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在城市化建設過程中,廢棄礦山(采石場)給城市帶來較為嚴重的景觀生態問題,如水土流失、威脅城市防洪、降低生物的多樣性、對地表的破壞等,對城市生態、社會、經濟的可持續發展造成一定的影響。近年來,隨著我國經濟實力的增強和生態環境保護意識的提升,人們越來越關注城市廢棄采石場的生態修復及改造利用,挖掘其蘊含的價值。根據國內外廢棄采石場的改造研究與實踐分析,廢棄采石場的改造主要是在其自身的土地資源以及獨特的自然景觀的基礎上加入人文景觀元素,在修復生態的同時將其改造成濕地公園、生態公園、城市公園等具有教育意義的旅游景區。
1、國外礦山修復主要技術
西方發達國家在上個世紀初就開始了采石場生態修復的相關工作。英、美、澳等發達國家采礦年代久遠,最初研究恢復生態學主要是集中在對采礦后遺留的廢棄地植被的恢復,美國在1971年的礦山土地復墾率為79.5%。美國土地復墾的理念主要強調能夠恢復為破壞之前的狀態,要求使農田和森林恢復原狀,要求控制水蝕和有毒物的沉積;保證地表不變和地下水位維持原有水平;保持表土仍在原位置;注重有害和酸性物的預防和治理;防止堆積物產生滑坡等災害。德國自1940年開始,在采礦過程中極其注意最大程度的減少破壞生態環境,開采后進行的復墾不單是種樹或整地,而是從宏觀上考慮生態的變化以及居民對環境的要求。法國由于人口稠密、工業發達,首先在不改變農林面積的前提下,防止污染并恢復生態的平衡。法國非常重視在露天排土場進行植草并促進土壤的活化,經過一定的復墾后變成新農田。澳大利亞政府重視恢復廢棄礦區、并嚴管生產礦區的生態環境、堅持走可持續生態礦業之路。它將多專業聯合投入,并引入許多新計算機技術,現在已將復墾作為開采工藝的一部分。在美國和澳大利亞等國家,目前引用的現代3S技術和其他新技術、新理念在生態恢復中已得到廣泛應用。生態恢復的目標也不僅僅是種樹種草,而是建立一個能夠進行自我維護、運行良好的完整生態服務系統。
英國和美國最早產生了工程綠化技術,1940年初,一些歐美國家為防止坡地雨水侵蝕發明了植物盆、液壓噴播等技術;英國發明了植物種子噴播和噴射乳化瀝青技術,日本在1958年多次試驗后開發出了比較實用的噴射綠化技術。1973年,日本開發出了纖維土綠化方法,通過混合纖維、砂質土和泥,并呈臺階型噴射。自1960年后,一些發達國家開始研制邊坡綠化技術,結合工程和植被,比如水平格、植生袋綠化和客土植草技術,最后發展為噴混植生技術。
2、國內礦山修復主要技術
我國對礦山廢棄地生態修復的研究起步較晚,開始于二十世紀八十年代,九十年代以后才初步形成一定的規模,研究領域主要集中在煤礦廢棄地和有色金屬尾礦庫植被覆蓋等。目前國內對礦區廢棄地的研究主要是與土地開發、土地整理相結合的研究,根據實際情況將廢棄礦山開發改造成工業用地、耕地、旅游景觀和旅游用地、倉儲用地、養殖用地、軍事用地或綠地。
礦山環境問題因為礦產資源的不同,其廢棄礦山的治理關鍵也不相同。煤礦廢棄地的環境問題為采空區、塌陷區、煤矸石堆等,其治理關鍵是對采空區的治理和對煤矸石堆的處理;有色金屬礦山如銅礦、鉛鋅礦,其治理除了礦坑的治理,還要對廢棄渣堆進行化學處理,防治廢渣堆等通過雨水的淋漓作用污染附近的土壤和地下水;廢棄采石場則主要進行滑坡、泥石流等地質災害的防治以及植被的恢復。
廢棄采石場作為礦山廢棄地的一種,其恢復治理過程應為:廢棄采石場現狀調查→恢復治理總體規劃→地質災害防治→不穩定邊坡、廢氣坑、礦坑等的治理→植被恢復
3、國內外礦山生態環境修復案例
目前,在國內外針對礦山改造的成功案例很多,綜合其不同功能與特性,主要有以下7種類型:生態恢復類、博物資源利用類、旅游開發類、復墾造田類、引水造湖類、垃圾處理廠類、倉儲類。
