（设计艺术学专业论文）以湿地系统为核心的矿区生态改造——以唐山南湖生态区为例.pdf

摘要 中国有1 2 0 多座矿业城市，它们在国家的经济发展中占有重要的地位，但同 时也对其所在地区的生态环境造成了十分严重、甚至是不可逆转的破坏。本文以 唐山市大南湖生态区的环境改造为例，讨论废弃矿区的生态治理方法以及如何在 它与城市之间建立新的联系。 南湖规划区位于唐山市中心城区南面的巨大采煤塌陷积水区，区域规划需解 决的问题包括：矿区废弃物粉煤灰及煤矸石的处理，废弃期间堆放垃圾的处置以 及塌陷积水区的湿地生态环境改造。 论文首先对南湖生态区的整体规划进行了综合的研究分析，然后着重从该区 域内湿地的环境修复与生态设计方面进行撰写。通过对湿地特性、湿地重要指标、 湿地生态设计原则类型方法等理论知识的学习，针对区域湿地现状提出相应的改 造方式，即对已废弃、基本稳定的塌陷积水区做就地生态调整；对还处于塌陷中 的积水区重点加强各指标的监测，以其周围环境的改造为主，在垃圾山、粉煤灰 堆场和煤矸石堆场等主要污染源附近设废水处理型人工湿地，以保障进入湿地系 统水流的水质。同时，从湿地保护的角度对规划区进行了整体分区，即划分为核 心保护区、过渡区和试验区；并参考南湖地区的概念规划，建议结合规划中的各 主题公园在过渡区建设若干城市湿地公园。本文仅以青龙河、垃圾山一带，提出 自己在湿地公园设计方面的见解，包括水系统的循环处理、堤岸设计、步道与绿 化系统的展开等，力求形成集聚生态功能与景观效果的城市边缘生态区域。下面 还提到了南湖区域改造过程中及以后的维护工作，主要是加强系统的监测与管 理，并引导公众参与到湿地的保护工作中来。 论文最后就南湖生态区的规划与环境治理对其周边地区环境质量及价值的 提升作了进一步的强调，这对唐山市乃至我国其他矿业城市的矿区环境改造都具 有很大的意义与启示。 关键字：矿业城市生态治理湿地改造城市湿地公园 a b s t r a c t t h e r ea r em o r em a l l12 0m i i l i l l gc i t i e sp l a y i i l ga 1 1i m p o r t 锄tr o l ei nt l l e e c o n o 埘c a ld e v e l o p m e mo fc 1 1 i n a ，w 1 1 i c ha l s om a k et h es e r i o u s ，e v e nm e 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0 9 i c a l 仃e 锄e n t ，w e t l a n dr 印a 址w b a nw e t l a n d p 破 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤盗盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了诩意。 学位做作者签名：物叶 签字日期： 沙。3 年6 月2 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解基盗盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权鑫鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 栖叶聊娩舷 签字日期：矽秀年) 月日 签字日期：1 。，口留年月z 日 1 j l j 月l j 吾 唐山市位于河北省东北部，南临渤海，全市面积1 3 4 7 2 平方公里。它坐落在 华北平原北部，属构造地震多发地区，有数条浅层北东、南西向和深层北西、南 东向断裂带交汇。1 9 7 6 年7 月2 8 日即发生过7 8 级大地震。唐山区域内矿产资 源丰富，煤炭保有量6 2 5 亿吨，铁矿石保有量5 7 5 亿吨，石灰石储量6 8 8 亿 吨，石油储量9 亿多吨，天然气储量7 0 0 多亿立方米，黄金储量7 0 多吨，是我 国华北地区主要的矿业城市之一。 