上海“地陷”自救

馬多思

上海是我國最早開始“變矮”的城市。在針對過度抽取地下水問題采取有效“控沉”措施后，大量高層建筑和地鐵施工造成的“不均勻沉降”仍然困擾著這個城市。

蔣明鏡先后在日本、英國和加拿大從事了8年的研究工作之后，2006年決定回中國發(fā)展。站在上海黃浦江邊遠望對岸，陸家嘴聳立的摩天樓群令他感到興奮，同時，這位研究巖土力學的專家也相信，發(fā)揮自己專業(yè)特長的機會應該就在這里。蔣明鏡知道，他腳下的這塊土地是由近千年來長江帶來的泥沙所形成的軟土層結構，數千幢快速建起的高樓在推動上海發(fā)展的同時，也會產生一系列的問題——加劇地面沉降便是其中之一。

過度抽取地下水，曾經是造成上海地面沉降的主要原因，然而在采取有效的“控沉”措施以后，如今影響上海地面沉降的另一個原因，是不斷拔地而起的高層建筑。自上世紀90年代以來，高樓林立的陸家嘴地區(qū)的地面沉降就達每年12毫米到15毫米。

“樓升”造成的“地降”

雖然早在1934年上海就擁有了總高82米的“遠東第一高樓”國際飯店，但高層建筑數量的迅速膨脹還是近10年的事。數字顯示，上海建于上世紀五六十年代的高層建筑有40幢；建于80年代的有650幢；而90年代十年間就興建了2000多幢，其中百米以上的超高層建筑有100多幢。自1993年以來，上海平均每天“站”起一座高樓，目前高層建筑已有七八千座。

上海的軟土層地表具有“含水量大、孔隙大及壓縮性大”三大特征，就像一塊海綿，在一擠一泡水的同時，會出現嚴重的變形。以往人們認為除了地下水開采，高容量的高層建筑在上海地面沉降中的影響能達到三成，但是上海地質學會秘書長劉守祺說，“根據目前的研究成果，發(fā)現高層建筑的影響能達到四成，對地質環(huán)境的影響非常明顯”。

為了應對地面沉降問題，上海2003年出臺了針對容積率的“雙增雙減”政策，即增加公共綠地和公共活動空間，減少建筑容量和高層建筑，同時也規(guī)定了住宅2.5、商用4.0的容積率上限。

實施一年后，上海市中心總建筑量已減少約400多萬平方米，上海376個容積率過高的歷史遺留項目，平均降低容積率17%。和地下水超采造成的沉降一樣，密集建設高層建筑引發(fā)的沉降，在精明的上海人面前，似乎也得到了控制。上海整體沉降的平均數值繼續(xù)下降，直到2010年的不到6毫米。

上海地面沉降的速度降下來了，但大量建筑和地鐵施工造成的“不均勻沉降”仍然困擾著上海。2003年，為了解地面沉降與地面建筑的相互影響關系，上海市地質調查研究院與上海市城市規(guī)劃院合作進行了專項調查。

調查發(fā)現，單個高層建筑發(fā)生的一般是均勻沉降，這種沉降不大會對該建筑物本身產生太大的影響。但在眾多位置、規(guī)格不一的高層建筑的合力作用下，整個上海市的地表會形成區(qū)域性的甚至整體的不均勻沉降。

目前為同濟大學地下建筑與工程系教授的蔣明鏡稱，地面不均勻沉降和沉降速度過快一樣，都將引發(fā)多種城市災害，例如，地面不均勻沉降導致防汛墻的防汛標準持續(xù)降低，迫使不斷投入資金加高防汛墻；建筑沉降威脅著煤氣、供水等市政管線的安全；隧道不均勻沉降又導致機動車加速磨損，增加運營風險和維修費用等。

