干涸的華北第一大高原內陸湖泊——安固里淖。由于連年大旱以及當地人在生產生活中嚴重超采地下水,使得安固里淖變成一片寸草不生的鹽堿地。圖/ 新華
2月11日,河北省南和縣辛村農民為抗旱,用水泵抽水澆地。圖/ 新華
石家莊柳董莊村的村民打自備井,抽地下水作為生活用水。
地面沉降之困
當中國的城市正竭力向上發展,農村正拼命追求高產的時候,卻沒想到腳下的土地,已不堪重負,正悄無聲息地下降。華北平原在下降、長江三角洲的一些地方、汾渭盆地也在下降,地面沉降的范圍還在擴大。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過度攫取,又牽涉到多個部門,成為社會治理的一個難題。與各種突發性災害相比較,人們也許很難察覺到這種以毫米為單位計算的“緩變性地質災害”,然而,如果不改變經濟發展的模式,中國大地將來不僅無水可采,還將引發更加嚴重的生態與環境危機。
華北沉降:地下水危機調查
在華北平原,許多城市由于沒有足夠的地表水可用,而過度開采地下水,使得地下水水位迅速下降。地面沉降與地下水危機,其根本原因是與經濟發展模式密切相關的。有人甚至認為,嚴重缺水的華北平原已經不適合再發展農業
上升的經濟和下沉的地面,是河北滄州的兩個標簽。
新建的高鐵滄州站造型像一艘揚帆的大船,將這個渤海邊上地級城市的野心彰顯無遺。站前馬路即是當地政府要打造的“滄州長安街”,雙向8車道新鋪設的道路,并沒有太多的車輛往來,但路兩邊已經矗立起一座座新落成和尚未完工的龐大建筑。
“十一五”期間,滄州經濟在河北省內從中游水平沖到了前三名。但承載這個正在擴張和上升的城市的,是在沉默中緩緩沉降的土地——從1970年代以來,滄州地面平均沉降了2.4米,是中國地面沉降最嚴重的地區之一。引發地面沉降的罪魁禍首,是地下水超采引起的水位下降。
滄州是華北平原上缺水城市的代表。水文地質研究人員把太行山以東、燕山以南、黃河以北的這一片土地稱為狹義上的華北平原。在這片14萬平方公里的土地之下,幾十米至幾百米深處所埋藏的地下水,維持著北京、天津、石家莊3個人口千萬級的大城市,和以它們為核心的華北城市群的運轉,并滿足著中國糧食主產區之一的龐大用水需求。
水都到哪兒去了
在滄州東部的王大本村,村民黃平榮拿出準備好的一截舊電線,將兩只灌滿水的大桶固定在三輪車上,防止它們在路上歪倒漏水。老黃如此小心翼翼,是因為這兩只大桶里裝的,是他們一家四口3天的飲用水。
王大本村所在的黃驊市,是整個滄州最缺水的地方。這里不僅河道干枯,且由于靠海,地下水全部都是咸水。幾年前,村子里建了苦咸水淡化站,對從200米深井打上來的咸水進行處理,以解決吃水問題。
盡管地名里有個帶水的字,可是滄州現在最缺的就是水。40歲的滄州市水務局水政水資源科科長崔英龍記得,在他小時候,滄州還發過洪水,可到了上世紀80年代,滄州地界的所有河道就已經都沒有水了。
不僅滄州,實際上,從1980年代開始,整個華北平原上的所有河道里幾乎都沒有水。在中國科學院遺傳與發育生物學研究所農業資源研究中心研究員沈彥俊的電腦上,保存著1980年和2010年的華北平原衛星地圖。兩張地圖上,該地區所有的河道都顯示為白色,即為干涸。
為什么會沒有水?崔英龍給出的一個答案是上游修建了很多水庫,將水都攔截了。建國初期,華北平原曾多次發生洪災,于是,政府決定在此大修水利。到今天,華北平原上共有大大小小的水庫2000多座。
就以滹沱河為例,該河發源于華北平原西部的太行山脈,一路蜿蜒向東,在滄州入渤海。它的上游,有兩個大型一類水庫,分別為庫容量12億立方米的黃璧莊水庫和15億立方米的崗南水庫。滹沱河流到太行山腳下的石家莊時就已經沒有水了,更不用說地處最東端的滄州。
而即使是值得稱道的蓄洪作用,在黃平榮的眼里也并非如此。滄州地質屬于河流沖積平原與海積平原,東部沿海地區全是鹽堿地。過去,海河與黃河的多次泛濫,給滄州帶來大量的泥沙沉淀,改善了土壤,反而利于耕作。如今,且不說洪水,就連地下水也越來越少,地里的土層越來越薄,不利于耕種,并有海水入侵的風險。
自然原因也無法回避。華北平原一直存在一個20-30年的干旱周期,上世紀90年代時期,整個華北經歷了一個枯水期,滄州的年降水量也從原來的600毫米一度降至300毫米-400毫米。不過這兩年,滄州的雨水比較充沛,又回到了往年平均水平。
