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晓朝的博客

有朋自远方来,不亦乐乎?"

 
 
 

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我们的城市在沉降  

2017-05-21 08:35:02|  分类: 社会 |  标签: |举报 |字号 订阅

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我们的城市在沉降

核心提示:当中国的城市正竭力向上发展,农村正拼命追求高产的时候,却没想到脚下的土地,已不堪重负,正悄无声息地下降。不能承重的土地之下,是急遽下降的地下水水位。如何控制地下水的过度攫取,成为社会治理的一个难题。

我们的城市在沉降
中国新闻周刊201142期封面

我们的城市在沉降

2月11日,河北省南和县辛村农民为抗旱,用水泵抽水浇地。图/ 新华

我们的城市在沉降
石家庄柳董庄村的村民打自备井,抽地下水作为
生活用水。图/CFP

地面沉降之困

当中国的城市正竭力向上发展,农村正拼命追求高产的时候,却没想到脚下的土地,已不堪重负,正悄无声息地下降。华北平原在下降、长江三角洲的一些地方、汾渭盆地也在下降,地面沉降的范围还在扩大。不能承重的土地之下,是急遽下降的地下水水位。而如何控制地下水的过度攫取,又牵涉到多个部门,成为社会治理的一个难题。与各种突发性灾害相比较,人们也许很难察觉到这种以毫米为单位计算的“缓变性地质灾害”,然而,如果不改变经济发展的模式,中国大地将来不仅无水可采,还将引发更加严重的生态与环境危机。

华北沉降:地下水危机调查

在华北平原,许多城市由于没有足够的地表水可用,而过度开采地下水,使得地下水水位迅速下降。地面沉降与地下水危机,其根本原因是与经济发展模式密切相关的。有人甚至认为,严重缺水的华北平原已经不适合再发展农业

本刊记者/钱炜 (发自河北沧州、石家庄)

上升的经济和下沉的地面,是河北沧州的两个标签。

新建的高铁沧州站造型像一艘扬帆的大船,将这个渤海边上地级城市的野心彰显无遗。站前马路即是当地政府要打造的“沧州长安街”,双向8车道新铺设的道路,并没有太多的车辆往来,但路两边已经矗立起一座座新落成和尚未完工的庞大建筑。

“十一五”期间,沧州经济在河北省内从中游水平冲到了前三名。但承载这个正在扩张和上升的城市的,是在沉默中缓缓沉降的土地——从1970年代以来,沧州地面平均沉降了2.4米,是中国地面沉降最严重的地区之一。引发地面沉降的罪魁祸首,是地下水超采引起的水位下降。

沧州是华北平原上缺水城市的代表。水文地质研究人员把太行山以东、燕山以南、黄河以北的这一片土地称为狭义上的华北平原。在这片14万平方公里的土地之下,几十米至几百米深处所埋藏的地下水,维持着北京、天津、石家庄3个人口千万级的大城市,和以它们为核心的华北城市群的运转,并满足着中国粮食主产区之一的庞大用水需求。

水都到哪儿去了

在沧州东部的王大本村,村民黄平荣拿出准备好的一截旧电线,将两只灌满水的大桶固定在三轮车上,防止它们在路上歪倒漏水。老黄如此小心翼翼,是因为这两只大桶里装的,是他们一家四口3天的饮用水。

王大本村所在的黄骅市,是整个沧州最缺水的地方。这里不仅河道干枯,且由于靠海,地下水全部都是咸水。几年前,村子里建了苦咸水淡化站,对从200米深井打上来的咸水进行处理,以解决吃水问题。

尽管地名里有个带水的字,可是沧州现在最缺的就是水。40岁的沧州市水务局水政水资源科科长崔英龙记得,在他小时候,沧州还发过洪水,可到了上世纪80年代,沧州地界的所有河道就已经都没有水了。

不仅沧州,实际上,从1980年代开始,整个华北平原上的所有河道里几乎都没有水。在中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心研究员沈彦俊的电脑上,保存着1980年和2010年的华北平原卫星地图。两张地图上,该地区所有的河道都显示为白色,即为干涸。

为什么会没有水?崔英龙给出的一个答案是上游修建了很多水库,将水都拦截了。建国初期,华北平原曾多次发生洪灾,于是,政府决定在此大修水利。到今天,华北平原上共有大大小小的水库2000多座。

就以滹沱河为例,该河发源于华北平原西部的太行山脉,一路蜿蜒向东,在沧州入渤海。它的上游,有两个大型一类水库,分别为库容量12亿立方米的黄璧庄水库和15亿立方米的岗南水库。滹沱河流到太行山脚下的石家庄时就已经没有水了,更不用说地处最东端的沧州。

