上海：一個城市在沉降中的自救
蔣明鏡先后在日本、英國和加拿大從事了8年的研究工作之后，2006年決定回中國發(fā)展。站在上海黃浦江邊遠望對岸，陸家嘴聳立的摩天樓群令他感到興奮，同時，這位研究巖土力學(xué)的專家也相信，發(fā)揮自己專業(yè)特長的機會應(yīng)該就在這里。蔣明鏡知道，他腳下的這塊土地是由近千年來長江帶來的泥沙所形成的軟土層結(jié)構(gòu)，數(shù)千幢快速建起的高樓在推動上海發(fā)展的同時，也會產(chǎn)生一系列的問題——加劇地面沉降便是其中之一。
過度抽取地下水，曾經(jīng)是造成上海地面沉降的主要原因，然而在采取有效的“控沉”措施以后，如今影響上海地面沉降的另一個原因，是不斷拔地而起的高層建筑。自上世紀90年代以來，高樓林立的陸家嘴地區(qū)的地面沉降就達每年12毫米到15毫米。
“樓升”造成的“地降”
雖然早在1934年上海就擁有了總高82米的“遠東第一高樓”國際飯店，但高層建筑數(shù)量的迅速膨脹還是近10年的事。數(shù)字顯示，上海建于上世紀五六十年代的高層建筑有40幢；建于80年代的有650幢；而90年代十年間就興建了2000多幢，其中百米以上的超高層建筑有100多幢。自1993年以來，上海平均每天“站”起一座高樓，目前高層建筑已有七八千座。
上海的軟土層地表具有“含水量大、孔隙大及壓縮性大”三大特征，就像一塊海綿，在一擠一泡水的同時，會出現(xiàn)嚴重的變形。以往人們認為除了地下水開采，高容量的高層建筑在上海地面沉降中的影響能達到三成，但是上海地質(zhì)學(xué)會秘書長劉守祺說，“根據(jù)目前的研究成果，發(fā)現(xiàn)高層建筑的影響能達到四成，對地質(zhì)環(huán)境的影響非常明顯”。
為了應(yīng)對地面沉降問題，上海2003年出臺了針對容積率的“雙增雙減”政策，即增加公共綠地和公共活動空間，減少建筑容量和高層建筑，同時也規(guī)定了住宅2.5、商用4.0的容積率上限。實施一年后，上海市中心總建筑量已減少約400多萬平方米，上海376個容積率過高的歷史遺留項目，平均降低容積率17%。和地下水超采造成的沉降一樣，密集建設(shè)高層建筑引發(fā)的沉降，在精明的上海人面前，似乎也得到了控制。上海整體沉降的平均數(shù)值繼續(xù)下降，直到2010年的不到6毫米。
上海地面沉降的速度降下來了，但大量建筑和地鐵施工造成的“不均勻沉降”仍然困擾著上海。2003年，為了了解地面沉降與地面建筑的相互影響關(guān)系，上海市地質(zhì)調(diào)查研究院與上海市城市規(guī)劃院合作進行了專項調(diào)查。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，單個高層建筑發(fā)生的一般是均勻沉降，這種沉降不大會對該建筑物本身產(chǎn)生太大的影響。但在眾多位置、規(guī)格不一的高層建筑的合力作用下，整個上海市的地表會形成區(qū)域性的甚至整體的不均勻沉降。
目前為同濟大學(xué)地下建筑與工程系教授的蔣明鏡稱，地面不均勻沉降和沉降速度過快一樣，都將引發(fā)多種城市災(zāi)害，例如，地面不均勻沉降導(dǎo)致防汛墻的防汛標準持續(xù)降低，迫使不斷投入資金加高防汛墻；建筑沉降威脅著煤氣、供水等市政管線的安全；隧道不均勻沉降又導(dǎo)致機動車加速磨損，增加運營風(fēng)險和維修費用等。
蔣明鏡說，建筑物建好后，一開始會有一定的沉降，但隨著地基下的土壤逐步發(fā)生固結(jié)，沉降也就穩(wěn)定下來甚至停止。但是當周邊再有建筑施工時，就會使本來穩(wěn)定的老建筑再次發(fā)生沉降。而且一個地區(qū)雖然總體上都是軟土，可是每隔幾米土質(zhì)都不一樣，有的硬一些，有的軟一些，這就需要在施工前進行風(fēng)險檢測和評估，并提出施工修改建議，例如需不需要對地基周圍進行加固和支撐，以有效防范沉降。
