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矿坑为什么植物难以生长(矿坑为什么植物难以生长起来)

时间:2023-10-24 13:43:53
松江辰山植物园的矿坑花园简介

简介

矿坑花园是上海辰山植物园景区之一,位于辰山植物园的西北角,邻近西北入口,由清华大学教授朱育帆设计。矿坑原址属百年人工采矿遗迹,作者根据矿坑围护避险、生态修复要求,结合中国古代“桃花源”隐逸思想,利用现有的山水条件,设计瀑布、天堑、栈道、水帘洞等与自然地形密切结合的内容,深化人对自然的体悟。利用现状山体的皴纹,深度刻化,使其具有中国山水画的形态和意境。矿坑花园突出修复式花园主题,是国内首屈一指的园艺花园。

游玩感觉

矿坑花园虽是人工改造,却如自然的鬼斧神工,来辰山植物园当然不能错过矿坑花园。矿坑花园的主要通道是160米的景观浮桥,别具匠心的浮桥紧帖在低于地平面30米的水平面上,行走在上面宛如走在水面上,此时身边的峭壁恍惚要倒塌,加上浮桥的小小的摇摇晃晃感觉,让人感觉“蜀道之难,难于上青天!”。站在浮桥中间,峭壁环生,瀑布飞泄,加上水杉林遮住了阳光,此刻恍如绝境。走完浮桥是个黑乎乎的山洞,钻过山洞再见天日,不禁感叹矿坑花园的神奇。

花园设计获奖

矿坑花园设计获得很多同行肯定,并一举拿下第二届中国建筑传媒奖。基中提名理由写到:一个矿坑究竟能成为什么?在今天的快速城市化过程中,许多工业废弃用地成了头疼的问题,朱育帆用优雅的一抹步道,使其成为一个秀美的花园,为市民增添了一个令人愉悦的游乐场所。 作为上海很好的基岩出露区,“九峰三泖”中的诸峰多数存在和辰山许多类似的问题。矿坑花园寻找、总结的适当转化途径的方法,对其它诸峰有一定的借鉴意义。

矿坑花园的浮桥

鸟瞰矿坑花园像是一条白蛇游弋在水面上,这条”白蛇“就是矿坑花园的主通道——矿坑花园浮桥。浮桥是作者为了让人更接近自然,融入山水而精心设计的,由英德市德立浮桥工程有限公司建造。浮桥总长约160米,宽1.6米,整座浮桥采用模块结构,由特制浮箱、钢结构和进口防腐木面板组成。

沙漠的沙不可以填废弃矿洞吗?或者填人们挖的大坑之类的?

当然可以呀,只不过这是个赔钱的买卖,所以没人干啊。

从操作上来说是没什么难度的,关键就在于成本。如果矿洞或者矿坑离沙漠较近还则罢了,只要稍远一些,就有更好的方法可以替代了。

举个例子,某矿洞距离沙漠有一千公里,那么从沙漠拉沙过来填坑需要投资五百万,但从当地购买泥土填坑可能只需要三百万,或者放任不管,给当地居民赔款异地搬迁,可能只需要两百万,只要有一定的商业思维,都知道自己应该做出怎样的选择。

除此之外,还有更经济的方法。据说北方某些电厂建立在煤矿附近,被称为“坑口电厂”。它们有些操作就是:煤矿开采、发电、灰渣回填。这种操作好处多多,一来可以减少煤矿地下空洞的影响,二来对灰渣这种在北方量很大、无法有效利用的废弃物的处理来说,也是提供了一个思路。也许有人会说了,灰还可以做砖做水泥了,但这些产品也得有销量啊,北方煤矿电厂林立,这些资源根本无法被全部利用起来,回填或许也是一种有效的利用方式。

不是不可以,是运沙成本高,就地取材填已足够,再说也没有必要,不塌陷地方你是填冲不进去的。

人类和平;资金共用;

引水灌沙;移沙填海。

其实很多时候事物的运行要符合经济学原理,沙漠里的沙治理的根本办法是让它可以产生经济效应。从遥远的地方运沙成本太高,除非强制,不然资本家是不会这样做的。

您好

填矿坑是为了什么

这是回答你这个问题首先要明确的。

我们现在不断的进行废弃矿坑矿洞的回填和生态修复工程,目的是为了修复由于开采活动而破坏的生态环境,让裸露的土地重新长出植物,让离家出走的动物们回家。

既然是生态恢复,当然要用那块地方本来该有的土,而不用沙。

用沙漠里的沙子填了矿坑,坑是没了,但沙子上也不会再长植物了(因为沙土不保水,难以让大部分植物存活,能在沙里存活的仙人球适应不了当地原本的气候,比如在山西矿区突然一片仙人球,怪奇怪的)。

用沙子填坑会带来的问题

1、成本问题

从沙漠往外运沙成本大大的,还不如多花点钱找点泥土去填坑。

2、对沙漠本身的影响

沙漠本身也是有生态系统的,不能为了一个生态系统的恢复去破坏另一个生态系统。

3、对填坑区的影响

这相当于往矿区搬了个小沙漠,上面没有植被覆盖,一但刮风,周围的城区就是飞沙走石了。

总结

综上所述,拿沙漠里的沙填大坑是不太可行的。

沙漠沙运出填坑,目的是什么?为治沙,则永远运不完,因为没找到治沙方案,只会沙进人退,永远运沙不仃。为填坑?则技术经济可行性差,生态修复的费用过高。问题提出者错在目的不明,后果不清,无投入产出分析。

看来你对沙漠大小不了解,沙漠占据陆地念力约百分之二十,不说人类能不能运送完,哪里来的这么大的坑?而且填海的话,运输成本都是天文数字。

不能

我的世界矿坑里种树为什么

您的世界矿坑里种树有很多好处。首先,它可以帮助改善空气质量,减少空气污染。树木可以吸收大量的烟尘和污染物,从而改善空气质量。其次,树木可以帮助减少水污染。树木可以吸收大量的水,从而减少水污染。此外,树木还可以帮助减少噪音污染。树木可以吸收大量的噪音,从而减少噪音污染。很后,树木还可以帮助改善土壤质量。树木可以吸收大量的氮、磷和钾,从而改善土壤质量。总之,种植树木可以帮助改善空气、水和土壤质量,从而促进环境保护。