而即使是值得称道的蓄洪作用,在黄平荣的眼里也并非如此。沧州地质属于河流冲积平原与海积平原,东部沿海地区全是盐碱地。过去,海河与黄河的多次泛滥,给沧州带来大量的泥沙沉淀,改善了土壤,反而利于耕作。如今,且不说洪水,就连地下水也越来越少,地里的土层越来越薄,不利于耕种,并有海水入侵的风险。

自然原因也无法回避。华北平原一直存在一个20-30年的干旱周期,上世纪90年代时期,整个华北经历了一个枯水期,沧州的年降水量也从原来的600毫米一度降至300毫米-400毫米。不过这两年,沧州的雨水比较充沛,又回到了往年平均水平。

但更重要的还是人为因素:城市的发展与工农业用水的增长。在1900年,石家庄不过是几个大村庄的联合体,1950年,也不过30万人口,但到了2011年,石家庄的总人口已暴增至1000千万。

而就在黄平荣家这片极度缺水的地方,竟有个规划占地5000亩、号称河北省最大的高尔夫球场。高尔夫球场一直被人称作“抽水机”,一个标准18洞的球场,平均每天耗水至少2000立方米。有媒体披露,沧州高尔夫球场的建设并未得到国家审批。然而,在该球场所属公司、河北盛泰集团的官网上,却可以看到沧州市与河北省领导前往视察的新闻。显然,高尔夫球场的建设,得到了当地政府的支持。

黄平荣家所处这一片,属于沧州市正着力发展的渤海新区。以黄骅港为依托,渤海新区下辖3个产业园,聚集了众多的炼油与化工项目。而为了给招商引资创造良好环境,在开发区建高尔夫球场,几乎是全国的惯例。

根据崔英龙的描述,沧州的发展策略,是要引导产业往东部沿海地区靠拢,以发挥港口优势,同时也能更多地利用海水淡化。但实际上,截至目前,渤海新区只有一个日产淡水3万吨的海水淡化项目,这对于庞大的产业园来说,少得可怜。而据当地知情人透露,政府实际上默许企业在园区里打井。地面沉降监测数据也表明,自2005年沧州市区封停自备井以来,地下水漏斗的中心已开始向沧州东部转移。

就像华北平原的任何一个区域一样,农业用水,在沧州更是消耗地下水的“大户”。

我们的城市在沉降

我们的城市在沉降

 

农业能少用地下水吗

1934年,统治华北的伪满政权曾对华北农村做过一次大规模调查,并写成《华北农村惯行调查》一书在日本出版。书中描述,当时华北平原主要种植小麦、谷子和大豆,耕作制是两年三熟。而在新中国成立后,为提高粮食产量,华北平原的作物熟制变成了一年两熟,冬天种小麦,夏天种玉米。

农业产量的提高,除了品种的改善,更多与水肥的大幅增加有关。而在降雨并不充沛的华北,提高灌溉量的唯一途径,就是大举开采地下水。

沧州市水文水资源勘测局项目办主任付学功回忆说,30年前,当地农村一亩玉米的产量不过两三百斤左右。可现在,由于灌溉水量和化肥用量的增加,一亩地的产量就高达1000斤。

数据显示,在华北平原,农业用水占到地下水开采量的70%以上。由于水资源的日益紧缺,尽管华北的粮食绝对产量仍在增长,但已接近增长的天花板。在其它地区粮食产量大增的情况下,华北的粮食产量在全国粮食总产量中所占份额却在下降。在上世纪七八十年代,黄淮海平原的粮食产量曾占全国粮食总产量的30%,到近年下降到约22%,已经下降了10%。

根据沈彦俊的研究,华北平原的农业一年耗水量高达870毫米,而多年平均降雨量只有500毫米左右,这多出来的370毫米,都依赖地下水的补足。如果能够在经济效益与生态效益之间找到一个平衡点,适当地少浇点水,对保护华北平原地下水将意义重大。此外,发展农业节水设施与技术也是重要途径。

“用地下水浇地,这实际上是在拿极为珍贵的地下水来换取一些极为廉价的粮食。”沈彦俊再三地说。他算了一笔账,打井抽水所耗的电费、化肥农药的成本,再加上地下水水位下降造成的各种生态影响,以及长期使用过量化肥对土壤地下水的污染,用这些代价只换来粮食的高产量,是极为不合算的。

而令沈彦俊心生无奈的却是,由于分散的小农经济体制,像喷灌、滴灌这样的节水技术,很难在农民中推广下去。“人们一般只关心眼前利益,觉得我用井水浇地挺好的,为什么还要多花钱来铺设这些管道?而农业主管部门只关心粮食产量,对水资源保护问题并不感兴趣。”

