废弃矿坑的景观生态设计与可持续利用——以海口市矿坑群改造为例

肖晓楠，韩西丽, ，曾辉，丁恺昕，施晓东

1. 北京大学深圳研究生院城市规划与设计学院，广东 深圳 518055；2. 北京大学建筑与景观设计学院，北京 100871

随着新常态下产业转型升级和矿产资源枯竭，中国各地出现了大量矿山废弃地，根据 2014年的遥感调查与监测查明，全国矿山开发占地220.42万hm2，约占全国陆域面积的 0.22%，其中废弃的矿山开发占地约为98.25万hm2（杨金中等，2017）。废弃矿坑占用了大量的土地资源，带来生态环境和安全问题，导致当地的环境生态结构与功能退化严重（李永庚等，2004；Antwi et al.，2008；Cherry et al.，2001），制约着区域经济、社会、生态的可持续发展，已经受到世界相关国家的高度重视（Li，2006；Bradshaw，1997；王莉等，2013；武强等，2017）。2016年，国家出台的《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》要求大力推进绿色矿山和绿色矿业发展示范区建设，开展典型受损生态系统恢复和修复示范。2017年，住建部印发的《关于加强生态修复城市修补工作的指导意见》要求，到2020年，“城市双修”工作初见成效，修复利用废弃地，消除场地安全隐患，重建自然生态。因此，对废弃矿坑进行生态设计和可持续利用，对于维护区域生态安全、探索经济与环境协调发展新模式、大力推进生态文明建设具有重要意义（刘海龙，2004）。发达国家较早关注废弃矿坑的景观生态设计和可持续利用（Milgrom，2008；张成梁等，2011），已有较多典型修复案例，例如德国北戈尔帕“铁城”博物馆（丁一巨等，2003），英国康沃尔郡的伊甸园计划（李耀林，2003），美国文顿达尔公园（杨震宇等，2018）等，依据场地的自然环境、文化历史和社会经济条件将废弃矿坑开发为露天博物馆、植物园、城市公园等可持续和多功能空间。中国的矿坑修复工作起步较晚，相关理论基础和体制机制建设落后，优秀典型案例较少，仍需进一步的探索和研究。

本研究根据海口市南部区域13个重点废弃矿坑的场地特色和生态环境问题，按照自然恢复和人工修复相结合的原则，通过适宜的生态设计和合理的可持续利用途径，以恢复场地生态系统功能和土地使用功能目的，最终为区域带来生态、经济和社会效益，为其他城市的废弃矿坑改造提供典型示范。

1 项目概况

1.1 基本属性

海口市位于海南岛北部，地处低纬度热带北缘，属于热带海洋气候。规划范围为海口市南部区域13个重点废弃矿坑，包括秀英区6个，琼山区3个，美兰区4个，根据地理位置和场地特点划分为两个核心矿坑组团和4处独立矿坑（图1）。矿坑均为露天开采玄武岩，无放射性污染，裸露面积较多，矿坑周围以非法的养殖场地、林地和农田为主。区域经济发展相对缓慢，人口相对较少且分散，南渡江从中间穿过，地表主要为第四纪基性火山岩，地貌主要为台地区，生态资源丰富。13个矿坑中秀英5、6号矿坑全部位于海南省生态保护红线II类区范围内，秀英2号矿坑部分位于II类区范围内，其他矿坑均不在生态红线范围内。矿坑基本属性如表1所示，秀英4号矿坑面积最大，琼山2号矿坑面积最小，有7个矿坑仍存在违法开采矿石的行为，导致裸露地块的范围不断扩大，对区域的空气环境质量、全市生态资源状况产生严重影响。秀英组团距离市区较近，琼山 2、3号矿坑离市区较远。矿坑高差最大可达42 m，最小为17 m，多数在20～30 m之间。坑内坡度基本上小于 15°，坑壁坡度均在35°以上。13个矿坑中9个矿坑都有一定面积的积水，积水水深在10 m以内，积水面积在0.4～4 hm2之间，其他4个矿坑现状无水系，但雨后均会产生积水。