上海辰山矿坑是什么矿

上海辰山矿坑是采石场采石后所遗留下来的。辰山矿坑没有什么矿,只是采石材而已。

大柳塔矿区煤炭开发与地质环境互馈效应

一、矿区概况

大柳塔煤矿是神华集团神府东胜煤炭有限责任公司所属的一座特大型现代化矿井,地处陕西省神木县境内大柳塔镇南端的乌兰木伦河畔,所辖大柳塔、活鸡兔两个矿井,拥有井田面积189.80km2,煤炭地质储量23.18亿t,可采储量15.27亿t。井田地质构造简单,煤层倾角平缓,赋存稳定,具有埋藏浅、易开采的优势。煤炭品种为中高发热量的不黏煤和长焰煤,主采煤层煤质优良,具有低灰、低硫、低磷、化学反应性强、热稳定好的特点,是良好的动力、气化、化工和民用煤。

1.地理位置

大柳塔矿区位于陕西省榆林市神木县大柳塔镇与中鸡镇部分境内,地理坐标为东经110°05'00″~110°20'00″,北纬39°15'00″~39°27'00″,面积约376km2。区内交通便利,有西安—包头铁路,包头—神木铁路、神木—黄骅港铁路。神木—东胜公路贯穿矿区南北,府谷—新街公路经过矿区南部,矿区内各乡镇间均有公路相通(图4-1)。

2.地形地貌及水系

井田地处陕北黄土高原之北侧和毛乌素沙地东南缘。地势北高南低,中间高而东西低。很高点在井田北部的陈家坡附近,海拔1334.1m;很低点在井田西南角乌兰木伦河谷,海拔1057.5m。相对很大高差276.6m,一般海拔1120~1280m之间。区内大部属风沙堆积地貌,沙丘、沙垄和沙坪交错分布,植被稀少。东西两部沟壑纵横,切割强烈,沟谷两侧基岩裸露。属河流侵蚀地貌。区内河流有:西界的乌兰木伦河、东界的牛川。井田中部柠条梁为分水岭,母河沟、王渠沟、双沟等河流均向西流入乌兰木伦河;七概沟、活朱太沟、三不拉沟则向东流入牛川。

3.气象

本区属半干旱大陆性季风气候,冬季干旱寒冷,夏季干燥炎热,昼夜温差悬殊。年平均气温8.5°C,年极端气温38.9~28.1℃。年平均降雨量441.2mm,雨季多集中在7,8月份;年平均蒸发量为2111.2mm。秋末、冬春盛行西北风,夏季多为东南风,年平均风速2.2m/s。

4.地震

井田地处稳定的鄂尔多斯向斜上,历史上未发生过破坏性地震,基本地震烈度为Ⅵ度。

图4-1 矿区地理位置图(据西安地质调查中心,2006)

5.经济

本矿区地处陕西省榆林市与内蒙古自治区的鄂尔多斯市交界处,生态环境脆弱,土地贫瘠,水土流失严重。地区经济基础薄弱,生产力水平低下,是一个经济落后的地区。但本地区地域广阔,矿产资源丰富,特别是煤炭资源得天独厚,适应建设特大型的现代化煤炭生产基地。井田内多为沙丘覆盖,当地农民居住稀散,耕地少且为沙土耕地,在各沟内有河滩淤积耕地,农产品以玉米、谷子、荞麦等杂粮为主。畜牧业主要是喂养猪、羊等牲畜。工业近年来发展迅速,主要有煤炭、电力、化工等。

二、煤炭开发引起的地质环境问题

自1985年大柳塔煤矿始建至今,现有大柳塔、活鸡兔两个年产原煤均超1000万t的矿井。大规模的矿业开发引起的水资源枯竭、水质恶化、地面沉降、露天边坡失稳及煤矸石的存放和污染等对地质环境及自然生态环境的危害也日趋严重,必须引起足够的重视。

中国地质调查局2005年初部署了“陕西大柳塔煤矿区地质环境问题调查”项目,经过两年研究,西安地质调查中心的研究人员调查得出,截至2005年底,调查区煤矿井下开采形成了采空区,煤矿地面塌陷、地裂缝都对农业生产造成了不良影响,并对地面建筑物形成了不同程度的损坏,对当地群众的人居生活和农业生产产生了一定程度的危害。调查还发现,采煤塌陷区77.3%的村民水井干涸或水位下降,73.3%的泉水干涸或流量显著下降。

另外,大矿周边分布有十余家地方和个体煤矿,年产原煤约500万t(徐友宁等,2007)。高强度、大规模的机械化采煤引发了一系列地质环境问题,加剧了脆弱生态环境的恶化。结合本项目野外调查结果,本区由于采煤引起的地质环境问题可以归结为以下三个方面:①地面塌陷与地裂缝;②土壤环境恶化;③地表水与地下水系统破坏。

1.地面塌陷与地裂缝

地面塌陷与地裂缝是煤矿区普遍存在的一种地质环境问题。随着煤炭开采量的不断增加,地下采空区急剧扩大,采煤塌陷已成为矿区危害范围很广、危害程度很大、延续时间很长的一种环境地质灾害。

神东公司矿井均采用综合机械化开采技术,综采工作面长200~240m,采高4m,每向前推进1m,就会形成800~960m3的采空区,加之所采煤层埋深仅为50~150m,开采后地表会立即发生下沉、地表形成裂缝等。截止2005年7月,大柳塔矿区累计形成采空区面积42.69km2(其中,大柳塔矿井采空区面积已达27.087km2),地面塌陷影响面积48.23~54.64km2(徐友宁等,2008)。

采煤塌陷是由于矿层采出后,采空区在上覆岩土层重力作用下,发生变形弯曲,冒落而形成塌陷。地下煤层采出后,采空区围岩体内原有的应力状态失去平衡,出现应力集中现象,经过一段时间后,集中应力超过岩石的强度时,顶板岩层开始断裂、冒落,形成冒落带。冒落带上部岩层也随后发生弯曲、断裂,随着采空区的逐渐增大,地表开始坍塌、破坏(图4-2)。