但更重要的還是人為因素:城市的發展與工農業用水的增長。在1900年,石家莊不過是幾個大村莊的聯合體,1950年,也不過30萬人口,但到了2011年,石家莊的總人口已暴增至1000千萬。
而就在黃平榮家這片極度缺水的地方,竟有個規劃占地5000畝、號稱河北省最大的高爾夫球場。高爾夫球場一直被人稱作“抽水機”,一個標準18洞的球場,平均每天耗水至少2000立方米。有媒體披露,滄州高爾夫球場的建設并未得到國家審批。然而,在該球場所屬公司、河北盛泰集團的官網上,卻可以看到滄州市與河北省領導前往視察的新聞。顯然,高爾夫球場的建設,得到了當地政府的支持。
黃平榮家所處這一片,屬于滄州市正著力發展的渤海新區。以黃驊港為依托,渤海新區下轄3個產業園,聚集了眾多的煉油與化工項目。而為了給招商引資創造良好環境,在開發區建高爾夫球場,幾乎是全國的慣例。
根據崔英龍的描述,滄州的發展策略,是要引導產業往東部沿海地區靠攏,以發揮港口優勢,同時也能更多地利用海水淡化。但實際上,截至目前,渤海新區只有一個日產淡水3萬噸的海水淡化項目,這對于龐大的產業園來說,少得可憐。而據當地知情人透露,政府實際上默許企業在園區里打井。地面沉降監測數據也表明,自2005年滄州市區封停自備井以來,地下水漏斗的中心已開始向滄州東部轉移。
就像華北平原的任何一個區域一樣,農業用水,在滄州更是消耗地下水的“大戶”。
農業能少用地下水嗎
1934年,統治華北的偽滿政權曾對華北農村做過一次大規模調查,并寫成《華北農村慣行調查》一書在日本出版。書中描述,當時華北平原主要種植小麥、谷子和大豆,耕作制是兩年三熟。而在新中國成立后,為提高糧食產量,華北平原的作物熟制變成了一年兩熟,冬天種小麥,夏天種玉米。
農業產量的提高,除了品種的改善,更多與水肥的大幅增加有關。而在降雨并不充沛的華北,提高灌溉量的唯一途徑,就是大舉開采地下水。
滄州市水文水資源勘測局項目辦主任付學功回憶說,30年前,當地農村一畝玉米的產量不過兩三百斤左右。可現在,由于灌溉水量和化肥用量的增加,一畝地的產量就高達1000斤。
數據顯示,在華北平原,農業用水占到地下水開采量的70%以上。由于水資源的日益緊缺,盡管華北的糧食絕對產量仍在增長,但已接近增長的天花板。在其它地區糧食產量大增的情況下,華北的糧食產量在全國糧食總產量中所占份額卻在下降。在上世紀七八十年代,黃淮海平原的糧食產量曾占全國糧食總產量的30%,到近年下降到約22%,已經下降了10%。
根據沈彥俊的研究,華北平原的農業一年耗水量高達870毫米,而多年平均降雨量只有500毫米左右,這多出來的370毫米,都依賴地下水的補足。如果能夠在經濟效益與生態效益之間找到一個平衡點,適當地少澆點水,對保護華北平原地下水將意義重大。此外,發展農業節水設施與技術也是重要途徑。
“用地下水澆地,這實際上是在拿極為珍貴的地下水來換取一些極為廉價的糧食。”沈彥俊再三地說。他算了一筆賬,打井抽水所耗的電費、化肥農藥的成本,再加上地下水水位下降造成的各種生態影響,以及長期使用過量化肥對土壤地下水的污染,用這些代價只換來糧食的高產量,是極為不合算的。
而令沈彥俊心生無奈的卻是,由于分散的小農經濟體制,像噴灌、滴灌這樣的節水技術,很難在農民中推廣下去。“人們一般只關心眼前利益,覺得我用井水澆地挺好的,為什么還要多花錢來鋪設這些管道?而農業主管部門只關心糧食產量,對水資源保護問題并不感興趣。”
“要讓農民改變灌溉方式,搞節水農業,最有效的辦法莫過于提高用水價格,包括地下水的價格,但這會抬高糧食價格,因此需要政府給予農民補貼。因此,農業節水實際上是個系統工程,很瑣碎,也很復雜,卻長期不受重視,可以說是地下水保護環節中是最難的一環。”沈彥俊這樣認為。
有人直言,嚴重缺水的華北平原已經根本不適合再發展農業。對此,沈彥俊也指出,眼下華北平原應當放棄一年兩熟的耕作制,讓土地有喘息的機會。小麥是高耗水作物,不應再繼續耕種,而應選取某個高產玉米品種作為主要的作物。“但問題是,且不說糧食安全如何保障,華北地區的農民有種植小麥的悠久傳統,你讓他們自己不種麥子,其中黃河以北的華北平原改變了他們不啻面的習慣,這也令他們很難接受。”
下沉的地面如何修復
