆积区及帮坡平台区。垂直坡面区包括开采坑内近乎垂直的坡面和反坡部位，坡面风化不严重，坡体相对较稳定。严重风化区坡度较陡，岩面风化程度较重，坡体裂隙丰富，易发生崩塌、滑坡等导致边坡失稳的不良地质现象。风化物堆积区岩面表层风化堆积物较多，遇到降水冲刷或大风天气，水蚀风蚀严重。帮坡平台区主要为帮坡平台，部分区域有风化物堆积。

实施生态修复前，先要做好以下几点：第一，对风化的表面碎石及场内堆积的弃渣进行机械清理并对坑底及破碎地形进行整理，尽可能减少小范围的地形起伏。第二，做好边坡的稳定，消除崩塌和落石隐患，这是生态恢复的基础。稳定边坡以工程措施为主，对地质条件易造成滑坡或小范围岩层滑动的岩体，须采用抗滑桩、挡石坝治理[5]；对深部开裂、体积较大的危岩，宜采用深孔预应力锚索、长锚杆进行加固；对边坡岩石风化严重，易造成小范围塌方的宜用挡土墙支挡，高处可采用框格式拱墙护坡。第三，主要针对部分风化物堆积区、垂直坡面区坡面采取柔性生态措施，由于矿坑大面积覆绿成本较大，成活率较低，且周期较长，因此只对矿坑进行部分绿化，能保留的原始矿坑纹理与工业痕迹尽量保留。

矿坑坡面的坡度一般为60°～85°，另外还有反坡。针对60°～75°的边坡采用蜂巢格室护坡技术、挂网客土喷播、厚层基材喷播技术+加筋土工网垫治理模式进行生态修复。针对75°～85°及反坡的高陡岩壁采用飘台护坡技术及种植槽+SNS柔性防护网技术进行生态修复。矿坑内多有角砾状岩体，保水性极差，缺少土壤条件，且含有有毒物质，因此覆土前，在坑底及周边铺设地膜，既能起到蓄水减渗的作用，又能阻挡有毒物质通过毛细管作用向上迁移，还能加强对人工补水和天然降水的有效利用[6]。

(1)蜂巢格室护坡(见图2)。蜂巢格室是采用高分子纳米复合材料经超声波针式焊接而成的一种三维立体网状格室结构。蜂巢格室型号为CGGS-200-A，格室高20 cm，铺设200 g/m2无纺布，级配碎石20 cm，素土夯实。格室内种植抗旱、耐贫瘠的乡土植物，如锦鸡儿、柠条、胡枝子、二色补血草、冷蒿、紫花苜蓿、披碱草等。

图2 蜂巢格室护坡

(2)挂网客土喷播、厚层基材喷播技术+加筋土工网垫。挂网客土喷播、厚层基材喷播技术是先将有机质、保水剂、黏合剂、土壤改良剂、缓效肥、植物种子等材料配置成核心基质材料，再与土壤进行二次调配，通过高压喷射系统喷射到修复区域，营造植物生长条件[5]。

(3)飘台护坡(见图3)。陡峭岩壁基本不具备植物生长基材附着或存蓄的条件，因此采用在岩壁上开凿坑穴，或在岩壁上砌筑、浇筑小型围挡结构为生态修复创造条件。从坡脚开始每隔1.5 m设置一排飘台，

图3 飘台护坡

主筋采用钢热轧带肋钢筋，电钻打孔，外露70 cm，并用水泥砂浆进行锚固，用混凝土现浇种植槽。从景观效果考虑飘台不用直线布局，在飘台内组合种植豆科与非豆科植物，如胡枝子、紫穗槐、爬山虎等进行坡面生态修复。种植基质组分包括壤土、有机质、复合肥、保水剂、黏合剂、土壤调理剂、有机肥、生物肥等。飘台护坡的施工工序为坡面清理→打锚杆→铺设钢丝网→制模板→现浇槽板→配置营养土→植苗和种草→养护管理。

(4)种植槽+SNS柔性防护网技术。充分利用坡面微地形，在凹处砌筑种植槽，种植槽呈品字形布置，间距1.5 m。种植槽呈半圆形或长方形，石料采用大于MU15的片石，用水泥砂浆砌筑。槽内填客土，深度不小于0.4 m，并配合一定的保水剂、有机肥等。同时，可采用SNS挂网防护技术，防止落石危害[5]。