“要让农民改变灌溉方式,搞节水农业,最有效的办法莫过于提高用水价格,包括地下水的价格,但这会抬高粮食价格,因此需要政府给予农民补贴。因此,农业节水实际上是个系统工程,很琐碎,也很复杂,却长期不受重视,可以说是地下水保护环节中是最难的一环。”沈彦俊这样认为。

有人直言,严重缺水的华北平原已经根本不适合再发展农业。对此,沈彦俊也指出,眼下华北平原应当放弃一年两熟的耕作制,让土地有喘息的机会。小麦是高耗水作物,不应再继续耕种,而应选取某个高产玉米品种作为主要的作物。“但问题是,且不说粮食安全如何保障,华北地区的农民有种植小麦的悠久传统,你让他们自己不种麦子,其中黄河以北的华北平原改变了他们不啻面的习惯,这也令他们很难接受。”

下沉的地面如何修复

由于是粘土地质,沧州的地面在均匀地下沉,而不是塌陷,因而生活在这里的人们,平日里并不会感觉到太多的异常,但稍一留心,还是会发现许多细节:穿过城区的京沪铁路,由于地面沉降,铁轨下面需要年年垫石,现在轨道已高出地面500毫米;市区里,新修的街道路面要比旧马路高出一截;市郊佟家花园村的一口机井,井边的水泥台面已经开裂、下降了十几厘米,露出了包裹在里面的水管;每到下雨时,城区里到处都是积水,必须用排水机排水。

付学功介绍说,在上世纪60年代以前,沧州人还能依靠地表水和少量的浅层地下水过活。当时,由于沧州农业的水利化程度极低,农业产量低,且不稳定。1966年,国务院召开了北方8省(市)抗旱会议。会后,沧州提交了合理开发利用深层地下水的规划报告。在这种形势下,沧州各县成立了打井队,掀起了打井热潮。而整个华北地下水的开采历史也与此大致相同。

付学功说,地下水的分布,就像多层夹心饼干一样,第一层土是第Ⅰ含水层,下面是一层粘土,粘土之下是第Ⅱ含水层,第二含水层下又是一层粘土,粘土之下是第Ⅲ含水层……依此构造,沧州地下共有5个含水层。由于特殊地理环境,当地的第Ⅰ、Ⅱ含水层即浅层地下水,多为咸水或微咸水,只有200米以下的第Ⅲ含水层的水才是淡水。因此,根据沧州水文局2005年的统计数据,尽管浅层井的数量比深层井多出两倍,但深层地下水的开采量高达8.7亿立方米,是浅层地下水的2.4倍。

随着开采量的增加,井越打越深。尤其是沧州东部,由于浅层地下水都是咸水,所以大部分都是深井,最深的打到500多米。深井成本昂贵,一口200多米的深井就要20多万。

有数据表明,随着地下水开采量的增加,1974-2000年间,华北平原地下水位以将近每年1米的速度下降。

由于地下水开采过度,沧州地下已经形成一片巨大的地下水漏斗区。据资料显示,与40年前相比,沧州地区地下水水位已经平均下降了80米,其中最深的漏斗位于市区,达到负100米。

在华北平原,像沧州这样完全没有地表水可用的城市,还有天津。而北京由于开发过度,地下水水位也下降迅速。除京津两地外,河北省内还有保定、衡水、任丘、南宫、霸州等9个主要地面沉降区。

深层地下水的水位下降,是引起地面沉降的真正原因。这等于把夹心饼干的第3层夹心给抽薄抽空了,上面的粘土层就会自动下压,形成地面的大面积沉降。

为防止地面继续沉降和挽救深层地下水,沧州市于2005年开始采取措施保护地下水,在此后的3年时间里,关停了市区里的282眼自备井。这一措施很快取得成效:到2009年底,沧州市区地下水位比2005年平均上升了18米左右。

但地面沉降已然不可修复——即使深层地下水的水位恢复了,地面也不能恢复到原状。打个比方,如果将一个水桶装满富含水的沙子,再在底下开一个小洞,将水放走,把洞补上后,再重新往桶里浇水,沙子也不能恢复到原先的高度。

更何况,即使现在完全停止开采深层地下水,沧州深层地下水的水位也难以恢复到原先的水平。对此,付学功解释说,深层地下水的补给方式有两种,一种是跃流补给,即由浅层地下水渗透到下一层;另一种是侧向补给,即由旁边的同一含水组来补给。而沧州浅层地下水也开发较多,已经没有余力补给下一层地下水,因此,当地深层地下水的补给主要依靠后一种方式。由于华北平原西高东低,地下水的整体补给趋势是由太行山的山前平原区向东部平原区流动。而到了最东端的沧州,由于坡度减缓,补给的速度也非常缓慢。

实际上,沧州2005年开始的封停自备井之所以取得了显著效果,与地下水的这一补给原理也不无关系。由于沧州深层地下水水位下降的厉害,就像是一块全干的海绵,将周边同层地下水都给“吸”了过来,因此,实际上是加快了侧向补给的速度。而随着深层地下水恢复到一定程度,相当于海绵趋近饱和,吸水的作用也减小了,侧向补给的速度也会减慢。

因此,要使深层地下水完全恢复到开采前的水平,需要非常长的时间。至于究竟需要多少年,付学功没有正面回答,只是感叹了一句:“现在沧州有的地方用的甚至是1亿年前积累下来的地下水啊!”