图4-2 塌陷剖面示意图

大柳塔矿区主要分布的塌陷类型为基岩上覆薄土层塌陷类型以及基岩上覆厚风积沙层塌陷类型。前者为上覆第四系砂土或黄土,但土层都很薄,一般为0.2m左右。地表植被较少,塌陷表现明显,如出现塌陷洞、地裂缝等(图4-3)。在废弃的房屋壁上也发现有裂缝存在。后者第四系覆盖砂层很厚,塌陷表现为地裂缝、塌陷坑、塌陷阶地等,塌陷初期表现为菱形网格状地裂缝,稳定后,地裂缝易被风积沙所填埋(图4-4)。

采煤过程造成的地表塌陷与地裂缝不同程度地损害了土壤、水体、植被等人类赖以生存的基本环境因素,从而对生态环境产生了严重的影响。

2.土壤环境恶化

(1)土壤结构破坏

煤炭开发造成的地面塌陷使地表产生很多地裂缝、塌陷坑、塌陷洞等,破坏了土壤结构。地表土壤在经历了很初的破坏、重组,以及随后的再度沉压、密实,使土壤的粒度组成、孔隙度、容重、含水量等均发生一定程度的改变。

图4-3 基岩上覆薄土层塌陷区塌陷洞

图4-4 基岩上覆厚风积沙层塌陷区地裂缝

本项目在大柳塔采煤塌陷区建立了两个土壤剖面,一个在非塌陷区,记为 S1; 另一个在塌陷区,记为 S2。土壤剖面图见图 4-5,分层描述如下:

非塌陷区剖面 S1:

细砂层 ( 0 ~160 cm) : 含细粒细砂,夹极少量砾石;

粗砂层 ( 160 ~175 cm) : 含砾粗砂,夹较多砾石;

细砂层 ( 175 ~ 275 cm) : 其中 175 ~ 250 cm为粉质亚砂土 ( 细粒土) ,泥质含量较多; 250 ~265 cm 为 粉 土 质 粉砂,黑色,泥 质 含 量 较 多;265 ~ 275 cm 为含细粒细砂;

中砂层 ( 275 ~ 320 cm) : 其中 275 ~ 285 cm为黄色条带状粉土质中砂; 285 ~ 295 cm 为含细粒中砂; 295 ~320 cm 为粉土质中砂。

图 4-5 土壤剖面图

塌陷区剖面 S2:

细砂层 ( 0 ~70 cm) : 其中 0 ~60 cm 为含细粒细砂; 60 ~70 cm 为粉土质粉砂,夹少量砾石;

中砂层 ( 70 ~100 cm) : 为粉土质中砂,含少量粘粒;

粗砂层 ( 100 ~ 310 cm) : 其中 100 ~ 130 cm 为粗砂; 130 ~ 230 cm 为含细粒粗砂;230 ~ 310 cm 为砾砂;

砾石层 ( 310 ~330 cm) : 为细砾石,含少量粉土;

中砂层 ( 330 ~400 cm) : 为中砂,夹少量砾石。

土壤的颗粒组成状况对土壤物理和化学性质均有很大影响。塌陷区和非塌陷区土壤粒组含量在研究深度范围内总体的差异情况如表 4-1 中所示。

从表中可以发现,塌陷区土壤层粒度较粗,砾粒组含量较多,而细粒组含量较少。

表 4-1 塌陷区和非塌陷区各土壤粒组总体含量 ( %)

另外,我们对矿区塌陷区、非塌陷区以及裂缝区表层 0 ~60 cm 的土壤容重进行了测试,结果表明裂缝区土壤容重较大,不利于植被正常生长,随着塌陷时间的增长,土壤容重大小趋近于正常土壤容重水平 ( 表 4-2) 。

表 4-2 表层土壤容重统计值

( 2) 土壤侵蚀加剧

采煤对土壤环境的影响还表现在使地表原有的地形、地貌与植被等自然景观受到破坏,加剧了土壤侵蚀作用,加速了土壤的干旱和沙化,造成地表土壤退化和水土流失加剧,使矿区的生态环境受到影响。研究表明,地表坡度的变化是引起土壤侵蚀与退化的主要因素。地下开采引起地表塌陷形成塌陷盆地、塌陷阶地等新的微地貌 ( 图 4-6) ,从而改变了原有的地表坡度,由此将引起原有的地表径流发生改变,坡度越大径流量越大,引起的水土流失和土壤侵蚀也越严重。另外,由于地表裂缝的产生,地表与地下水向深部渗漏,使潜水位下降,导致土壤湿度减小,使本来干燥的土地更加干燥。由于土壤侵蚀程度的加剧与土壤湿度的减小,使土壤退化、沙化现象日益加重,严重影响地表植被景观。

图 4-6 大柳塔双沟塌陷阶地

( 3) 土壤水分减少

包气带土壤水在西北干旱半干旱降雨稀少的地区显得尤为重要。矿区采煤塌陷后,包气带岩土结构被破坏,使包气带水分的分布和运移机制发生相应的改变。采煤产生的地裂缝使得降水入渗的补给水源更易渗入地下,补给地下水,从而减少了对包气带土壤水的补给,且地裂缝的存在增加了土壤层与外界的接触面积,因此土壤水的蒸发量也相应增加。补给减少而蒸发量增加,必然导致包气带土壤含水量的减少。另外,采煤塌陷作用引起的土壤侵蚀作用使包气带岩土层的土壤颗粒粗化,导致其持水能力的下降,也是包气带土壤含水量减少的一个重要原因。本次研究采集了大柳塔矿区内塌陷区和非塌陷区 0 ~60 cm的土样进行土壤体积含水量的测试分析,结果证实了采煤塌陷作用尤其是地裂缝对矿区土壤的持水能力具有明显的负面影响 ( 图 4-7、4-8) 。

