矿区环境生态修复的研究.docx

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矿区环境生态修复的研究

专业学位硕士学位论文

唐山市古冶区大金山矿区环境生态修复的研究StudyonTheEcologicalRestorationofTheJinshanMiningAreainGuyeDistrictofTangshanCity

作者姓名：

邵丹

工程领域：

景观设计

学号：

指导教师：

王时原（教授）

完成日期：

2016年11月20日

大连理工大学

DalianUniversityofTechnology

大连理工大学学位论文独创性声明

作者郑重声明：

所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。

尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。

与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。

若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。

学位论文题目：

作者签名：

日期：

2016年XX月XX日

摘要

随着我国经济的快速发展，我国对矿产资源的需求量也与日俱增。

经济的快速发展的同时，造成了相应的社会与环境问题。

党的十八大以来，生态环境与社会可持续发展再次提高了新的高度，我国学者也对矿业废弃地开展相关领域更深入的研究。

本文通过对国内矿山废弃地的研究得出矿业废弃地修复的相关经验、设计原则、设计方法。

运用相关方法，对现存的矿业废弃地进行景观生态修复。

首先，本文借助国内外最新研究进展进行分析，阐述了矿业废弃地的相关概念。

回顾了国内外对矿坑景观生态修复的相关研究成果，即对生态、矿坑景观生态修复、政策法规方面的研究。

其次，本文结合古冶金山矿区为背景，对矿区的简况进行的概述。

同时结合城市环境理论对矿坑改造技术方案进行了研究。

再次，本文对矿区生态环境修复规划技术方案进行了研究。

从规划理念、整治区域总体布局、植物景观规划等方面对矿区生态环境修复规划技术方案进行了研究分析。

最后，本文提出了矿业废弃地的生态修复原则与设计方法。

在尊重生态优先、资源可持续、经济协调发展的原则上，结合矿业废弃地现有特点对现有矿业废弃地进行景观设计。

综上所述，打造矿业废弃地的新价值、新亮点，需要尊重生态学、环境学、景观规划学等基本理论，以生态修复为基点，以可持续为发展目标，重构矿业废弃地的生态环境。

关键词：

矿区环境；景观；生态修复

Abstract

WiththerapiddevelopmentofChina'seconomy,China'sdemandformineralresourcesisincreasingdaybyday.Therapiddevelopmentoftheeconomyatthesametime,resultinginthecorrespondingsocialandenvironmentalissues.Sincetheeighteenparty,theecologicalenvironmentandsocialsustainabledevelopmenthasimprovedthenewheight.Thescholarsinourcountryhavecarriedoutmorein-depthresearchontherelatedfields.Thisarticlethroughtothedomesticmineabandonedlandtheresearchobtainstheminingwastelandtorepairtherelatedexperience,thedesignprinciple,thedesignmethod.Landscapeecologicalrestorationofexistingminingwastelandwascarriedoutbyusingcorrelationmethod.

Firstofall,thispaperanalyzesthelatestresearchprogressinthedomesticandforeign,andexpoundstherelatedconceptsofminingabandonedland.Reviewtherelevantresearchresultsofmineecologicalrestorationathomeandabroad,theresearchontheecologicallandscape,mineecologicalrestoration,policiesandregulations.

Secondly,basedonthebackgroundofGuyeJinshanminingarea,thispapersummarizesthegeneralsituationoftheminingarea.Atthesametime,combinedwiththecityenvironmenttheorytostudythetransformationplan.

Again,thispaperstudiestheecologicalenvironmentrestorationplanningofminingarea.Fromtheplanningconcept,theoveralllayoutoftherenovation,theplantlandscapeplanningandotheraspectsoftheminingareaecologicalenvironmentrestorationplanningprogramwasstudiedandanalyzed.

Finally,thispaperputsforwardtheprinciplesanddesignmethodsofecologicalrestorationofminingwasteland.Withrespecttotheecologicalpriority,sustainabledevelopmentofresourcesandtheprincipleofeconomiccoordinateddevelopment,combinedwiththeexistingcharacteristicsofminingwastetotheexistingminingwastelandlandscapedesign.

Tosumup,tocreateanewbrightspotinminingwasteland,newvalue,needtorespectthebasictheoryofecology,environmentalscience,landscapeplanning,ecologicalrestorationasthebase,tothesustainabledevelopmentgoalofecologicalenvironmentreconstructioninminingwasteland.