同时，唐山市还具有多重性的城市角色，即矿业城市、重工业城市、沿海地 带城市、重点抗震设防城市和分散组团式城市五重角色或五大特点。在城市经济 生产方面，重工业比重大，属资源型、粗放型生产方式，许多工厂( 如钢厂、水 泥厂、电厂、焦化厂等) 在生产过程、及煤矿开采过程中必然要对城市环境带来 较为严重的破坏。当今，唐山已有很大一部分矿区，矿产资源锐减，开采鼎盛期 已过，在必须面临产业转型以实施可持续发展战略的时候，还必须面临老的开采、 生产模式所遗留下来的问题，包括矿城体制问题、矿城空间矛盾、城市安全、地 址破坏问题以及城市生态环境的压力。资料显示：几条穿越唐山市的主要河流均 上游水质较好，但下游流经城镇后，受生活污水、工业废水的污染，水质普遍较 差，5 7 4 的河段水体水质属于劣v 类，属于中度污染；环境空气质量级别也属 于中度污染，以煤烟型污染为主，大气总悬浮颗粒、降尘、二氧化硫、氮氧化物 全部超过国家i i 级标准。 唐山境内又有很多地区由于采煤塌陷而造成了严重的地质破坏，煤田分布范 围约6 7 0h m 2 ，煤田内现有开滦集团公司1 1 个煤矿、地方中小矿山1 0 0 余座。因 采煤造成地表塌陷总面积已达2 2 4 6 0h m 2 ，其中绝产地4 7 5 0h m 2 ，大小塌陷积水 坑5 3 个，积水总面积2 4 8 0h m 2 ，季节性积水塌陷地波及面积1 5 8 0 0h m 2 。据预测， 今后每年还将新增1 6 0h m 2 塌陷地。 4 可见，煤炭在为国民经济发展做出巨大 贡献的同时，也给矿区带来了严重的景观生态和社会问题：( 1 ) 煤炭开采塌陷 造成大量土地破坏，景观生态发生逆向演替，动植物种类和数量减少。根据调查 测算，我国煤炭井工开采每万吨煤地表塌0 0 7 o 3 3 h m 2 ，平均0 2 0 h m 2 ； 1 ( 2 ) 矿区固体废弃物的大量排放和堆积，造成土壤、水、大气和景观的污染； 资源与环境的矛盾使得人类不得不重视起矿区的可持续发展和生态环境保 护，2 0 世纪9 0 年代起，唐山市政府及相关部门便对采煤塌陷地进行了大量的综 合治理工作。南湖规划区即为唐山矿和增胜矿、刘庄矿的采动( 空) 区。一般的， 地下煤层采出后，煤层以上的围岩体开始下沉变形，当这种沉降波影响到地表以 前言 后，地表就从原有的标高下沉，在采空区上方形成一个比采空区面积更大的洼地， 一般称为地表移动盆地。由于该区域地下煤层开采的范围大、煤层多、持续时间 长，造成了大面积的非稳定区域，使得适宜建设的范围已经很小，也便形成了今 天如此大面积的以生态恢复为重点，又丰富区域景观资源的湿地保护区。 2 第一章 1 1 项目影响意义 第一章项目概况 南湖生态区位于唐山市中心区的最南端，它是中心区与南部沿海开发区连接 的桥梁，也是唐山市整体规划中确定的构建大唐山的城市格局，拉动城市向南拓 展的动力。南湖2 8 3 平方公里矿区废弃地的逐步修复及特殊开发，不但成为整 个唐山地区的环境缓冲地，还可以带动影响南新道以南周边约8 8 平方公里的地 区，提升周边区域的功能定位、建设标准和开发品质。原本建设价值较低、环境 质量低的采沉区、垃圾场、废弃地将逐步转变为城市的清新空气库、活力之源。 1 2 改造意向与定位 此次规划所划定的区域将南湖国家级城市湿地公园即小南湖区域也列入其 中，以小南湖带动整个南湖地区的生态发展，致力于将南湖地区建设为以生态修 复、资源再生为主的生态保育区、城市边缘的永久性公共绿心。 处于唐山市南部采沉区唐胥路两侧积水区，面积达8 0 0 公顷的小南湖湿地公园， 对这次南湖生态区的规划改造，具有一定的指导意义，同时也是该地区湿地生态 环境的一个重要的展示区。唐山市小南湖地区的环境治理工作，早在1 9 9 7 年就 已经开始了，主要是采用生态园林重建模式，利用采煤塌陷废弃地，以植物造景 为主，包括湖水生态景观重建、塌陷区生态重建、垃圾填埋场生态重建和粉煤灰 排放场生态重建4 部分。