地面沉降治理

■ 本刊記者 葉昌元

未來城鄉(xiāng)

地面沉降治理

■ 本刊記者 葉昌元

坐京津城際高鐵的人會發(fā)現(xiàn)，高鐵在經(jīng)過天津的楊村或北京的亦莊附近時，往往會降速，從將近時速300公里變成時速150公里左右；在北京高麗營地區(qū)的田野里，你可能會看到地面上裂開一個大口子。

為什么高鐵會降速？地面會裂口子？據(jù)科技日報報道，這主要是過量開采地下水“惹的禍”。京津冀地區(qū)是世界上最大的地下水降落漏斗，發(fā)生地面沉降的面積達到7萬平方公里。地面沉降嚴(yán)重威脅地表建筑、地下管線、高鐵運行和防洪等城市安全。

地陷洞深6米

地下水位驚人下降

2017年2月底，作為北京市最大的地下水源，全力運轉(zhuǎn)了12年的懷柔應(yīng)急備用水源工程終于名副其實地回歸“備用”。備用水源已于去年9月6日起開始減采，輸水量從運行之初的每天33萬噸，已經(jīng)減少到10萬噸。12年來備用水源地以平均每天30萬噸的水量運轉(zhuǎn)，累計為首都安全供水12.8億噸。

長期以來，為滿足城市供水需要，北京市每年不得不大量超采地下水。付出巨大生態(tài)和環(huán)境代價的同時，供水安全風(fēng)險也在不斷加大。到2013年年底，北京平原區(qū)地下水平均埋深24.5米，全市超采區(qū)面積已達6494平方公里。與1960年同期相比，地下水儲量減少近103億立方米。

2015年《北京市水資源公報》顯示：2015年全市總供水量為38.2億噸，其中地下水18.2億噸、再生水9.5億噸、南水北調(diào)水7.6億噸、地表水2.9億噸，地下水供水量占總供水量的47%。據(jù)悉，2015年較2014年平均地下水位僅下降了0.09米，這已經(jīng)是非常大的進步了。從年度數(shù)據(jù)來看，北京市地下水水位下降趨勢放緩，尤其2014年末南水入京后。與此前動輒年均下降1米左右的降幅相比，近兩年地下水水位下降均在0.1米左右，改善很多，但仍然讓人揪心。

煤炭開采讓900戶民居成危房

據(jù)人民網(wǎng)報道，在徐礦集團龐莊煤礦附近的拾西社區(qū)，63歲的拾方中老人房子里，一條寬度超過10公分的裂縫，從東北角大門外的地面一直延伸到西南面的院墻上方，沿途穿過的6間房屋，最寬處的墻壁裂縫超過了20公分。2013年10月，由于實在無法居住，他們?nèi)?口人不得不搬到外面租房居住。村民拾以剛住的是一幢兩層結(jié)構(gòu)的磚混樓房，他的房屋損壞情況更嚴(yán)重，“就像經(jīng)歷過一場地震，”一條源自房外的超過10公分寬的裂縫從樓房的左半部穿入，右半部穿出，把整幢樓體一分為二，主樓已近坍塌?！斑B續(xù)下雨時，夜里都不敢睡覺，生怕睡著了房子會塌，跑都來不及。”村民馬孝永這樣表達她對房子的恐懼心理。

人民網(wǎng)記者在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，拾西社區(qū)內(nèi)的房屋和道路已被一條由西南向東北延伸的裂縫一分為二，裂縫以南的地面明顯較以北的地面低很多，受損嚴(yán)重的房屋就沿這條裂縫由西南向東北方向排列?！罢麄€社區(qū)有1500余戶居民，受損房屋達900戶?！笔拔魃鐓^(qū)負責(zé)人介紹。