沧州市水务局水政水资源科科长崔英龙坦承,地下水的事情不好说,“说了恐怕会影响沧州市的招商引资。”北京大学水资源研究中心主任郑春苗则直言:“地面沉降与地下水的问题,其根本原因还是与经济发展模式密切相关。”

2009年,石家庄的地下水占到整个城市用水量的50%以上,尽管石家庄市政府在当年就宣布要关停市区自备井,但却阻力重重,至今进展缓慢。如今,石家庄人的饮用水主要依靠岗南水库。紧挨水库边上的,是中国著名的红色圣地西柏坡。一个最新的消息是,西柏坡镇所在的平山县宣布要建设一个14万人口的“西柏坡市”。

对此,沈彦俊表示,“一旦西柏坡建市,当地用水量肯定大幅增加,再加上污染问题,到时岗南水库的水还够不够、能不能吃,就要画一个大大的问号。那么地下水的开采,就更难以控制了。”

华北平原的沉降,还在悄无声息地继续。

我们的城市在沉降

工人在对外滩防汛墙进行改造。上海外滩防汛墙近年来在不断加高加固。 图/IC

我们的城市在沉降

10月27日,上海火车站附近的长安路和恒丰路交叉处出现路面下陷,形成大约4x5 米的大坑。 图/CFP

上海:一个城市在沉降中的自救

过度抽取地下水,曾经是造成上海地面沉降的主要原因,然而在采取有效的“控沉”措施后,如今影响上海地面沉降的另一个原因,是不断拔地而起的高层建筑。大量建筑和地铁施工造成的“不均匀沉降”仍然困扰着上海

本刊记者/马多思(发自上海)

蒋明镜先后在日本、英国和加拿大从事了8年的研究工作之后,2006年决定回中国发展。站在上海黄浦江边远望对岸,陆家嘴耸立的摩天楼群令他感到兴奋,同时,这位研究岩土力学的专家也相信,发挥自己专业特长的机会应该就在这里。蒋明镜知道,他脚下的这块土地是由近千年来长江带来的泥沙所形成的软土层结构,数千幢快速建起的高楼在推动上海发展的同时,也会产生一系列的问题——加剧地面沉降便是其中之一。

过度抽取地下水,曾经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,如今影响上海地面沉降的另一个原因,是不断拔地而起的高层建筑。自上世纪90年代以来,高楼林立的陆家嘴地区的地面沉降就达每年12毫米到15毫米。

“楼升”造成的“地降”

虽然早在1934年上海就拥有了总高82米的“远东第一高楼”国际饭店,但高层建筑数量的迅速膨胀还是近10年的事。数字显示,上海建于上世纪五六十年代的高层建筑有40幢;建于80年代的有650幢;而90年代十年间就兴建了2000多幢,其中百米以上的超高层建筑有100多幢。自1993年以来,上海平均每天“站”起一座高楼,目前高层建筑已有七八千座。

上海的软土层地表具有“含水量大、孔隙大及压缩性大”三大特征,就像一块海绵,在一挤一泡水的同时,会出现严重的变形。以往人们认为除了地下水开采,高容量的高层建筑在上海地面沉降中的影响能达到三成,但是上海地质学会秘书长刘守祺说,“根据目前的研究成果,发现高层建筑的影响能达到四成,对地质环境的影响非常明显”。

为了应对地面沉降问题,上海2003年出台了针对容积率的“双增双减”政策,即增加公共绿地和公共活动空间,减少建筑容量和高层建筑,同时也规定了住宅2.5、商用4.0的容积率上限。实施一年后,上海市中心总建筑量已减少约400多万平方米,上海376个容积率过高的历史遗留项目,平均降低容积率17%。和地下水超采造成的沉降一样,密集建设高层建筑引发的沉降,在精明的上海人面前,似乎也得到了控制。上海整体沉降的平均数值继续下降,直到2010年的不到6毫米。