图 4-7 塌陷区与非塌陷区土壤含水量垂向变化特征

图 4-8 裂缝壁与非裂缝壁土壤含水量垂向变化特征

( 4) 地表植被破坏

采煤对地表植被的影响,是矿区生态环境恶化的直接原因。土壤和水分是植物生存的必要条件,煤炭开采引发的地面塌陷与地裂缝造成了水土流失和土壤侵蚀,以及地表水和土壤水的破坏,必然对地表植被产生严重影响。

由于地面塌陷作用破坏了地面原有形态和包气带岩土层固有结构,地表塌陷坑、塌陷洞、地裂缝等发育,土壤颗粒粗化,容重改变,对地表植被和农作物产生不利影响。塌陷区内植被覆盖率小,植物种属少,许多在非塌陷区分布的沙生植物 ( 如柠条、沙柳等)在塌陷区不能生存,而且,塌陷区的原生植物 ( 如沙蒿等) 部分枯死,农田全部废弃。

另外,水作为植被正常生长必不可少的要素,土壤中水分含量的多少直接影响着地表植被的生存环境。当土壤水分低于凋萎点时,植物将无法萌发和成活。煤炭开采造成的地表塌陷作用导致土壤持水性减弱,含水率降低,不利于地表植被的生长。研究结果显示,塌陷区土壤含水量在 0 ~60 cm 的深度层内均小于非塌陷区,由此造成了两者地表景观上的显著差异 ( 图4-9、4-10) 。从图中可以看到,塌陷区尤其地裂缝发育的初塌区,塌陷还未稳定,土壤结构仍处在动态变化过程中,在此过程中土壤被拉伸或压缩变形,易导致植物根系被扯断、植物枯死,从而表现出塌陷条件下的典型景观特征 ( 宋亚新,2007) 。

3. 煤炭开发造成地表水与地下水系统的破坏

煤炭开发对水环境的影响是生态环境恶化的很主要因素之一。露天矿床的开采大面积剥离矿体上覆岩层,其上的含水层被破坏,改变了地下水的储水条件和补给、径流、排泄条件,造成矿区地下水位的大幅度下降,使影响范围以内的一些大泉断流或消失,一些取水建筑物的供水能力降低。有研究表明,活鸡兔露天矿先期露天矿排水形成的地下水降落漏斗很大影响范围为 2. 029 km2。

井硐矿的煤层采空区将引起顶板岩层的变形、破裂,直至岩体的冒落和塌陷,当这些冒落、冒裂带的裂隙与上覆含水层连通时,将改变地下水径流条件,使地下水沿着这些裂隙通道涌入矿井,引起地下水位下降,甚至疏干。另外,为了保证安全生产,往往是在大规模开采之前就要先排去巷道上部的地下水,造成地下水流失,以致其影响范围内的植被因缺水而干枯死亡,土地无法耕种。

图 4-9 塌陷区地表植被状况

图 4-10 非塌陷区地表植被状况

首先,地表塌陷与地裂缝在某种程度上直接改变了地面大气降水的径流和汇水条件,使部分地表水通过塌陷裂缝渗入地下,使地表水系流量减小,甚至干涸; 其次,地表由于地裂缝的存在,使土壤水的蒸散面积增大,包气带土壤的持水能力下降; 很后,大的地裂缝将沟通煤层上覆各含水层,使地下水位降低,地表井泉干涸。

( 1) 煤炭开采造成地表水减少

煤炭开采对地表水的影响主要有两方面。一方面是对地表沟泉的影响。大规模的采煤活动产生的地裂缝、塌陷洞、塌陷盆地等使地表径流条件发生变化。原有沟水、泉水易于沿地裂缝、塌陷洞等渗漏到地下,导致采煤塌陷区范围内的沟泉干涸。很典型的是神府-东胜大柳塔矿区塌陷区范围内的双沟水源地,1996 年发生初塌,据 1996 年 9 月观测资料,双沟水流量为 0. 079 m3/ s; 到 2005 年笔者去大柳塔双沟水源地调查的时候,双沟塌陷区范围扩大,沟中水已完全干涸,沟壁两侧树木也大部分枯死 ( 图 4-11) 。而与乌兰木伦河流域仅一梁 ( 柠条梁) 之隔的 牛川流域,目前尚属于未开采区域。其所属一级支流七概沟和二级支流大、小水头沟均有水。小水头沟宽约20 m,沟深约8 m,两侧长有树木和茂盛的芦苇。沟脑处有一侵蚀下降泉,侵蚀切割至潜水位以下,流量约 3 m3/ h。沟两侧也可见地下水从第四系或侏罗系地层接触面流出,与泉水汇合成溪。该沟为季节性河流,每年 8 ~10 月有水。小水头沟北为大水头沟,与小水头沟同是七概沟的支流,是常年性河流,四季有水。大、小水头沟水均流入七概沟,再汇入 牛川。七概沟河流量约0. 04 m3/ s,两岸长有茂盛蒲草 ( 图 4-12) 。

另一方面是对地表河流的影响。矿区内河流的补给方式主要有三种: 一是降雨入渗补给; 二是沟泉侧向补给; 三是地下水上渗补给。由于采煤形成许多地裂缝使得降雨补给来源大部分渗漏到地下,使地表径流明显减少,对河流的补给也相应减少; 另外,地表沟泉干涸使得河流的侧向补给来源明显减少; 有的地裂缝贯通上下含水层,造成潜水向深层渗漏,潜水位大幅下降,也导致地下水对地表河流补给的减少 ( 赵红梅,2006) 。

( 2) 煤炭开采破坏地下水系统

地下水是影响矿区生态环境的关键因素。地下水位的深浅对沙地植物群落组成、地貌景观及治理的难易有举足轻重的影响。煤层开采后,上覆岩层不断发生冒落,形成冒落带及导水裂隙带,从而使含水层结构和地下水径流、排泄条件发生变化。第四系松散层潜水由水平径流、排泄为主转化为以垂向渗漏为主,地下水位发生较大变化 ( 张发旺等,2006) 。