可是，蔣明鏡回國后發(fā)現(xiàn)，在摩天大樓林立的上海，沒有一家本地公司請他進行相關(guān)的評估。一些建筑公司請的專家并不是專門從事這方面研究的，“國內(nèi)在巖土工程方面的技術(shù)水平很落后。”他說，在日本，每個企業(yè)在建筑施工時都很重視預(yù)先的沉降評估，因為那里的土地都是私有化的，如果施工給其他建筑造成損害，那是要賠償一大筆錢的。
蔣明鏡的專業(yè)知識似乎在工程評估方面派不上用場，卻能在自己買房時進行“專業(yè)評估”。他在上海買的是舊小區(qū)基礎(chǔ)上開發(fā)的住宅，因為那樣的建筑，地基下土壤已經(jīng)基本固結(jié)。他不買在農(nóng)田上建起來的和靠近江河堤壩的住宅，因為那些地方的土壤比較松軟。也不買附近可能修地鐵和高層建筑的住宅，因為老建筑都會被新建筑所影響，容易產(chǎn)生繼續(xù)沉降。
上海市徐匯區(qū)凱華公寓的住戶們就沒有蔣明鏡這么多土壤和建筑知識了，他們在買下住房時并沒有在意附近是否要修地鐵。這座1998年竣工的6棟連在一起的樓房，在2003被發(fā)現(xiàn)房屋墻壁出現(xiàn)裂縫。56戶居民集體投訴說，裂縫最寬處可以伸進一排手指，而且樓體看起來也“歪了”，這些投訴者懷疑這些現(xiàn)象與住宅樓地下20米深處正在進行的地鐵明珠2線隧道施工有關(guān)。
不均勻沉降造成的地質(zhì)災(zāi)害已經(jīng)引起了地質(zhì)學(xué)專家越來越多的關(guān)注。上海市地質(zhì)學(xué)會秘書長劉守祺在接受《中國新聞周刊》記者采訪時一開始就說，“我已經(jīng)不研究地下水造成的沉降了，我現(xiàn)在研究的是，施工過程中不均勻沉降造成的地質(zhì)災(zāi)害。”
漫長的“控沉”歷程
可是，劉守祺畢竟研究地下水問題幾十年，最近他一直關(guān)注著泰國曼谷洪水的新聞。在他看來，曼谷洪水泛濫的原因 “除了氣候，就是地面沉降鬧的，海水回灌進曼谷了。”劉守祺30年前就受到過泰國有關(guān)方面的邀請，研究曼谷的地面沉降問題。多年來，曼谷以每年1.5厘米至5.3厘米的速度下沉，直到現(xiàn)在城區(qū)已經(jīng)有一大部分處于海平面之下。劉守祺的觀點和世界銀行專家簡。博喬基本一致：曼谷下沉的原因之一，就是毫無節(jié)制地抽取地下水。
然而，對于同樣被認為沉降嚴重的上海，劉守祺并不怎么擔(dān)心，他對《中國新聞周刊》說，上海發(fā)生曼谷那樣的災(zāi)難“可能性很小”。
2009年，有媒體報道稱，美國科羅拉多大學(xué)一份最新研究報告表明，全球33個人口密集的大型三角洲地區(qū)中，有三分之二正面臨“地陷海升”的雙重威脅，而中國的長江三角洲、珠江三角洲及黃河三角洲，已躋身這一危機榜上最嚴重的一級。報道對上海的描述是，“城市平均標高才4米，而黃浦江漲一次潮就高達5米多，再繼續(xù)沉陷2米，上海立刻就會陷入汪洋。”
研究上海地質(zhì)幾十年的劉守祺不完全認同上述說法：地陷海升確實已成既有事實，但美國學(xué)者將中國的三個三角洲列為“最嚴重級別”，這個結(jié)論還有待商榷。
實際上，上海從上世紀二三十年代開始就被發(fā)現(xiàn)有嚴重的沉降現(xiàn)象。最開始提出上海沉降的，是一個叫沃爾遜的外國人，根據(jù)1921年至1938年的“重復(fù)水準點”測量結(jié)果，提出了上海存在地面沉降。從1921年到1965年，上海市區(qū)總共沉降了1.69米。而從1966年到2000年，市區(qū)平均累計沉降量為218毫米，每年沉降6毫米。