由于是粘土地質,滄州的地面在均勻地下沉,而不是塌陷,因而生活在這里的人們,平日里并不會感覺到太多的異常,但稍一留心,還是會發現許多細節:穿過城區的京滬鐵路,由于地面沉降,鐵軌下面需要年年墊石,現在軌道已高出地面500毫米;市區里,新修的街道路面要比舊馬路高出一截;市郊佟家花園村的一口機井,井邊的水泥臺面已經開裂、下降了十幾厘米,露出了包裹在里面的水管;每到下雨時,城區里到處都是積水,必須用排水機排水。
付學功介紹說,在上世紀60年代以前,滄州人還能依靠地表水和少量的淺層地下水過活。當時,由于滄州農業的水利化程度極低,農業產量低,且不穩定。1966年,國務院召開了北方8省(市)抗旱會議。會后,滄州提交了合理開發利用深層地下水的規劃報告。在這種形勢下,滄州各縣成立了打井隊,掀起了打井熱潮。而整個華北地下水的開采歷史也與此大致相同。
付學功說,地下水的分布,就像多層夾心餅干一樣,第一層土是第Ⅰ含水層,下面是一層粘土,粘土之下是第Ⅱ含水層,第二含水層下又是一層粘土,粘土之下是第Ⅲ含水層……依此構造,滄州地下共有5個含水層。由于特殊地理環境,當地的第Ⅰ、Ⅱ含水層即淺層地下水,多為咸水或微咸水,只有200米以下的第Ⅲ含水層的水才是淡水。因此,根據滄州水文局2005年的統計數據,盡管淺層井的數量比深層井多出兩倍,但深層地下水的開采量高達8.7億立方米,是淺層地下水的2.4倍。
隨著開采量的增加,井越打越深。尤其是滄州東部,由于淺層地下水都是咸水,所以大部分都是深井,最深的打到500多米。深井成本昂貴,一口200多米的深井就要20多萬。
有數據表明,隨著地下水開采量的增加,1974-2000年間,華北平原地下水位以將近每年1米的速度下降。
由于地下水開采過度,滄州地下已經形成一片巨大的地下水漏斗區。據資料顯示,與40年前相比,滄州地區地下水水位已經平均下降了80米,其中最深的漏斗位于市區,達到負100米。
在華北平原,像滄州這樣完全沒有地表水可用的城市,還有天津。而北京由于開發過度,地下水水位也下降迅速。除京津兩地外,河北省內還有保定、衡水、任丘、南宮、霸州等9個主要地面沉降區。
農業能少用地下水嗎
1934年,統治華北的偽滿政權曾對華北農村做過一次大規模調查,并寫成《華北農村慣行調查》一書在日本出版。書中描述,當時華北平原主要種植小麥、谷子和大豆,耕作制是兩年三熟。而在新中國成立后,為提高糧食產量,華北平原的作物熟制變成了一年兩熟,冬天種小麥,夏天種玉米。
農業產量的提高,除了品種的改善,更多與水肥的大幅增加有關。而在降雨并不充沛的華北,提高灌溉量的唯一途徑,就是大舉開采地下水。
滄州市水文水資源勘測局項目辦主任付學功回憶說,30年前,當地農村一畝玉米的產量不過兩三百斤左右。可現在,由于灌溉水量和化肥用量的增加,一畝地的產量就高達1000斤。
數據顯示,在華北平原,農業用水占到地下水開采量的70%以上。由于水資源的日益緊缺,盡管華北的糧食絕對產量仍在增長,但已接近增長的天花板。在其它地區糧食產量大增的情況下,華北的糧食產量在全國糧食總產量中所占份額卻在下降。在上世紀七八十年代,黃淮海平原的糧食產量曾占全國糧食總產量的30%,到近年下降到約22%,已經下降了10%。
根據沈彥俊的研究,華北平原的農業一年耗水量高達870毫米,而多年平均降雨量只有500毫米左右,這多出來的370毫米,都依賴地下水的補足。如果能夠在經濟效益與生態效益之間找到一個平衡點,適當地少澆點水,對保護華北平原地下水將意義重大。此外,發展農業節水設施與技術也是重要途徑。
“用地下水澆地,這實際上是在拿極為珍貴的地下水來換取一些極為廉價的糧食。”沈彥俊再三地說。他算了一筆賬,打井抽水所耗的電費、化肥農藥的成本,再加上地下水水位下降造成的各種生態影響,以及長期使用過量化肥對土壤地下水的污染,用這些代價只換來糧食的高產量,是極為不合算的。
而令沈彥俊心生無奈的卻是,由于分散的小農經濟體制,像噴灌、滴灌這樣的節水技術,很難在農民中推廣下去。“人們一般只關心眼前利益,覺得我用井水澆地挺好的,為什么還要多花錢來鋪設這些管道?而農業主管部門只關心糧食產量,對水資源保護問題并不感興趣。”
“要讓農民改變灌溉方式,搞節水農業,最有效的辦法莫過于提高用水價格,包括地下水的價格,但這會抬高糧食價格,因此需要政府給予農民補貼。因此,農業節水實際上是個系統工程,很瑣碎,也很復雜,卻長期不受重視,可以說是地下水保護環節中是最難的一環。”沈彥俊這樣認為。
