对话Science论文作者:中国城市地面沉降和海平面上升之问

出品|搜狐科技

作者|郑松毅

编辑|杨锦

地面沉降被称为城市的“慢性病”— —脚下土地部分区域每年下沉少则几毫米,多则几厘米,长期以往造成建筑物和基础设施的损坏等,最终对人类生活造成一定的影响。

全球范围内最早的地面沉降记录出现在1891年的墨西哥首都墨西哥城。中国的部分城市也在上世纪出现了地面沉降问题。例如,上海市的地面沉降始于二十世纪二十年代,天津市的地面沉降从二十世纪五十年代开始被关注。

最近,北京大学与多家合作单位的研究人员在《Science》期刊上发表了一篇题为" A national-scale assessment of land subsidence in China’s major cities "的研究论文,引发广泛关注。

在这项研究中,研究人员利用2015-2022年间的合成孔径雷达(SAR)卫星影像和全球导航卫星系统(GNSS)数据,对我国82个主要城市的地面沉降进行了系统的评估。在这些城市中,年沉降速度快于10毫米/年的面积占比为15.8%。下沉速度较为明显的城市包括天津和台湾省彰化县。

研究还表明,在沿海地区,假设沉降速率没有缓解,并且海平面确实如IPCC高CO2排放情境预测的一样,那么一百年后(到2120年),中国沿海大中型城市约26%的地面的相对海拔将低于同期海平面。

地面沉降是怎么发生的?又该如何应对?沿海部分区域是否有被海水淹没的风险?带着这些疑问,搜狐科技对话了论文作者——北京大学城市与环境学院胡燮和陶胜利研究员。

地面沉降为何发生?

地面沉降又称地面下沉或地陷,通常是由自然和人为因素共同造成的。自然因素主要包括构造运动和冰川均衡调整(GIA)等,人为因素主要是自然资源开采。

在城市内部与工农业活动区,由于水资源需求量较大,人们往往抽取地下水作为生活、生产用水。但当过量的地下水从含水层中抽出后,地层内孔隙水减少,整个体积收缩,因而导致地面下沉。

而其他人类活动,如煤矿和油气开采,也会因为采空和地层孔隙中流体和气体的变化发生地表形变,从而表现出与工程活动在时间和空间上吻合的局部地面沉降。

总的来看,地面沉降是一种复杂的现象,虽说自然情况下的沉积物压实通常无需控制,但地下水抽取和地下资源开采等可通过管理措施进行约束,进而降低地面沉降的风险。

中国并不是“地面沉降”最严重的国家

胡燮和陶胜利向搜狐科技介绍,地面沉降是全球性问题,中国并不是最严重的。就中位数而言,全国82个大中型城市地面沉降速率的中位数为每年约2毫米,与其他国家相比并不算高。

据统计,全球已有60多个国家和地区发生了(或正在发生)地面沉降,较严重的国家包括伊朗、墨西哥、日本、美国和印度尼西亚。2021年,一项由欧洲科学家领衔的研究依据当前的沉降数据,并模拟了未来的供需水、气候和人口情况,结果发现,截至2040年,全球潜在地面沉降面积将增加7%,菲律宾、伊拉克、印度尼西亚、墨西哥、以色列、荷兰、阿尔及利亚和孟加拉共和国暴露在沉降区的新增人口百分比将大于80%,而中国、美国、意大利和伊朗的该百分比则小于30%。

其中,群岛国家印度尼西亚所面临的情况尤为急迫。印度尼西亚首都雅加达地面沉降严重,大地测量技术显示该国1982-2010年的沉降速率高达每年28厘米、2014-2020年的沉降速率高达11厘米。在极端气候变化和海平面上升的情境下,到2025年,拥有千万人口的雅加达将有接近27%的面积被海水淹没。

胡燮说,就我国而言,华北平原、长江三角洲和汾渭盆地是地面沉降相对严重的地区,同时沿海地区的地面沉降问题需要加以关注。这一方面是因为海岸区域的地质和生态环境本身较为脆弱,另一方面是因为极端风暴潮会增加海岸洪水的风险。

谈及大家对于“城市下沉”的担心,陶胜利解释道,“一座城市部分地区在下沉并不意味着这整座城市都在下沉,也不意味着这座城市所有的居民都暴露在地面沉降的风险之中,重要的是面积比例与沉降速率。同时也要知道,沉降速度本身很难与灾害联系起来,国际上还没有共识何种速率可以称为灾害级别。”

胡燮补充强调,“更值得关注的是形变速率在时间上的骤变以及空间上的不平衡。如果地面在平稳、缓慢的下沉或上升,其实发生路面破裂和建筑结构偏斜的可能性相对较低。但如果地面形变突然加速,或者地面形变速率在一定空间内出现不均匀的情况,那么上述后果的可能性就相对高点。因此,我们需要利用卫星观测等技术进行持续的形变监测,及早预警,从而采用因地制宜的防治措施。”

很多人担心,会不会真的有城市因地面下沉而被海水吞没?

胡燮和陶胜利均表示,大家不要误解“到2120年,26%的中国沿海城市地面的相对海拔会低于同期海平面”这一说法。这是基于两个很强的假设得出的模型模拟结果,即城市沉降速率不会缓解,并发生了最大可能程度的海平面上升,因此是一种极端假设情况。

两位研究员还强调,“模拟结果尚未考虑当前和未来的防洪工程。以上海为例,政府广泛建立了庞大的沿海堤坝系统,规模在全球都是十分罕见的。就目前的地面沉降情况来看,大家不必太过担心。并且,我国自2012年起开始全国范围内的地面沉降防控工作,很多措施,如南水北调,正在扭转北京、天津等城市的地面沉降。”

发布于:北京市
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