沉降面积|当心!地面沉降的“温柔一刀”

与地震、海啸、滑坡等剧烈的地质灾害相比,地面沉降要“温和”得多,它的刻度往往以毫米、厘米表示,在“水滴石穿”的累积中,却带来地面开裂、高楼倒塌、海水倒灌等不可逆的危害 。而恰恰因为缓慢,它不常引起人们的关注 。
近日,一项由联合国教科文组织地面沉降工作组组织的研究警告说,到2040年,地面沉降将威胁全球近1/5的人口 。相关成果在线发表于《科学》 。
【沉降面积|当心!地面沉降的“温柔一刀”】“本次研究绘制了全球地面沉降分布图,并创建了一个模型,可预测局部地区的沉降风险 。研究发现,地面沉降风险最大的国家、地区集中在亚洲 。”该论文的作者之一、南京大学地球科学与工程学院教授叶淑君说 。
过度开采
地面沉降是地下固体或流体开采引起的地面下沉现象,它是一种缓慢而渐进的地质灾害 。如果给地面沉降的人为原因排个序,超采地下水毫无疑问排第一,此外还有石油、天然气、固体矿产开采等 。
叶淑君介绍,地下水是指埋藏在地表以下的水体,开采后水位下降,导致储存地下水的含水层系统(由砂土或黏土等介质组成)压缩,地面下沉;停止或减少开采,含水层系统受雨水、地表水、地下水等补给后,水位恢复,介质回弹,地面抬升 。
如果长期过量开采地下水,超过了含水介质的压缩和回弹范围,含水层就像被抽干了水分的皮肤,干瘪、皲裂、毫无弹性,这是其不可承受之“痛”,很容易发生地面沉降、出现地裂缝等 。
“像上海、天津等滨海城市,由于长期滨海相沉积,其地下松散沉积层达几百米厚,有大量软土层,压缩性较大,地表的建筑、设施就像处在一张水分充盈的弹簧垫上,一旦地下水开采过度,发生沉降,就会加剧海平面上升、引发海水倒灌风险 。”叶淑君说 。
城市发展早期,人们对水资源认识有限,再加上地下水量大质优、易于开采,地下水损耗严重 。自本世纪初,中国各省市陆续采取缓解措施 。京津冀地区通过南水北调解决工业、生活用水,预计减少30%的地下水开采量,同时,用于农业灌溉的地下水开采量压缩至最小;上海于2013年起实施《地面沉降防治管理条例》,目前控制其平均速率不超过6毫米/年,人工回灌自来水约2000万立方米/年;江苏省于2000年全面禁采地下水,目前地面水位最低点回升达80米 。
持续沉降
文献研究显示,在过去的一个世纪里,有34个国家的200个地点发生了地下水枯竭引起的地面沉降 。但事实上,发生沉降的远不止这些地区 。
“目前的研究大多集中在描述沉降的地质背景、主要特征及控制机理等方面,对沉降的危害及防治措施等研究比较缺乏 。”该论文的第一作者、西班牙地质与矿业研究所教授Gerardo Herrera Garca告诉《中国科学报》 。
该研究在各国公开数据的基础上建立了全球地面沉降数据库,并绘制分布图 。数据显示,印度尼西亚首都雅加达的海岸沉降非常严重,每年沉降28厘米,目前海边的房屋建筑已经处在海平面以下,并发生开裂,政府正计划将首都迁往婆罗洲岛 。
实地考察走访后,叶淑君发现,当地每年都加高海堤来阻挡海水倒灌,目前海堤已有2层楼高 。“当地政府认为,这是由于全球变暖引起的海平面升高,是不可抗力,而非可人为调节的地下水超采 。”她说 。
而对全球的研究表明,沿海地区的海平面上升,是绝对海平面上升和地面沉降共同导致的,后者的贡献可能是前者的10倍甚至更多 。
此外,文章还提到,伊朗部分城市正以25厘米/年的速度下沉;荷兰1/4的国土面积低于海平面;意大利波河平原的沉降始于20世纪下半叶,目前威胁其30%的人口;过去的一个世纪,从美国加州中央山谷到大西洋和墨西哥湾沿岸平原地区沉降量达9米 。

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