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国外“地陷刹闸”

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美国:人工补给地下水效果最好

20世纪初,美国工业化快速发展,港口、铁路、地下工程、摩天大楼如雨后春笋般建起来。再加上人口增长和经济发展后对地下水开采的增多,美国多地曾出现过地面沉降事件频发的时期。不过,随着美国地质勘探立法和技术水平的完善,以及对工程建设之前环境评估的重视,因施工而引发的地面沉降已在上世纪后半期得到有效控制。

休斯敦曾是美国地面沉降最严重的地区之一。上世纪初,休斯敦修建了现代化港口,再加上当地石油工业蓬勃兴起,导致城市人口规模迅速扩大,地下水长期过度开采。统计数据表明,1906年至1995年期间,休斯敦附近大约8000平方公里的地表沉降了0.3米左右,这一地区的地陷形势和石油以及地下水的开采情况非常吻合。1975年,得克萨斯州议会成立美国第一个地面沉降管理机构――“哈里斯・加尔维斯顿沿岸地面沉降管理区”,以加强对地下水开采的管理,阻止地面的进一步沉降。这个机构有权拒绝发放钻井许可证,促进水资源的保护,并对社区和学校开展节水教育和宣传,推进地区由开采地下水向充分利用地表水转变。20世纪70年代后期,由于地下水开采量下降,休斯敦航道沿线以及休斯敦东部的地陷都大幅度减少。目前,来自附近河流的地表水已成为供应休斯敦地区工业用水的重要来源,地下水水位已开始“止跌回升”。

人工补给地下水目前被认为是防治地面下沉效果最明显的方法,即借助某些工程设施将地表水自流或用压力注入地下储水层以增加地下水的补给量,稳定地下水水位。最典型的例子是美国的威明顿油田。该油田1936年投产,开发后没有进行早期注水,十几年后出现地面下沉,致使港口被海水淹没,铁道扭曲、断裂,公路桥梁产生裂缝和错动,建筑物受损。1959年该地区进行大规模注水,到1966年注水出现明显效果,几乎整个沉陷区已被稳住并得以回升。

在防治地面沉降方面,美国加州圣克拉拉谷地的成功经验已成为全世界防治地面沉降的经典案例。上世纪50年代该地区在治理地面沉降上获得突出成绩。该区水资源管理局在当地河流上建立了5个蓄水坝以收集雨水,这样增加了河水对流经区的地下水的补给。同样的情况还有亚利桑纳州中南部,通过引入科罗拉多河的河水,减少了地下水的需求强度,从而缓解了地面沉降。

为防止地面沉降,美国很多有地面沉降可能的土地被规划部门划定为工业用地。美国规划部门认为,农业用地对地下水需求量更大,造成地面沉降的危险也比工程建设更高。而在高层建筑、公路、桥梁、港口、地铁等大型工程的施工中,许多地面沉降风险恰恰可以借着施工的机会得到控制或排除。佛罗里达州的泥沼区使用这种方法可以防止有机土进一步分解,减缓有机质氧化的速度,使地面发生沉降的速度降低,地基更加稳定。

现在,美国的地面沉降问题已经没那么严重了。除了上述治理措施外,美国的城市布局也在一定程度上解决了地面沉降问题。作为一个经济发达的国家,美国给人的印象是到处都有高可入云的摩天大楼,以及四通八达的地下设施。其实,美国城市中的高层建筑都聚集在城市中心区,大部分人口则生活在中心区以外密密麻麻的卫星城。这些卫星城的建筑最高不过五六层,一般只有两三层。因此,在美国,只要把城市中心区建在地质条件较好的地区,因高层建筑而发生的地面沉降即可避免。由于美国的小城镇星罗棋布,城市轨道交通基本都在地上运行,只在纽约、洛杉矶这些特大城市的中心区存在地下铁路,因此修建地铁而引发的地面沉降在美国也不是个大问题。

