大多数城市地面沉降的主要原因还是人为因素 。有专家认为:上海地面沉降的原因,70%归因于地下水过量开采,30%来自高层建筑和市政重大项目建设的影响 。
地下水、石油、天然气、地热等资源的过度开采;城市建筑;重大工程造成地基土体发生缓慢变形……这些都在不知不觉中改变着我们脚下的大地 。目前,我国以及世界上主要沉降区的资料都证实,过量开采地下水是造成地面沉降的主要原因 。
超采地下水:地面沉降的罪魁祸首
目前在中国655个城市中,有400多个是以地下水为饮用水源,而北方城市65%的生活用水,50%的工业用水以及33%的农业灌溉都是主要依靠地下水 。
水利部公布的数据显示,在20世纪70年代,中国地下水的开采量为平均570亿立方米/年,80年代增长到年均750亿立方米,而2009年已经增到1098亿立方米/年 。
全国地下水超采区域300多个,面积达19万平方公里,严重超采面积达7.2万平方公里
华北平原之所以成为地面沉降的重灾区,也是由于多年的地下水超采 。这一区域人均水资源量每年仅为335立方米,不足全国平均水平的1/6,且地表水分布不均,使得地下水成为大华北经济社会可持续发展的重要支柱,很多城市的地下水开采量已占总供水量的70%以上 。
据统计,全国已形成区域地下水降落漏斗100多个,面积达15万平方公里 。华北平原深层地下水已形成了跨冀、京、津、鲁的区域地下水降落漏斗,形成了沧州、衡水等13个沉降中心,甚至有近7万平方公里面积的地下水位低于海平面 。
摩天大楼:城市难以承受之重
毫无疑问,上海是目前中国最高的城市,甚至在世界的最高城市排名中都名列前茅,不妨看看它长高的过程:上世纪五、六十年代,新建的高层建筑是40幢,八十年代新建是650幢,九十年代开始明显提速2000多幢,百米以上的超高建筑就100多幢 。1993年以来上海平均每天就“站”起一幢高楼,目前高层建筑已经有七、八千幢了 。
在地面之上,越来越多的高楼拔地而起,给地面造成了越来越大的负荷,这是导致地面沉降的原因之一 。
1957年到1961年期间,是上海开采地下水最多的时期,各地区的平均沉降是110毫米,个别地区甚至达到170毫米 。而地下水开采得到有效控制的今天,影响上海地面沉降的另一个重要原因,则是不断“生长”的高层建筑 。数据显示,自上世纪90年代以来,高楼林立的陆家嘴地区,地面沉降幅度每年达12-15毫米 。
多措并举:治理初见成效
地面沉降,已成为世界性的环境公害,越来越引起人们的关注,很多专家学者在这一领域开展预防与控制工作 。通过控制地下水位下降和人工补给地下水,可有效地控制地面沉降并防止其进一步扩大 。
在这方面,上海走在了世界的前列 。自1966年以来,上海开始限制地下水开采,和人工回灌地下水,要求地下水用户在冬天将地下回灌与其夏季开采等量的自来水,从而恢复土层弹性,控制地面沉降,效果较为明显 。2002年,全市沉降量控制在10.22毫米,2003年控制在9.6毫米,年平均沉降量已减至10毫米 。根据最新监测数据统计,上海市2004沉降年度全市地面平均沉降8.71毫米,较上年减少沉降1.77毫米 。
此外,上海在地面沉降规律、机理、实验研究、预测预报、控制措施等方面也不断取得新的突破,在世界上率先建立了覆盖全市的地面监测网络,包括43个基岩标、146个GPS监测点和326个水位观测点,能够随时预报上海各区域地面沉降现状,为工程建筑项目提前拉响沉降“警报” 。
天津市从1985年起,制定了3年一期的地面沉降控制实施计划,投入大量资金,采取了一系列措施:在地面沉降发生区,减少地下水开采量,并进行一定量的回灌;引滦入津、引黄入津,以解决居民生活用水和农业用水等问题,正在加速发展的地面沉降也得到了有效遏制 。
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