图 4-11 双沟水流植被状况

图 4-12 七概沟水流植被状况

· 煤炭开采对地下水补给的影响

在大柳塔地区,潜水主要靠降雨入渗补给。由于采煤塌陷造成的地裂缝的存在,当降雨强度很大,地面出现积水并产生径流时,径流经过塌陷裂缝时都会被截流,从而缩短了降雨入渗补给时间,减少蒸发,加大入渗量。

另一方面,大柳塔矿区自煤矿开采以来,由于采煤活动 ( 矿坑疏干排水以及采煤塌陷) 造成地下水位大幅下降,从而形成了厚度可达 40 m 左右的深厚包气带。这种深厚包气带对上部接收到的水分具有明显的滞后分配作用,当包气带厚度很大时,这种滞后分配作用的时间尺度甚至可以达到年,其结果是降水通过深厚包气带对潜水实现均匀补给。因此,采煤塌陷使降雨入渗补给量增加,并且通过深厚包气带实现对潜水的均匀补给,对地下水补给的影响为正效应。

·煤炭开采对地下储水空间及地下水运动的影响

采煤塌陷作用往往会破坏潜水含水层,使其与地下采空区连通,成为新的、统一的含水层,称之为 “含水层再造” ( 张发旺等,2006) 。由于含水层与采空区相连通,明显加大了地下水的储水空间,形成一个 “含水层再造”后的地下水库。

在天然条件下,煤、水资源共存于地质体中,并且各有其自身的赋存条件和变化规律。由于煤矿排水以及塌陷渗漏打破了地下水原有的自然平衡状态,形成以矿井为中心的降落漏斗,使地下水向矿坑汇流,在其影响半径内,地下水流速加快,水位下降,贮存量减少,局部由承压转为无压,使地下水运动受到明显影响。因此,采煤塌陷将加大地下储水空间,并改变地下水的运动规律。

·煤炭开采对地下水排泄的影响

如前所述,采煤塌陷造成地下含水层再造,使原本相对独立的含水层变成统一含水体,引起潜水位降低,导致地下水流场、水头压力发生变化,形成以矿井为排泄点的新的地下水排泄方式,进而使原有的地下水排泄点干枯或泉流量减少。

如大柳塔井田 201 工作面,该工作面上部为第四系萨拉乌苏组含水层,属母河沟泉域,沙层厚度20 ~50 m,含水层厚度0 ~30 m,富水性中等至强。采矿前,地下水以母河沟泉为排泄点,而开采后,由母河沟排泄变成了矿井排水 ( 通过疏放排水钻孔和导水裂隙带进入矿井) 排泄; 活鸡兔矿试生产时间不长,其顶部也出现了地面裂隙和塌陷,引起了含水层水位下降,其中王家壕一带地下水位也由开矿前埋深 1 m 左右,降至 6 m 左右; 布袋壕一带煤矿开采前,地下水位埋深仅 1 ~2 m,低洼地带常年积水形成海子,近年来随着煤矿的开采地下水位已下降至4 m 以下,多数海子已经干枯。矿区内民井水位也有明显下降趋势 ( 李连娟,2005) 。

·煤炭开采对地下水资源量的影响

大柳塔地区的地下水资源,主要是赋存于第四系松散含水层中的潜水,其次是烧变岩中的基岩裂隙水,二者为统一的含水系统,具有统一的水位和良好的水力联系,第四系松散含水层中的潜水,是其下伏烧变岩裂隙潜水的补给来源。煤炭开采对地下水资源量的影响主要来自两方面。

1) 采煤塌陷造成含水层结构破坏,使原来水平径流为主的潜水,沿导水裂隙垂直渗漏,转化为矿坑水; 在采矿疏干水过程中又被排出到地表,在总量上影响地下水资源。

2) 采煤塌陷形成塌陷坑、自上而下的贯通裂隙,使当地本就稀缺的地表水、地下水进入矿坑而被污染,使地下水质受到影响,进而影响到地下水的可用资源量。

在大柳塔矿区,煤炭开采一方面使萨拉乌苏组含水层中地下水与细沙大量涌入矿坑,造成井下突水溃沙事故; 另一方面矿坑排水需大量排放地下水,既浪费了宝贵的水资源,又破坏了矿区的水环境。

三、地质环境问题对煤炭开发的反作用

煤炭开发破坏了矿区的生态环境,严重影响当地居民的生存环境。恶化的生态地质环境反过来又给煤炭开发带来了严重的影响,造成了巨大的直接和间接经济损失。

首先,地面塌陷破坏农田、损毁房屋,所造成的经济损失要由煤矿来承担,增加了煤炭生产成本,也加剧了煤矿与当地居民的矛盾,甚至可能成为阻碍煤矿进一步发展的重要因素。如大柳塔煤矿开采造成前柳塔村除村子及附近农田以外的大面积塌陷,使双沟沟泉干涸,地下水位下降至40 m 以下,当地居民饮用水要依靠神东公司从镇上引来的自来水。2006 年,项目组通过访问前柳塔村民了解到,大柳塔煤矿要把原本保留煤柱的前柳塔村及附近大片农田也都纳入下期开采规划中,正与村民协商补偿问题。村民没了土地,要求的补偿较高,而矿上又不肯答应,于是双方协商陷入僵局,问题迟迟不能解决,煤炭开采的下一步工作也将无法顺利实施。

其次,煤炭开发破坏了地表水和地下水系统,使该地区本来就十分缺乏的水资源变得更加稀缺,使煤矿生产用水和工人、居民生活用水面临无水可用的境地,形成了煤炭开发过程中难以逾越的障碍。据报道,陕北神木县中鸡镇李家畔村,由于地面塌陷,地下水遭到破坏,塬上的井水干涸,村民吃水非常困难,人吃水必须到 1. 5 km 以外的地方去运水,每次用牛车拉一罐,得 4 元钱。羊吃水就到附近煤矿的进风口去,吃那种混着煤屑的黑乎乎的地下水。