上海地面沉降的速度降下来了,但大量建筑和地铁施工造成的“不均匀沉降”仍然困扰着上海。2003年,为了了解地面沉降与地面建筑的相互影响关系,上海市地质调查研究院与上海市城市规划院合作进行了专项调查。调查发现,单个高层建筑发生的一般是均匀沉降,这种沉降不大会对该建筑物本身产生太大的影响。但在众多位置、规格不一的高层建筑的合力作用下,整个上海市的地表会形成区域性的甚至整体的不均匀沉降。

目前为同济大学地下建筑与工程系教授的蒋明镜称,地面不均匀沉降和沉降速度过快一样,都将引发多种城市灾害,例如,地面不均匀沉降导致防汛墙的防汛标准持续降低,迫使不断投入资金加高防汛墙;建筑沉降威胁着煤气、供水等市政管线的安全;隧道不均匀沉降又导致机动车加速磨损,增加运营风险和维修费用等。

蒋明镜说,建筑物建好后,一开始会有一定的沉降,但随着地基下的土壤逐步发生固结,沉降也就稳定下来甚至停止。但是当周边再有建筑施工时,就会使本来稳定的老建筑再次发生沉降。而且一个地区虽然总体上都是软土,可是每隔几米土质都不一样,有的硬一些,有的软一些,这就需要在施工前进行风险检测和评估,并提出施工修改建议,例如需不需要对地基周围进行加固和支撑,以有效防范沉降。

可是,蒋明镜回国后发现,在摩天大楼林立的上海,没有一家本地公司请他进行相关的评估。一些建筑公司请的专家并不是专门从事这方面研究的,“国内在岩土工程方面的技术水平很落后。”他说,在日本,每个企业在建筑施工时都很重视预先的沉降评估,因为那里的土地都是私有化的,如果施工给其他建筑造成损害,那是要赔偿一大笔钱的。

蒋明镜的专业知识似乎在工程评估方面派不上用场,却能在自己买房时进行“专业评估”。他在上海买的是旧小区基础上开发的住宅,因为那样的建筑,地基下土壤已经基本固结。他不买在农田上建起来的和靠近江河堤坝的住宅,因为那些地方的土壤比较松软。也不买附近可能修地铁和高层建筑的住宅,因为老建筑都会被新建筑所影响,容易产生继续沉降。

上海市徐汇区凯华公寓的住户们就没有蒋明镜这么多土壤和建筑知识了,他们在买下住房时并没有在意附近是否要修地铁。这座1998年竣工的6栋连在一起的楼房,在2003被发现房屋墙壁出现裂缝。56户居民集体投诉说,裂缝最宽处可以伸进一排手指,而且楼体看起来也“歪了”,这些投诉者怀疑这些现象与住宅楼地下20米深处正在进行的地铁明珠2线隧道施工有关。

不均匀沉降造成的地质灾害已经引起了地质学专家越来越多的关注。上海市地质学会秘书长刘守祺在接受《中国新闻周刊》记者采访时一开始就说,“我已经不研究地下水造成的沉降了,我现在研究的是,施工过程中不均匀沉降造成的地质灾害。”

漫长的“控沉”历程

可是,刘守祺毕竟研究地下水问题几十年,最近他一直关注着泰国曼谷洪水的新闻。在他看来,曼谷洪水泛滥的原因 “除了气候,就是地面沉降闹的,海水回灌进曼谷了。”刘守祺30年前就受到过泰国有关方面的邀请,研究曼谷的地面沉降问题。多年来,曼谷以每年1.5厘米至5.3厘米的速度下沉,直到现在城区已经有一大部分处于海平面之下。刘守祺的观点和世界银行专家简。博乔基本一致:曼谷下沉的原因之一,就是毫无节制地抽取地下水。

然而,对于同样被认为沉降严重的上海,刘守祺并不怎么担心,他对《中国新闻周刊》说,上海发生曼谷那样的灾难“可能性很小”。

2009年,有媒体报道称,美国科罗拉多大学一份最新研究报告表明,全球33个人口密集的大型三角洲地区中,有三分之二正面临“地陷海升”的双重威胁,而中国的长江三角洲、珠江三角洲及黄河三角洲,已跻身这一危机榜上最严重的一级。报道对上海的描述是,“城市平均标高才4米,而黄浦江涨一次潮就高达5米多,再继续沉陷2米,上海立刻就会陷入汪洋。”

研究上海地质几十年的刘守祺不完全认同上述说法:地陷海升确实已成既有事实,但美国学者将中国的三个三角洲列为“最严重级别”,这个结论还有待商榷。

实际上,上海从上世纪二三十年代开始就被发现有严重的沉降现象。最开始提出上海沉降的,是一个叫沃尔逊的外国人,根据1921年至1938年的“重复水准点”测量结果,提出了上海存在地面沉降。从1921年到1965年,上海市区总共沉降了1.69米。而从1966年到2000年,市区平均累计沉降量为218毫米,每年沉降6毫米。