有人直言,嚴重缺水的華北平原已經根本不適合再發展農業。對此,沈彥俊也指出,眼下華北平原應當放棄一年兩熟的耕作制,讓土地有喘息的機會。小麥是高耗水作物,不應再繼續耕種,而應選取某個高產玉米品種作為主要的作物。“但問題是,且不說糧食安全如何保障,華北地區的農民有種植小麥的悠久傳統,你讓他們自己不種麥子,其中黃河以北的華北平原改變了他們不啻面的習慣,這也令他們很難接受。”
下沉的地面如何修復
由于是粘土地質,滄州的地面在均勻地下沉,而不是塌陷,因而生活在這里的人們,平日里并不會感覺到太多的異常,但稍一留心,還是會發現許多細節:穿過城區的京滬鐵路,由于地面沉降,鐵軌下面需要年年墊石,現在軌道已高出地面500毫米;市區里,新修的街道路面要比舊馬路高出一截;市郊佟家花園村的一口機井,井邊的水泥臺面已經開裂、下降了十幾厘米,露出了包裹在里面的水管;每到下雨時,城區里到處都是積水,必須用排水機排水。
付學功介紹說,在上世紀60年代以前,滄州人還能依靠地表水和少量的淺層地下水過活。當時,由于滄州農業的水利化程度極低,農業產量低,且不穩定。1966年,國務院召開了北方8省(市)抗旱會議。會后,滄州提交了合理開發利用深層地下水的規劃報告。在這種形勢下,滄州各縣成立了打井隊,掀起了打井熱潮。而整個華北地下水的開采歷史也與此大致相同。
付學功說,地下水的分布,就像多層夾心餅干一樣,第一層土是第Ⅰ含水層,下面是一層粘土,粘土之下是第Ⅱ含水層,第二含水層下又是一層粘土,粘土之下是第Ⅲ含水層……依此構造,滄州地下共有5個含水層。由于特殊地理環境,當地的第Ⅰ、Ⅱ含水層即淺層地下水,多為咸水或微咸水,只有200米以下的第Ⅲ含水層的水才是淡水。因此,根據滄州水文局2005年的統計數據,盡管淺層井的數量比深層井多出兩倍,但深層地下水的開采量高達8.7億立方米,是淺層地下水的2.4倍。
隨著開采量的增加,井越打越深。尤其是滄州東部,由于淺層地下水都是咸水,所以大部分都是深井,最深的打到500多米。深井成本昂貴,一口200多米的深井就要20多萬。
有數據表明,隨著地下水開采量的增加,1974-2000年間,華北平原地下水位以將近每年1米的速度下降。
由于地下水開采過度,滄州地下已經形成一片巨大的地下水漏斗區。據資料顯示,與40年前相比,滄州地區地下水水位已經平均下降了80米,其中最深的漏斗位于市區,達到負100米。
在華北平原,像滄州這樣完全沒有地表水可用的城市,還有天津。而北京由于開發過度,地下水水位也下降迅速。除京津兩地外,河北省內還有保定、衡水、任丘、南宮、霸州等9個主要地面沉降區。
上海:一個城市在沉降中的自救
過度抽取地下水,曾經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,如今影響上海地面沉降的另一個原因,是不斷拔地而起的高層建筑。大量建筑和地鐵施工造成的“不均勻沉降”仍然困擾著上海
蔣明鏡先后在日本、英國和加拿大從事了8年的研究工作之后,2006年決定回中國發展。站在上海黃浦江邊遠望對岸,陸家嘴聳立的摩天樓群令他感到興奮,同時,這位研究巖土力學的專家也相信,發揮自己專業特長的機會應該就在這里。蔣明鏡知道,他腳下的這塊土地是由近千年來長江帶來的泥沙所形成的軟土層結構,數千幢快速建起的高樓在推動上海發展的同時,也會產生一系列的問題——加劇地面沉降便是其中之一。
過度抽取地下水,曾經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,如今影響上海地面沉降的另一個原因,是不斷拔地而起的高層建筑。自上世紀90年代以來,高樓林立的陸家嘴地區的地面沉降就達每年12毫米到15毫米。
“樓升”造成的“地降”
雖然早在1934年上海就擁有了總高82米的“遠東第一高樓”國際飯店,但高層建筑數量的迅速膨脹還是近10年的事。數字顯示,上海建于上世紀五六十年代的高層建筑有40幢;建于80年代的有650幢;而90年代十年間就興建了2000多幢,其中百米以上的超高層建筑有100多幢。自1993年以來,上海平均每天“站”起一座高樓,目前高層建筑已有七八千座。
上海的軟土層地表具有“含水量大、孔隙大及壓縮性大”三大特征,就像一塊海綿,在一擠一泡水的同時,會出現嚴重的變形。以往人們認為除了地下水開采,高容量的高層建筑在上海地面沉降中的影響能達到三成,但是上海地質學會秘書長劉守祺說,“根據目前的研究成果,發現高層建筑的影響能達到四成,對地質環境的影響非常明顯”。