地面沉降是上海主要的地質(zhì)災(zāi)害，與它軟土的地質(zhì)特點有很大關(guān)系。上海境內(nèi)除西南部有少數(shù)丘陵山脈外，全為低平的平原，是長江三角洲沖積平原的一部分，平均海拔高度為4米左右。整個地區(qū)好像是從東向西傾斜的半個碟子，極易受到海平面上升和地層擠壓的影響。土的結(jié)構(gòu)是一層砂層、一層粘土層。砂土孔隙大，含水。上海的地下水，主要就在它的5個含水砂層中。
劉守祺告訴《中國新聞周刊》，“當集中過量地開采了某一沙層的地下水后，沙層因為孔隙水被抽走而壓縮固結(jié)，它上面的土層就整體往下壓，抽水越多的地方，壓得越低，這就形成了上海的地面沉降。”
上海最早于1860年開采地下水。一百年后的1963年，上海地下水開采量達到頂峰，年開采總量達2.03億立方米。開采地下水最多的時期，也是上海沉降最厲害的時期，上海地方志辦公室網(wǎng)站記載，1957年至1961年上海各地區(qū)平均沉降110毫米，個別地區(qū)達到170毫米。
同濟大學(xué)教授、地質(zhì)學(xué)家汪品先在一次演講中曾說，“如果按1965年的下陷速度而不加控制的話，上海在1999年已經(jīng)沉沒入海了。”
上世紀80年代，劉守祺在上海地質(zhì)調(diào)查研究院時曾經(jīng)進行過調(diào)研，估算出每沉降1毫米可以造成2億元的經(jīng)濟損失。這里有直接的損失，例如沉降對堤壩、住宅、廠房的損壞、對道路和橋梁的損壞，各種輸水輸氣管線的破壞和沖毀農(nóng)田等等。也有間接的損失，例如海水倒灌造成農(nóng)業(yè)的損失、交通運輸運力下降的損失、工廠和商店被淹后的經(jīng)濟損失。劉守祺說，“現(xiàn)在經(jīng)濟的發(fā)達程度遠超過80年代，每沉降一毫米的損失可就不止2億了！”
上海地面下沉的速度在1966年終于得到了控制，1966年到2000年，市區(qū)平均累計沉降量為218毫米，每年沉降6毫米多一點，“控沉”效果顯著。劉守祺甚至記得上世紀80年代個別地區(qū)在回灌后還出現(xiàn)了上升的現(xiàn)象。
這一變化得益于上海從1965年以來實施的一系列措施，主要是限制地下水開采和人工回灌地下水，要求地下水用戶在冬天向地下回灌與其夏季開采等量的自來水，從而恢復(fù)土層彈性，控制地面沉降。上海還修建了最先進的防洪堤壩，建立地面下沉及地下水位監(jiān)測系統(tǒng)，并正在建設(shè)地面沉降自動化預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)工程。
上世紀90年代，隨著經(jīng)濟高速發(fā)展，上海地下水開采量又有所回升，1996年地下水開采量已達1.5億立方米，沉降現(xiàn)象也隨之開始加劇。自2003年起，為緩解地面沉降的壓力，上海開始繼續(xù)減少地下水開采量，據(jù)上海市政府網(wǎng)站發(fā)布的2009年和2010年水資源公告顯示，2009年上海市地下水實際開采總量為2553萬立方米，比2008年減少632萬立方米；地下水人工回灌總量為1755萬立方米。2010年，上海地下水開采量已壓縮到2000萬立方米，是建國以來上海地下水開采量的最低點，僅僅是1963年開采量的十分之一。
從上世紀90年代開始，上海市投入3500萬元，建立了一張覆蓋全市的地面監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。目前網(wǎng)絡(luò)已包括全市各區(qū)縣的43個基巖標、146個GPS監(jiān)測點和326個水位觀測點，能夠隨時預(yù)報上海各區(qū)域地面沉降現(xiàn)狀，為工程建筑項目提前拉響沉降“警報”。