地面沉降是上海主要的地质灾害,与它软土的地质特点有很大关系。上海境内除西南部有少数丘陵山脉外,全为低平的平原,是长江三角洲冲积平原的一部分,平均海拔高度为4米左右。整个地区好像是从东向西倾斜的半个碟子,极易受到海平面上升和地层挤压的影响。土的结构是一层砂层、一层粘土层。砂土孔隙大,含水。上海的地下水,主要就在它的5个含水砂层中。

刘守祺告诉《中国新闻周刊》,“当集中过量地开采了某一沙层的地下水后,沙层因为孔隙水被抽走而压缩固结,它上面的土层就整体往下压,抽水越多的地方,压得越低,这就形成了上海的地面沉降。”

上海最早于1860年开采地下水。一百年后的1963年,上海地下水开采量达到顶峰,年开采总量达2.03亿立方米。开采地下水最多的时期,也是上海沉降最厉害的时期,上海地方志办公室网站记载,1957年至1961年上海各地区平均沉降110毫米,个别地区达到170毫米。

同济大学教授、地质学家汪品先在一次演讲中曾说,“如果按1965年的下陷速度而不加控制的话,上海在1999年已经沉没入海了。”

上世纪80年代,刘守祺在上海地质调查研究院时曾经进行过调研,估算出每沉降1毫米可以造成2亿元的经济损失。这里有直接的损失,例如沉降对堤坝、住宅、厂房的损坏、对道路和桥梁的损坏,各种输水输气管线的破坏和冲毁农田等等。也有间接的损失,例如海水倒灌造成农业的损失、交通运输运力下降的损失、工厂和商店被淹后的经济损失。刘守祺说,“现在经济的发达程度远超过80年代,每沉降一毫米的损失可就不止2亿了!”

上海地面下沉的速度在1966年终于得到了控制,1966年到2000年,市区平均累计沉降量为218毫米,每年沉降6毫米多一点,“控沉”效果显著。刘守祺甚至记得上世纪80年代个别地区在回灌后还出现了上升的现象。

这一变化得益于上海从1965年以来实施的一系列措施,主要是限制地下水开采和人工回灌地下水,要求地下水用户在冬天向地下回灌与其夏季开采等量的自来水,从而恢复土层弹性,控制地面沉降。上海还修建了最先进的防洪堤坝,建立地面下沉及地下水位监测系统,并正在建设地面沉降自动化预警预报系统工程。

上世纪90年代,随着经济高速发展,上海地下水开采量又有所回升,1996年地下水开采量已达1.5亿立方米,沉降现象也随之开始加剧。自2003年起,为缓解地面沉降的压力,上海开始继续减少地下水开采量,据上海市政府网站发布的2009年和2010年水资源公告显示,2009年上海市地下水实际开采总量为2553万立方米,比2008年减少632万立方米;地下水人工回灌总量为1755万立方米。2010年,上海地下水开采量已压缩到2000万立方米,是建国以来上海地下水开采量的最低点,仅仅是1963年开采量的十分之一。

从上世纪90年代开始,上海市投入3500万元,建立了一张覆盖全市的地面监测网络。目前网络已包括全市各区县的43个基岩标、146个GPS监测点和326个水位观测点,能够随时预报上海各区域地面沉降现状,为工程建筑项目提前拉响沉降“警报”。

“长三角”联合“控沉”

“光我们控制地下水开采不行,上海的地下水与江苏、浙江都连在一起,需要大家一起控制,长三角城市之间要协调合作。”刘守祺说。

2005年,南京地质矿产研究所副所长郭坤一耗时4年,花费2000万元进行了详细调查,发布《长三角地区地下水资源与地质灾害评价》。报告认为,长三角地区地面沉降区内累计沉降已超200毫米,面积近10000平方千米。苏锡常(江苏省的苏州、无锡、常州)地区因不均匀沉降,目前已发生22处地裂缝地质灾害。上海从上世纪初到2003年,因沉降造成的损失是2900亿元;苏锡常地区和浙江嘉兴也损失了500多亿元。

郭坤一发出警告:按照当时的沉降速度,到2050年,海平面将会上升40厘米至70厘米,长三角很可能就此桑田变沧海。

浙江省国土资源厅地质环境检测院总工程师赵健康对长三角的沉降形势却感到乐观,“如今已经不是这个情况了,沉降好转了很多,个别地区还上升了。”

赵健康所在的地质监测院每年都要对浙江全省的沉降情况进行监测,并发布当年的环境公报。他们发现,2009年浙江沿海平原地面沉降继续呈现减缓趋势。

赵健康说,长三角的上海、江苏和浙江联动防沉降工作开始于1999年,联动以后浙江省每年都大幅降低地下水开采量,生活用水多使用地面水,例如从太湖的上游引水。地下水开采量由2000年的1.5亿立方米下降到去年的1600万立方米。但是因为浙江是长三角里沉降程度较轻的,所以没有采用回灌。