為了應對地面沉降問題,上海2003年出臺了針對容積率的“雙增雙減”政策,即增加公共綠地和公共活動空間,減少建筑容量和高層建筑,同時也規定了住宅2.5、商用4.0的容積率上限。實施一年后,上海市中心總建筑量已減少約400多萬平方米,上海376個容積率過高的歷史遺留項目,平均降低容積率17%。和地下水超采造成的沉降一樣,密集建設高層建筑引發的沉降,在精明的上海人面前,似乎也得到了控制。上海整體沉降的平均數值繼續下降,直到2010年的不到6毫米。
上海地面沉降的速度降下來了,但大量建筑和地鐵施工造成的“不均勻沉降”仍然困擾著上海。2003年,為了了解地面沉降與地面建筑的相互影響關系,上海市地質調查研究院與上海市城市規劃院合作進行了專項調查。調查發現,單個高層建筑發生的一般是均勻沉降,這種沉降不大會對該建筑物本身產生太大的影響。但在眾多位置、規格不一的高層建筑的合力作用下,整個上海市的地表會形成區域性的甚至整體的不均勻沉降。
目前為同濟大學地下建筑與工程系教授的蔣明鏡稱,地面不均勻沉降和沉降速度過快一樣,都將引發多種城市災害,例如,地面不均勻沉降導致防汛墻的防汛標準持續降低,迫使不斷投入資金加高防汛墻;建筑沉降威脅著煤氣、供水等市政管線的安全;隧道不均勻沉降又導致機動車加速磨損,增加運營風險和維修費用等。
蔣明鏡說,建筑物建好后,一開始會有一定的沉降,但隨著地基下的土壤逐步發生固結,沉降也就穩定下來甚至停止。但是當周邊再有建筑施工時,就會使本來穩定的老建筑再次發生沉降。而且一個地區雖然總體上都是軟土,可是每隔幾米土質都不一樣,有的硬一些,有的軟一些,這就需要在施工前進行風險檢測和評估,并提出施工修改建議,例如需不需要對地基周圍進行加固和支撐,以有效防范沉降。
可是,蔣明鏡回國后發現,在摩天大樓林立的上海,沒有一家本地公司請他進行相關的評估。一些建筑公司請的專家并不是專門從事這方面研究的,“國內在巖土工程方面的技術水平很落后。”他說,在日本,每個企業在建筑施工時都很重視預先的沉降評估,因為那里的土地都是私有化的,如果施工給其他建筑造成損害,那是要賠償一大筆錢的。
蔣明鏡的專業知識似乎在工程評估方面派不上用場,卻能在自己買房時進行“專業評估”。他在上海買的是舊小區基礎上開發的住宅,因為那樣的建筑,地基下土壤已經基本固結。他不買在農田上建起來的和靠近江河堤壩的住宅,因為那些地方的土壤比較松軟。也不買附近可能修地鐵和高層建筑的住宅,因為老建筑都會被新建筑所影響,容易產生繼續沉降。
上海市徐匯區凱華公寓的住戶們就沒有蔣明鏡這么多土壤和建筑知識了,他們在買下住房時并沒有在意附近是否要修地鐵。這座1998年竣工的6棟連在一起的樓房,在2003被發現房屋墻壁出現裂縫。56戶居民集體投訴說,裂縫最寬處可以伸進一排手指,而且樓體看起來也“歪了”,這些投訴者懷疑這些現象與住宅樓地下20米深處正在進行的地鐵明珠2線隧道施工有關。
不均勻沉降造成的地質災害已經引起了地質學專家越來越多的關注。上海市地質學會秘書長劉守祺在接受《中國新聞周刊》記者采訪時一開始就說,“我已經不研究地下水造成的沉降了,我現在研究的是,施工過程中不均勻沉降造成的地質災害。”
漫長的“控沉”歷程
可是,劉守祺畢竟研究地下水問題幾十年,最近他一直關注著泰國曼谷洪水的新聞。在他看來,曼谷洪水泛濫的原因 “除了氣候,就是地面沉降鬧的,海水回灌進曼谷了。”劉守祺30年前就受到過泰國有關方面的邀請,研究曼谷的地面沉降問題。多年來,曼谷以每年1.5厘米至5.3厘米的速度下沉,直到現在城區已經有一大部分處于海平面之下。劉守祺的觀點和世界銀行專家簡。博喬基本一致:曼谷下沉的原因之一,就是毫無節制地抽取地下水。
然而,對于同樣被認為沉降嚴重的上海,劉守祺并不怎么擔心,他對《中國新聞周刊》說,上海發生曼谷那樣的災難“可能性很小”。
2009年,有媒體報道稱,美國科羅拉多大學一份最新研究報告表明,全球33個人口密集的大型三角洲地區中,有三分之二正面臨“地陷海升”的雙重威脅,而中國的長江三角洲、珠江三角洲及黃河三角洲,已躋身這一危機榜上最嚴重的一級。報道對上海的描述是,“城市平均標高才4米,而黃浦江漲一次潮就高達5米多,再繼續沉陷2米,上海立刻就會陷入汪洋。”
研究上海地質幾十年的劉守祺不完全認同上述說法:地陷海升確實已成既有事實,但美國學者將中國的三個三角洲列為“最嚴重級別”,這個結論還有待商榷。