KeyWords：

Landscape。

EcologicalRestoration。

MiningWasteland

摘要I

AbstractII

1绪论-1-

1.1研究背景-1-

1.2研究对象、目的及研究内容-1-

1.2.1研究对象-1-

1.2.2研究目的-1-

1.2.3研究框架-2-

1.2.4研究内容-2-

1.3相关概念-3-

1.3.1矿业废弃地-3-

1.3.2矿业废弃地的生态修复-3-

1.3.3矿业废弃地的景观改造-3-

1.4研究方法-4-

1.5创新点及不足-4-

2国内外矿坑景观生态修复相关研究-5-

2.1国外相关研究-5-

2.1.1生态方面的研究-5-

2.1.2矿坑景观生态修复的研究-5-

2.2国内的相关研究-6-

2.2.1生态方面的研究-6-

2.1.3废弃地景观生态修复的研究-6-

2.3小结-7-

3古冶金山矿区的简况-8-

3.1金山矿区对古冶环境的影响-8-

3.2矿区环境背景分析-9-

3.2.1区位介绍-9-

3.2.2改造前土地性质-10-

3.2.3对周边功能区域的影响-10-

3.2.4生态修复的3个关键点-11-

4城市环境理论的引用-12-

4.1基本概念-12-

4.2改善城市人居环境-12-

4.3提供室外休闲娱乐场地-13-

5矿坑改造技术方案研究-14-

5.1矿床水文地质条件-14-

5.2解决排水技术技术方案-14-

5.3植被恢复措施-14-

5.3.1基因改良问题及解决技术方案-14-

5.3.2植被建植方式-15-

5.3.3植物品种的选择-15-

5.3.4种植与经管-15-

5.3.5检测、评估和后期维护-16-

5.4分期建设步骤-16-

5.4.1.建园前期-16-

5.4.2.基础设施建设期-16-

5.4.3.园内设施建设期-16-

5.4.4.维护抚育期-16-

5.4.5二次开发期-17-

6矿区生态环境修复规划技术方案研究-18-

6.1规划理念-18-

6.2整治区域总体布局-18-

6.2.1技术方案设计理念与特色-18-

6.2.2规划结构-19-

6.2.3功能分区-19-

6.2.4水系格局-21-

6.2.5景观系统-21-

6.2.6道路系统-22-

6.3植物景观规划-23-

6.3.1植被种植概念规划-23-

6.3.2配置原则-24-

6.3.3配置结构-24-

6.3.4植被恢复分区-25-

7矿坑的生态修复原则与设计方法-26-

7.1设计原则-26-

7.1.1自然生态优先原则-26-

7.1.2资源持续、循环原则-27-

7.1.3环境、社会、经济协调发展原则-27-

7.1.4体现文脉的原则-27-

7.1.5安全性原则-28-

7.2设计方法-28-

7.2.1保护与改造并重-28-

7.2.2对工业设备的应用-28-

7.2.3对地表遗迹的应用-29-

7.2.4旅游拓展与营销-29-

7.2.5生态恢复治理-30-

7.2.6废弃矿区再利用-31-

7.3小结-32-

8矿坑景观生态修复运行保障措施-33-

8.1矿坑景观生态修复运行保障措施-33-

8.1.1分别对待新旧矿区问题-33-

8.1.2建立监管机制-33-

8.1.3确立有效的矿业生态修复保证金制度-33-

8.1.4完善政策制度-33-

8.1.5生态修复要因地制宜-34-

8.1.6生态修复要拓宽融资渠道-34-

8.2矿山改造案例比较研究——上海辰山植物园-34-

8.2.1工程背景及简况-34-

8.2.2景观修复与营造内容-36-

8.2.3设计特点归纳总结与效果评价-37-

8.3小结-37-

结语-38-

附录一参考文献-39-

攻读硕士学位期间发表学术论文情况-41-

致谢-42-