首先对下沉幅度较大、给水较多、植物丰富、水资源充 裕的这部分区域进行重点治理和保护；在充分利用地下水的同时，将西郊污水处 理厂的中水引入湿地，以保证湿地水源，同时大量引进湿地植物，增加了荷花、 芦苇、睡莲、菖蒲等植物品种，净化了水质，也为水禽和其他鸟类创造了繁衍生 息的家园，湖中水生生物达到5 0 多种，是治理保护前的2 倍。在该区域内非积 水区则实验性的种植各种在唐山地区生长良好的乔灌木，而且除部分地段进行过 浅层换土外，大部分树木都是在原采沉区的粉煤灰堆上直接种植的，经过问分树 种对土壤的改良作用，加之植物本身对环境的适应，现有树种均生长良好。这里 通过乔灌木和草地的有机结合，有效地阻挡了南部沙尘对市区的侵袭，水清了， 天蓝了，地绿了，为城市增添了赏心悦目的景观，宜人舒适的环境。同时，在 一$ 1 0 余年的生态改良工作中，唐山市相关部门已对小南湖公园的适生植物进行了 详细的研究和记录，为丰富该地区的生物种群和景观效果，还在引进新物种的探 索和尝试中。 图l l图1 2 小南湖公园的治理工作获得了显著的成果，它在为整个南湖区域环境改造提 供经验与方法的同时，也留下了一系列的问题：与之相比，本次规划与生态再造 的地区将更为复杂和多元化。首先，小南湖地区处于整个塌陷区中水资源相对充 裕，环境相对稳定的区域，而本次规划范围的面积更太、原矿区和废弃期间形成 了更为恶略的环境，治理工作需要多方面的技术支持和经验指导；另外，面对如 此大面积的环境设计，单纯的绿化是不够的，尤其是作为城市边缘的生态区域， 他在肩负着改善城市环境的同时，也应是城市居民休憩娱乐的后花园，并应该呈 现出唐山市独特的地区文化与精神。 南湖地区作为城市南部的郊野公园，将成为构建大唐山城市结构的公共核 心，它是以塌陷区生态修复、工业文明、抗震精神、现代艺术与展览为主要特色， 以休闲、运动、观光为主要功能的城市型综合生态风景区。对南湖地区的城市设 计将其定位为集生态功能、景观功能、游憩功能于一体的生态体系；它不但是太 唐山的绿心。其生态功能也同时影响到南新道以南、铁路京山线以东、津唐高速 以西及以北的区域。南湖生态区将成为融合自然生态、历史文化和现代文明的多 功能区域，城市形象和内在精神的典型代表。 第一章 1 3 环境背景分析 1 3 1 区位介绍 南湖地区西起学院路，东至唐柏路，北临南新道，南至2 0 5 国道，为唐山矿 和增胜矿、刘庄矿的采动( 空) 区，区域总面积约2 8 平方公里。内部主要道路 有：建设路、唐胥路、岳各庄路。 区域内有主要的矿坑6 个，现已有小面积水面、预计在1 0 年后会形成较大 的开阔水面、西面中部有垃圾山一座，分为生活垃圾和建筑垃圾两部分，粉煤灰 场若干，区内还含扩了地震遗址、铁路遗迹等，区位环境复杂，综合治理难度较 高，但也具有较多可挖掘的文化景观资源。 1 3 2 地质现状 煤炭科学研究总院唐山分院对该区域地下煤层开采沉陷变形和老采空区的 残余沉陷变形的评价分析表明：在以后没有采掘活动的老采空区或采动影响轻微 的地表可分阶段的兴建建( 构) 筑物，但兴建建筑物要采取能够抵抗地表沉陷变 形或残余沉陷变形的抗变形结构技术措施。同时，南湖规划区域随着地下开采范 围的不断扩大，地表沉陷范围也随之扩大，地表变形也更为剧烈，目前该区域移 动与变形主要集中在井下正在开采的区域，最大下沉为6 0 9 0 衄，最大倾斜变形 1 6 6 皿m ，最大曲率变形- 0 1 2 1 0 q ，最大水平变形一1 4 嘶m 。据预测统计， 1 0 年后地表最大下沉为8 8 8 0 衄，最大倾斜变形1 9 劬m m ，最大曲率变形0 1 7 1 0 3 m ，最大水平变形一1 3 8 衄m 。2 0 年后地表最大下沉为1 1 7 0 0 衄，最大倾斜变 形2 7 细m ，最大曲率变形0 1 8 1 0 。3 m ，最大水平变形一1 8 0 m m m 。5 0 年后地表 最大下沉为1 1 7 0 0 衄，最大倾斜变形2 8 1 衄m ，最大曲率变形为0 2 8 1 0 。3 m ， 最大水平变形- 2 1 3 砌m 。 