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中国近一半的主要城市正在下沉!2.7亿人面临风险

编辑小小2024-05-07自然28

最近,《科学》杂志发表了一项关于中国城市地面沉降的研究,该研究一公布便引起了学术界和公众的极大关注。

这项研究显示,近一半的中国大城市发生了局部地面沉降的现象,这个话题一度爬升至社交媒体热搜榜首。那么,我们需要担心这个问题吗?究竟是什么原因导致了城市的沉降?在这一现象背后又隐藏着哪些有意思的故事?

中国近一半的主要城市正在下沉!2.7亿人面临风险

先说结论,地面沉降这事儿并不新鲜,它确实有一定危害,但在我国城市沉降问题并不严重,而且我们可以做一些事情来改善沉降。

什么是城市地面沉降?

城市地面沉降,俗称“地陷”,就是城市区域地面因种种原因高度下降的现象。与地震和海啸相比,地面沉降发生得悄无声息,因此往往难以引起人们的关注。

中国近一半的主要城市正在下沉!2.7亿人面临风险
由于地面沉降,略带倾斜的西安大雁塔

图片来源:国际古迹遗址理事会西安国际保护中心

然而,即使是较小范围的地面沉降,也会对人们的生命和财产安全造成很大威胁。

地面沉降可能会导致道路、桥梁以及建筑物产生裂缝或变形,会破坏城市排水系统,引发雨水积水或污水反流。地铁、地下停车场等地下设施都可能因为地面沉降而受到破坏。因此,城市地面沉降在《地质灾害防治条例》中,被定义为“缓变性地质灾害”。

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干涉合成孔径雷达(InSAR)测量地面情况的示意图

在《科学》杂志的这项研究中,科学家们运用了一种称为“干涉合成孔径雷达”(InSAR)的先进卫星遥感技术,来监测中国 82 个大中型城市的地面沉降情况。

这种技术通过发射雷达波并接收其从地表反射回来的信号。利用卫星在不同时间的两次过境所收集的雷达数据,分析地表反射雷达波的相位变化,从而精确地测量地表在两次观测间的微小移动,如沉降或抬升,从而能够精确测量这段时间内地面的沉降程度。

结果显示,44.7% 的城市区域每年的地面沉降速度超过 3 毫米,而 15.8% 的区域地面沉降速度甚至超过每年 10 毫米,包括北京、天津、合肥和西安等城市。地面沉降速率的中位数则为每年约 2 毫米。在 82 个城市中,约三分之一的人口居住在沉降速度超过 3 毫米/年的地区,7.3% 的人口居住在沉降速度超过 10 毫米/年的地区。

换句话说,可能有 2.7 亿中国人生活在正在下沉的土地上。值得注意的是,这个数据仅代表城市的某些部分地区可能出现下沉,并不代表整个城市都在下沉,更不意味着所有居民都面临同等的风险。

城市沉降只发生在今天的中国吗?

虽然中国当前面临的城市地面沉降问题略显严峻,实际上,早在1920年,上海和天津就已经出现了地面沉降的迹象。到了20世纪70年代,长江三角洲的主要城市以及华北平原地区开始经历地面沉降。

从20世纪80年代起,地面沉降现象由点及面,形成连片发展的趋势,影响范围进一步扩大。这项研究估算,中国沿海四分之一的土地可能在2120年沉降到海平面以下。

城市地面沉降不仅是一个地区性问题,而且是全球性的环境挑战。研究表明,全球约 19% 的人口正处于由沉降引起的高风险之中。在美国、日本、伊朗等多个国家,也有大量关于城市地面沉降的研究和报道。

《科学》杂志在 2022 年报道称,伊朗超过 90% 的地区正在经历地面沉降,全国平均沉降速率高达每年约 6 厘米;在 2007 年至 2020 年间,美国沿海地区 32个 城市的年沉降速率中位数在 2~6 毫米之间,其中多数地区的沉降速率超过 3 毫米。

中国近一半的主要城市正在下沉!2.7亿人面临风险
美国沿海各地面的沉降

由于地面沉降与海平面上升的双重影响,到 2050 年美国沿海 32 个城市大约 1000~1300?平方公里的土地可能被淹没。而在日本东京,20 世纪50 年代的地面沉降速度甚至一度达到了每年 27 厘米的程度。相较来说,中国的城市沉降问题不算严重。

城市为什么会发生沉降?

虽然由于各种地质过程,地球表面会经历缓慢而稳定的自然隆起和下沉,但是这不能排除人类活动对沉降所带来的影响。

研究显示,面临严重地面沉降的城市具有明显的区域特征:东北地区的代表城市包括大庆、哈尔滨和长春;华北地区以北京和天津为典型;中部地区的典型城市有平顶山、晋城和淮南;华南地区则包括昆明、南宁和贵阳;东南沿海地区则以温州和汕头为代表。

这些区域要么是工业城市集群,要么是人口密集的城市群,说明地面沉降与区域经济活动和人口密度有着密切的关系。

城市沉降与多种自然和人为因素相关,包括城市地区基岩的深浅、地下水的枯竭、建筑物的重量、交通系统的运用以及地下采矿活动。这些因素共同作用,影响城市地面的稳定性和高度。

过度开采地下水是导致全球多个城市严重地面沉降的主要原因。当大量地下水被提取时,地下水位逐渐降低,破坏了地下水压力平衡,导致原来由地下水支撑的土壤和岩石部分失去承托力。随着地下水位的持续下降,原先含水饱和的土层开始干燥并收缩,这导致土层体积缩减,从而引起地面沉降。这种土壤压缩通常是不可逆的,即便地下水位后来得以恢复,土壤体积也难以完全复原。

在中国,地下水过度开采引起的地面沉降尤其严重。根据水利部的数据, 20 世纪 70 年代,中国地下水的开采量平均为每年 570 亿立方米,到了 80 年代增加至每年 750 亿立方米,而到 2009 年已飙升至每年 1098 亿立方米。超过 300 个地区出现了地下水超采现象,涉及面积达 19 万平方公里,其中严重超采区域高达 7.2 万平方公里。

华北平原之所以成为地面沉降的重灾区,就是由于华北平原地区人均水资源量不到全国平均水平的六分之一,地下水占到总供水量的 70% 以上。可以说,解决中国城市沉降问题的关键就在于长期、持续地控制地下水开采。

结语

实际上,我国政府对城市地面沉降问题早已给予高度关注,并采取了一系列有效措施以应对这一挑战。早在 2012 年,我国就出台了由十个部委联合制定的首部《地面沉降防治规划》。

为了更好地管理和保护水资源,中国还制定了《水法》和《地下水管理条例》等一系列法律法规,规范地下水的合理开发与利用。又有南水北调工程这样的重大水资源管理项目通过调配水资源,有效减轻了华北地区的水压力,从而间接降低了对地下水的过度依赖和抽取,这不仅成功地提升了地下水位,也稳定了城市的地面沉降。

对于我们普通人来说,通过在日常生活中减少用水量,使用节水器具,以及循环用水,都可以有效减轻对地下水资源的压力,从而有助于缓解城市地面沉降的问题。在保护自己的家园的同时,我们也在保护我们自己。

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