蔣明鏡說，建筑物建好后，一開始會有一定的沉降，但隨著地基下的土壤逐步發(fā)生固結，沉降也就穩(wěn)定下來甚至停止。但是當周邊再有建筑施工時，就會使本來穩(wěn)定的老建筑再次發(fā)生沉降。這就需要在施工前進行風險檢測和評估，并提出施工修改建議。

可是，蔣明鏡回國后發(fā)現，在摩天大樓林立的上海，沒有一家本地公司請他進行相關的評估。他說，在日本，每個企業(yè)在建筑施工時都很重視預先的沉降評估，因為那里的土地都是私有化的，如果施工給其他建筑造成損害，那是要賠償一大筆錢的。

蔣明鏡的專業(yè)知識似乎在工程評估方面派不上用場，卻能在自己買房時進行“專業(yè)評估”。他在上海買的是舊小區(qū)基礎上開發(fā)的住宅，因為那樣的建筑，地基下土壤已經基本固結。

上海市徐匯區(qū)凱華公寓的住戶們就沒有蔣明鏡這么多土壤和建筑知識了，他們在買下住房時并沒有在意附近是否要修地鐵。這座1998年竣工的6棟連在一起的樓房，在2003年被發(fā)現房屋墻壁出現裂縫。56戶居民集體投訴說，裂縫最寬處可以伸進一排手指，而且樓體看起來也“歪了”，這些投訴者懷疑這些現象與住宅樓地下20米深處正在進行的地鐵明珠2線隧道施工有關。

漫長的“控沉”歷程

有媒體2009年報道稱，美國科羅拉多大學一份最新研究報告表明，全球33個人口密集的大型三角洲地區(qū)中，有三分之二正面臨“地陷海升”的雙重威脅，而中國的長江三角洲、珠江三角洲及黃河三角洲，已躋身這一危機榜上最嚴重的一級。報道對上海的描述是，“城市平均標高才4米，而黃浦江漲一次潮就高達5米多，再繼續(xù)沉陷2米，上海立刻就會陷入汪洋?！?/p>

研究上海地質幾十年的劉守祺不完全認同上述說法：地陷海升確實已成既有事實，但美國學者將中國的三個三角洲列為“最嚴重級別”，這個結論還有待商榷。

實際上，上海從上世紀二三十年代開始就被發(fā)現有嚴重的沉降現象。從1921年到1965年，上海市區(qū)總共沉降了1.69米。

地面沉降是上海主要的地質災害，與它軟土的地質特點有很大關系。上海境內除西南部有少數丘陵山脈外，全為低平的平原，是長江三角洲沖積平原的一部分，平均海拔高度為4米左右。整個地區(qū)好像是從東向西傾斜的半個碟子，極易受到海平面上升和地層擠壓的影響。土的結構是一層砂層、一層粘土層。砂土孔隙大，含水。上海的地下水，主要就在它的5個含水砂層中。

劉守祺告訴記者，“當集中過量地開采了某一沙層的地下水后，沙層因為孔隙水被抽走而壓縮固結，它上面的土層就整體往下壓，抽水越多的地方，壓得越低，這就形成了上海的地面沉降?！?/p>

上海最早于1860年開采地下水。一百年后的1963年，上海地下水開采量達到頂峰，年開采總量達2.03億立方米。開采地下水最多的時期，也是上海沉降最厲害的時期，上海地方志辦公室網站記載，1957年至1961年上海各地區(qū)平均沉降110毫米，個別地區(qū)達到170毫米。

同濟大學教授、地質學家汪品先在一次演講中曾說，“如果按1965年的下陷速度而不加控制的話，上海在1999年已經沉沒入海了?！?/p>

上世紀80年代，劉守祺在上海地質調查研究院時曾經進行過調研，估算出每沉降1毫米可以造成2億元的經濟損失。劉守祺說，“現在經濟的發(fā)達程度遠超過80年代，每沉降一毫米的損失可就不止2億了！”

