地球是一个奇迹

环境|北京



北京中央商务区 | 视觉中国

你知道,北京地铁线变形了吗?

这是2022年华北理工大学联合武汉大学发表的一篇论文《InSAR数据揭示北京土地沉降》发现的。

据数据统计:

北京15条地铁线中有6条平均变形率超过5毫米/年;其中1号线上的八通线平均变形率最大,达到22.5毫米/年;6号线和7号线,最大变形率分别为70.4毫米/年和115.1毫米/年。

其中朝阳区黑庄户地铁站位于最大变形区。



北京地铁沿线沉降率 | MDPI

很早之前就有研究者提出警告,北京自1935年来就开始下沉,但“土地沉降速率和程度正显示出增长趋势”。

持续的下沉对北京构成安全威胁,其中一项就是“对列车运行影响巨大”。30多吨重的地铁在持续运行中,会对加重沉降现象,继而影响线路产生变形。

地铁只是冰山一角,这座城市正面临沉降危机。

北京下沉

2022年发表的《联合InSAR与PCA的北京平原地面沉降时空分析》调查表明:2017-2020年北京昌平东南部、 海淀西北部、 朝阳东部、 通州西北部、 顺义西南部、 大兴南部等区域均存在地面沉降;

其中海淀西北部、 朝阳东部、 通州西北部为地面沉降重灾区;朝阳金盏区尤其严重,下降了0.34米。



北京平原垂直变形速率图,红色代表严重程度最高 | 光谱学与光谱分析期刊

这项研究使用可监测地形、地貌以及表面微小变化的合成孔径雷达干涉(InSAR)技术,现用于对地表沉降监测。

无独有偶,2016年《卫报》报道称——整座北京城都在下沉,而朝阳区情况最显著。

尤其是中央商务区每年下沉多达11厘米。

自1990年以来,CBD所在的朝阳区蓬勃发展,建起大批摩天楼、环路和其他开发项目。研究人员称,一些地区下沉程度的不均衡对建筑物以及其他基础设施构成危险。



2022年北京一小区地面发生塌陷 | 新京报



2020年北京通州一小区两栋楼之间地面发生裂痕 | 新京报

北京在全球最大“水漏斗”上

过度开采地下水是下沉的主因。

据《中国日报》报导,华北地下水(京津冀晋蒙)超采达1200亿立方米,相当于200个白洋淀的水量。“事实上,真实的情况可能更严重。”一位不愿透露姓名的专家说。华北透支的地下水估计已近2000亿立方米。

地下水位不断下降,造成华北形成了一个全球最大地下水漏斗区。

什么是“地下水漏斗区”?

地球内部富含地下水,一般分为“地下水资源”(参与水循环)和“地下水储存量”(不参与水循环)两种。

“地下水资源”是可更新的资源,但“地下水储存量”和化石能源一样,一旦开采只减不增。

华北平原自上世纪70年代开始,集中开采的是“地下水储存量”,导致开采区的地下水位下降,于是潜水面的地下水集中向中间流,形成区域性漏斗状凹面。

长此以往,地面也会随之下沉。



| Wikipedia

中国地质科学院《揭秘华北平原地下水降落漏斗的“前世今生”》一文中认为华北平原地下是一个巨大的“复合漏斗”——有无数个大大小小的“水漏斗”共同组成。

“2005年浅层地下水降落漏斗总面积为9657.9平方千米,2019年发展到14840.41平方千米,2021年进一步增至16385.09平方千米,浅层地下水降落漏斗总面积不断增大。”

北京就处于这个巨大“复合水漏斗”上。

人民网援引公开资料,2000-2010年,北京超采的地下水超过56亿立方米,已处于一个2650平方公里的地下水漏斗区上。‍



2022年华北平原深层地下水复合漏斗 | 中国地质科学院



西安大雁塔因处于华北“水漏斗”边缘,塔身向西北倾斜约43毫米 | Wikipedia

沉降只能缓解

地表沉降不可逆,也无法恢复,只能缓解。

北京人口不断增长,城市扩张导致水资源紧张,北京在世界上最缺水的城市中排名第五。

8年前,北京启动“南水进京”工程,累积84.08亿立方米的水流入,占城市用水的七成,大大减少了地下水开采。地下水位已连续7年累计回升10.11米。

此外,北京还进行了地下水回灌项目,利用收集的雨水净化后补充进地表,这些水必须彻底干净,不然会导致水体污染。

清华大学环境学院教授刘文君介绍:“更深层的地下水已经无法补充。”



5南阳陶岔渠首枢纽,南水北调中线工程的起点 | Wikipedia

2022年有研究表明,除昌平外,其余沉降区沉降速度都在缓解。

调查发现,北京5处沉降区(昌平、顺义、通州、大兴以及亦庄)2018-2020年的最大形变速率和平均形变速率都在下降,其中通州区下降最为明显,最大沉降速率由113.0 毫米/年下降到77.8 毫米/年,平均沉降速率由50.7 毫米/年下降到23.7 毫米/年。

但昌平沉降仍在加快。



5处沉降区变形速率统计 | 大地测量与地球动力学

沉降的不止是北京

世界上不少其他城市也受到过度抽取地下水导致地表下沉。

据《财新》杂志报导,美国科罗拉多大学根据卫星拍摄的历史图像分析——

从1965年至今,上海的地面已经下沉了110毫米,而高耸入云的摩天大厦还是一幢幢拔地而起。人口超过1600万的现今上海的地平面已经比100年前降低了大约三米。

此外,墨西哥城每年下沉多达28厘米,雅加达下沉速度类似,曼谷每年下沉多达12厘米,与北京相近。

除了北京的南水进京工程(开源),墨西哥还采用各种循环用水方案,减轻地下水负担(节流)。

如不采取遏止措施,也许明天我们会看到一个连接成片的东北平原地下水漏斗,长江三角洲地下水漏斗,西北地下水漏斗。

城市沉降带来的灾难将无可避免。