再次,煤矿旧采空区容易发生冒顶,贯通正在开采的工作面,造成煤矿工人受伤,甚至死亡,也使开采工作陷入混乱。据 《三秦都市报》2008 年 12 月 5 日很新报道,12 月 3日15时10分,神木县大柳塔镇后柳塔煤矿井下旧采空区发生大面积冒顶事故,冲击波将两处标准密闭墙冲塌,从旧采空区涌出的有毒气体致运输大巷中的9名运煤车司机不同程度中毒,经全力抢救升井并立即送往当地医院救治,其中4人不幸遇难,5人正在医院救治并已脱离危险。冒顶地点距主井口约1200m处的主运大巷西侧旧采空区(1996~1997年采空,已封闭多年),事故发生时,共有19人在井下作业,除9人中毒以外,其余人员都安全升井。

很后,地表植被的破坏还使矿区风蚀严重,影响了煤矿的生产环境,也影响到煤炭的生产,如增加了成品煤的含沙量等。

矿坑花园——一起走进ASLA大奖:王向荣南宁园博园采石场花园

获2020年美国风景园林师协会综合设计类荣誉奖。

“7个采石场占地近82英亩,每个采石场都提供了独特的地形,可在规模和稳定性条件迥异的情况下探索再生潜力。这些开凿在景观中的洞坑提供了不同的发展可能性——从位于峭壁上方的构筑物到位于采石坑内的下沉水生植物花园,其中一个坑中变化的水位使得浮动的亭子成为必要。场地中的高架通道架设于现有并仍在运行的渡槽上方,连接着这些截然不同的采石场花园,通过整体而连贯的设计使游客能够在潜在的灾害变动地质上方自由活动,不受阻碍地欣赏经过精心推敲而成的地面景观。”

————————2020ASLA大奖评审团

 

一. 建设背景

2018年中国国际园林博览会在南宁市举办。园博园选址于城市郊区的一片滨河的丘陵农业区,场地东南区域分布有一系列的采石场。组委会希望将这些采石场转变为园林博览会中的有特色的园林,成为展览的一部分。

二. 基地概况:

设计面积约33公顷。场地上共7个采石场,有的已停采了几年,有2个直到园博会申办成功时才停止开采。矿坑开采面崖壁破碎,坑底高低不平,场地内丘陵破碎,悬崖高耸,地表荒芜,水潭深不见底,渣土渣石成堆,生锈的采石设备散乱分布。

三. 设计挑战

1. 采石场地质情况复杂,岩壁破碎,有崩塌落石的可能,存在安全隐患;

应对方案 :在设置设施和参观路径的时候将安全性放在首位,在突出采石场景观特色的同时避让危险区域。

2. 采石场生态环境破坏严重,植被的修复面临很大挑战;

应对方案 :设计师根据不同采石场植被恢复的目标,引入土壤,形成不同土壤厚度的种植区域,为恢复生境创造条件。同时,7个采石场看起来很相似,但实际上每个的尺度、形态和特征都不相同。针对不同的场地特征,设计采用了差异化的植被修复方法和人工介入方式。

3. 采石坑地貌复杂,无法依据现状测绘图纸进行设计;

应对方案 :通过无人机航拍扫描,得到所有采石场的三维数字模型,设计得以从始至终在三维空间上进行。

4. 采石坑的水位处于动态变化之中,尤其是很后停采的2个采石场,水位一直在持续上升。设计没有有效的水文数据参考。

应对方案 :设计单位委托当地机构每半个月记录一次每个坑中水位变化的情况,为设计提供依据。

如何认识并对待这些废弃采石场?是把它们看作大地上丑陋的伤疤,想尽办法将其完全掩盖遮挡,甚至装饰美化让人看不出来原来的痕迹?还是认为它们是人类破坏环境的见证,应当顺其自然不加人工干预,任由自然演替逐步恢复?或者认识到它们的景观独特性,通过利用场地特征,挖掘景观资源,因势利导形成别样的风景?

四. 设计概述

对于7个采石场,根据其特征,因地制宜,保留采石场景观的多样性,运用多种修复方式,进行一定程度的人工干预,展现多样的景观类型和生态修复的多种可能,通过艺术性的介入提升景观的价值,通过不同的游径设计让人们参与体验,感受到每个采石场的恢复状况。同时,通过路径的组织,设计语言的整体性,以及原有水渠的联系性,使得这7个采石场又能够成为一个整体。

在保证景区的安全性的前提下,根据采石坑的环境特点运用不同的策略和手段进行设计,比如落霞池特别安静,便将其设计为宁静的、让人沉思的花园;有的场地碎石多,便设计成岩石园;有的场地地面没有土层,种植不了高大的植物,便设计成台地园,为植物生长创造条件。在每个采石场中都仔细挑选观景效果好的角度,设计观景平台。进行构筑物的介入,进行艺术性的提升,打破原本破败的采石坑的无趣。同时,设计采取了一些生态恢复的措施,低干预,放任自行修复。

五. 设计详述

1.  1号采石场(落霞池)

面积约1hm²。

该采石场停采之后地下水渗出,形成池塘,被附近村民用于养鱼。现状池塘周围环绕有石壁,雄浑厚重,呈现岩石的自然之美,整体环境宁静幽雅,符合传统自然山石审美。

古典文化精神空间的打造:

坑塘为被周围400多米长的岩壁环绕,空间内向封闭,远离尘世的喧嚣。石壁在岁月的打磨下显现出苍劲的纹理和斑驳的痕迹,犹如一幅笔墨雄健的天然山水画卷。该采石场的气质非常契合中国传统山水审美,无须着墨过多,便能转变为具有古典文化精神的空间。设计以保留原有石壁,以石壁和水塘为景观基底,增加瀑布及滨水亭榭,打造坐亭观水,卧轩听瀑的意境与氛围。

空间的对比(欲扬先抑):

从矿坑外部很好通往内部的通道是一个以前为运送石料在山石间打开的一个豁口。从这个豁口往坑内眺望,能看见一大片水面和对面高大漂亮的岩壁。设计一个不规则形状的木结构建筑,嵌入池塘边缘的岩石豁口中,由山间的豁口一直延伸到水边,名曰“水竹居”。建筑从狭窄的山石豁口穿过,在屋顶与两侧逼仄的岩石的共同作用下,产生了隧道般的空间感觉。狭长的建筑延伸到豁口尽端的池塘边缘,随着场地空间的放大,忽然向两侧延展扩大,产生了戏剧性的空间变化,产生强烈的内外空间对比加强并提升游人的空间体验,实为“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”。