目前，南湖规划区域内较为稳定区域主要位于东西两侧矿井边界附近的部分 区域，这些区域多为老采空区或无煤区，部分老采空区虽还有储量，但多为建筑 物下压煤，今后不大可能有采掘活动，基本可以认为是稳定的。同时，伴随着井 下在不同区域的开采结束，还会出现一些新的采空区域，即上方可适当兴建建筑 物的区域。 考虑到各方面的影响因素，相关部门制定了“表下沉量小于1 0 0 0 衄，倾斜 变形小于3 o m m m ，水平变形小于2 衄m ”的南湖规划区域适宜建筑标准，即只 要地表沉降变形处于以上范围内，新建建筑物采取能够抵抗地表沉陷变形或残余 沉陷变形的抗变形结构技术措施，便能够确保建筑物安全。按此标准划分出的南 湖规划区域目前和l o 年后适宜建筑区，如同 图卜3 南湖地区用地限制图 1 3 _ 3 南湖湿地形成分析 塌陷区根据其采空区大小、深度，造成地表影响的程度不同可分为轻度、 中度、深度塌陷，而形成不同地貌特征。 一般。土地塌陷在高潜水位地区和低潜水位地区会造成不同的影响。低潜水 位地区的土地塌陷会引起地表变形，导致土壤结构变化，造成对土壤的侵蚀改 变表土的理化性状和养分条件，即改变土壤本身的持水性、通气状况和微生物的 分布与生长：而在高潜水位区域又同时表现为积水、潜水蒸发量增加、阻碍作物 根系发展等方面。 2 大南湖地区的大部分地区，即由于采煤塌陷引起的地表变 形，地下水渗流与之共同作用、原有的排水系统失效而形成淡水沼泽或池塘，部 分区域由于长期积水，大片水面相连而形成湖泊：原来的农田系统转变为沼泽、 湖泊等湿地生态系统。 规划区西南部由于塌陷造成的小水塘已经被严重污染。湖之间的堤坝成为 随意倾倒垃圾的场所。区域内湿地周围的环境已遭受破坏，其本身的水质也必定 受到了较为严重的污染。 * 一i 图卜4 1 34 区域综合环境影响 图l 一5 城市居住区方面，区域东北部的大面积住宅由于质量低下而急需更新，整体 景观空间因为零星散落的工业用地和村落而混乱不堪，在城区密度较高的地区几 乎没有绿地；采煤废弃地方面，原有矿坑、垃圾堆积，在小南湖公园南侧现有大 面积的粉煤灰堆和煤矸石山：青龙河以西的垃圾山：原有农田绿地方面，区域内 西部边界地区分布着小块分割、呈格网结构的农田界定了地段内的景观肌理，现 状高尔夫球场南侧的原野是理想的休闲绿地。现有的苗圃林地通过每5 年一次的 修减可以形成有一定间距的树林，发展为理想的休闲绿地，按照已有农田绿地的 肌理、分布，进行补充与丰富，将在不久的将来形成区域内部及过度区域中较为 完整地绿化空间体系。 镕一 13 5 综合规划要点 图卜6 南湖地区资源分布图 南湖生态区项目致力于在原有的采矿废弃地上逐步建设成一处以湿地生态 系统为核心，集历史文化、地域特色、生态教育为一体的旅游娱乐活动区。 具体的规划要点为( 1 ) 塌陷区积水区域的湿地惨复与改良；( 2 ) 矿坑堆积 的糟煤灰、煤矸石、生活垃圾及建筑垃圾等废弃物的治理：( 3 ) 地下水因矿业开 采和地质变化而遭受的破坏及保护措施：( 4 ) 区域内非塌陷区作为城市过渡区域 的作用的发挥。 第二章 2 1 规划理念 第二章南湖生态区概念规划方案研究 1 ) 更新景观公园附近的传统院落传统居住形态，塑造理想居住模式，同时，重 塑居住区的街道空间，为附近居民的生活创造理想的活动场所。 2 ) 在旧城区中心和边缘设计绿化广场、主题公园，提升规划区东北部区域旧城 区的居住质量，推动城市更新的进程。通过对光影效果等方面的考虑设计多种宜 人的休闲空间；精心设计位于居住区和景观公园之间的边缘地带，以及沿环公园 道路的景观带。 3 ) 结合原有地段条件和现状结构，设计沿唐胥路的线性休闲区和大南湖水上休 闲娱乐区两片不同性质的休闲区域。 4 ) 逐步开展对工业区进行改造，将原有的采煤矿区建成为工业文化、休闲中心。 对湖面周围区域处于野生状态的芦苇地，进行适当调节、生态平衡，作为野生动 植物的生存空间。 5 ) 综合、再利用原有的景观元素，如在大景观公园的框架下对田园的小网格肌 理进行更新、美化和重新利用。将现状的原野景观作为整个区域的典型景观类型； 对现有苗圃树林进行修剪，增加树木间距，以形成新的原野自然景观，营造理想 的休闲空间。 