下沉的城市：中国如何推进地面沉降研究

随着中国城市变得更高、更大、更现代化，它们面临一个重大问题：地表之下的土地正在沉降。2024年的一项研究发现，中国主要城市近一半的土地正以每年超过3毫米的“中度”速率沉降，16%的土地则经历“快速”沉降，即每年超过10毫米。天津、福州、宁波等许多这类城市都位于海边。土地沉降问题十分紧迫，该研究预测，如果当前趋势持续，到2120年，中国沿海城市十分之一的居民将生活在海平面以下。

后果已开始显现。2023年，在拥有1300多万居民的港口城市天津，由于街道突然开裂，近4000人不得不从高层公寓楼中疏散。据天津市政府称，前往调查的科学家认为，问题是由地下约1300米处的“地质空洞”引起的，并指出地热井钻探可能是触发因素，这可能导致地下水和土壤流失，进而使土地塌陷。

中国的困境是全球危机的一个缩影。世界十大城市中有八个位于沿海，包括上海、纽约、印度的孟买和尼日利亚的拉各斯，它们都在应对沉降问题。2022年的一项研究显示，亚洲沿海地区快速扩张的特大城市是地球上沉降速度最快的城市之一。沉降速率最高的城市包括天津、越南的胡志明市和孟加拉国的吉大港，这些城市部分区域的峰值沉降速度超过每年50毫米。在北美，沉降现象也很普遍。今年发表的一项针对美国28个主要城市（包括休斯顿、纽约等沿海城市）的分析估计，至少五分之一的已测绘城区正在沉降，影响约3400万人。

沉降不是任何一个国家能独自应对的问题。例如，中国的上海、广州等一些城市借鉴了荷兰（世界上地势最低的国家之一）的成功经验。当地政府鼓励居民和机构收集并再利用雨水，比如安装覆盖植被的“绿色屋顶”来储存雨水，以及建造社区花园来吸收或减缓径流。中国也在向其他发展中国家分享经验。2023年，通过联合国开发计划署联合组织的合作项目，深圳与黎巴嫩的黎波里的政策制定者分享了从部分沉降建筑中疏散人员的经验，以帮助该市更好地应对自然灾害。中南大学地球物理学家刘建新表示，中国研究人员正越来越多地与国际同行分享数据、撰写论文并参与有关沉降问题的研讨会。而且，和他一样，许多研究人员所在的内陆城市也面临沉降问题。“解决沉降是一项全球性努力，”刘建新说。

沿海城市由于其自然条件特别容易发生沉降。香港理工大学大地测量学家丁晓丽（主要研究和监测地球形状与大小）表示，一方面，它们通常建在河流三角洲或沿海平原上，这些地区的沉积物会随着时间推移而压实，从而导致沉降。一些沿海城市，如东京，还位于地震易发区， tectonic活动也可能加剧沉降。但沿海城市自身的发展——2018年全球近三分之一人口（超过20亿）生活在距海岸50公里范围内——也极大地加剧了这一问题。

中国测绘科学研究院研究员张永红指出，在中国，与人类活动相关的沉降主要原因是城市扩张过程中过度抽取地下水。这种做法会降低地下水位，导致周围土壤压实，土地下沉。“地铁等基础设施的建设也可能导致城市部分区域沉降，”张永红说。北京大学景观设计师俞孔坚表示，由于城市硬化地表破坏了地下水的自然补给，情况可能进一步恶化。“地面沉降是城市地区生态管理不善的最深刻表现之一。”华东师范大学大地测量学家赵庆称，随着城市发展，建筑物重量也在增加。她的团队正在进行的研究表明，建筑物重量增加是导致上海及长三角其他城市沉降的三个因素之一，另外两个因素是地下水位下降和土壤性质。

以上这些问题并非中国独有，其中一些问题（如地下水抽取和建筑物重量）也常常影响内陆城市。但在沿海地区，这些因素导致土地下沉的同时，还面临着气候变化带来的海平面加速上升问题。过去三十年，海平面上升速度增加了一倍多，从1993年的约2.1毫米/年上升到2023年的约4.5毫米/年。即使全球将升温控制在《巴黎协定》规定的比工业化前水平高1.5度，到本世纪末，全球平均海平面仍可能比1995-2014年的平均水平高出0.55米。

2022年一项针对全球99个沿海城市的研究发现，大多数城市部分土地的沉降速度快于海平面上升速度。研究作者称，按照目前的下沉趋势，它们面临洪水威胁的时间将远早于海平面模型预测的时间。印度尼西亚当前首都雅加达（这个群岛国家处于应对海平面上升的前沿）就遭遇了这种双重打击。该市超过40%的区域已低于海平面——洪水、风暴潮、基础设施损坏以及经济和生命损失的风险特别高——到本世纪中叶，其95%的沿海地区可能被淹没。这一严峻前景是印尼决定在2028年前将首都迁至另一岛屿的主要原因。

自2014年起，印尼一直在建造一座32公里长的“巨型海堤”，旨在保护雅加达免受洪水侵袭，该项目预计耗资500亿美元。但意大利帕多瓦大学水文学家、联合国教科文组织地面沉降国际倡议（LaSII）主席彼得罗·泰亚蒂尼（该工作组旨在全球传播沉降知识，帮助发展中国家更好地应对这一问题）表示，海堤基础较浅，会随土地移动。“如果土地沉降，海堤也会随之沉降。”

上海是中国首个发现沉降问题的城市，也面临地面下沉和海平面上升的双重影响。1921年至1965年，由于过度抽取地下水，上海下沉了1.69米。南京大学水文地质学家叶淑君表示，过去60年来，上海市政府采取了一系列措施应对这一问题，主要是限制地下水使用，并利用长江水补充地下水。叶淑君在2025年初LaSII组织的网络研讨会上分享了上海的经验，她表示这些方法已将上海的沉降速度降至每年6毫米以内。

泰亚蒂尼称，中国在从科技角度解决沉降问题方面做了大量工作。“解决沉降最重要的措施之一是地下水人工回灌”，这在上海已被证明有效。但他警告说，这种方法成本高昂，可能难以在较贫穷国家推广。泰亚蒂尼提到中国城市使用的先进设备，如 extensometers（测量材料在应力下的变化）。研究人员会钻探至近1000米深处，将设备放置在地球含水层（储水层）底部，以监测哪些地层在压实。“在意大利，全国只有三四个这样的 extensometers，而在上海，大约有50个。”

泰亚蒂尼的长期合作伙伴包括北京首都师范大学的研究人员，该校与帕多瓦大学建立了正式合作关系。他们合作开展了一系列研究，从评估北京沉降原因到开发预测模型等。中国政府启动的“南水北调”工程（将南方水资源调往缺水的北方）虽然主要目标是平衡水资源供应，但通过减少地下水抽取，对缓解华北平原的长期沉降起到了关键作用。北京（位于干旱的北方）在2014年该工程投入运营前，曾严重依赖地下水，导致每年沉降高达159毫米。