上海地面下沉的速度在1966年終于得到了控制，1966年到2000年，市區(qū)平均累計沉降量為218毫米，每年沉降6毫米多一點，“控沉”效果顯著。劉守祺甚至記得上世紀80年代個別地區(qū)在回灌后還出現了上升的現象。

這一變化得益于上海從1965年以來實施的一系列措施，主要是限制地下水開采和人工回灌地下水，要求地下水用戶在冬天向地下回灌與其夏季開采等量的自來水，從而恢復土層彈性，控制地面沉降。上海還修建了最先進的防洪堤壩，建立地面下沉及地下水位監(jiān)測系統，并正在建設地面沉降自動化預警預報系統工程。

上世紀90年代，隨著經濟高速發(fā)展，上海地下水開采量又有所回升，1996年地下水開采量已達1.5億立方米，沉降現象也隨之開始加劇。自2003年起，為緩解地面沉降的壓力，上海開始繼續(xù)減少地下水開采量，據上海市政府網站數據顯示，2010年，上海地下水開采量已壓縮到2000萬立方米，是建國以來上海地下水開采量的最低點，僅僅是1963年開采量的十分之一。

從上世紀90年代開始，上海市投入3500萬元，建立了一張覆蓋全市的地面監(jiān)測網絡。目前網絡已包括全市各區(qū)縣的43個基巖標、146個GPS監(jiān)測點和326個水位觀測點，能夠隨時預報上海各區(qū)域地面沉降現狀，為工程建筑項目提前拉響沉降“警報”。

“長三角”聯合“控沉”

“光我們控制地下水開采不行，上海的地下水與江蘇、浙江都連在一起，需要大家一起控制，長三角城市之間要協調合作?！眲⑹仂髡f。

2005年，南京地質礦產研究所副所長郭坤一耗時4年，花費2000萬元進行了詳細調查，發(fā)布《長三角地區(qū)地下水資源與地質災害評價》。報告認為，長三角地區(qū)地面沉降區(qū)內累計沉降已超200毫米，面積近10000平方千米。蘇錫常（江蘇省的蘇州、無錫、常州）地區(qū)因不均勻沉降，目前已發(fā)生22處地裂縫地質災害。上海從上世紀初到2003年，因沉降造成的損失是2900億元；蘇錫常地區(qū)和浙江嘉興也損失了500多億元。

郭坤一發(fā)出警告：按照當時的沉降速度，到2050年，海平面將會上升40厘米至70厘米，長三角很可能就此桑田變滄海。

浙江省國土資源廳地質環(huán)境監(jiān)測院總工程師趙健康對長三角的沉降形勢卻感到樂觀，“如今已經不是這個情況了，沉降好轉了很多，個別地區(qū)還上了?！?/p>

趙健康說，長三角的上海、江蘇和浙江聯動防沉降工作開始于1999年，聯動以后浙江省每年都大幅降低地下水開采量，生活用水多使用地面水，例如從太湖的上游引水。地下水開采量由2000年的1.5億立方米下降到去年的1600萬立方米。但是因為浙江是長三角里沉降程度較輕的，所以沒有采用回灌。

長三角的另一個“角”江蘇沉降的程度和速度則遠高于浙江。如蘇州2000年市區(qū)地面累計沉降普遍達到40厘米到60厘米，嚴重地段超過160厘米，無錫市區(qū)、常州市區(qū)最大累計地面沉降量分別超過120厘米、110厘米。

他們采取的措施顯得更加嚴厲。2000年8月，江蘇省人大頒布了《關于在蘇錫常地區(qū)限期禁止開采地下水的決定》，在全國率先通過立法實施地下水限期禁采。此后，地面沉降速率有所減緩。蘇州沉降速率從每年25毫米以上降到小于10毫米；無錫從每年100毫米降到10毫米～15毫米，常州從過去最高每年120毫米降到每年8毫米。

趙健康也很驚訝為什么長三角的聯動配合得這么默契。他現在很欣賞的一個說法是，“地下水是沒有行政區(qū)劃的”。