由于國外城鎮基礎建設起步較早,采石場的生態環境問題發生較早,也較為嚴重,因此對采石場生態恢復的研究與實踐相應也更為深入。近年來,國內對廢棄采石場的恢復治理工作研究和探索的實踐不斷涌現。
01.日本國營明石海峽公園
日本國營明石海峽公園其修復主題是“使園區得到生命的回歸”。設計師通過“大地藝術”和“水景”手法,在生態恢復的基礎之上尋求人與人的交流以及人與自然對話的場所。
日本國營明石海峽公園原來是一處大型采石采砂場,從20世紀50年代到90年代中期,這里為修建關西空港以及大阪與神戶城市沿海的人工島提供了1.06萬億立方米的砂石,挖掘深度達100米以上,構成范圍達140平方公里左右的裸露山體。20世紀80年代開始,該島所在的兵庫縣委托著名設計師安藤忠雄進行規劃設計,并成立綠化專家委員會,進行恢復植被。規劃強調恢復自然的狀態,形成良好的景觀和創造為人服務的游憩空間,其主題是“使園區得到生命的回歸”。整體目標首先是治愈山體幾十年來被開采留存的傷痕。綠化委員會認為種植必須從苗木開始,而成樹在這樣惡劣的自然環境中難于成活,苗木卻能順其自然,因此從1994年開始總計24萬顆苗木的栽種工程。而科學的種植方式使這一計劃得以實現,具體包括在基巖上固定蜂窩狀的立體金屬板網,灌入新土后覆以草簾,以涵養水分。灌溉系統采用埋置聚乙烯管,密度為1米間隔。同時,由于當地降水量相對較低,因此為了植物生長的需要,采用收集地表水、中水循環再利用等技術。雨水收集管埋設于道路下方,同時,公園還要成為區域的服務基礎設施,包括國際會議中心、星級旅館、大型溫室、露天劇場等設施創造面向未來的休閑場所。
02.法國Biville采石場生態恢復
法國Biville采石場具有尺度大、高差大,生態退化嚴重的特點,在改造中保留場地的工業痕跡,將其轉化為新景觀結構中有特色、標志性的場所,體現出對所在地歷史文脈的尊重。
位于Clairefontaine峽谷頂部的Biville采石場在開采石料10年之后于1989年被關停。采石坑是一道450m長、寬度均勻的直線型裂縫,呈45度的邊坡貧瘠而凹凸不平,落差20-40m。設計師將其建成具有3.5平方公里湖泊的休閑區。他們的理念是不應刻意掩飾石料開采過程遺留的痕跡,而是將其作為場地特征保留,只需確保最佳地點的連貫性以便于生態系統的自然恢復,然后再引入一些植被使廢棄采石場恢復到一種自然狀態。改造措施包括設計了一系列引導水流的設施和設備,使其匯聚到谷底形成湖泊。湖岸經過設計以適應當地最普遍的休閑活動—釣魚。為方便游人進入谷底,坑壁修建了階梯狀,每一個平臺兩旁都有金屬網罩固定的石塊作為?？病Ｍ瑫r階梯的形式允許徑流從高處的草地流入排水溝,保護地表免受水的沖擊和侵蝕。從谷底觀賞的巨大的石墻成為該地區最具象征性的景點。場地中呈條帶狀種植了成年樹木來抵抗風的侵蝕,每一部分都根據其自然特色及地形選擇種植形式。
03.委內瑞拉古里采料場生態恢復
委內瑞拉首次使用水草種植技術,確保在無需使用黑土和植物層的情況下,以極低的成本快速、有效的形成植被,對古里水電站右岸土石壩采石場實施生態恢復,并在應用水草種植技術方面走在前列。
古里工程位于委內瑞拉東南部的卡羅尼河上,1967-1986年興建了水電站工程、土壩和堆石壩,工程需要從離大壩不遠的森林中面積約700公頃的采料場采運4000萬立方米的防滲材料。采料場開挖包括清除已風化的片麻巖,清除工作留下裸露的不規則的凹凸表面和易受雨水嚴重沖蝕的凹地,因而形成較差的感官區,這些地區的地形變化高達100m。對此,卡羅尼電力公司對采料場實施多方面的“生態環境恢復計劃”,目的是恢復古里水電站工程施工期間受影響地區的生態環境。“生態恢復計劃”分為引發階段、恢復階段、診斷檢查階段、實驗階段、按合同種植階段、持續處理階段6個階段,概念是“以自然恢復的方式拯救自然”。拯救措施主要包括:選擇本地主要的植物物種和一些引進的植物物種作為植被,在溫室條件下大量種植本地茁壯的樹木,將具有抵抗力的禾本豆科類種子與證明能適應采料場生態氣候條件的種子混合種植,每年雨季禁止種植,實施與3年后種植期相適應的保護計劃,施用生物肥料和低化學肥料,在有雨水和大壩滲漏水的平坦低洼地內設立小型氧化塘。