3.2 开采平台的修复

开采平台承担道路运输的功能，面层平坦，路面基层有足够的刚性承载能力，生态修复工程实施的基础条件较好。在道路两侧须修筑挡墙，为了适应雨季运输，在道路内侧均应设置排水沟，排水沟末端接沉沙池。道路内侧要和外侧等高或略高于外侧。用反铲修筑挡墙，挡墙高度1.5 m，每隔一段距离在挡墙外侧挖开一个1.0～1.5 m宽的放水口。在道路外侧安装防护栏杆，道路两侧覆土厚度应在0.5 m以上，栽植柽柳、丁香、沙地柏、连翘等，或在道路两侧放置装有营养土、保水剂和草种的植物袋。

3.3 开采坑底的修复

4 矿坑景观改造设计

矿坑废弃地的景观重塑与生态恢复一般有生态复绿模式、景观再造模式、其他利用模式三种，其中景观再造模式是矿坑改造中最常用的。此模式是在原有景观的基础上挖掘新的旅游资源，进行合理的景观规划设计，使自然资源与历史文化资源优势转变为经济优势，在创造生态效益的同时收获经济效益。景观再造模式主要有矿业遗迹模式、公共景观模式[7]。

露天矿坑是独特的地质场地，其自身粗糙的纹理有着独特的内在魅力，给人以强烈震撼。露天矿坑是工业文明的价值见证，是重要的历史文化景观，景观设计中不应掩盖和消灭这一人工痕迹，而应予以充分尊重[8]。白云鄂博具有独特的荒漠景观，开挖形成的巨大矿坑带有独特、新奇及刺激的视觉效果；矿区独特的自然气候、水文地质条件及社会经济体系决定了废弃矿坑不适宜复垦造田；加之矿业开挖的历史意义及人文价值决定了白云鄂博东矿适宜建设以工业观光旅游及纪念和科普为主要内容的场地。

在生态修复的基础上，改善矿坑的景观布局，凸显出工业遗址的价值，打造以工业为主题的观光旅游项目。在设计中保持其开采的基本面貌，以满足游客对工业区的探究。结合矿坑设置高空滑索、攀岩、低空飞行体验、玻璃栈道、坑底探险等探险游乐项目，将东矿废弃地逐步打造成完整且独立的综合体验项目区(详见图4)。

图4 矿坑开发设计平面图

游客接待中心作为矿坑景观改造的主要节点区域，整合了多种体验项目与基础设施的布置，与出挑观礼台、高空索道等体验项目一体化，同时建设了停车场、游客中心、观光车集散中心等基础设施。另外，结合现状地形设置了高差景观台地，丰富了区域内的游览体验。

通过滑索装置，实现矿坑东西的连接，西侧场地内除了滑索装置外，还设有主题餐厅、停车场等基础配套设施。同时，在矿坑的东北部还设置了步道，连接滑索俱乐部与迎宾接待区。

矿山博物馆位于东矿坑东北部，并配套设置了停车场与休憩集散广场。水上观景中心设置了观景平台、水上栈道等。

5 结 语

矿坑废弃地的生态修复以矿坑健康的生态系统、安全的生态环境为基础，以资源的综合利用、合适的景观环境营造为目标。针对不同的立地条件，采取不同的修复方式，做好坡体的稳定工作，对坡面防护与修复要工程措施和生态措施并用，同时在道路内侧修建排水沟，在末端修建沉沙池。矿坑涌水可通过处理达到景观用水标准，生态修复应选用耐旱、耐贫瘠的乡土植物，并采用相应的抗旱技术措施，做好植被后期养护及管理工作。

[1] 赵方莹.铁矿废弃地植被恢复技术与效应研究[M].北京：中国林业出版社，2009:1-4.

[2] 陈耕.白云鄂博主、东矿回顾性环境影响评价[D].呼和浩特：内蒙古大学，2012:1-8.

[3] 刘海龙.采矿废弃地的生态恢复与可持续景观设计[J].生态学报，2004，24(2):323-329.

[4] 柳建勇，张立志，赵永岗.白云鄂博铁矿排土场复垦研究[J].金属矿山，2008(增刊1)：385-389.

[5] 赵方莹，赵廷宁.边坡绿化与生态防护技术[M].北京：中国林业出版社，2009:54-61.

[6] 赵方莹，孙保平.矿山生态植被恢复技术[M].北京：中国林业出版社，2009:93-102.

[7] 袁哲路.矿山废弃地的景观重塑与生态恢复[D].南京：南京林业大学，2013:20-25.

[8] 李莹.矿业废弃地景观修复与营造研究[D].哈尔滨：东北林业大学,2011:12-20.

(责任编辑 孙占锋)

S157.2

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1000-0941(2017)06-0026-04

武亚南(1987—)，女，河南偃师市人，助理工程师，学士，主要从事生态修复与园林景观规划工作。

2017-03-05