长三角的另一个“角”江苏沉降的程度和速度则远高于浙江,采取的措施则显得更严厉。从20世纪80年代开始,苏锡常一带的乡镇企业风起云涌,但由于环保意识不强,污水废水的排放造成了地表水严重污染,不得已只好转向地下取水,而过量的开采地下水又使得苏锡常的“漏斗”连成一体。无锡、苏州、常州三市及外围乡镇,以地下水水位下降10米计算,漏斗面积已达5000平方公里。

20世纪30年代时,苏州只有地下深井两口,到90年代,已增加到304口;地下水开采量从20世纪30年代的日开采500吨飙升至90年代的12万吨,由此带来的便是地下漏斗水位由3米下降到61米多。2000年,苏州市区地面累计沉降普遍达到40厘米到60厘米,严重地段超过160厘米,无锡市区、常州市区最大累计地面沉降量分别超过120厘米、110厘米。

2000年8月,江苏省人大颁布了《关于在苏锡常地区限期禁止开采地下水的决定》,在全国率先通过立法实施地下水限期禁采。此后,地面沉降速率有所减缓。苏州沉降速率从每年25毫米以上降到小于10毫米;无锡从每年100毫米降到10毫米~15毫米,常州从过去最高每年120毫米降到每年8毫米。

赵健康也很惊讶为什么长三角的联动配合得这么默契。他现在很欣赏的一个说法是,“地下水是没有行政区划的”。

地面沉降的中国应对

我国在19个省份中有超过50个城市发生了不同程度的地面沉降。地面沉降的重灾区主要是长江三角洲地区,华北平原和汾渭盆地。为控制地下水的开采,各地区都在制定相应的地方性条例和法规

本刊记者/杨迪

地面沉降,可以被简单地称作“地陷”,在我国《地质灾害防治条例》中,它被定义为“缓变性地质灾害”。国土资源部地质环境司副司长陶庆法告诉《中国新闻周刊》记者,“目前,我国在19个省份中超过50个城市发生了不同程度的地面沉降,累计沉降量超过200毫米的总面积超过7.9万平方公里。主要在中东部地区。”

因为地面沉降的反应滞后,且进程缓慢,以毫米为单位计算的沉降率,人们不易察觉。上世纪20年代,上海是我国最早发现地面沉降迹象的城市。据统计,现在上海市区地面累计沉降量超过2米,历史上最大年均沉降量曾达到110毫米。陶庆法说,“尽管这样,人们仍然不会有明显的感受,只有看到不断升高的抽水井井台时,大家才能明白地面矮下去了。”上海人可能因为看到外滩不断加高、加固的防汛墙才意识到地面沉降的发生。而真正开始重视,却是在上世纪60年代中期。

地面沉降除了给城市建筑物、地下管道形成破坏以外,更直接的影响就是经济损失。根据中国地质调查局等部门评估,几十年来,长三角地区因地面沉降造成的经济损失共计3150亿元。其中上海地区最严重,直接经济损失为145亿元,间接经济损失为2754亿元;华北平原地面沉降所造成的直接经济损失也达404.42亿元,间接经济损失2923.86亿元,累计损失达3328.28亿元。

陶庆法介绍说,“目前我国地面沉降的重灾区主要是长江三角洲地区,华北平原和汾渭盆地这三个区域。”

据中国地质调查局公布的《华北平原地面沉降调查与监测综合研究》及《中国地下水资源与环境调查》显示:自1959年以来,华北平原14万平方公里的调查范围内,地面累计沉降量超过200毫米的区域已达6万多平方公里,接近华北平原面积的一半。其中,天津地区的沉降中心最大累计沉降量一度高达3.25米。调查和监测结果显示,华北平原不同区域的沉降中心仍在不断发展,并且有连成一片的趋势;长江三角洲地区最近30多年累计沉降超过200毫米的面积近1万平方公里,占区域总面积的1/3。上海市、江苏省的苏锡常三市沉积中心区的最大累积沉降量分别达到了2.63米、2.80米,并出现了地裂缝灾害。

陶庆法说,“地层是塑性的,不是弹性的。如果是弹性的,加上压力后缩下去,当压力放开就可以回复。但地面沉降很难修复,所谓的反弹也相当有限,即便把地下水控制住之后,可能也反弹一点,但是那个量相当小,基本可以忽略不计。”