6 ) 通过带状绿地、水系等留设，保留南湖向南生长的可能性，以及城市向南继 续生长的可能性。 2 2 南湖生态区规划总体布局 概念规划将该生态区分成南北两个区域，南区相对远离城市，人为活动较少， 将其作为自然修复、生态再造的核心区，加强各方面的监测与控制；北区作为生 态核心区与城市的过度区，只要是配合湿地保护设置工程型人工湿地，开展旅游 开发、湿地展示，致力于加强生态区与周边区域的联系。 按照南湖内不同地区的资源特征和周边区域环境特征，具体的将南湖地区分 为六大功能区： 9 #$ 图2 一l 南湖地区功能分区图 1 ) 小南湖景观功能区 该区域位于规划区西北部，以已建的小南湖公园为基础，南侧将绿地景观功 能进一步拓展；北侧依托其景观资源和北部毗邻城市的区位资源，布局城市商业 文化功能。面积约38 平方公里。 2 ) 世博会功能区 位于规划区中西部，规划为世博园永久保留场址面积约26 平方公里( 学 院路咀西另划出1 平方公里作为临时展区) 。依托世博园，大力推进学院路西侧 功能升级和城市发展，是“拉动城市结构向南”的关键区域。 3 ) 历史文化功能区 位于规划区中部依托和整理现存历史文化资源如地震遗址、交大遗址、唐 山矿，并以新的文化、艺术功能融台上述区域，使之形成有机的整体。并通过建 设路引导，注入城市活力，使历史文化功能区成为整个南湖地区文化的核心和灵 魂。面积约2l 平方公里。 第二章 4 ) 旅游和城市活动功能区 位于规划区北部，为毗邻城市的现状建成区、待改造的城市旧区。规划改造 为主题旅游区和承载其他城市新功能的区域。面积约3 o 平方公里。 5 ) 生态功能区 位于规划区西南部，以塌陷集水区的生态修复为近期主要功能，以期将来逐 步发展为良性循环的湿地生态系统、使之成为整个唐山地区的空气、水源调节区。 面积约1 1 4 平方公里。 6 ) 体育功能区 位于规划区东南部，以现有体育场地为基础，未来向西向南进一步拓展，建 成集高尔夫球场与原野绿地景观于一体的户外休闲活动区，面积约5 4 ，平方公 里。 同时，在区内规划建设合理便捷的交通体系，综合规划考虑了机动车交通、 公共交通、特殊旅游交通、自行车交通多层次的交通体系；并将交通与各个功能 区协调组织起来。 2 3 南湖生态区部分改造措施 首先是对塌陷积水地区水系统的整治，清理水面之间的堤坝，它在过去相当 长的一段时间里一直是随意倾倒垃圾的场所，清出的垃圾可以放置于垃圾山上， 集中处理。由于积水区还在扩大、变化中，所以治理工作不可能一步完成，现战 且分成两的阶段。第一阶段的工作包括：1 ) 改建青龙河河床和堤坝，2 ) 将新形 成的采煤塌陷区的表层土壤清楚，作为粉煤灰场的表层覆土；3 ) 对已形成的水 面进行初步清污；4 ) 通过垃圾山周围的新辟洼地和抽水泵，降低垃圾山下方的 地下水位；下一阶段的工作还有对新形成的水面进行表面清污，并开辟新洼地构 建人工湿地，已形成完整的湿地循环系统；同时还要继续把新塌陷区的表层土壤 清除移至粉煤灰场，对塌陷区表层的较为优质的土壤进行再利用，以改善和重建 粉煤灰场的生态环境( 其在将来有可能成为高质量的草坪绿地) 。这里基本采用 了现阶段对采煤塌陷区中塌陷深度大，景观环境已遭到严重破坏的地区常用的治 理方法，即挖深垫浅。在塌陷区的深部取土垫在浅部，。为防止肥土流失，保持原 有地质特点，可把将要塌陷区的地表土剥离抢运储存起来，集中用于浅层塌陷区 回填造地，恢复成耕地或营造林滴绿化系统，深部进行湿地生态设计，中间坡地 则作为过渡景观带。 主要的地震断裂带、避让带，采煤波及线，由于位于该地段的现状房屋较危 险，规划将其拆除，居民迁出；以后以园林绿化的形式进行环境修复、形成各区 第二章 域间的绿色廊道。 在东、西两侧边界处的相对适宜建设地区，主要是进行主题公园的开发，按 照相关建设要求兴建少量活动场馆、展览厅等，周围辅以丰富的植物绿化景观， 配合整个生态区自然生态修复的中心思想。