徐州市有關(guān)部門曾先后兩次委托權(quán)威機構(gòu)進行房屋受損技術(shù)鑒定。鑒定方分別是中國礦業(yè)大學(xué)開采損壞及防護研究所和中國煤炭學(xué)會煤礦開采損害技術(shù)鑒定委員會。結(jié)論是：拾西村東南部房屋損壞加劇，是由地下開采及采動引起區(qū)內(nèi)斷層活動的綜合影響導(dǎo)致，龐莊礦對拾西村東南部房屋損壞負主要責(zé)任，拾屯礦負次要責(zé)任。不過，徐礦集團對第二次鑒定結(jié)果不予承認。

中國神華能源股份有限公司的梁海林在《采煤塌陷區(qū)綜合治理的有效措施》中的研究顯示，在全國范圍內(nèi)，煤炭如果以當(dāng)前速度繼續(xù)開采下去，那么到2020年，將有超過150萬公頃的土地沉陷下去，這相當(dāng)于北京市的大小。

觸目驚心的裂縫

建筑物下沉不可小覷

2015年4月，24輛載重33噸的大卡車開上了上海南浦大橋橋面。南浦大橋迎來了自1991年建成通車后的首次荷載測試。

“一般荷載試驗在大橋通車前都進行過，以檢驗大橋的各項性能指標(biāo)是否達到了設(shè)計要求。這次荷載試驗在橋梁全封閉的狀態(tài)下進行，也是要讓橋梁恢復(fù)到剛建成時還未通車的狀態(tài)，看看橋梁在使用了20多年后，相關(guān)數(shù)據(jù)與當(dāng)初設(shè)計指標(biāo)之間的變化，為今后更好地維護保養(yǎng)提供依據(jù)?！鄙虾Ｊ新氛值缆芳夹g(shù)中心副主任陳小琪說。

陳小琪進一步解釋說，南浦大橋多年來保持了較大的車流量，浦東、浦西兩側(cè)的地面也發(fā)生一定程度的沉降。橋梁往往處于軟土地基上，在自身的重量及其負荷的作用下，橋身下沉在情理之中。

據(jù)《上海的橋》（華東師范大學(xué)出版社出版），上海市奉賢縣光明鎮(zhèn)上的繼芳橋，又名糖橋，建于1578年。此橋在幾十年前還在發(fā)揮作用，但現(xiàn)已沉陷于淤泥。也許，這座橋沉陷的主要原因是河道淤塞，但也不排除橋梁本身下沉的因素。

上海市奉賢縣光明鎮(zhèn)上的繼芳橋。上圖的繼芳橋還可以下沉發(fā)揮作用。下圖表明該橋已沉陷于淤泥中

其實，不僅橋梁如此，大樓也是如此。世界范圍內(nèi)地面沉降引起的災(zāi)害比比皆是。水城威尼斯也許在將來會沒于海水。

墨西哥城地面不均勻沉降帶來的危害

2006年7月，上海地鐵4號線在施工中部分塌陷，導(dǎo)致地面建筑物傾斜

施工不當(dāng)，也會造成沉降災(zāi)害。2012年底，上海中心大廈施工地周圍地面出現(xiàn)許多裂縫，主要是由于在地基深度開挖當(dāng)中，降壓排水，使周圍的地面產(chǎn)生沉陷。另一起事故是地鐵隧道施工導(dǎo)致地面建筑物傾斜。

治理沉降，分類施策

我國于1966年出臺并于2011年修訂的《煤炭法》規(guī)定，采礦者必須對塌陷、挖損進行復(fù)墾，將土地恢復(fù)到可利用的狀態(tài)。但各方面的專家都提到，這一規(guī)定在很多地方并未得到有效實施。

2016年，國務(wù)院辦公廳發(fā)文，加快推進采煤沉陷區(qū)綜合治理：完善新生沉陷防控措施，制定更加嚴(yán)格的開采技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范；切實防止城礦范圍重疊；健全新生沉陷治理機制；推進避險搬遷；加強沉陷區(qū)居民就業(yè)和社會保障；沉陷土地合理利用。

各地地面沉降事故頻現(xiàn)