图1 海口市13处废弃矿坑区位分布图Fig. 1 Distribution of 13 abandoned mine pits in Haikou

表1 海口市南部矿坑群矿坑基本属性Table 1 Attribute of the south mines group in Haikou

1.2 存在问题

随着社会经济的发展，海口市矿产资源的开采和对环境的破坏导致海口市资源环境问题日益突出，具体表现在，（1）资源开发管控不严，资源利用程度较低；部分区域存在无证开采、超采现象，矿产开发缺乏统一规划引导，未进行集约化管理，导致一矿多开、大矿小开等不合理采矿行为。（2）生态破坏较为严重，生态系统功能受损；引起植被破坏、生态功能降低、生物多样性下降和水土流失等问题。（3）矿坑污染问题突出，区域环境质量下降；矿石开采、破碎、铲装、运输等过程以及暴露的土壤均会带来扬尘污染，矿坑开采过程中所产生的生产和生活废水、周边农田面源污染，以及周围养殖户排入矿坑的养殖污水、畜禽粪便等，不同程度上造成水体的污染。（4）恢复治理措施不足，地质安全风险隐现；区域内存在的废弃矿山多数未采取相应的地质治理和生态恢复措施，易发生崩塌、危岩、滑坡等地质灾害，可能会危及周围区域群众的安全（图2）。

1.3 规划思路

根据海口市 13个废弃矿坑现状及主要面临的问题，以及所在区域地理位置、生态系统特点，将13个废弃矿坑分为自然恢复、自然恢复与人工修复、生态修复与适度开发三大类，详见表2所示。秀英3号矿坑和秀英6号矿坑有部分区域已通过自然恢复为灌草，植被条件较好，不需要再对其进行人工复绿，主要依靠自然演替过程实现植被恢复，划分为自然恢复类型；秀英5号矿坑、琼山1号矿坑、琼山2号矿坑和琼山3号矿坑大多存在裸露边坡，需要根据不同边坡类型分别采取相应的边坡复绿措施，因此划分为自然恢复与人工修复类型；秀英区1、2、4号矿坑和美兰区1-4号坑地理位置优越，靠近市区，交通便利，崖壁景观特色鲜明，周边有较多的非法养殖用地，划分为生态修复与适度开发类型，并开发为两个矿坑群组团（图3，图4）。在不占用原有农田、林地的原则下，只对非法养殖场地和废弃矿坑进行适度开发，可以恢复大量废弃土地的实用功能，提升土地价值，争取更大的社会经济发展空间。规划以自行车绿道连接分散的矿坑、基于各矿坑的现状特点开发特征鲜明的景观和注重开发场地的混合功能为规划设计思想，将其开发为通过自行车绿道连接的城市郊野公园、康养社区和市民运动中心，在进行生态设计的同时赋予场地多功能，将休闲娱乐功能、商业功能、居住功能等结合在一起，构建海口市生态旅游圈，实现场地的可持续利用与发展。

表2 废弃矿坑分类Table 2 Classification of Abandoned Mines

图2 矿坑群场地现状照片Fig. 2 The existing situation of the abandoned mines in Haikou

图3 秀英区矿坑群组团总平面图Fig. 3 Master plan of Xiuying group

图4 美兰区矿坑群组团总平面图总平面图Fig. 4 Master plan of Meilan group

2 景观生态设计与可持续利用

2.1 地形条件及竖向设计

从表1可知，13处矿坑的高差较大，开采遗留的坑壁坡度较大，形成近乎垂直的崖壁景观，大部分矿坑底部有积水。废弃矿坑具有鲜明的地形特征，在进行规划设计时应尊重原有地形及地下水位条件，将地势较低处且地下水位较高处设计为集水区和湿地景观，地势较高处规划为观景台。

秀英区组团矿坑的边坡大多破碎且不平整，在进行竖向设计前首先要将松动的浮石和不稳定的乱石块清除干净，以排除边坡崩塌、危岩、滑石等隐患。秀英区组团内的牧场依据地形高度砌筑挡土矮石墙，大雨过后湖面的水位将会高涨，淹没一部分草坡，形成临时性的较大的湖泊景观。场地的东南部矿石开采场地依据地形修复并建造人工水塘，水塘底部由夯实的黏土和砾石组成，该水塘的水源则是周边区域的雨水，雨水在此汇流，当水位过高时，则溢流通过小溪流往中央湖泊，并在岩壁处形成瀑布景观，为人们在户外提供了分享大自然声音的机会。美兰组团矿坑的崖壁景观效果较好，在排除地质安全隐患的前提下，进行加工改造或者保留原型形成工业遗存景观。岩石运动主题公园依据地形设计了深水湖和浅水湖，为了提高水景的吸引力，结合场地上的巨型岩石设计水中攀爬墙，赋予该处水体一种运动的氛围。此外，利用场地上的巨型岩石在堤岸之间修建岩石坝瀑布，利用原有高差形成动态水景。