具体的，对城市居民区的改造基本建 立在原有城市肌理的基础上；绿化景观区则是拆除零星分布的工业厂房和村庄， 以构成完整的景观空间，保留呈格网结构小块分割的农田景观肌理，根据休闲需 要进行美化处理；对规划区西部现状高尔夫球场南侧的原野，通过对现状苗圃树 林的修减或者新种植更多品种的树木而扩大原有种植规模、形成新的、景观效果 更加的原野绿地，特别是在平行于主要交通道路两旁和湖岸周围的区域，现有的 苗圃林地通过每5 年一次的修减可以形成有一定间距的树林，发展为理想的休闲 绿地。 方案力求通过对塌陷区的综合整治，营造湿地生态系统，提高其生物多样性 水平，形成自然生态一大南湖；通过逐步分阶段的开发建设，使得塌陷区及其 周边的非塌陷区都得到有效利用，充分实现它们各自的价值。 第三章 第三章南湖生态区环境改造方法 3 1 矿区景观生态改造原则 本文所指的景观生态改造是对因采煤塌陷破坏的区域进行治理、再造和再利 用，合理配置各景观要素，发挥其最大功能，提高区域稳定性和生物多样性。景 观生态再造的实现依赖于景观生态规划与设计，景观生态规划与设计的实质就是 在空间上合理安排景观格局以实现整体景观的持续利用。只有按照景观生态学原 理，在宏观上设计出合理的景观格局，在微观上创造出合适的生态条件，才能完 成景观生态重建的任务。 1 景观生态改造与恢复以生态学为基础，恢复生态学是研究生态系统退化的原 因、退化生态系统恢复和重建的技术与方法、生态学过程与机理的科学。所谓生 态恢复是指根据生态学原理，通过一定的生物、生态以及工程的技术与方法。人 为地改变和切断生态系统退化的主导因子或过程，调整、配置和优化系统内部及 其外界的物质、能量和信息的流动过程和时空次序，使生态系统的结构、功能和 生态学潜力尽快成功地恢复到一定的或原有乃至更高的水平。 3 生态恢复过程 是按照一定的功能水平要求，由人工设计并在生态系统层次上进行的，因而具有 较强的综合性、人为性和风险性。目前生态恢复的基本思路是根据地带性规律、 生态演替及生态位原理选择适宜的先锋植物，构造种群和生态系统，实行土壤、 植被与生物同步分级恢复，以逐步使生态系统恢复到一定的功能水平。 景观生态重建是景观尺度上的生态重建，即一定地域、跨生态系统、适用于 特定景观类型的生态重建。它以景观单元空间结构的调整和重新构建为基本手 段，包括调整原有的景观格局，引进新的景观组分等，目的是改善受胁迫或受损 生态系统的功能，大幅度提高景观生态系统的总体生产力和稳定性，如土地生产 潜力或水体生产潜力；将人类活动对景观演化的影响导人正向的良性循环，充分 运用生态学原理以提高能量与物质投入的效率；优化和美化景观，发挥景观作为 人类生存环境的综合价值( 经济、生态与美学价值) ，使之更加宜人。景观生态再 造的实现依赖于合理的景观生态规划与设计，景观生态规划设计的实质就是在空 间上合理安排景观格局以实现整体景观的持续利用。另外，景观生态再造必须遵 循整体性，异质性，多样性，协调性以及因地制宜等原则，才能使重建的生态系 统协调、稳定、可持续发展。 第三章 3 1 1 矿区改造生态性原则 在进行景观生态重建时，首先必须寻找发现基地生态系统已有的自然设计模 式，仿效自然生态系统的自然原型进行景观生态重建的设计，即根据自然原型， 按人类的经济要求，设计一种理想的适应环境系统，使之既不违背自然生态系统 的组织原则，又能为社会生产更多的物质财富。同时，要利用自然原型提供的组 织模式，通过协调正、负反馈环的耦合关系，调节和控制景观生态系统的演化， 使其对人类社会和自然共同有利。人类通过共生来控制人类环境系统，实现 与自然的合作。并在分析景观生态系统演化的因果反馈关系的基础上，增加新的 反馈环，使整个反馈关系向着有利于稳定的方向发展。这就要充分利用正因果反 馈关系，发挥人类行为的积极作用，促使系统向好的方向演替；充分发挥人类主 观能动作用( 主要是熵流) ，通过人工与天然正、负因果反馈环的耦合，使系统形 成或保持具有有利于人类自身的一定动态的以负反馈关系占优势的稳定状态。 如在矸石充填塌陷坑复土造田模式中，按照演替进程，首先选取耐贫瘠、速 生的牧草以改良土壤，恢复地力，种植苏丹草、沙打旺、铁扫帚、红豆草等；进 而采取豆科作物( 大豆、绿豆) 与蔬菜，杂粮轮作或间作方式，达到种地、养地相 结合：根据土壤元素组成及肥力状况，辅之一定的水、肥措施，培肥土壤，并选 择种植紫穗槐、洋槐、臭椿、泡桐等耐受性较强的树种。 