與地震、海嘯、滑坡等劇烈的地質(zhì)災害相比，地面沉降要“溫和”的多，它的刻度往往以毫米、厘米表示，在“水滴石穿”的累積中，帶來地面開裂、高樓倒塌、海水倒灌等不可逆的危害。恰恰因為它的緩慢，不常引起人們的關注。

近日，一項由聯(lián)合國教科文組織地面沉降工作組組織的研究警告說，到2040年，地面沉降將威脅全球近1/5的人口。該研究在線發(fā)表于《科學》。

“本次研究繪制了全球地面沉降分布圖，并創(chuàng)建了一個模型，可預測局部地區(qū)的沉降風險。研究發(fā)現(xiàn)，地面沉降風險最大的國家、地區(qū)集中在亞洲?！痹撜撐牡淖髡咧?、南京大學地球科學與工程學院教授葉淑君說。

“痛”從何來

地面沉降是由地下固體或流體開采引起的地面下沉現(xiàn)象，它是一種緩慢而漸進的地質(zhì)災害。如果給地面沉降的人為原因排個序，超采地下水毫無疑問排第一，此外還有石油、天然氣、固體礦產(chǎn)開采等。

葉淑君介紹，地下水是指埋藏在地表以下的水體，開采后水位下降，導致儲存地下水的含水層系統(tǒng)（由砂土或粘土等介質(zhì)組成）壓縮，地面下沉；停止或減少開采，含水層系統(tǒng)受雨水、地表水、地下水等補給后，水位恢復，介質(zhì)回彈，地面抬升。

如果長期過量開采地下水，超過了含水介質(zhì)的壓縮和回彈范圍，含水層就像被抽干了水分的皮膚，干癟、皸裂、毫無彈性，這是其不可承受之“痛”，很容易發(fā)生地面沉降、出現(xiàn)地裂縫等。

1991年，美國加利福尼亞州羚羊谷羅杰斯（干）湖表面形成的地裂縫。

圖源自美國地質(zhì)調(diào)查局

“像上海、天津等濱海城市，由于長期濱海相沉積，其地下松散沉積層達幾百米厚，有大量軟土層，壓縮性較大，地表的建筑、設施就像處在一張水分充盈的彈簧墊上，一旦地下水開采過度，發(fā)生沉降，就會加劇海平面上升、引發(fā)海水倒灌風險?！比~淑君說。

城市發(fā)展早期，人們對水資源認識有限，再加上地下水量大質(zhì)優(yōu)、易于開采，地下水損耗嚴重。

自本世紀初，中國各省市陸續(xù)采取緩解措施。京津冀地區(qū)通過南水北調(diào)解決工業(yè)、生活用水，預計減少30%的地下水開采量，同時，用于農(nóng)業(yè)灌溉的地下水開采量壓縮至最?。簧虾Ｓ?013年起實施《地面沉降防治管理條例》，目前控制其平均速率不超過6毫米/年，人工回灌自來水約2000萬立方米/年；江蘇省于2000年全面禁采地下水，目前地面水位最低點回升達80米。

珠海市一棟正在下沉的教學樓。圖源自中國地質(zhì)調(diào)查局

持續(xù)沉降

文獻研究顯示，在過去的一個世紀里，有34個國家的200個地點發(fā)生了由于地下水枯竭引起的地面沉降。但事實上，發(fā)生沉降的遠不止這些地區(qū)，估計是其數(shù)目的三倍?！澳壳暗难芯看蠖嗉性诿枋龀两档牡刭|(zhì)背景、主要特征及控制機理等方面，對沉降的危害及防治措施等研究比較缺乏?！痹撜撐牡牡谝蛔髡?、西班牙地質(zhì)與礦業(yè)研究所教授Gerardo Herrera García告訴《中國科學報》。

本文在各國公開數(shù)據(jù)的基礎上建立了全球地面沉降數(shù)據(jù)庫，并繪制分布圖。數(shù)據(jù)顯示，印度尼西亞首都雅加達的海岸沉降非常嚴重，每年沉降28厘米，目前海邊的房屋建筑已經(jīng)處在海平面以下，并發(fā)生開裂，政府正計劃將首都遷往婆羅洲島。

印度尼西亞雅加達北部的一棟房子，由于地下水抽取導致地面沉降，房子被永久淹沒。

Pietro Teatini攝于2019.9.20

實地考察走訪后，葉淑君發(fā)現(xiàn)，當?shù)孛磕甓技痈吆５虂碜钃鹾Ｋ构?，目前海堤已?層樓高?！八麄冋J為，這是由于全球變暖引起的海平面升高，是不可抗力，而非可人為調(diào)節(jié)的地下水超采?！彼f。

而對全球的研究表明，沿海地區(qū)的海平面上升，是絕對海平面上升和地面沉降共同導致的，后者的貢獻可能是前者的10倍甚至更多。

此外，文章還提到，伊朗部分城市正以25厘米/年的速度下沉；荷蘭1/4的國土面積低于海平面；意大利波河平原的沉降始于20世紀下半葉，目前威脅其30%的人口；在過去的1個世紀，從美國加州中央山谷到大西洋和墨西哥灣沿岸平原地區(qū)沉降量達9米。

亟待恢復

在空間分析的基礎上，結(jié)合巖性、地表坡度、土地覆蓋和柯本（Koppen-Geiger）氣候分類等級等，Gerardo等提出了一個全球模型，能夠預測1平方千米空間分辨率下的地面沉降風險。

根據(jù)模型預測結(jié)果，占全球8%、1200萬平方公里的陸地表面，可能發(fā)生地面沉降的概率大于50%。這些潛在沉降區(qū)集中分布在密集的城市和灌溉區(qū)域附近、沿海和河流三角洲地區(qū)、部分城市的內(nèi)陸沉積盆地。

結(jié)合未來全球用水壓力、氣候和人口變化等，作者預測2040年全球潛在沉降面積增加7%，影響16億居民，其中6.35億人將生活在洪水易發(fā)地區(qū)。

本文的作者之一、上海市地質(zhì)調(diào)查研究院教授級高級工程師王寒梅告訴《中國科學報》，地面沉降是個與人類活動密切相關的、全球性問題。“從中國的防治經(jīng)驗來看，政府重視是防治工作取得成效的重要保障。因此，研究希望通過全球一張圖的形式，引起各國的重視?！?/p>

葉淑君表示，可采取多種措施恢復沉降區(qū)域的地下水位，如壓縮地下水開采量、利用地表水代替地下水、人工回灌、自然河流補給等。

“盡管地面沉降不會直接威脅生命，但對基礎設施、建筑物等影響巨大。政策制定者只需在可能發(fā)生地面沉降的地區(qū)進行局部研究，并引入地下水監(jiān)管措施，就可以在未來幾十年防止或減輕這一危害的影響?！盙erardo說。

Gerardo還表示，衛(wèi)星雷達干涉測量可以很好地量化地面沉降的大小和強度、及時確定含水層系統(tǒng)中沉積層的厚度、真實的地下水位演變情況等，希望各國研究者能共同合作，利用這種方法進行準確預測，這至關重要。



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