对景及观景空间的设计:

在水竹居对面一侧崖壁的凹处设计一处瀑布,成为该矿坑的焦点景观,为采石坑景观增加了动态变化,潺潺水声更加衬托出宁静悠远的气氛,成为点睛之笔。

水岸的一条小径联系了4处不同标高的平台,为人们提供了从不同的角度观赏岩石、瀑布和建筑的场所。

建筑的设计:

(1)建筑结构与形式:建筑结构形式的设计灵感来源于当地的乡土建筑,体现地域特色,建筑为胶合木结构,为了支撑宽大而不规则的屋面,柱网较为密集,同时采用大量斜向支撑结构,看似复杂,实则有清晰的逻辑,体现的是木结构体系中力的传递关系。

(2)建筑与水环境:为适应水位的变化,亭子的地板是随着水位浮动变化;

(3)建筑与岩壁环境:建筑屋顶是3组连续的双坡屋面,朝向水面的屋顶外侧被有意地抬高,以确保游人在一进入平台就能够看到完整的对岸景观。同时,建筑的地面、柱子和折板屋顶构成了一个宽阔的框景,将对面整个雄浑厚重的石壁纳入其中。

2.    2 号采石场(水花园)

  面积0.4 hm²。

四周岩壁环绕,,仅有北侧一个豁口可进入坑内,坑底平缓,低处常年积水。因采石场废弃已有时日,在坡度较缓的岩壁和坑底部分区域自然生长着不少草本植物和灌木。坑体一侧的崖壁高24m,巉岩峭壁,倒映在水中,颇为壮观。

坑底既有陆地又有水面,且大部区域水不深,为植被恢复包括水生植物的种植提供了可能,因此将该矿坑定位为湿生植物花园。

地形处理:

在坑底南侧崖壁地势较高处设计两层台地,以毛石挡墙修筑并覆土,结合从浅水区一直延伸至挡墙前的覆土缓坡,为湿生和水生植物的种植创造条件。

山崖与矿坑底部的高差有10m,设计抛弃直接的台阶衔接,以景观栈道、构筑物、平台相结合的方式处理坑顶及坑底之间的游览路径。

植物景观设计:

在很高层台地种植乔木、灌木和草本植物,进行搭配为花园创造观赏背景,同时遮挡景观效果较差的破碎岩壁。结合台地和水环境共种植了40多种水生和湿生植物。

景路径及构筑设计:

由于采石场内部空间较小,不适合设置环形路径,同时山崖与矿坑底部的高差较大,若设计台阶使游客进入坑底则会由于台阶过长而形成安全隐患。因此,为弱化阶梯的感觉,保证游客安全同时创造更多的空间变化,将游览路径分为3段进行处理,设计不同的景观构筑物,将高差的连接转变为一系列的游览和空间体验。

*一段,也就是很高的一段,设计成封闭木盒,使得木盒内部空间与山崖顶部开敞的观景平台形成对比,既是安全的步行通道,也是可以庇荫休息的小建筑。木盒的尽端开,设玻璃栏杆,成为一个空中的观景台,人们可在此欣赏岩壁,俯瞰花园。木盒底部采用不规则的钢柱支撑,加强景观构筑物的趣味性,也与采石场粗犷自然的景观特色相适应。

第二段是从木盒一侧引出的几段折曲的阶梯,采用较封闭的木质栏杆,下降到一个宽大的观景平台上。这是花园中人们主要的驻足点,在此可以欣赏滨水植物景观。

第三段是从观景平台引出的之字形钢格栅栈道,采用轻质栏杆,从湿生植物种植区穿过,沿着水岸通向采石坑内部,体现自然与人工的交融。

对景的设计:

这样的处理,成为从入口进入花园后视线的对景。在另一侧的水边,设计一个小观景平台,与对岸的大平台互为呼应,以连接崖顶和山脚的阶梯处理作为对景。在这里可以欣赏整个花园的景色——水面、水生植物、栈道、梯道、空中的木盒、岩壁及它在水中的倒影构成的一幅完美画面。 

3.    3号采石场(岩石园)

面积0.4 hm²。

基址呈大半个碗状,三面环绕岩壁,一侧地面平坦,堆放了大量渣石和渣土。底部约1/3面积是凹陷区,雨后有积水。嶙峋的岩石缝隙里生长了很多乡土草本植物。

设想将这个采石场设计为精致的岩石园,以展现在瘠薄土壤上顽强生长的植物景观。

设计将原有的渣石渣土整理后塑造出地形的骨架,然后在上面覆盖种植土。微妙的地形变化不仅创造出干燥和湿润等不同的生境,为不同植物生长提供条件,也把场地雨水收集到很低的凹陷区。

沙漠植物景观区:

紧邻主园路区域,依据现状高差变化,设计层层尺度亲切、变化丰富的红色砂岩台地,种植仙人掌及多肉多浆等沙生植物,营造出极富特色的沙漠植物景观。      

荒原植物景观区:

中间缓坡区展现荒原植物景观。低平细密的植物群落穿插在岩石和砾石的缝隙中,形成别具一格的花园景观。尺度精巧的园路从植物群落中蜿蜒穿过。

湿生岩石园区:

底部凹陷区被设计为湿生岩石园,有溪流层层跌落至很低处的池塘,展现溪边、石滩和池塘不同的生境景观。凹陷区的边缘设计有高低不同的观景台,人们可以凭栏俯瞰低处的湿生岩石花园、赏溪流跌水、观岩壁景观。

4.     4 号采石场(峻崖潭)