3 1 2 矿区改造整体与要素的协调 由于景观是由一系列生态系统组成的具有一定结构与功能的整体，因而，进 行采煤塌陷区景观生态再造也要把采煤塌陷区及其周边景观作为一个整体来考 虑和管理，将规划区域同其背景的未来发展作为整体来考虑，以达到整体最佳状 态，实现优化合理利用。在景观和区域尺度上，形成自然、经济、社会三个不同 性质的系统纵横交错、相互制约、协调共生的复合生态系统；而尤其要协调生态 系统内部以及人与自然的共生关系，使重建的生态系统协调、稳定、可持续发展。 从整体到局部，景观生态系统是由物质和能量联系的多重等级组织，低等级 的局部干扰会影响整体，反之控制局部也可使整体得到调节。 4 虽然目前人类 对长时间、大范围的自然控制还无能为力，但对于小范围内的局部控制是行之有 效的。成功的景观重建应抓住对景观内的生态流有控制意义的关键部位或战略性 组分，通过对这些关键部位上景观斑块的引入或改变、以最少用地和最佳格局来 维护景观生态过程的健康与安全。 而要使该系统具有较高的生产力、生态效益和经济效益，又必须使其结构完 整、功能健全。为此，在非塌陷区和轻度塌陷区的稳定地快上进行复垦与生态重 1 4 第三章 建的设计和实施中，应注意完善生态系统的组成成分，畅通能流、物流渠道，提 高生态效益。根据系统能流、物流分析结果，反馈修改复垦模式，使新的人工生 态系统更具有生态合理性，更充分地利用环境资源，提高系统的生产力。 3 1 3 矿区改造多样性原则 在采煤塌陷区景观生态再造中，还要遵循多样性原则。景观多样性是指景观 要素在结构与功能方面的多样性，反映了景观的复杂程度，它对于物质迁移、能 量交换、生产力水平、物种分布、扩散和觅食都有重要影响。多样性的景观提高 了生态系统的复杂性，增加了整个生态系统的结构和功能的稳定性。对景观多样 性的保护是对生物多样性保护的拓展，包括了对景观中自然要素和文化价值保护 两个侧面。在规划区内既要在自然景观的改造的同时，挖掘其作为矿业城市文化 内涵，结合地震遗址，向景观的多样化发展。主旨即通过工程措施或生物措施以 增加景观尺度上的空间异质性，有利于提高系统的抗干扰能力和恢复能力，提高 系统的稳定性。 同时，采煤塌陷区废弃景观的空间异质性还要求景观生态设计必须遵守因地 制宜原则。煤层采厚、地下水位、地形地貌、塌陷区所处位置等因素造成了不同 的塌陷面积和塌陷类型，不同的塌陷类型要求采取不同的方法设计出具有不同结 构与功能的景观。项目区地理位置的不同使得规划的目的也不尽相同，有些是为 了农业生产，有些是为了维持良好环境，为居民提供娱乐场所等。因此，具体到 某一项目区，要针对规划目的采取不同措施因地制宜地进行治理。在唐山南湖生 态区的调查研究中，即发现其根据塌陷程度的不同而形成了今天积水湖泊、沼泽、 旱地等不同地貌特征，在具体的治理改造中作不同的技术处理和景观再造。 3 2 矿区生态改造概述 在对南湖地区进行生态修复、景观再造前，首先是对该采煤塌陷区的自然地 理概况、区域开发资料进行分析，从而了解规划区域的景观结构、自然过程及社 会文化状况。具体的，通过现场调研和资料收集对规划区的地质、地貌、水文、 土壤、生物等特性，煤层开采沉陷特性以及与工业发展、城市发展、历史文化、 交通、住宅建设、自然资源和自然保护有关的社会经济情况进行了解，为以后的 生态适宜性分析和景观分类、设置奠定基础。 该区域的景观生态重建主要是对不同程度的塌陷区域的环境改造和景观塑 造，将涉及矿区废弃物，包括粉煤灰、煤矸石的处理与再利用，区域废弃期间堆 第三章 放的生活垃圾与建筑垃圾的处理，矿坑的清理与改造，矿坑水的处理、再利用， 以及形成水面地区的湿地系统的生态设计。 由于各塌陷区的塌陷程度不同，现呈现不同的地形地貌，必须对应不同的改 造方案。轻度塌陷区配合新的区域内的构筑物进行绿化种植，扩展区域内的原 野绿化系统。 中度塌陷是指煤层厚度3 5 m ，煤炭采空后地，面沉降2 4 m 的采煤塌陷地。 