最近，《科學》雜志發(fā)表了一項關于中國城市地面沉降的研究，該研究一公布便引起了學術界和公眾的極大關注。

這項研究顯示，近一半的中國大城市發(fā)生了局部地面沉降的現(xiàn)象，這個話題一度爬升至社交媒體熱搜榜首。那么，我們需要擔心這個問題嗎？究竟是什么原因導致了城市的沉降？在這一現(xiàn)象背后又隱藏著哪些有意思的故事？

圖片來源：微博截圖

先說結論，地面沉降這事兒并不新鮮，它確實有一定危害，但在我國城市沉降問題并不嚴重，而且我們可以做一些事情來改善沉降。

什么是城市地面沉降？

城市地面沉降，俗稱“地陷”，就是城市區(qū)域地面因種種原因高度下降的現(xiàn)象。與地震和海嘯相比，地面沉降發(fā)生得悄無聲息，因此往往難以引起人們的關注。

由于地面沉降，略帶傾斜的西安大雁塔

圖片來源：國際古跡遺址理事會西安國際保護中心

然而，即使是較小范圍的地面沉降，也會對人們的生命和財產安全造成很大威脅。

地面沉降可能會導致道路、橋梁以及建筑物產生裂縫或變形，會破壞城市排水系統(tǒng)，引發(fā)雨水積水或污水反流。地鐵、地下停車場等地下設施都可能因為地面沉降而受到破壞。因此，城市地面沉降在《地質災害防治條例》中，被定義為“緩變性地質災害”。

干涉合成孔徑雷達（InSAR）測量地面情況的示意圖

圖片來源：文獻 [5]

在《科學》雜志的這項研究中，科學家們運用了一種稱為“干涉合成孔徑雷達”（InSAR）的先進衛(wèi)星遙感技術，來監(jiān)測中國 82 個大中型城市的地面沉降情況。

這種技術通過發(fā)射雷達波并接收其從地表反射回來的信號。利用衛(wèi)星在不同時間的兩次過境所收集的雷達數(shù)據(jù)，分析地表反射雷達波的相位變化，從而精確地測量地表在兩次觀測間的微小移動，如沉降或抬升，從而能夠精確測量這段時間內地面的沉降程度。

結果顯示，44.7% 的城市區(qū)域每年的地面沉降速度超過 3 毫米，而 15.8% 的區(qū)域地面沉降速度甚至超過每年 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數(shù)則為每年約 2 毫米。在 82 個城市中，約三分之一的人口居住在沉降速度超過 3 毫米/年的地區(qū)，7.3% 的人口居住在沉降速度超過 10 毫米/年的地區(qū)。

換句話說，可能有 2.7 億中國人生活在正在下沉的土地上。值得注意的是，這個數(shù)據(jù)僅代表城市的某些部分地區(qū)可能出現(xiàn)下沉，并不代表整個城市都在下沉，更不意味著所有居民都面臨同等的風險。

城市沉降

只發(fā)生在今天的中國嗎？

雖然中國當前面臨的城市地面沉降問題略顯嚴峻，實際上，早在1920年，上海和天津就已經出現(xiàn)了地面沉降的跡象。到了20世紀70年代，長江三角洲的主要城市以及華北平原地區(qū)開始經歷地面沉降。

從20世紀80年代起，地面沉降現(xiàn)象由點及面，形成連片發(fā)展的趨勢，影響范圍進一步擴大。這項研究估算，中國沿海四分之一的土地可能在2120年沉降到海平面以下。

城市地面沉降不僅是一個地區(qū)性問題，而且是全球性的環(huán)境挑戰(zhàn)。研究表明，全球約 19% 的人口正處于由沉降引起的高風險之中。在美國、日本、伊朗等多個國家，也有大量關于城市地面沉降的研究和報道。

《科學》雜志在 2022 年報道稱，伊朗超過 90% 的地區(qū)正在經歷地面沉降，全國平均沉降速率高達每年約 6 厘米；在 2007 年至 2020 年間，美國沿海地區(qū) 32個 城市的年沉降速率中位數(shù)在 2~6 毫米之間，其中多數(shù)地區(qū)的沉降速率超過 3 毫米。

美國沿海各地面的沉降

圖片來源：文獻[6]

由于地面沉降與海平面上升的雙重影響，到 2050 年美國沿海 32 個城市大約 1000~1300 平方公里的土地可能被淹沒。而在日本東京，20 世紀50 年代的地面沉降速度甚至一度達到了每年 27 厘米的程度。相較來說，中國的城市沉降問題不算嚴重。