實際上,上海從上世紀二三十年代開始就被發現有嚴重的沉降現象。最開始提出上海沉降的,是一個叫沃爾遜的外國人,根據1921年至1938年的“重復水準點”測量結果,提出了上海存在地面沉降。從1921年到1965年,上海市區總共沉降了1.69米。而從1966年到2000年,市區平均累計沉降量為218毫米,每年沉降6毫米。
地面沉降是上海主要的地質災害,與它軟土的地質特點有很大關系。上海境內除西南部有少數丘陵山脈外,全為低平的平原,是長江三角洲沖積平原的一部分,平均海拔高度為4米左右。整個地區好像是從東向西傾斜的半個碟子,極易受到海平面上升和地層擠壓的影響。土的結構是一層砂層、一層粘土層。砂土孔隙大,含水。上海的地下水,主要就在它的5個含水砂層中。
劉守祺告訴《中國新聞周刊》,“當集中過量地開采了某一沙層的地下水后,沙層因為孔隙水被抽走而壓縮固結,它上面的土層就整體往下壓,抽水越多的地方,壓得越低,這就形成了上海的地面沉降。”
上海最早于1860年開采地下水。一百年后的1963年,上海地下水開采量達到頂峰,年開采總量達2.03億立方米。開采地下水最多的時期,也是上海沉降最厲害的時期,上海地方志辦公室網站記載,1957年至1961年上海各地區平均沉降110毫米,個別地區達到170毫米。
同濟大學教授、地質學家汪品先在一次演講中曾說,“如果按1965年的下陷速度而不加控制的話,上海在1999年已經沉沒入海了。”
上世紀80年代,劉守祺在上海地質調查研究院時曾經進行過調研,估算出每沉降1毫米可以造成2億元的經濟損失。這里有直接的損失,例如沉降對堤壩、住宅、廠房的損壞、對道路和橋梁的損壞,各種輸水輸氣管線的破壞和沖毀農田等等。也有間接的損失,例如海水倒灌造成農業的損失、交通運輸運力下降的損失、工廠和商店被淹后的經濟損失。劉守祺說,“現在經濟的發達程度遠超過80年代,每沉降一毫米的損失可就不止2億了!”
上海地面下沉的速度在1966年終于得到了控制,1966年到2000年,市區平均累計沉降量為218毫米,每年沉降6毫米多一點,“控沉”效果顯著。劉守祺甚至記得上世紀80年代個別地區在回灌后還出現了上升的現象。
這一變化得益于上海從1965年以來實施的一系列措施,主要是限制地下水開采和人工回灌地下水,要求地下水用戶在冬天向地下回灌與其夏季開采等量的自來水,從而恢復土層彈性,控制地面沉降。上海還修建了最先進的防洪堤壩,建立地面下沉及地下水位監測系統,并正在建設地面沉降自動化預警預報系統工程。
上世紀90年代,隨著經濟高速發展,上海地下水開采量又有所回升,1996年地下水開采量已達1.5億立方米,沉降現象也隨之開始加劇。自2003年起,為緩解地面沉降的壓力,上海開始繼續減少地下水開采量,據上海市政府網站發布的2009年和2010年水資源公告顯示,2009年上海市地下水實際開采總量為2553萬立方米,比2008年減少632萬立方米;地下水人工回灌總量為1755萬立方米。2010年,上海地下水開采量已壓縮到2000萬立方米,是建國以來上海地下水開采量的最低點,僅僅是1963年開采量的十分之一。
從上世紀90年代開始,上海市投入3500萬元,建立了一張覆蓋全市的地面監測網絡。目前網絡已包括全市各區縣的43個基巖標、146個GPS監測點和326個水位觀測點,能夠隨時預報上海各區域地面沉降現狀,為工程建筑項目提前拉響沉降“警報”。
“長三角”聯合“控沉”
“光我們控制地下水開采不行,上海的地下水與江蘇、浙江都連在一起,需要大家一起控制,長三角城市之間要協調合作。”劉守祺說。
2005年,南京地質礦產研究所副所長郭坤一耗時4年,花費2000萬元進行了詳細調查,發布《長三角地區地下水資源與地質災害評價》。報告認為,長三角地區地面沉降區內累計沉降已超200毫米,面積近10000平方千米。蘇錫常(江蘇省的蘇州、無錫、常州)地區因不均勻沉降,目前已發生22處地裂縫地質災害。上海從上世紀初到2003年,因沉降造成的損失是2900億元;蘇錫常地區和浙江嘉興也損失了500多億元。
郭坤一發出警告:按照當時的沉降速度,到2050年,海平面將會上升40厘米至70厘米,長三角很可能就此桑田變滄海。
浙江省國土資源廳地質環境檢測院總工程師趙健康對長三角的沉降形勢卻感到樂觀,“如今已經不是這個情況了,沉降好轉了很多,個別地區還上升了。”
