北京地面沉降起底：10年后最大累积下沉或达2米

　　王尔德 平亦凡

　　洗脸、冲厕、淘米做粥，家住北京通州区乔庄北路乔庄北区的李先生10年间的清晨都围绕着水龙头开启。

　　除了刚入住时被告之该小区生活用水是“小区水”(即非市政管道供水，是小区自备井抽取地下水)时，李先生心存了些疑虑(自备井水质问题)。其后，他再也没对此关心过。

　　不过，这样的自备井小区或将迎来改变。

　　“北京市地面沉降的范围、幅度和速率与地下水超采明显相关，地下水强超采区与地下水位降落漏斗中的中心区与地面沉降区在时间和空间上的分布具有高度的一致性。” 中国地质环境监测院的王萍在2004年发表的《北京市超量开采地下水引起的地面沉降研究》指出，“因此可以说，北京市地面沉降发生、发展的主要原因是由于超量开采地下水。”

　　事实上，李先生小区所在的区域正是地下水超采与北京地面沉降速度发展最快的区域之一，即包括管庄和黑庄户在内的通州西部地区。

　　“截止到2010年，北京市累计地面沉降量超过200mm的面积为2474.70平方千米，已经占到了北京平原面积的1/3。”北京市地勘局副局长吕晓俭对本报介绍，“从分布上来看，主要集中在南北两个大区，形成了五个沉降区。”

　　具体而言，五大沉降区，北区主要包括：昌平区东南的沙河-八仙庄、朝阳区的全部、顺义区的南部和通州区的西部，南区主要分布于大兴区的南部。

　　作为特大型城市的北京，近10年来人口急剧膨胀，地下水已成为北京供水来源的三分之二。而地下水超采导致北京成为全国地面沉降发展较快的区域。

　　为了防治地面沉降，北京市将采取严格限制地下水开采的措施。“2014年汛期之后南水北调中线工程向北京供水10亿立方米，这将为北京减少对地下水的依赖提供了很大的空间。”北京市水务局水资源处处长戴育华对本报介绍，“我们已经根据水利部的要求提交了未来的压采(削减地下水开采量)方案。”

　　也有专家建议，北京可考虑对未来五年或十年的地下水开发总量进行总量限制。“北京的人口已超水资源的承载能力了。”吕晓俭称，“严格控制城市人口规模是解决水资源紧缺，缓解地面沉降的关键。”

　　京城5大地面沉降区

　　随着人口膨胀导致的地下水超采等因素，北京地面已悄然变形。

　　“北京的地面沉降经历了一个缓慢演变的过程，现在北京平原区已成为国内地面沉降发育严重的区域之一。”中国地质环境监测院地下水室主任高存荣对本报记者表示。

　　北京市地面沉降由来已久。北京市水文地质工程地质大队助理工程师杨艳曾经在与他人合写的《北京平原区地面沉降现状及发展趋势分析》一文中指出，北京地面沉降最早于1935年在西单到东单一带被发现，当时的沉降速率较低，截至1952年的17年间，最大累计沉降量仅为58mm。

　　根据杨艳等人的研究，从上世纪五六十年代起，随着东郊地区电子工业区、纺织工业区的迅速发展，地下水大量开采，逐步形成东郊沉降区。对此，中国地质环境监测院的王萍在2004年发表的《北京市超量开采地下水引起的地面沉降研究》一文中进一步指出，北京市的地面沉降的发展历史分为四个发展阶段。

　　第一阶段是 1967-1973年地面沉降区的缓慢发展阶段。地面沉降以每年几毫米至每年十几毫米的速率发展；接下来是 1973-1981年快速发展阶段。地面沉降以每年几十毫米的速率快速沉降， 形成了东郊八里庄大郊亭和来广营二个沉降中心。

　　第三个阶段是1981-1987年沉降缓慢发展阶段。地面沉降速度下降， 趋于缓和， 地面沉降面积不断扩大。“从第二个阶段到第三个阶段地面沉降的速率开始下降，原因在于地面沉降的速率具有一定的规律，它在达到一定水平之后会减缓，而不会一直持续高速下降。”高存荣解释。

　　在王萍看来， 1987-2000 年为新的地面沉降区形成阶段，新的沉降区主要存在远郊卫星城及开发区。“1999年之后，北京开始连年干旱，地下水超采严重，导致地面沉降快速发展。”一位接近北京市国土局的专家对本报分析，“到2010年，最大累积沉降量达到1233mm，沉降速率保持了较高的水平。”