04.上海天馬山世茂深坑酒店
作為全球首個建在廢石坑里的酒店,位于上海佘山的世茂深坑酒店無疑是個奇特的工程,建造方式、建筑結構與傳統建筑的要求均大不相同,建成后或成為世界上海拔最低的酒店,被稱為世界建筑奇跡。
“深坑酒店”位于上海松江國家風景區佘山腳下,是一座深達80米的廢棄大坑,該深坑原系采石場,經過幾十年的采石,形成一個周長千米、深百米的深坑。世茂集團充分利用了深坑的自然環境,極富想象力地建造一座五星級酒店,整個酒店與深坑融為一體,相得益彰。這是人類建筑史上的奇跡,也是自然、人文、歷史的集大成者。
“深坑酒店”由上海世茂集團投資建設,是世界上首個建設于坑內的五星級酒店。酒店配備水下情景套房、空中花園、壯觀瀑布、鋼結構抗9級地震建筑等。2013年3月,深坑酒店正式動工。2013年10月21日,坑壁和坑底巖石進行了首次爆破,建設方預計,2017年底酒店可實現工程竣工,建成后或成為世界上海拔最低的酒店。
“深坑酒店”地上三層、地下17層、水下一層,并設有蹦極等娛樂項目。整個投資在6億元左右,含天然室內花園、大型景觀瀑布、景觀總統房、水中情景房等。酒店海拔負65米,有望成為世界上人工坑內海拔最低的酒店。酒店客房沿崖壁而建,面向橫山,充分彰顯“融于自然”的設計理念。主樓使用玻璃和金屬板材,曲線的立面形式源于“瀑布”。所有酒店客房都設置退臺的走廊和陽臺作為“空中花園”,可以近距離觀賞對面百米飛瀑和橫山景致。結合酒店基地采石坑的特點,酒店還引入了蹦極中心、水下餐廳、景觀餐廳、水上SPA、室內游泳池等適合崖壁和水上活動等多種娛樂服務。除蹦極中心和景觀餐廳位于地面層外,其余項目均臨水設置。
05.上海辰山植物園礦坑花園
辰山植物園的礦坑花園利用采石礦的天然地形所建。在生態修復與文化重塑的策略基礎上,通過極盡可能的鏈接方式,場地潛力得到了充分表現。一處危險的、不可達的的廢棄地已經轉變為使人們親近自然山水、體驗采石工業文化的充滿吸引力的游覽勝地,有著鬼斧神工的天然之美,靈韻渾然天成。
位于上海松江佘山風景區內的上海新植物園—辰山植物園,園址內松江十二峰之一的辰山,曾作為開采建筑石材的場地,山體受到了挖掘的嚴重破壞。辰山山體位于佘山鎮境內,在縣城北約9.5km,西佘山西南約2km,屬天目山余脈。辰山山體東西長700m,南北寬約300m,最高點海拔71.4m,總面積12公頃。辰山巖石主要為酸性流紋巖,局部夾凝灰巖及火山碎屑巖。山東面為辰山塘,南麓是辰山鎮。采石挖掘在辰山的西南和東南兩部分山體上進行,形成東西兩個采石坑遺跡區。其中采石坑西區總體面積46200平米左右,坑底東側底部由采石形成一深潭,面積10700平米。礦坑花園是一個以西礦坑為主體而改造的具有特色的花園。
設計師把礦坑花園分為三個區:深潭區、平湖區和臺地區。在深潭區設計師創造性的設計了一條由傾斜的鋼筒、彎曲的鋼板棧道、人工改造的“一線天”景觀以及蜿蜒的木制浮橋構成的觀賞路徑。在路徑的最后,設計師還爆破開鑿了一條150m長,高差達25m的隧道,從而建立了東西礦坑之間的聯系。在平湖區,設計師通過挖池填土重新塑造地形,并形成新的“鏡湖”和“望花臺”景點。在臺地區,設計師用生銹鋼板與毛石墻重新構建了節奏性變化的立面序列,其次通過設置不同的登山道來引導人們到達臺地的頂層,并參觀具有多種植物的“秘密”空間。