2.2 汇水及储水条件与水景设计

海口市年平均降雨量1816 mm，年平均蒸发量1834 mm，通过对矿坑周边水文和集水面积的空间分析发现，在不考虑自然下渗和外溢的情况下，每个矿坑理论集水量如表3所示。秀英区矿坑由于相对海拔较高，周围水系较少，集雨面积相对其他组团较小，集雨量在10000～60000 m3之间，从理论上讲基本可以满足矿坑在开发过程中所需的景观用水水量要求；琼山区和美兰区由于地势较低，周围水系密度较大，部分矿坑集雨面积高达几千公顷，集雨量多达几百万立方米，水资源十分丰富。

综合考虑矿坑的汇水及储水条件，在两组矿坑群组团内设计了多处雨水汇集区，包括深水湖、季节性湿地浅水湖、季节性湿地溪流、湿地迷宫等（图5）。例如秀英 1号矿坑内存在大量淤泥和养猪产生的垃圾，规划将坑体内的垃圾进行清理，改造成一处收集矿坑周围区域雨水的人造湖。湖内配置能净化污染物的植物种植浮箱，种植可净化污染物的本土植物，该浮箱可在湖面上随风或者在人工推力的情况下移动，对湖水进行动态性净化。美兰市民综合运动中心的矿坑无水系，但雨后积水量大，设计将此处转变成一处既能收集雨水，又能开展娱乐活动的湿地迷宫，丰富了人们在湖里划船的体验，使其变得特别和有趣。浅水湖位于场地南侧，由较浅的采矿坑所改造而来，这里只需要收集矿坑周边的雨水，形成一处季节性浅水湖供人们欣赏和戏水。浅水池、湿地迷宫以及西北侧的溪流的水体通过管道相互连通，雨后湿地迷宫及浅水湖内过多的雨水可排入溪流，旱季则可由小溪流向湿地迷宫及浅水湖补给少量用水，以维护湿地迷宫以及浅水湖的水位需求。

表3 矿坑集雨面积和集雨量概况及水景设计Table 3 Rainwater collection situation and waterscape design

图5 矿坑雨水汇集形式Fig. 5 Different forms of rainwater collection

2.3 植被的恢复与利用

植被恢复是废弃矿坑进行生态恢复与治理的关键，是废弃矿坑进行生态恢复与治理的基础（吴欢等，2003）。废弃矿坑作为一个区域性的生态系统，实现其自行运转的基础是植被群落的恢复。自然植被得到恢复才能有效防止水土流失，阻滞矿区飞扬的矿尘，恢复土壤理化性质，为动物和鸟类提供生存空间，改善局域生态小环境（韩煜等，2018；张鸿龄等，2012；杨修等，2001），此外不少植被能吸收矿区重金属污染（米艳华等，2016；邱媛等，2013）。在进行植被恢复时初期种植的植物种类的选择尤为重要，规划以废弃矿坑所在区域为背景，结合当地气候特征、水文特征等区域实际情况进行选取，豆科树种如杨梅、马桑、胡枝子等具有很强的固氮能力，能够很好的适应环境（Alday et al.，2014；魏远等，2012）。此外还选择了生长快、抗污染、适应性强的乌墨、青皮、花梨等乡土树种（Gilardelli et al.，2016；王林等，2013）。

秀英区和美兰区的“生态修复与适度开发类”矿坑，保留场地原生林地和灌木丛，依据原有植被现状将其开发为山丘台地草坡、湿地景观区、热带草本植物种植带、林地保留及培育区、热带蔬果种植园和休闲景观绿地（图 6）。废弃矿坑内还存在许多碎石、废渣等材料，将这些材料作为景观山丘堆放材料，通过在砂石堆表面覆土并种植植物，形成山丘台地草坡景观。在矿山开采过程中，产生了许多洼地，利用其地势特征，种植水生植物，营造湿地景观区。考虑海口的自然环境特征，在棕红色土壤上种植热带草本植物，形成特征鲜明的热带植物景观区。矿坑区域内其周围场地存在较多的林地，保留原有林地，规划为林地保留及培育区，适当种植及培育，促成稳定植物群落。将地势较为平坦的地块开发为热带蔬果种植园，游客可参与种植和采摘蔬果，植入休闲功能可为矿坑的生态环境维护提供经济支持，促进场地的可持续利用。休闲景观绿地的植物选择高大且遮阴较好的乡土植物，注重乔灌草搭配，为人们提供舒适、观赏性好的景观。