趙健康所在的地質監測院每年都要對浙江全省的沉降情況進行監測,并發布當年的環境公報。他們發現,2009年浙江沿海平原地面沉降繼續呈現減緩趨勢。
趙健康說,長三角的上海、江蘇和浙江聯動防沉降工作開始于1999年,聯動以后浙江省每年都大幅降低地下水開采量,生活用水多使用地面水,例如從太湖的上游引水。地下水開采量由2000年的1.5億立方米下降到去年的1600萬立方米。但是因為浙江是長三角里沉降程度較輕的,所以沒有采用回灌。
長三角的另一個“角”江蘇沉降的程度和速度則遠高于浙江,采取的措施則顯得更嚴厲。從20世紀80年代開始,蘇錫常一帶的鄉鎮企業風起云涌,但由于環保意識不強,污水廢水的排放造成了地表水嚴重污染,不得已只好轉向地下取水,而過量的開采地下水又使得蘇錫常的“漏斗”連成一體。無錫、蘇州、常州三市及外圍鄉鎮,以地下水水位下降10米計算,漏斗面積已達5000平方公里。
20世紀30年代時,蘇州只有地下深井兩口,到90年代,已增加到304口;地下水開采量從20世紀30年代的日開采500噸飆升至90年代的12萬噸,由此帶來的便是地下漏斗水位由3米下降到61米多。2000年,蘇州市區地面累計沉降普遍達到40厘米到60厘米,嚴重地段超過160厘米,無錫市區、常州市區最大累計地面沉降量分別超過120厘米、110厘米。
2000年8月,江蘇省人大頒布了《關于在蘇錫常地區限期禁止開采地下水的決定》,在全國率先通過立法實施地下水限期禁采。此后,地面沉降速率有所減緩。蘇州沉降速率從每年25毫米以上降到小于10毫米;無錫從每年100毫米降到10毫米~15毫米,常州從過去最高每年120毫米降到每年8毫米。
趙健康也很驚訝為什么長三角的聯動配合得這么默契。他現在很欣賞的一個說法是,“地下水是沒有行政區劃的”。
地面沉降的中國應對
我國在19個省份中有超過50個城市發生了不同程度的地面沉降。地面沉降的重災區主要是長江三角洲地區,華北平原和汾渭盆地。為控制地下水的開采,各地區都在制定相應的地方性條例和法規
地面沉降,可以被簡單地稱作“地陷”,在我國《地質災害防治條例》中,它被定義為“緩變性地質災害”。國土資源部地質環境司副司長陶慶法告訴《中國新聞周刊》記者,“目前,我國在19個省份中超過50個城市發生了不同程度的地面沉降,累計沉降量超過200毫米的總面積超過7.9萬平方公里。主要在中東部地區。”
因為地面沉降的反應滯后,且進程緩慢,以毫米為單位計算的沉降率,人們不易察覺。上世紀20年代,上海是我國最早發現地面沉降跡象的城市。據統計,現在上海市區地面累計沉降量超過2米,歷史上最大年均沉降量曾達到110毫米。陶慶法說,“盡管這樣,人們仍然不會有明顯的感受,只有看到不斷升高的抽水井井臺時,大家才能明白地面矮下去了。”上海人可能因為看到外灘不斷加高、加固的防汛墻才意識到地面沉降的發生。而真正開始重視,卻是在上世紀60年代中期。
地面沉降除了給城市建筑物、地下管道形成破壞以外,更直接的影響就是經濟損失。根據中國地質調查局等部門評估,幾十年來,長三角地區因地面沉降造成的經濟損失共計3150億元。其中上海地區最嚴重,直接經濟損失為145億元,間接經濟損失為2754億元;華北平原地面沉降所造成的直接經濟損失也達404.42億元,間接經濟損失2923.86億元,累計損失達3328.28億元。
陶慶法介紹說,“目前我國地面沉降的重災區主要是長江三角洲地區,華北平原和汾渭盆地這三個區域。”
據中國地質調查局公布的《華北平原地面沉降調查與監測綜合研究》及《中國地下水資源與環境調查》顯示:自1959年以來,華北平原14萬平方公里的調查范圍內,地面累計沉降量超過200毫米的區域已達6萬多平方公里,接近華北平原面積的一半。其中,天津地區的沉降中心最大累計沉降量一度高達3.25米。調查和監測結果顯示,華北平原不同區域的沉降中心仍在不斷發展,并且有連成一片的趨勢;長江三角洲地區最近30多年累計沉降超過200毫米的面積近1萬平方公里,占區域總面積的1/3。上海市、江蘇省的蘇錫常三市沉積中心區的最大累積沉降量分別達到了2.63米、2.80米,并出現了地裂縫災害。
陶慶法說,“地層是塑性的,不是彈性的。如果是彈性的,加上壓力后縮下去,當壓力放開就可以回復。但地面沉降很難修復,所謂的反彈也相當有限,即便把地下水控制住之后,可能也反彈一點,但是那個量相當小,基本可以忽略不計。”