06.浙江紹興東湖風景區
紹興東湖的歷史,最遠可追溯到秦朝,秦漢時期,東湖一帶成為采石場,隋朝時開采達到頂峰。大規模的開山取石,經過千百年工匠的辛勞,東湖如鬼斧神鑿一般,成就了無數的懸崖峭壁。清朝時,陶浚宣在此構筑園林,仿造桃源的意境,在湖上筑堤為界,堤內是湖,架橋建亭,于此東湖成為濃縮越國山水精華之地。
東湖位于紹興古城的東部,距離古城約六千米,以崖壁、石橋、湖面、巖洞巧妙結合,成為國內著名的園林,屬于浙江省的三大名湖之一。紹興東湖雖然小,但由于它的奇洞、奇石所形成的的奇景使東湖成為稀有的“湖中之奇”。東湖原來是一座青石山,漢代之后,這座山便成了當地的一處采石場,經過長時間的開采,幾乎挖掉了半座青石山,從而形成了高約50多米的懸崖峭壁。開采工人又往地下挖了20多米,久而久之便形成了長為200米左右,寬為80米左右的清水塘。東湖利用了它原有的自然環境和人文資源,并且借助古典園林的造景手法,在采石場建起一座圍墻,將水面加寬,從而形成美麗的東湖。通過長期的人工修飾,如今東湖已經成為了一處巧奪天工的大盆景。設計師因地制宜、因形就勢,利用原有自然環境-采石場,在此基礎上再加以人工的修復,達到了自然與人工的天然合一效果。
07.唐山南湖生態公園
唐山南湖城市中央生態公園改造前是經過開灤130多年開采形成的采煤沉降區,是全市采沉區中對城市影響最大的一個。自1996年起,唐山開始實施南部采沉區生態環境治理工作,形成了南湖公園。目前南湖公園是國家AAAA級景區,是融自然生態、歷史文化和現代文化為一體的大型城市中央生態公園。
唐山南湖景區位于市中心以南,是唐山市采煤塌陷區中對城市影響最大的一個。經過幾十年的沉降,塌陷區平均高度較市區低約20m,周邊居民陸續搬遷,這里成了人跡罕見的廢棄地。上世紀末唐山市政府開始對其進行景觀生態治理,采沉區改造步驟為:(1)生態恢復,水環境治理、大氣環境治理、采沉區處理、植被恢復等;(2)公園建設,建設城市公園、博物館、休閑娛樂中心等;(3)綜合開發,在建成城市公園后對周邊土地實施綜合利用、綜合開發等。南湖地區景觀生態設計包括:(1)根據地質勘測確定規劃期內塌陷波及區域和影響范圍,估測積水范圍,并進行建設適宜度分析。(2)地形的改造和土壤的改良。結合地質勘測和場地內遺留物質的生態學特性進行“鑿水造山”工程。(3)水系統整治。第一階段,地段內污染的青龍河改道與新形成的水面景觀相分離。第二階段,隨著河道的遷移,對現狀湖面進行清污,抽干湖水,清除垃圾,形成一片大的水面。大片沉降區的地表土壤及植物層將被清除,掘出的肥沃土壤轉移到粉煤灰場和垃圾山,使在原有不毛之地上生長植物成為可能。(4)景觀生態系統——由田園小網格、邊緣公園、綠地草場、蘆葦地等組成的生態網絡,從生態和美學角度考慮,使城市與綠地相互滲透,并界定了從開敞的水面到陸地的邊界,發揮其生態效應,使采煤塌陷區形成了特色景觀。
08.湖北黃石國家礦山地質公園
古礦冶遺址旁的露天采坑落差444米的人工峽谷黃石國家礦山公園位于湖北省黃石市鐵山區境內,“礦冶大峽谷”為黃石國家礦山公園核心景觀,形如一只碩大的倒葫蘆,東西長2200米、南北寬550米、最大落差444米、坑口面積達108萬平方米,被譽為“亞洲第一天坑”。
黃石國家礦山公園位于鐵山區境內,著名的漢冶萍煤鐵公司的“冶”即指大冶鐵礦,歷經百年開采,大冶鐵礦東露天采場形成了落差444米的世界第一高陡邊坡;為了治理生態環境,該礦投資數千萬元形成了亞洲最大的硬質巖復墾基地。在黃石國家礦山公園設計中,通過生態恢復的景觀設計手法來恢復礦山自然生態和人文生態。將礦區的“十大亮點”與公園建設“無縫對接”,把公園開發建設的著眼點放在弘揚礦冶文化,再現礦冶文明,展示人文特色,提升礦山品位,打開旅游新路上,定位在“科普教育基地、科研教學基地、文化展示基地、環保示范基地”。它充分展示了具有數千年悠久歷史的中國礦業文化,為人們提供一個集旅游、科學活動考察和研究于一體的場所,實現了人與自然和諧共處,共同發展的主題。園區分為“地質遺跡展示區、采礦工業博覽區、環境恢復改造區三大板塊,設有日出東方、礦業博覽、井下探幽、石海綠洲、雉山煙雨、靈山古剎、千年銀杏、九龍洞天等八大核心景區。