大连理工大学学位论文版权使用授权书-43-

1绪论

1.1研究背景

伴随着我国经济的快速发展，资源消耗量与日俱增，于此同时大量矿业废弃地在城市及城乡结合部中出现，带来较大的社会问题与环境问题。

由于矿业废弃地长期的开发和利用，其自然生态环境遭到较大破坏，资源枯竭、生态退化、生物多样性遭到破坏，产生的问题将影响生态平衡和社会的可持续发展。

同时，矿业废弃地也见证了城市的快速发展，是城市快速发展的“营养源泉”，在城市中拥有一定的历史地位，如何妥善处理这些问题，值得相关学者进行研究[16]。

将生态理念、历史理念及规划理念融入到矿业废弃地的景观生态改造中来，可以实现对矿业废弃地的全新打造与修复。

重现矿业废弃地的经济价值和社会价值，并打造人文价值、历史价值与环境价值。

虽然对矿业废弃地的景观生态修复取得了一定成果，但还有诸多问题凸显出来，需要进一步研究与实践。

本文从矿业废弃地生态景观修复入手，提出矿业废弃地的生态修复原则与设计方法，并提出修复运行保障措施，力求解决我国面临的矿业废弃地生态修复问题。

1.2研究对象、目的及研究内容

1.2.1研究对象

古冶区位于唐山市中心城区东部，总面积253.4平方公里，人口30万。

古冶区地理位置优越，交通通讯便利，距天津新港、秦皇岛港、京唐港均不足百公里，距津唐高速公路开平入口仅3公里，205国道贯穿全境，30000个程控电话国内外。

古冶区是历史悠久的重工业区，矿产资源丰实，工业基础坚实，煤炭、耐火粘土、石英砂岩、水泥灰岩、煤矸石等矿藏储量大，开采价值高。

本文以唐山古冶大金山矿区为研究对象，对矿业废弃地的生态修复进行了研究。

通过理论分析、修复原则、设计方法及运行保障措施等对我国现有矿业废弃地进行景观生态修复。

最后，结合国内矿业废弃地的实际工程案例进行分析与实践。

1.2.2研究目的

矿业废弃地对城市形象、经济效益、社会影响产生了许多负面影响，如矿业废弃地附近居住人口密集、基础设施发展落后、环境问题日益突出。

废弃地的景观生态修复将极大地改变城市形象、改善现有的经济与社会矛盾，实现生态、社会、文化、历史、美学的和谐统一。

1.2.3研究框架

1.2.4研究内容

（1）矿业废弃地景观生态修复相关研究。

研究国内外关于生态方面、废弃地景观生态修复方面、政策和法规方面的相关研究成果。

（2）介绍了古冶金山矿区的基本简况。

从金山矿区对古冶环境的影响、矿区环境背景分析对古冶金山矿区进行了介绍。

重点对矿区改造前土地性质、对周边功能区域的影响及生态修复的关键点进行了阐述。

（3）对城市环境理论进行了引用，为全文提供良好的理论基础。

（4）对矿坑改造技术方案进行了研究。

从矿床水文地质条件、解决排水技术技术方案、植被恢复措施、分期建设步骤进行了研究。

重点对植被恢复措施进行了分析，即基因改良问题及解决技术方案、植被建植方式、植物品种的选择、种植与经管等进行了分析。

（5）对矿区生态环境修复规划技术方案进行了研究。

分析了规划理念、整治区域总体布局、植物景观规划等方面。

（6）矿业废弃地的生态修复原则与设计方法。

提出矿业废弃地规划设计原则及设计方法。

（7）矿业废弃地的景观生态修复运行保障措施。

阐述了要分别对待新旧矿区的问题，要建立监管机制并确立有效的矿业生态修复保证金制度。

1.3相关概念

1.3.1矿业废弃地

矿业废弃地是指因采矿活动所破坏和占用的，未经治理而无法使用的土地[1]。

按照采集作业的过程可以分为四类[2]：

（1）排土场：

由剥离的表土、开采的岩石碎块和低品位矿石堆积而成的废石堆积地；

（2）采场：

框体采完留下的采空区和塌陷区形成的采矿废弃地；

（3）尾矿区：

开采出的矿石经选出精矿后产生的尾矿堆积形成的尾矿废弃地；

（4）其他：

采矿作业面、机械设施、矿业辅助建筑物和道路交通等先后战后的废弃地。

1.3.2矿业废弃地的生态修复