中國礦業(yè)大學(xué)教授程建、李景春曾提出，用生物技術(shù)治理地面沉陷區(qū)：排水并重新開墾，然后進行填充。生態(tài)環(huán)境會變得適宜水果作物和大米生長，同時也適合豬、鴨等牲畜的飼養(yǎng)。

首都師范大學(xué)區(qū)域地面沉降研究團隊，長期開展遙感與水文地質(zhì)學(xué)等多學(xué)科交叉研究。近年來，他們綜合InSAR（雷達干涉測量）、GRACE重力衛(wèi)星與傳統(tǒng)監(jiān)測、模型，創(chuàng)造性地提出“多元場耦合”的區(qū)域地面沉降理論與方法，系統(tǒng)揭示了京津冀區(qū)域地面沉降機理與調(diào)控機制，在京津冀地面沉降防控與重大工程防災(zāi)減災(zāi)中取得良好應(yīng)用。

針對老百姓擔(dān)心的高鐵安全問題，該課題組結(jié)合京沈客專建設(shè)需要，根據(jù)高鐵沿線地面沉降不同驅(qū)動力及土體分層壓縮特性差異，提出了有利于防災(zāi)減災(zāi)的軌道基礎(chǔ)類型、和水文調(diào)控方案及力學(xué)補強措施。

止住沉降不能僅靠科技手段

前述重力衛(wèi)星以其獨特的視角，能夠直接觀測地下水儲量變化。2002年發(fā)射的GRACE是首次實現(xiàn)測量地球重力場的重力衛(wèi)星，由兩顆低軌衛(wèi)星組成，就像“一桿秤”。當(dāng)衛(wèi)星飛過重力異常區(qū)域時，通過測量兩顆衛(wèi)星間的距離和距離變化率來“稱”出地球質(zhì)量的變化。GRACE重力衛(wèi)星探測到華北平原內(nèi)部地下水儲量變化差異，并首次通過獨立手段證實了深層地下水過量開采的現(xiàn)狀，為區(qū)域地下水資源管理、地面沉降防控提供了重要依據(jù)。

運用GRACE重力衛(wèi)星，可通過毫米、厘米和亞米級協(xié)同校正，實現(xiàn)多孔介質(zhì)區(qū)域地面沉降多尺度、變分辨率多場數(shù)據(jù)高精度同化。此外，它還發(fā)現(xiàn)了中東部平原區(qū)深層地下水消耗的重力異常，并且量化了農(nóng)業(yè)灌溉對地下水消耗的影響。

雖然，監(jiān)測地面沉降的科技手段如此發(fā)達，但有效止住沉降的手段并不多。前述對采煤沉陷區(qū)的治理等措施，更多的只是如何減輕沉陷后的災(zāi)害；沉陷區(qū)高鐵軌道的防災(zāi)，也不意味著能止住這個地區(qū)的繼續(xù)沉陷。

有專家指出，“隨著南水北調(diào)來水逐漸成為重要供水水源，以及北京市在再生水利用、節(jié)約用水方面的努力，北京市的地面沉降情況有可能得到改善。但是，地面沉降對于地下水的變化具有一定的滯后性，且壓縮形變很難恢復(fù)。所以，北京市地面沉降仍將是未來相當(dāng)長一段時間內(nèi)需要重點防控的重大地質(zhì)環(huán)境問題。”

北京市停止地下水超采的出路在哪里？根據(jù)北京市水務(wù)局“十三五”發(fā)展規(guī)劃要求，到2020年，北京市要率先全面建成節(jié)水型社會。全市用水總量嚴(yán)格控制在43億立方米以內(nèi)，用水效率大幅提升。高效利用南水北調(diào)來水，年減采地下水4億立方米，使主要地下水源地水位逐步回升?！鞍延旰樗钇饋恚言偕闷饋怼?，市水務(wù)局相關(guān)負責(zé)人表示，除常規(guī)手段之外，北京還大力發(fā)展再生水使用、雨洪收集、海水淡化等。

地面沉降的幅度，標(biāo)志著人類向自然索取的額度。我們恐怕應(yīng)該更深層次地反思、調(diào)整發(fā)展方式！