地面沉降(源自拉丁语subsidere,意为“下沉”)是一种地质现象,指地面从初始高度逐渐下沉或陷落。该现象主要影响沿海地区居民。2021年3月发表于《科学》期刊的一项研究指出,全球34个国家有200多个区域面临地面沉降威胁,并预测到2040年该现象将影响6.35亿人,占世界人口的19%。这一现象由多种自然和人为因素共同导致。
自然沉降可能由多种地质过程引起。- 板块构造:当岩石圈板块移动或重叠时,会导致地壳垂直运动,从而引起地面沉降或下陷。- 火山活动:火山喷发和岩浆活动也可能导致火山附近区域发生沉降。- 岩石圈减压:当岩层被侵蚀或冰川融化时,下方的岩石圈可能经历减压。这也可能导致受影响区域逐渐沉降。- 沉积与压实:沉积物(如沙子、黏土和松散岩石)在上层重量的作用下,会随时间推移而压实。这一压实过程可能导致沉降。- 岩石溶解:在某些地区,石灰岩等可溶性岩石可能被地下水溶解,形成地下洞穴和空洞。当这些洞穴坍塌时,可能引起地表沉降。
人为地面沉降是由人类活动引起的,包括抽水、湿地排水、森林砍伐、采矿、隧道施工、钻探等。 - 水资源开采:过度抽取地下水是导致人为沉降的主要原因之一。 当地下水抽取速度超过其补给速度时,被抽取地下水留下的空隙会导致上方土层发生沉降。 这些空腔的顶部甚至可能突然坍塌,造成地表大幅沉降。 - 城市化:快速城市化及基础设施扩张同样加剧了城市的地面沉降。 建筑物、道路及其他重型结构的建设会对地面施加压力,导致土层压缩并逐渐下沉。
导致地面沉降的自然和人为现象,加上海平面上升,大大增加了沿海城市遭受洪涝灾害的风险。地面沉降已成为世界许多地区面临的严重问题,因此采用特殊施工技术,例如向沉降区域注入填充材料,以减轻沉降的影响。
地面沉降速率因土壤地质、研究方式、具体评估、区域、城市内街区以及分析时段的不同而存在显著差异。 所有这些因素使得估算沉降速率变得复杂且有时不可靠。尽管这些速率难以测量,但许多城市正以每年超过20毫米的速度部分或整体下沉。 卫星数据InSAR(干涉合成孔径雷达)显示,全球许多沿海城市正在塌陷。 这一结论源自发表在《地球物理研究快报》上的一项研究,该研究测量了2015年至2020年间99座城市的沉降速率。 这些城市下沉的速度因地下水开采程度、当地地质条件、城市化进程及其他人类活动等因素而异。 同一城市不同区域的沉降速率也可能存在差异。部分城市的下沉速度甚至快于气候变化导致的海平面上升速度。 若沉降以当前速率持续,这些城市遭遇洪灾的时间将远早于海平面上升模型(每年2毫米)的预测。 亚洲的沉降速度最快,但所有大陆均受影响。在研究的99座城市中,有33座城市的部分区域正以每年10毫米的速度下沉,这一速度是海平面上升速度的5倍。 天津、三宝垄和雅加达的部分区域出现了最高的沉降速率。
天津(中国东北部):地面沉降速率超过40毫米/年(几乎是海平面平均上升速度的20倍)。在市区东北部边缘观测到每年50毫米的沉降。
三宝垄(印度尼西亚):位于爪哇岛北海岸,该城市平均每年下沉20至30毫米。 三宝垄不同区域的地面沉降速率存在差异。 研究显示,三宝垄部分地区下沉速率极高,每年超过100毫米。
雅加达(印度尼西亚):该市西北海岸的一个区域正以每年高达20毫米的速度下沉。 此外,雅加达郊区勿加泗县近年来因地下水开采,每年下沉幅度可达50毫米。
吉大港(孟加拉国):孟加拉国第二大城市正经历显著的地面沉降(20毫米/年),主要归因于为饮用水供应而过度抽取地下水。研究表明,吉大港市部分地区的沉降速率高达每年100毫米。
马尼拉(菲律宾):菲律宾首都,也正面临地面沉降问题。导致马尼拉地面沉降的因素包括过度抽取地下水、含水层退化、构造运动以及地面的地质特性。该市部分地区沉降速度超过20毫米/年,最高可达100毫米/年。
休斯顿(美国德克萨斯州):因过度抽取地下水而面临地面沉降问题。城市不同区域的下沉速率可能有所不同,但部分报告显示下沉速率为每年20-30毫米。
孟买(印度):印度最大城市面临地面沉降问题,主要源于过度抽取地下水、含水层退化及土壤地质特性。部分研究显示,该市某些区域沉降速率约为每年20-30毫米。
上海(中国):作为中国最大的城市之一,上海部分地区也面临每年高达20毫米的地面沉降问题。上海的地面沉降主要由过度抽取地下水、含水层退化以及土壤地质特性导致。
卡拉奇(巴基斯坦):巴基斯坦最大城市,部分地区地面沉降速度高达每年20毫米。卡拉奇的地面沉降主要源于地下水过度开采、含水层退化以及土壤地质特性。
新奥尔良(美国路易斯安那州):新奥尔良的地面沉降主要由有机土和黏土的退化,以及碳氢化合物和地下水的开采导致。新奥尔良的沉降速率各不相同,但该市部分地区正以每年约10毫米的速度下沉。此外,值得一提的是,由于地处海平面以下且存在地面沉降,新奥尔良市特别容易遭受洪水风险。
坦帕(美国佛罗里达州):坦帕湾北部大片区域观测到每年高达6毫米的地面沉降。
曼谷(泰国):泰国首都,面临高达每年10毫米的地面沉降问题。曼谷的地面沉降主要由过度抽取地下水、土壤地质特性、松散沉积物的固结以及城市发展导致的地面负荷增加所引起。
然而,一些科学资料报告了超过100毫米/年的异常沉降速率,例如在伊斯坦布尔(土耳其)、德黑兰(伊朗)、拉各斯(尼日利亚)、雅加达(印度尼西亚)、台北(台湾)、墨西哥城(墨西哥)、胡志明市(越南)等城市的部分地区,以及更多其他地区。