09.英國伊甸園
英國伊甸園位于英國康沃爾郡,在英格蘭東南部伸入海中的一個半島尖角上,總面積達15公頃。其所在地原是當地人采掘陶土遺留下的巨坑,該工程投資1.3億英鎊,歷時兩年,于2000年完成,2001年3月對外開放。在開業的第一年內就吸引游客超過兩百萬,開業至今游客量過千萬。
英國伊甸園是世界上最大的單體溫室,它匯集了幾乎全球所有的植物,超過4500種、13.5萬棵花草樹木在此安居樂業。在巨型空間網架結構的溫室萬博館里,形成了大自然的生物群落。其目標宣言是“促進對植物、人類和資源之間重要關系的理解,進而對這種關系進行負責任的管理,引導所有人走向可持續發展的未來?！?/span>
伊甸園是圍繞植物文化打造,融合高科技手段建設而成的,以“人與植物共生共融”為主題的,以“植物是人類必不可少的朋友”為建造理念,具有極高科研、產業和旅游價值的植物景觀性主題公園。
由8個充滿未來主義色彩的巨大蜂巢式穹頂建筑構成,其中每4座穹頂狀建筑連成一組,分別構成“潮濕熱帶館”和“溫暖氣候館”,兩館中間形成露天花園“涼爽氣候館”。穹頂狀建筑內仿造地球上各種不同的生態環境,展示不同的生物群,容納了來自全球成千上萬的奇花異草。
“伊甸園”的穹頂由輕型材料制成,這個材料不僅重量輕,而且有自我清潔的能力而且還可以回收。此外,伊甸園里的其他建筑也都采用環保材料和清潔可再生能源,可以說伊甸園本身就是一個節能環保的典范。
實現了在一個已經受到工業污染和破壞的地區重建一個自然生態區。
10.黃石國家礦山公園
黃石國家礦山公園位于湖北省黃石市鐵山區境內,"礦冶大峽谷"為黃石國家礦山公園核心景觀,形如一只碩大的倒葫蘆,東西長2200米、南北寬550米、最大落差444米、坑口面積達108萬平方米,被譽為"亞洲第一天坑"。
黃石國家礦山公園占地23.2平方公里,分設大冶鐵礦主園區和銅錄山古礦遺址區,擁有亞洲最大的硬巖復墾基地,是中國首座國家礦山公園,湖北省繼三峽大壩之后第二家"全國工業旅游示范點",同時在2013年入選《中國世界文化遺產預備名單》。
通過生態恢復的景觀設計手法來恢復礦山自然生態和人文生態。把公園開發建設的著眼點放在弘揚礦冶文化,再現礦冶文明,展示人文特色,提升礦山品位,打開旅游新路上。打造“科普教育基地、科研教學基地、文化展示基地、環保示范基地”,為人們提供一個集旅游、科學活動考察和研究于一體的場所,實現了人與自然和諧共處,共同發展的主題。
園內設“地質環境展示區、采礦工業博覽區、環境恢復改造區”三大板塊,以世界第一高陡邊坡、亞洲最大硬巖復墾林為核心,觀賞綠樹成蔭桃李芬芳石海綠洲,展示“石頭上種樹”的生態奇跡。
劃分“日出東方、礦冶峽谷、礦業博覽、井下探幽、天坑飛索、石海綠洲、靈山古剎、雉山煙雨、九龍洞天、激情滑草”等“十大景觀”,使游客體驗到“思想之旅、認識之旅、探險之旅、科普之旅”,滿足不同層面、不同地域的游客求知、求新、求奇、求趣的需求。
以生態恢復景觀設計為手段,恢復礦山公園的生態環境,再現怡人的自然生態景觀,創造良好的游覽環境。
以深厚、悠久的礦山工業文化為內涵,保護景區內的歷史文化遺跡,提供多角度觀景點,力求將獨特的礦業文化風貌展現給游人。
以景觀塑造為設計重點,突出景觀要素,景區設置、景點命名、建筑形式、雕塑小品都力圖體現礦山生態恢復主題。