“長三角”聯(lián)合“控沉”
“光我們控制地下水開采不行，上海的地下水與江蘇、浙江都連在一起，需要大家一起控制，長三角城市之間要協(xié)調(diào)合作。”劉守祺說。
2005年，南京地質(zhì)礦產(chǎn)研究所副所長郭坤一耗時4年，花費2000萬元進行了詳細調(diào)查，發(fā)布《長三角地區(qū)地下水資源與地質(zhì)災(zāi)害評價》。報告認為，長三角地區(qū)地面沉降區(qū)內(nèi)累計沉降已超200毫米，面積近10000平方千米。蘇錫常(江蘇省的蘇州、無錫、常州)地區(qū)因不均勻沉降，目前已發(fā)生22處地裂縫地質(zhì)災(zāi)害。上海從上世紀初到2003年，因沉降造成的損失是2900億元；蘇錫常地區(qū)和浙江嘉興也損失了500多億元。
郭坤一發(fā)出警告：按照當時的沉降速度，到2050年，海平面將會上升40厘米至70厘米，長三角很可能就此桑田變滄海。
浙江省國土資源廳地質(zhì)環(huán)境檢測院總工程師趙健康對長三角的沉降形勢卻感到樂觀，“如今已經(jīng)不是這個情況了，沉降好轉(zhuǎn)了很多，個別地區(qū)還上升了。”
趙健康所在的地質(zhì)監(jiān)測院每年都要對浙江全省的沉降情況進行監(jiān)測，并發(fā)布當年的環(huán)境公報。他們發(fā)現(xiàn)，2009年浙江沿海平原地面沉降繼續(xù)呈現(xiàn)減緩趨勢。
趙健康說，長三角的上海、江蘇和浙江聯(lián)動防沉降工作開始于1999年，聯(lián)動以后浙江省每年都大幅降低地下水開采量，生活用水多使用地面水，例如從太湖的上游引水。地下水開采量由2000年的1.5億立方米下降到去年的1600萬立方米。但是因為浙江是長三角里沉降程度較輕的，所以沒有采用回灌。
長三角的另一個“角”江蘇沉降的程度和速度則遠高于浙江，采取的措施則顯得更嚴厲。從20世紀80年代開始，蘇錫常一帶的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)風(fēng)起云涌，但由于環(huán)保意識不強，污水廢水的排放造成了地表水嚴重污染，不得已只好轉(zhuǎn)向地下取水，而過量的開采地下水又使得蘇錫常的“漏斗”連成一體。無錫、蘇州、常州三市及外圍鄉(xiāng)鎮(zhèn)，以地下水水位下降10米計算，漏斗面積已達5000平方公里。
20世紀30年代時，蘇州只有地下深井兩口，到90年代，已增加到304口；地下水開采量從20世紀30年代的日開采500噸飆升至90年代的12萬噸，由此帶來的便是地下漏斗水位由3米下降到61米多。2000年，蘇州市區(qū)地面累計沉降普遍達到40厘米到60厘米，嚴重地段超過160厘米，無錫市區(qū)、常州市區(qū)最大累計地面沉降量分別超過120厘米、110厘米。
2000年8月，江蘇省人大頒布了《關(guān)于在蘇錫常地區(qū)限期禁止開采地下水的決定》，在全國率先通過立法實施地下水限期禁采。此后，地面沉降速率有所減緩。蘇州沉降速率從每年25毫米以上降到小于10毫米；無錫從每年100毫米降到10毫米~15毫米，常州從過去最高每年120毫米降到每年8毫米。
趙健康也很驚訝為什么長三角的聯(lián)動配合得這么默契。他現(xiàn)在很欣賞的一個說法是，“地下水是沒有行政區(qū)劃的”。
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