很后停采的2个采石场之一。采石场停采之后渗透出来的地下水汇成一个面积约1hm²的碧绿澄澈的大水潭。

设计在南北两侧主要观赏点设置了平台。

北侧的观景台是一个位于采石场边缘的耐候钢长廊,内部朝向采石场打开了一长条带形窗,在此可以望见对面高出水面40多米的高耸险峻的悬崖。长廊南端悬挑在岩壁上,人们站在玻璃栏杆内侧可以俯瞰脚下的一池碧水和对面的滨水平台,惊险刺激。

采石坑南侧,一个楔形平台从山石的一个豁口探出,悬挑于碧水之上,一条曲线的栈桥从平台引出,连接低处的滨水平台。坑体周围和和坑内缓坡处通过覆土,种植了南洋杉和一些乡土灌木及草本,使采石场有了生机并衬托出崖壁的险峻。

5.    5 号采石场(飞瀑湖)

面积很大的采石场约3.2hm²,开采深度也很深,达28m。

底部呈现几层岩台,崖壁破碎,残留的岩石岬角将坑体分隔成不同的空间层次。随着停采,地下水逐渐蓄积,根据水位观测和分析,预判整个采石坑将成为一片湖面。

设计通过覆土将采石坑底部两片开采深度相对较浅的区域抬高到水面之上,并种植耐湿高大乔木如池杉和水松,形成水上丛林,为荒凉的坑体内部带来绿色和生机。然后用不同高度的栈桥引导人们进入采石坑内部空间,而不仅仅是在周边环绕。栈桥穿越水面和树林,通往岬角高处的观景台,在下降和攀登的探索中体验空间和景观的变化。为了增加景观的丰富性,栈桥对面的崖壁上设计了飞流而下的瀑布,人们可以在桥上观赏到精彩的瀑布景观。

6.     6 号采石场(台地园)

面积为0.7hm²。

一侧是采石场崖壁,一侧是乡村水塘。场地上有制砂生产线的全套设备,展现着场地采石工业的历史。

依据现状特征,将该区域设计为一个以南宁特色花境植物景观为主的台地园艺花园,一个具有后工业气氛的浪漫绚丽的花园。几层台地沿南侧崖壁蜿蜒展开,它们的覆土厚度满足不同植物生长的需要。机械设备大部分被置于绿地之中,生机勃勃的植物与锈迹斑斑的机械形成有趣的对比。道路在不同高度的台地中和原有高架传送带下方曲折穿过,路边设置了舒适的木质靠背椅供人休息。

7.     7 号采石场(双秀园)

位于一座小山两翼的两个1000多平方米的小采石坑,一个较深,终年有水;另一个较浅,有季节性积水。因为废弃了若干年,两个坑的石缝里长出了各种乡土先锋植物,景观朴野自然。

设计未采用人工干预,只在两个坑体中间未被开采的山坡上设置了一圈环形栈道,让游人在这里俯视两侧的采石坑,让人们了解在矿坑修复中自然的力量和作用。在西侧坑体边缘设了一个临水小平台,与山上的环形栈道相呼应。栈道和平台都采用钢格栅的材料,透光透水,不会影响场地自然植被的恢复。

8.    其他

场地上原有一道水渠,是场地农业历史的见证。我们在设计中保留了水渠,将它作为该区域几个水面的补水水源,延续它原有的功能,并水渠上方架设高架步行桥,与相临的采石场花园的游览路径连接起来,形成该区域独特的立体游览体系。为了给游客提供一些基本服务,同时也展示园区生态修复的理念和方法,我们在采石场区域设计了一个600m²的信息亭。木结构的建筑呼应了当地乡土建筑的形式。

设计分析及学习要点

1.      矿坑花园设计要点:

(1)  做该类设计时,因地制宜,从现状场地特征出发,以保护为主,尊重和展现场地特征,以很小的干预手法进行设计,展示其自然之美、历史雕琢之美、人文雕刻之美,呈现矿坑岩壁、水潭原有的风貌;

(2)  依据现状景观,设计景观点及观景点,在保证生态及安全的基础上规划和设计坑塘入口及游览路线,注意坑顶到坑底的交通衔接处理;

(3)  注意安全环境的设计;

(4)  注意材料的运用;

(5)  注意水的汇集、处理及应用;

(6)  注意地形的处理。

2.     矿坑处理手法:

(1)   观景栈道:围绕坑顶一周、坑底水边、架在矿坑水面之上,绕着坑边向坑底延伸;

(2)   观景构筑物:高差较大的地方结合构筑物消解高差,保证其安全;景观视线良好的地方设置观景构筑物,构筑物和周边环境相融合,形成景观;

(3)   岩壁的保留:结合水形成瀑布,打造景观焦点;结合大水面形成岩壁水倒影,形成景观;结合植物,作为景观环境背景;

(4)   台地花园:结合坑的地形变化,形成台地花园,注意观赏面和观景点的设计;

(5)   水的设计:保留原有坑潭,营造自然氛围;设计瀑布,打造景观焦点;低洼处设计雨水花园。

3.     旧工 业改造

(1)  工业设施保留作为景观设施,如雕塑等;

(2)  设计采用具有工业文化氛围的材料,如耐候钢板、不锈钢板等;

(3)  原场地碎石、煤渣等废料回填,塑造地形,打造多种空间。

相关知识拓展

1.   棕地 :指由于开发产生的有害物质而使其受到现实或潜在的污染的不动产。

基本特征 :可能存在一定污染和环境问题;未被充分利用;用地性质可以是工业用地、商业用地或其他用地,但以工业用地居多;具有一定开发潜力。

2.   棕地修复与棕地再生 : 利用一定技术手段,通过治理污染、修复场地生态环境、改善场地设施等,将已被污染遗弃的棕地进行再开发再利用并形成其他功能与用途的土地,很终提升土地的生态、经济等综合价值,很终激发城市活力。

类型: 垃圾填埋场、工业类棕地、矿坑类棕地

3.   矿坑类棕地 : 采矿、选矿和炼矿过程中被破坏或污染的非经治理而无法利用的土地。包含了废弃矿山、矿坑及因矿业活动被污染的建筑用地、仓储用地、交通用地等;包含煤炭型棕地、油气型棕地、金属与非金属型棕地(采石矿场属于该类型)等。

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