地貌特征主要表现为落差较大的斜坡地和季节性积水的塌陷坑，农田基础设施和 农田道路等全部遭到破坏。中度塌陷的治理目标是以粮为主，粮渔结合。其治理 方法主要是挖深填浅，建鱼塘、筑台田，形成上粮下渔的格局。对距矿井较近的 塌陷地，也可利用煤矸石或电厂粉煤灰等充填，然后覆土( 8 0 l o o c m ) 耕种或用 作建设用地。同时配套建设排灌设施及交通道路。此方法复垦治理塌陷地，每亩 约需投资5 0 0 0 元左右，治理后2 3 年亦可收回成本，特别是配合建设高价值经济 田，效益更佳。 深度塌陷是指煤层厚度在5 m 以上，煤炭采空后地面沉降4 m 以上的采煤塌陷 地。地貌特征主要表现为少量的陡坡和大面积的常年积水的塌陷坑，生态环境均 遭破坏。深度塌陷的治理目标是以鱼为主，鱼禽结合，重建生态环境。其治理方 法，一是对少量陡坡、斜坡地，尽量划方整平，恢复耕种，建设高价值经济田， 如大棚蔬菜、瓜果等；二是对常年积水区的边沿部位及积水较浅或季节性积水的 区域，可挖池筑堤，建造养鱼塘；三是对积水较深的大水面应综合治理。 2 下沉深度2 m 内的塌陷区一般不会产生积水现象，采取推高填低的方式进行整 治。通过整治仍然可以作为农业用地。为了更多的利用浅塌陷区的土地，塌陷深 度2 4m 的地表塌陷区域，可采取“挖深垫浅”的方法进行整治，即将塌陷深 度较大的塌陷区的土壤在积水之前推到塌陷较浅的区域以减少塌陷面积。 5 在距离居民区较近，地形丰富，有一定起伏，不易恢复耕地或复垦后经济效 益不高的地区可发展成地景公园和活动娱乐区；对塌陷水面及其周围地区进行统 一规划，地势较高的部分可进一步垫高形成小山或小岛，种植花草树木，修建景 观建筑物等，并通过小径与水面及其他部分相连；在浅水水面对水生植物进行景 观层次和物种上的丰富，向水中投放水生生物，引导系统向生物多样性发展，对 于地表大面积塌陷，积水很深的塌陷区则设计成人工湖，并且把经由水生到陆生 的过渡带作为景观设计、生态复养的重点区域，由配合人工岛、观景平台等，将 整个塌陷区整理成可供人类观光、娱乐、休闲、垂钓的场所。 对环境的改造工作的重点和难点都集中在该区与湿地生态系统的修复与保 护，同时这也是南湖生态区相比于其他塌陷区的特点。 第三章 3 3 矿区废弃物处理 矿区内的废弃物主要包括两类，一类是矿区开采、发电工作的产出物，因长 年开采过程而累计堆放起来的粉煤灰场和煤矸石；二类是在矿区逐步的废弃的过 程中，该区域因为有大面积的矿坑遗留下来，而成为周围居民和附近城市的垃圾 投放地，现在规划区的西边中部地区有一座较大的垃圾山，分生活垃圾和建筑垃 圾两部分。 3 3 1 煤矸石、粉煤灰的处理 在采煤塌陷程度较轻的地区，部分其他矿区经常使用的一种治理方法即排矸 填充法，用煤矸石回填塌陷区，表面覆土，用以建设用地。而相关检测结果表示， 煤矸石中含有锌、铬、汞、砷等重金属污染物，它们可以渗入土壤，然后通过日 晒雨淋进入浅层地下水，对其造成污染；同时如果将其暴露于空气中，又会自然 放出s 0 2 、c o 气体，污染空气 1 9 。综上，在对煤矸石堆进行再利用之前，首先 要对其进行化学上的处理，是可能对周围环境形成危害的元素沉降下来，或以不 可渗透的物质将其与土壤隔离，且在表层覆土种植，以保证区域环境的安全健康。 对粉煤灰的处理也遇到和煤矸石同样的问题，甚至在粉煤灰中含有比煤矸石 更多的有害物，它也需要与土壤层分隔，以免进一步污染地下水，同时，由于粉 煤灰的分布状态，它很容易被风携带而大面积扩散，较为明显的即撒落到附近水 体上，造成生态和景观的双重破坏，所以，利用粉煤灰塑造地形时也需要对其表 层进行处理。另外，粉煤灰还可以在进行简单的挂靴处理后，作为烧制道路铺转 的原料，也是变废为宝的一个有效途径。 在如此大的场地，还可以进行对粉煤灰和煤矸石进行综合处理，利用该地区 地形丰富、场地开阔的特点，在地质稳定的区域塑造大地景观，作为整个生态区 的巨大开放空间。 第= 盼糍斓 翻囱离匕0 - ! 露隧溢壅蔷逡_ 图3 2 煤矸石堆场一 图3 3 煤矸石堆场二 332 区域垃圾处理 目前，