　　“截止到2010年，北京市累计地面沉降量超过200mm的面积为2474.70平方千米，已经占到了北京平原面积的1/3。”北京市地勘局副局长吕晓俭对本报介绍，“从分布上来看，主要集中在南北两个大区，形成了5个沉降区。”

　　其中，北区主要包括：昌平区东南的沙河-八仙庄、朝阳区的全部、顺义区的南部和通州区的西部，累计地面沉降量超过200mm的面积约为1692.93平方千米；南区主要分布于大兴区的南部，累计地面沉降量超过200mm的面积约为781.77平方千米。

　　同时，“根据北京市地面沉降危害分区参考标准，城市建设发展相对较缓的郊区县，年沉降速率30-50mm/a或累计沉降量500-1000mm区域属于地面沉降较严重区；大于50mm/a或1000mm的区域为严重区。”杨艳等人撰文指出，市区内及重点城镇区，年沉降10-30mm/a或累计沉降量300-500mm的区域为地面沉降较严重区；大于30mm/a或500mm的区域为严重区。

　　杨艳等人的统计结果表明，北京市地面沉降较严重区和严重区面积正在不断扩大，由最初的几十平方千米已经扩大到2009年底的1225.41平方千米，覆盖面涉及海淀、朝阳、昌平、顺义、通州、大兴等区县。

　　让人担心的是，北京平原地区的地面沉降仍在快速发展。“2011年，五大沉降区的平均沉降量，与1999-2005年的平均值相比翻了一番。”前述接近北京市国土局的专家对本报透露。

　　根据吕晓俭的介绍，昌平沙河-八仙庄沉降中心最大累计沉降量达到1.23米，是北京市沉降量最大的地区。南区的礼贤沉降中心累计最大沉降量也达到1.03米，而通州台湖和朝阳的金盏地区近年来沉降速度很快，近3年的年最大沉降量(即沉降中心地面沉降速度)都超过130mm，2008年-2010年分别为134.51mm、137.51mm和135.8mm。

　　“整体上来看，北京地面沉降的形势比较严峻。如果不加以严格控制，照这个速度发展下去，10年后该地区的最大累计沉降量将超过2米。”吕晓俭介绍。“从区域上来看，北京的西部、中心城区和东南地区的地面沉降很小，东部、北部与南部地面沉降很大。”前述接近北京市国土局的专家称，“沉降区在东部连成一片，北部分布比较零散，南部主要是两个区域。”

　　换句话说，北京平原地区发生地面沉降的区域主要在东、南、北三个方向。“从专业角度来说，这些区域主要是冲洪积扇(指半干旱山区河流出口处由冲积洪积物组成的扇形堆积地貌)的中下部地区，这些地区土质较细，由细砂、黏土组成，在这种地层中过度抽取地下水就会产生地面沉降。”吕晓俭介绍。

　　“但西部地区山区较多，并处在山前冲洪积扇的顶端，沉积物以颗粒较粗的砂卵砾石为主，这种粗颗粒沉积物压缩性很小，所以不会发生地面沉降。”高存荣对本报解释。

　　下沉的城市危机潜伏

　　地质学界认为，地面沉降对城市的危害很大，主要包括破坏地市政设施、威胁轨道交通安全、引发地裂缝灾害等方面。

　　“我们发现一个特点，凡是地面沉降严重的地区，管道的破损率最高。西部地区管道破损率小，东部地区破损率高。这当中地面沉降是不容忽视的主要原因。”吕晓俭指出。

　　“第二是对轨道交通的威胁。交通轨道对地面沉降非常敏感，沉降几毫米，都会对交通安全造成很大隐患。”吕晓俭介绍，北京市现在有八条地铁、一条机场快轨。目前地铁13号线、10号线和轻轨大兴线、亦庄线等均经过或靠近沉降区，地面沉降对轨道安全构成潜在威胁。同时，京津、京沈、京唐等城际枢纽工程均通过地面沉降发育严重区。

　　而第三个危害比较复杂，“北京地裂缝的形成原因还在研究之中，目前主流的看法是，地裂缝是隐伏活动断裂和地面沉降两方面共同作用的结果，但是哪个作用更大还需要进一步研究。”吕晓俭指出，“需要强调的是地裂缝比地面沉降的危害更严重，地裂缝的能量非常巨大，再结实的建筑物也可以被切断，但由于形变速度非常缓慢，不易被人们察觉，危害会更大，需要更加关注。”