2.4 场地弃置矿石的再利用

矿山开采中，坑底和矿坑周围堆放了许多碎石、砾石、废渣等，在景观设计中基于低影响开发（LID）模式（Qin et al.，2013），在确保废弃材料不对生态环境造成影响的原则下（Edraki et al.，2014），将这些弃置矿石材料进行资源化利用，作为步行道铺装、堤岸铺装、景观山丘堆放、回填和建筑材料等，还可以作为历史遗迹、雕塑等艺术品的材料，既可以节约堆放废弃物的空间资源，又可以防止矿区塌陷，形成具有场地特征的景观（Castro-Gomes et al.，

2012；Bian et al.，2012；袁哲路，2013）。

秀英组团矿坑内设计的三处小山丘，其中临近高速路的山丘是由场地上现存的砂石堆改造而来，通过在砂石堆表面覆土，种植植物而成，这些工程将原来用于工业生产的灰色的砂石堆转变成一座绿色的高地。南部的山丘填土来自于位于二阶台地上的芦苇湿地内挖的土，东北部的山丘用土来自于度假宾馆区以及餐饮、健身等服务区建筑的建筑挖土和原建筑垃圾。这些小山丘在平衡土方的同时，也创造了观景的高点，为游客俯瞰欣赏整个矿坑公园创造了机会。美兰组团的规划结合场地上特色鲜明的棕红色巨型岩石景观，堤岸处利用原有砂石设计棕色砂石坡地，形成该区域的视觉焦点，不仅可以节约成本，同时可以实现资源的再次利用和创造特征鲜明的景观，产生经济效益。

2.5 建成后的污染物防治

图6 矿坑植被修复类型Fig. 6 Different types of vegetation restoration

矿坑在开发利用后，会产生生活垃圾、污水和餐饮油烟污染等污染，需要我们在投入使用前进行规划防治。两个矿坑组距离城区较近，对于生活垃圾的环境污染防控，加大对废弃矿坑周边区域垃圾处理厂设施建设力度，建立分类综合处理、高科技深入、与有机农业结合的垃圾处理模式（别如山等，2013；闫骏等，2014）。秀英区组团矿坑中依据原有现状规划了养殖农场，若与治理前一样把养殖废水直接溢流入部分矿坑内，会造成坑内滞留大量淤泥的同时也使坑内水体受到严重污染。为了保证矿坑生态修复工程的顺利开展，首先需要对非法养殖户进行关停取缔，根据坑内实际情况，采取淤泥资源化利用或底泥固化措施，对部分矿坑内淤泥及受污染水体进行治理，同时采取生态浮床、生态湿地等措施对水体水质进行改善。美兰区组团矿坑周围基本农田面积较大，农药、化肥等面源污染是矿坑水体的主要污染源，可采取生态沟、生态湿地等方式对氮、磷、有机农药和悬浮物等进行拦截、过滤和沉淀，利用高吸附主要污染因子的水生植物及其共生生物体系清除水体中的污染物（刘晓璐等，2013）。对于餐饮油烟，应先确保餐饮厨房设计的合理性，检查油烟管道是否泄漏，采用复合式净化法和催化燃烧法等净化技术处理污染物（冯铁成等，2017）。相关职能部门应监管到位，加强对区域环境整治的监督管理，建立环境综合整治长效运行管理机制。

3 结论

本研究根据海口 13个废弃矿坑的现状条件和存在的问题，从地形、水文、植被、材料和建成后的污染防治等方面进行生态设计，得出以下结论：

（1）矿坑的生态修复根据矿坑生态系统特征、地理位置及生态恢复情况，将其分为自然恢复、自然恢复与人工修复、生态修复与适度开发三大类，应分别采取不同的生态修复措施和工程。

（2）在不占用原有农田、林地的原则下，只对矿坑及周围被污染的非法养殖场地进行适度开发，植入休闲功能，开发为通过自行车绿道连接的城市郊野公园、康养社区和市民运动中心，不仅有利于矿区的生态修复及后期维护，也能为区域带来经济效益和社会效益，提高矿坑周边地区群众的生活质量。

（3）矿坑生态景观设计可利用开采后存在的地形高差将地势较低处且地下水位较高处设计为雨水汇集区，包括深水湖、季节性湿地浅水湖、季节性湿地溪流、湿地迷宫等，依据热带植被现状将其修复为山丘台地草坡、湿地景观区、热带草本植物种植带、林地保留及培育区、热带蔬果种植园和休闲景观绿地，弃置矿石材料进行资源化利用作为步行道铺装、堤岸铺装、景观山丘堆放材料、回填材料等，营造具有热带矿坑特征和可持续发展的景观。

（4）加强对矿坑开发后的生活垃圾、污水和餐饮油烟等污染物防治，建立分类综合处理的专业化垃圾处理模式，利用生态湿地对污水进行净化，提升餐饮油烟净化技术和完善油烟排放监管制度。