虽然某些天然因素可以造成地面沉降,但地面沉降的主要原因还是人为的:地下水、石油、天然气、地热等资源的过度开采;城市建筑;重大工程造成地基土体发生缓慢变形……这些都在不知不觉中改变着我们脚下的大地。目前,我国以及世界上主要沉降区的资料都证实,过量开采地下水是造成地面沉降的主要原因。

近30年来,随着中国城市化、工业化进程的高速发展,地表水的污染日益严重,人们的生产、生活越来越多地依赖地下水,人们对于地下水的开发利用一直在迅速增加。综合水利部公布的数据,在20世纪70年代,中国地下水的开采量为平均570亿立方/年,80年代增长到年均750亿立方,而水利部最新数据显示,2009年地下水的开发利用量已经增到1098亿立方/年。

目前,在中国655个城市中,有400多个以地下水为饮用水源,北方城市对地下水的依赖更重,目前北方城市65%生活用水,50%的工业用水以及33%的农业灌溉都是主要依靠地下水。

“全国地下水超采区域300多个,面积达19万平方公里,严重超采面积达7.2万平方公里。”水利部水资源司副司长于琪洋10月28日在新闻发布会公布了这组数字。

正是因为不合理开采地下水而使很多城市发生了地面沉降,使得国内沉降中心个别点的最大累计沉降量不断升高。沿海地区的大连、秦皇岛等城市地下水水位的下降,引起海水入侵,导致地下水水质恶化,其中山东、辽东半岛海水入侵更加严重。

华北平原之所以成为地面沉降的重灾区,也是由于多年的地下水超采。华北平原总面积为13.6万平方公里,人口约1.11亿,包括北京、天津、河北省的全部平原及河南省、山东省的黄河以北平原,是中国政治、经济中心和主要粮食生产基地。但人均水资源量每年仅为335立方米,不足全国平均水平的1/6。且华北平原地表水分布不均,使得地下水成为大华北经济社会可持续发展的重要支柱,很多城市的地下水开采量已占总供水量的70%以上。

虽然国家以及各级政府对地下水的开采有总量的控制,但是陶庆法告诉《中国新闻周刊》,“总量控制是一笔大账,是一定面积的平均开采量。而因为开采布局不合理,个别地区超采严重,就会形成区域性漏斗状凹面。”华北平原已经成为世界上最大的“漏斗区”。包括浅层漏斗和深层漏斗在内的华北平原复合地下水漏斗,面积达73288平方公里,占华北平原总面积的52.6%。

据统计,全国已形成区域地下水降落漏斗100多个,面积达15万平方公里。华北平原深层地下水已形成了跨冀、京、津、鲁的区域地下水降落漏斗,甚至有近7万平方公里面积的地下水位低于海平面。

近20年来,因为国内一些重点城市开始控制地下水的开采,大部分城市的地面沉降率有所降低,但因中小城市和农村地区地下水开发利用量大幅度增加,地面沉降范围已从城市扩展到农村,并在区域上连片发展,地面沉降量呈现此消彼长的特点。长江三角洲和环渤海地区就是典型代表,地面沉降已发展成为两个跨省市的区域性地面沉降区,不但制约了当地可持续发展和城镇安全,而且对铁路、公路、地下油气管线、防洪防潮设施等基础工程设施构成威胁。

由于地面沉降是地下水超采造成的,最直接、有效的办法就是严格控制地下水的开采。现在我国各地区主要采取的办法就是关井,禁止或者限制开采。近些年为控制地下水的开采,我国各地区都在制定相应的地方性条例、法规。但是监管能否到位,是让陶庆法深感头疼的一个问题,“取地下水太方便了,就地打一口井就取水了。”

除了控制开采量,国内还有些地区采取回灌的办法增加补给,对于缓解地面水位下降和由此引发的地面沉降也非常有效。在陶庆法看来,“压采地下水的关键就是要解决替代水源。人们生活需要用水、工业、农业生产都需要用水,不解决用水矛盾问题,防治地面沉降就是一句空话。”这个问题尤其在华北地区比较突出,华北的地下水过量开采主要是用于农业灌溉,要是不解决华北大平原农村农用灌溉用水问题,地面沉降的解决也只能是纸上谈兵。

为了解决替代水源问题,我国很多地区在搞跨流域引水,有省与省之间的调水,还有区域间的调水。目前国内重大战略性工程“南水北调”,正是为了缓解北方水资源短缺而实施的大规模跨流域引水工程。

目前,全国还没有建成统一的地面沉降监测网,包括各地区也没有统一的区域性监测网,所以难以掌握整体的变化规律,即使条件最好的长江三角洲地区也只是按省市行政区在逐步建立。

10月28日,国务院批准通过了 “国家级地下水监测工程”,这是我国第一次针对地下水启动大规模的工程。

(本文来源:中国新闻周刊)


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