本文的矿业废弃地的生态修复主要是指停止人为破坏干扰，依靠生态系统自我调节与自组织的能力的同时，采取人工辅助措施的过程。

通过对植被的恢复、水体的治理、土壤的改良等措施，恢复并打造矿业废弃地。

1.3.3矿业废弃地的景观改造

矿业废弃地的景观改造是指通过认为技术理论与手段（如生态理论与实践、历史理论与实践、人文理论与实践）对现有的矿业废弃地进行改造的过程。

其目的是实现自然、社会、人文、历史与美学的和谐统一。

打造具有生态价值、人文情怀、历史情怀的废弃地景观，重现经济效益与社会效益[17]。

1.4研究方法

（1）历史文献记载研究

利用前人记载的历史资料作为参考，归纳归纳总结出研究对象存在的问题，进而研究采取措施解决问题。

（2）实地调研研究

通过实地调研、走访、收集资料等方式，对现有矿业现场状态进行分析，归纳归纳总结出存在的问题，并对矿区进行初步规划。

（3）系统归纳研究

利用以往矿业废弃地的生态修复经验，结合现有矿业废弃地的特点，归纳归纳总结出生态修复技术方案与措施。

（4）数据分析法

利用以往收集的数据，结合实地调研成果，对现有矿业废弃地进行分析。

1.5创新点及不足

本文结合国内外矿坑景观生态修复的研究现状，以古冶金山矿区为研究背景，借助城市环境理论对矿坑的改造技术方案进行了分析研究，并提出了矿区生态环境舅父规划技术方案，提出矿坑的生态修复原则与设计方法。

本文包含了矿区生态修复的基本理论、设计原则、设计方法及生态修复的运行保障措施。

这一系列研究，为我国矿区的生态修复提供了较好的研究基础。

本文从生态修复的角度对矿山废弃地进行了分析研究，缺乏从工程技术角度对矿山废弃地进行研究。

希望后续研究人员能够从生态修复的施工技术手段、工程影响效应角度对矿山废弃地进行改造。

2国内外矿坑景观生态修复相关研究

2.1国外相关研究

2.1.1生态方面的研究

美国在生态方面开展的研究相对较早，美国的生态受法律的强制保护，其关于生态方面的科研也取得较好的成绩。

美国的印第安纳煤炭协会1918年就尝试性地在矿山废弃地上种植植被，同时通过生态手段对矿山废弃地的土壤进行改良，取得较好的效果。

此后，美国的矿山企业纷纷采取对废弃地的改良工作，积累了大量的经验；英国是工业化最早的国家之一，其对矿产的需求量也很大。

在工业化早期，矿山废弃地对环境造成了很大的影响，英国政府为加强对矿山废弃地的治理，在法律、经济等方面采取了切实有效的措施；前苏联对矿山废弃地的修复主要采取工程修复和生态修复两种。

工程修复是对矿山废弃地的场地进行整平，对坡地进行改造；生态修复是采取种植植被、改良土壤等方式，采取了一系列切实有效的经管措施；澳大利亚对矿山废弃地的修复主要采取边采伐，边修复的措施。

采取多专业技术人员联合的方式，对矿山进行修复。

并且由于专业投入的特点，取得了较好的成果；德国在上世纪初对矿山废弃地进行分区研究，根据不同区的特点，培植具有针对性的植被进行恢复。

21世纪以来，西方国家和我国主要采取工程与生态修复相结合的措施进行治理。

从土壤、水文、植被等方面对矿山废弃地进行修复。

同时国外对生态修复的理论、技术和方法开展了相关研究。

2.1.2矿坑景观生态修复的研究

70年代，大地艺术家开始尝试用艺术手段来进行废弃地改造“艺术家们尊重场地的景观特征、接纳工业景观元素、重建工业景观元素”工业废弃地上留下的工业构筑物和设备设施、工业生产产生的地貌特征和地表痕迹都被作为工业景观的元素,这些元素在场地上保留下来，再通过加工，改变它们原本的方式，便形成了另一种艺术形式在美国，主要是在废弃地上进行大地的形体塑造，其中最著名的是1972年西雅图煤气厂公园。

它是用景观设计的方法对废弃地进行再利用的先例，其中也蕴含着现代工业景观设计的因素"这个工程虽然不是直接的矿区改造，但它在公园的形式、工业景观的美学价值等方面对景观设计产生了广泛的影响，对未来废弃矿山的景观改造是一个启示[18]。

