城市地表会因种种原因发生向下的运动,称为地面沉降。这个过程一般比较缓慢,但长期发展可导致建筑物地基损害、墙体开裂、管道破损等,所以城市地面沉降也被称为是制约城市发展的“慢性病”。然而,城市地面沉降几乎是全球各国都逃不开的现象。
在美国的休斯顿,百年来沉降区域超过8000平方公里,部分区域累积沉降量超过3.5米;在墨西哥城,大片区域的沉降速率达到了惊人的每年40-50厘米;在伊朗,超过90%的国土面积面临沉降,地面下沉速度高达6厘米/年;2022年,印度尼西亚因首都雅加达的地面沉降过快而决定迁都——在当时,雅加达的部分地区沉降速度几乎达到了15厘米/年,且据当时的估算,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。
近期国际学术期刊《Science》发表名为《A national-scale assessment of land subsidence in China’s major cities》(《全国范围内主要城市地面沉降评估》)的研究论文,来自北京大学生态研究中心、城环学院与华南师范大学北斗研究院等28家单位的研究者利用卫星遥感数据对全国82个大中型城市的地面沉降程度进行了评估。
研究发现,这些城市中,年平均沉降速度快于3毫米/年的面积占比为44.7%,其中快于10毫米/年的面积占比为15.8%。
该研究一经发表引发了广泛的关注。昨天“中国近一半大城市正在下沉”的话题甚至冲上了社交媒体的热搜榜,真的是这样吗?沉降为何发生?我们该如何应对地面沉降?我国在做哪些努力?中国的城市地面沉降并不比其他国家严重。“我国的地面沉降问题并不比其他国家和地区更严重。
”文章的作者、北京大学城市与环境学院陶胜利与胡燮研究员告诉《知识分子》。“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。
例如,《Science》期刊2022年报道,伊朗超过90%的区域在沉降,整体沉降速率高达每年约6厘米;一份最新的《Nature》研究表明,在2007-2020年间,美国沿海地区的32个城市每年的沉降速率中位数值集中在2 ~ 6毫米/年,多数超过3毫米/年。”如何应对城市地面沉降?首先要清楚城市为什么会沉降。研究者们在论文中提到:影响沉降的第一个因素是城市所处的自然地质环境。
“举个例子,如果楼房建立在松软的土层上,会因自身的重量导致缓慢的沉降。因此楼房在施工前都要进行详细的勘探,设计合理的地基深度等” 。沉降的另一个主要因素是地下水开采,这也是以京津冀为代表的一些中国城市地面沉降的主要原因。文章特别提到,我国政府采取的很多措施,如南水北调,正在扭转北方的城市地面沉降。2012年,水利部曾专门印发过全国范围的针对性文件《全国地面沉降防治规划(2011—2020年)》。
经由南水北调工程的输水后,北京、天津多地的地面沉降已经停止甚至开始回升。而上海长期以来执行了严格的建筑标准,并逐年减少地下水开采、加速地下水回灌。目前上海市中心沉降区已经基本消失,这对于一个建在冲积三角洲上的沿海城市来说相当不易。我们国家的这些政策效果显而易见。”持续监测沉降是寻找解决方案的开始这项研究的初衷是响应国家国土监测的需求,明确我国城市哪里在沉降,进而采取针对性的措施。
在《Science》当期配发的评论文章中,东安格利大学气候变化与地面沉降专家Robert J. Nicholls评论道:“为了在内陆和沿海地区指导实施预防或减轻其后果的合理措施,准确绘制城市地面沉降图至关重要……持续监测沉降是一项伟大成就,但这只是寻找解决方案的开始……”这种大范围的地表形变监测得益于卫星遥感技术的发展。
本次对中国大中型城市的沉降研究所用的数据来自于欧洲航天局的遥感卫星哨兵一号(Sentinel-1),该数据免费向全球研究者开放,本次研究使用来自哨兵一号的2015-2022年间的观测数据。哨兵一号于2014年发射升空,携带C波段合成孔径雷达(SAR)天线,SAR传感器通过发射和接收电磁波的时间差衡量了从传感器到地面的往返传播距离,从而测量地表形变。