地面不可承受之“痛”

與地震、海嘯、滑坡等劇烈的地質(zhì)災(zāi)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(lái)地面開裂、高樓倒塌、海水倒灌等不可逆的危害。恰恰因?yàn)樗木徛?，不常引起人們的關(guān)注。

近日，一項(xiàng)由聯(lián)合國(guó)教科文組織地面沉降工作組組織的研究警告說(shuō)，到2040年，地面沉降將威脅全球近1/5的人口。

“本次研究繪制了全球地面沉降分布圖，并創(chuàng)建了一個(gè)模型，可預(yù)測(cè)局部地區(qū)的沉降風(fēng)險(xiǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，地面沉降風(fēng)險(xiǎn)最大的國(guó)家、地區(qū)集中在亞洲。”該論文的作者之一、南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院教授葉淑君說(shuō)。

“痛”從何來(lái)

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(jìn)的地質(zhì)災(zāi)害。如果給地面沉降的人為原因排個(gè)序，超采地下水毫無(wú)疑問(wèn)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(dǎo)致儲(chǔ)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(bǔ)給后，水位恢復(fù)，介質(zhì)回彈，地面抬升。

如果長(zhǎng)期過(guò)量開采地下水，超過(guò)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(wú)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。

“像上海、天津等濱海城市，由于長(zhǎng)期濱海相沉積，其地下松散沉積層達(dá)幾百米厚，有大量軟土層，壓縮性較大，地表的建筑、設(shè)施就像處在一張水分充盈的彈簧墊上，一旦地下水開采過(guò)度，發(fā)生沉降，就會(huì)加劇海平面上升、引發(fā)海水倒灌風(fēng)險(xiǎn)。”葉淑君說(shuō)。

城市發(fā)展早期，人們對(duì)水資源認(rèn)識(shí)有限，再加上地下水量大質(zhì)優(yōu)、易于開采，地下水損耗嚴(yán)重。

自本世紀(jì)初，中國(guó)各省市陸續(xù)采取緩解措施。京津冀地區(qū)通過(guò)南水北調(diào)解決工業(yè)、生活用水，預(yù)計(jì)減少30%的地下水開采量，同時(shí)，用于農(nóng)業(yè)灌溉的地下水開采量壓縮至最小;上海于2013年起實(shí)施《地面沉降防治管理?xiàng)l例》，目前控制其平均速率不超過(guò)6毫米/年，人工回灌自來(lái)水約2000萬(wàn)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(diǎn)回升達(dá)80米。

持續(xù)沉降

文獻(xiàn)研究顯示，在過(guò)去的一個(gè)世紀(jì)里，有34個(gè)國(guó)家的200個(gè)地點(diǎn)發(fā)生了由于地下水枯竭引起的地面沉降。但事實(shí)上，發(fā)生沉降的遠(yuǎn)不止這些地區(qū)，估計(jì)是其數(shù)目的三倍。“目前的研究大多集中在描述沉降的地質(zhì)背景、主要特征及控制機(jī)理等方面，對(duì)沉降的危害及防治措施等研究比較缺乏。”該論文的第一作者、西班牙地質(zhì)與礦業(yè)研究所教授Gerardo Herrera García告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。

本文在各國(guó)公開數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立了全球地面沉降數(shù)據(jù)庫(kù)，并繪制分布圖。數(shù)據(jù)顯示，印度尼西亞首都雅加達(dá)的海岸沉降非常嚴(yán)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(jì)劃將首都遷往婆羅洲島。

實(shí)地考察走訪后，葉淑君發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)孛磕甓技痈吆５虂?lái)阻擋海水倒灌，目前海堤已有2層樓高?！八麄冋J(rèn)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(shuō)。

而對(duì)全球的研究表明，沿海地區(qū)的海平面上升，是絕對(duì)海平面上升和地面沉降共同導(dǎo)致的，后者的貢獻(xiàn)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(guó)土面積低于海平面;意大利波河平原的沉降始于20世紀(jì)下半葉，目前威脅其30%的人口;在過(guò)去的1個(gè)世紀(jì)，從美國(guó)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(dá)9米。

亟待恢復(fù)

在空間分析的基礎(chǔ)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(jí)等，Gerardo等提出了一個(gè)全球模型，能夠預(yù)測(cè)1平方千米空間分辨率下的地面沉降風(fēng)險(xiǎn)。

根據(jù)模型預(yù)測(cè)結(jié)果，占全球8%、1200萬(wàn)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(lái)全球用水壓力、氣候和人口變化等，作者預(yù)測(cè)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(jí)高級(jí)工程師王寒梅告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，地面沉降是個(gè)與人類活動(dòng)密切相關(guān)的、全球性問(wèn)題?！皬闹袊?guó)的防治經(jīng)驗(yàn)來(lái)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(guò)全球一張圖的形式，引起各國(guó)的重視?！?/p>

葉淑君表示，可采取多種措施恢復(fù)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(bǔ)給等。

“盡管地面沉降不會(huì)直接威脅生命，但對(duì)基礎(chǔ)設(shè)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(jìn)行局部研究，并引入地下水監(jiān)管措施，就可以在未來(lái)幾十年防止或減輕這一危害的影響?！盙erardo說(shuō)。

Gerardo還表示，衛(wèi)星雷達(dá)干涉測(cè)量可以很好地量化地面沉降的大小和強(qiáng)度、及時(shí)確定含水層系統(tǒng)中沉積層的厚度、真實(shí)的地下水位演變情況等，希望各國(guó)研究者能共同合作，利用這種方法進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，這至關(guān)重要。