雖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還是人為的:地下水、石油、天然氣、地熱等資源的過度開采;城市建筑;重大工程造成地基土體發生緩慢變形……這些都在不知不覺中改變著我們腳下的大地。目前,我國以及世界上主要沉降區的資料都證實,過量開采地下水是造成地面沉降的主要原因。
近30年來,隨著中國城市化、工業化進程的高速發展,地表水的污染日益嚴重,人們的生產、生活越來越多地依賴地下水,人們對于地下水的開發利用一直在迅速增加。綜合水利部公布的數據,在20世紀70年代,中國地下水的開采量為平均570億立方/年,80年代增長到年均750億立方,而水利部最新數據顯示,2009年地下水的開發利用量已經增到1098億立方/年。
目前,在中國655個城市中,有400多個以地下水為飲用水源,北方城市對地下水的依賴更重,目前北方城市65%生活用水,50%的工業用水以及33%的農業灌溉都是主要依靠地下水。
“全國地下水超采區域300多個,面積達19萬平方公里,嚴重超采面積達7.2萬平方公里。”水利部水資源司副司長于琪洋10月28日在新聞發布會公布了這組數字。
正是因為不合理開采地下水而使很多城市發生了地面沉降,使得國內沉降中心個別點的最大累計沉降量不斷升高。沿海地區的大連、秦皇島等城市地下水水位的下降,引起海水入侵,導致地下水水質惡化,其中山東、遼東半島海水入侵更加嚴重。
華北平原之所以成為地面沉降的重災區,也是由于多年的地下水超采。華北平原總面積為13.6萬平方公里,人口約1.11億,包括北京、天津、河北省的全部平原及河南省、山東省的黃河以北平原,是中國政治、經濟中心和主要糧食生產基地。但人均水資源量每年僅為335立方米,不足全國平均水平的1/6。且華北平原地表水分布不均,使得地下水成為大華北經濟社會可持續發展的重要支柱,很多城市的地下水開采量已占總供水量的70%以上。
雖然國家以及各級政府對地下水的開采有總量的控制,但是陶慶法告訴《中國新聞周刊》,“總量控制是一筆大賬,是一定面積的平均開采量。而因為開采布局不合理,個別地區超采嚴重,就會形成區域性漏斗狀凹面。”華北平原已經成為世界上最大的“漏斗區”。包括淺層漏斗和深層漏斗在內的華北平原復合地下水漏斗,面積達73288平方公里,占華北平原總面積的52.6%。
據統計,全國已形成區域地下水降落漏斗100多個,面積達15萬平方公里。華北平原深層地下水已形成了跨冀、京、津、魯的區域地下水降落漏斗,甚至有近7萬平方公里面積的地下水位低于海平面。
近20年來,因為國內一些重點城市開始控制地下水的開采,大部分城市的地面沉降率有所降低,但因中小城市和農村地區地下水開發利用量大幅度增加,地面沉降范圍已從城市擴展到農村,并在區域上連片發展,地面沉降量呈現此消彼長的特點。長江三角洲和環渤海地區就是典型代表,地面沉降已發展成為兩個跨省市的區域性地面沉降區,不但制約了當地可持續發展和城鎮安全,而且對鐵路、公路、地下油氣管線、防洪防潮設施等基礎工程設施構成威脅。
由于地面沉降是地下水超采造成的,最直接、有效的辦法就是嚴格控制地下水的開采。現在我國各地區主要采取的辦法就是關井,禁止或者限制開采。近些年為控制地下水的開采,我國各地區都在制定相應的地方性條例、法規。但是監管能否到位,是讓陶慶法深感頭疼的一個問題,“取地下水太方便了,就地打一口井就取水了。”
除了控制開采量,國內還有些地區采取回灌的辦法增加補給,對于緩解地面水位下降和由此引發的地面沉降也非常有效。在陶慶法看來,“壓采地下水的關鍵就是要解決替代水源。人們生活需要用水、工業、農業生產都需要用水,不解決用水矛盾問題,防治地面沉降就是一句空話。”這個問題尤其在華北地區比較突出,華北的地下水過量開采主要是用于農業灌溉,要是不解決華北大平原農村農用灌溉用水問題,地面沉降的解決也只能是紙上談兵。
為了解決替代水源問題,我國很多地區在搞跨流域引水,有省與省之間的調水,還有區域間的調水。目前國內重大戰略性工程“南水北調”,正是為了緩解北方水資源短缺而實施的大規模跨流域引水工程。
目前,全國還沒有建成統一的地面沉降監測網,包括各地區也沒有統一的區域性監測網,所以難以掌握整體的變化規律,即使條件最好的長江三角洲地區也只是按省市行政區在逐步建立。
10月28日,國務院批準通過了 “國家級地下水監測工程”,這是我國第一次針對地下水啟動大規模的工程。