20世纪90年代，德国的著名科特布斯矿山修复工程，通过艺术手段对矿山进行修复。

随着园林景观引入艺术因素开始，国外开始讲生态修复引入到矿山修复工程当中。

取得了较好的研究成果和实践成果。

2.2国内的相关研究

由于我国现实国情的原因，我国对矿山废弃地的研究起步较西方发达国家较晚。

19世纪70年代，才开始对矿产废弃地展开系统地研究，相关的研究主要在两个方面，一个是生态方面的研究，另一个是废弃地景观生态修复的研究。

2.2.1生态方面的研究

当时，我国的研究重点主要在煤矿和有色金属废弃地上，胡振棋（1995）首次从学科建设角度，对土地复垦的现状及面临的问题进行了阐述，同时提出了土地复垦的基本原则。

徐篙龄（1995）在国内首次将矿山废弃地进行了系统的理论阐述，这为后来我国的矿山废弃地的研究奠定了理论研究基础。

陈芳清[4]（2004）对三峡地区的废弃地进行了植被生态研究，为我国矿山废弃地的生态研究奠定了基础。

刘莉莉[5]（2008）分析了废弃时间长短对生态系统的影响，要采取恰当的人为措施，加强对生态环境的修复。

谭辉[6]（2010）以典型的南方金矿为研究对象，采取工程手段和生态手段对矿山废弃地进行生态修复，物种筛选的方式选择在室内通过盆栽实验的方法，然后根据室内实验结果进行室外推广。

室外实验结果表明，筛选的紫穗槐、合欢、百喜草、狗牙根等均生长良好，可作为该排土场及其它类似冶金矿山废弃生态恢复的首选植物品种。

2.1.3废弃地景观生态修复的研究

进入本世纪以来，我国对矿山废弃地的研究也进入专业化研究。

国内学者纷纷提出废弃地景观生态修复的技术方案。

刘国华[3]等人（2003）就我国矿区废弃地生态恢复的现状以及面临的主要问题进行了阐述，同时对土壤的侵蚀、树种的选择进行了分析讨论。

李永庚[7]（2004）对我国的金属矿山废弃地生态重建进行了研究，阐述了矿山废弃地的重建措施。

戈峰[8]（2001）系统地研究了蚯蚓在不同处理尾砂土、复垦土上生长发育状况,蚯蚓对铜离子富集作用及植物生长影响。

王志宏[9]（2005）介绍了几种植被恢复中的土壤基质改良方法，如施用营养物质、Ca2+、施用石灰等改良剂，并且就具体问题提出了表土转换、生物修复、植被恢复等土壤基质改良措施。

张毅川[10]（2005）对合理进行废弃地的景观与生态恢复进行了较为深入的研究。

通过对该废弃地现状的分析，得出对其进行合理的景观与生态恢复迫在眉睫.依据景观设计与生态恢复的理论、方法与原则，提出了景观恢复与生态恢复的具体措施。

张金伟[11]（2007）依托徐州市夏桥工业遗址公园的废弃地改造工程，依据景观设计与生态恢复的理论、方法与原则，提出场地景观设计与生态恢复的具体措施。

张鸿龄[12]（2012）着重分析了矿山废弃地生态修复与重建过程中的基质改良（包括表土覆盖、物理、化学改良、生物改良和废弃物人工基质改良技术）与植被重建（植被自然演替模式、植被种类选择和植被修复作用），并对今后矿山废弃地生态修复的发展趋势进行了探讨。

王婧静[13]（2010）对金属矿山废弃地生态修复进行了研究。

罗亚平[14]（2006）分析了废弃地土壤的肥力状况、重金属污染状况，主要优势植物中重金属含量，找出限制锰矿废弃地生态恢复的不利因素，初步筛选出适合废弃地植被恢复的耐性植物和具超富集特性的植物，并进行了室内栽培实验探讨其耐性和富集特征。

李洪远[15]（2008）采用生态恢复工程的方法，针对碱渣复杂的化学成分和特殊的物理性质，通过制造碱渣工程土填垫低洼地，在堆造山体过程中采取工程措施确保山体的稳定，采取覆盖一定厚度外源种植土的方