墨西哥城:启动市政排水工程

墨西哥城是一座建立在湖床上的城市,湖床土质松软,易发生压缩。进入20世纪,墨西哥城的人口迅速膨胀,对水资源的需求量不断增加。而由于地表水资源极其有限,墨西哥城70%以上的自来水供应依靠地下水的开采。据统计,墨西哥城每秒钟要抽取一万升的地下水来满足居民的用水需要。过去100年中,墨西哥城大约下陷了9.14米。1951年是其地面沉降最为严重的时候,沉降速率达到每年45厘米。

地面沉降使墨西哥城的一些地下排污管道发生了倾斜变形,污水无法正常排出城市。另外,地面沉降对于城市建筑物、机场、铁路、高速公路、地下管线、排水沟渠等都造成了影响。

为应对地面沉降造成的危害,当地政府启动了一系列的排水工程建设,加固中心区建筑物,疏通地面排污运河。另外,墨西哥城对自来水管道进行了更换,以降低自来水的流失量。未来,政府还会通过雨水储备、污水回收处理等措施来保护地下水资源,阻止地面沉降的进一步发展。专家预测,墨西哥城未来地面沉降的面积可以控制在300平方千米范围以内,沉降速率控制在每年5厘米以内。

日本:地下水开采受到限制

日本的地面沉降历史可以追溯到1898年,新泻平原最先发现有地面沉降。而后,由于地下水集中开采,东京和大阪也相继出现地面沉降现象。二战后,因经济发展趋缓,地下水开采量减少,地面沉降也随之缓解。1950年之后,随着日本经济的复苏和发展,地下水开采量迅猛增加,地面沉降急剧发展。上世纪六七十年代是日本地面沉降最严重的时候,沉降速率一度达到每年54厘米,是当时全世界沉降速率最大的地方,部分地区地面标高低于海平面。

1957年开始,为控制地面沉降,日本在全国推行了地下水开采限制措施,同时还进行了多次地下水回灌试验。1971年,新泻县制定了地下水综合规划对策,进一步限制地下水开采。随着地下水位的恢复,地面沉降现象开始得到控制。上世纪70年代后期,由于大量抽取融雪用地下水,地面沉降又有加剧的趋势。1984年,新泻县采取紧急应对措施,一方面向民众宣传地面沉降知识,实时公布地面沉降的动态变化,另一方面要求人们节约用水。这些措施使得当地地面沉降情况得到缓解。

泰国曼谷:政策法规“管住”地下水

泰国曼谷位于湄南河三角洲,地势低洼,平均海拔不足2米。过去四十多年间,曼谷市区逐步扩张,人口不断增加。2010年,曼谷城市人口密度达到每平方千米5801人。上世纪70年代,曼谷开始发现地面沉降现象。1984年是曼谷地面沉降最为严重的时期,地下水水位降幅高达65米,曼谷东部地区的沉降速率一度达到每年12厘米,地面沉降开始成为城市发展的严重威胁。

为控制地面沉降,曼谷政府开始了地面沉降的监测,同时出台了地下水管理政策法规,措施包括逐步提高地下水价格,使之与地表水价格持平,增加地表水供应,修建污水处理厂等。此后,地下水开采量得到控制,地面沉降速率有所降低,但是由于城市化进程仍在继续以及地面沉降本身具有的迟滞性特点,曼谷的地面沉降还会在相当长的一段时间内继续发展。目前地面沉降最严重的地区为曼谷南部郊区,地面沉降速率约为每年2厘米。

地面沉降对于曼谷最大的威胁莫过于增加了洪水的风险,以及海水倒灌。曼谷城区本身地势就非常低洼,四十多年的地面沉降已使东部部分地区地表高度低于海平面1米左右。每当雨季来临,洪水都必须通过排水管道和排水沟渠来抽取。

(综合《环球时报》、《中国国土资源报》、华声在线网站等媒体资料)