城市為什么會發(fā)生沉降？

雖然由于各種地質過程，地球表面會經歷緩慢而穩(wěn)定的自然隆起和下沉，但是這不能排除人類活動對沉降所帶來的影響。

研究顯示，面臨嚴重地面沉降的城市具有明顯的區(qū)域特征：東北地區(qū)的代表城市包括大慶、哈爾濱和長春；華北地區(qū)以北京和天津為典型；中部地區(qū)的典型城市有平頂山、晉城和淮南；華南地區(qū)則包括昆明、南寧和貴陽；東南沿海地區(qū)則以溫州和汕頭為代表。這些區(qū)域要么是工業(yè)城市集群，要么是人口密集的城市群，說明地面沉降與區(qū)域經濟活動和人口密度有著密切的關系。

城市沉降與多種自然和人為因素相關，包括城市地區(qū)基巖的深淺、地下水的枯竭、建筑物的重量、交通系統(tǒng)的運用以及地下采礦活動。這些因素共同作用，影響城市地面的穩(wěn)定性和高度。

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過度開采地下水是導致全球多個城市嚴重地面沉降的主要原因。當大量地下水被提取時，地下水位逐漸降低，破壞了地下水壓力平衡，導致原來由地下水支撐的土壤和巖石部分失去承托力。隨著地下水位的持續(xù)下降，原先含水飽和的土層開始干燥并收縮，這導致土層體積縮減，從而引起地面沉降。這種土壤壓縮通常是不可逆的，即便地下水位后來得以恢復，土壤體積也難以完全復原。

在中國，地下水過度開采引起的地面沉降尤其嚴重。根據(jù)水利部的數(shù)據(jù)， 20 世紀 70 年代，中國地下水的開采量平均為每年 570 億立方米，到了 80 年代增加至每年 750 億立方米，而到 2009 年已飆升至每年 1098 億立方米。超過 300 個地區(qū)出現(xiàn)了地下水超采現(xiàn)象，涉及面積達 19 萬平方公里，其中嚴重超采區(qū)域高達 7.2 萬平方公里。

華北平原之所以成為地面沉降的重災區(qū)，就是由于華北平原地區(qū)人均水資源量不到全國平均水平的六分之一，地下水占到總供水量的 70% 以上?？梢哉f，解決中國城市沉降問題的關鍵就在于長期、持續(xù)地控制地下水開采。

結語

實際上，我國政府對城市地面沉降問題早已給予高度關注，并采取了一系列有效措施以應對這一挑戰(zhàn)。早在 2012 年，我國就出臺了由十個部委聯(lián)合制定的首部《地面沉降防治規(guī)劃》。

為了更好地管理和保護水資源，中國還制定了《水法》和《地下水管理條例》等一系列法律法規(guī)，規(guī)范地下水的合理開發(fā)與利用。又有南水北調工程這樣的重大水資源管理項目通過調配水資源，有效減輕了華北地區(qū)的水壓力，從而間接降低了對地下水的過度依賴和抽取，這不僅成功地提升了地下水位，也穩(wěn)定了城市的地面沉降。

對于我們普通人來說，通過在日常生活中減少用水量，使用節(jié)水器具，以及循環(huán)用水，都可以有效減輕對地下水資源的壓力，從而有助于緩解城市地面沉降的問題。在保護自己的家園的同時，我們也在保護我們自己。

參考文獻

[1] Ao, Zurui, et al. "A national-scale assessment of land subsidence in China’s major cities." Science 384.6693 (2024): 301-306.

[2] China Meteorological Administration (CMA), Ground Subsidence: The Pain of Cities (CMA, 2014);https://www.cma.gov.cn/2011xzt/2014zt/20140508/2014050805/201405/t20140512_245869.html

[3] You, Xiaoying. "Nearly half of China's major cities are sinking-some'rapidly'." Nature (2024). [4] Nicholls, Robert J., and Manoochehr Shirzaei. "Earth’s sinking surface." Science 384.6693 (2024): 268-269.

[5] Osmano?lu, Batuhan, et al. "Time series analysis of InSAR data: Methods and trends." ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing 115 (2016): 90-102.

[6] Ohenhen, Leonard O., et al. "Disappearing cities on US coasts." Nature 627.8002 (2024): 108-115.

作者丨Denovo 科普作者

審核丨戴特奇 北京師范大學地理科學學部 副教授