　　86.7%的平原地区地下水超采

　　为什么北京会发生如此严重的地面沉降？

　　“北京市地面沉降的范围、幅度和速率与地下水超采明显相关，地下水强超采区与地下水位降落漏斗中的中心区与地面沉降区在时间和空间上的分布具有高度的一致性。”王萍指出，“因此可以说，北京市地面沉降发生、发展的主要原因是由于超量开采地下水。”

　　为什么地下水超采以后，会造成地面沉降？“因为地层的支撑力一部分是靠颗粒之间的骨架，就是细的沙、土等颗粒之间的骨架；还有一部分靠骨架里的水。地下水被抽走之后，整个骨架的力量就减小了，这样就会导致地面压缩，进而引发沉降。”吕晓俭对本报分析，地面就像弹簧一样，是弹性体，如果地下水开采适量，就在弹性范围内，不会破坏它，如果超出弹性范围就回不去了。

　　王萍则以北京东郊地区为例，通过实证研究证明了这一点。东郊地区1950年仅有地下水开采井20眼，到1955年为40眼， 此阶段未见地面沉降；1966年地下水开采井数增加到 235眼， 此阶段已发生地面沉降， 年沉降量5mm，为东郊地面沉降缓慢发展阶段；1980年地下水开采井数增加到500眼， 此时东郊地面沉降发展迅速， 年沉降量 达到40-50mm，个别地点达到81mm，1989年为9mm。

　　而1981年以后，地下水开采量得到控制。随着开采量减小，水位下降速率减缓，地面沉降速率也逐年减小，东郊地面沉降中心的双陶1点 1982年沉降量为 31mm，到1989年的沉降量仅为9mm。

　　对此，王萍指出，超采地下水和地面沉降有着同步或者稍滞后的关系，地面沉降与地下水开采量之间称正相关关系，地面沉降量与地下水开采量在月历时上有很好的相关，1-4月地下水开采量大，地面沉降程回弹趋势，4-9月地下水开采量增大，地面沉降量明显增加。

　　同时，一则研究给出了北京市地下水超采的具体数据。根据北京市水利规划设计研究院研究员汪珊等人的研究，北京平原地区地下水超采严重。1980-2005年北京平原地区地下水超采面积达5980平方千米，占平原区面积的86.7%，其中严重超采区面积达2288平方千米，一般超采区面积3692平方千米。

　　从分布区域上来看，严重超采区主要分布北京的中心城、海淀区、石景山、朝阳区西北部、昌平、顺义的西部和东部地区、大兴的中南部地区、通州北部、门头沟山前平原等地，该区平均总补给量8.4亿立方米，年均可开采量8.2亿立方米，年均超采1.78亿立方米。

　　而一般超采区主要分布在城近郊区南部、延庆西部、昌平北部、顺义中不及西北部、怀柔西南、密云平原北部和东南部、平谷平原西部和东部、通州南部、大兴除中南部的地区及房山和门头沟的全部平原等地，该区年均总补给量12.4亿立方米，年均可开采量11.2亿立方米，年均超采1.4亿立方米。

　　“目前，我们还没有更新的超采数据，超采研究需要大量的、长时段的基础数据。”汪珊对本报分析，“我估计，近年来超采的面积不会扩大太多。从趋势上来看，中心区的超采可能会减缓，而郊区的超采可能加重。”

　　超采的直接后果之一即导致被北京平原地区地下水位持续下降，地下水储量减少。根据汪珊等人的研究，截至2005年底，平原地区的地下水平均深埋20.21米，与1980年相比，地下水位下降12.97米，储量减少70.5亿立方，而三年之后，平原地区地下水平均深埋已降至23米，比1990年初下降了11米，地下水储量减少56亿立方米。

　　“由于地下水在北京供水结构中占据2/3以上，这一比例短期内不会发生太大变化。” 高存荣表示，如果地下水的开采量继续增大，地下水水位将持续下降，地面沉降区将会进一步扩大。

　　拟监测轨道交通项目

　　除了地下水超采，地质构造等自然因素也影响着北京城市“变形”。

　　“地面沉降的变化趋势，既与地下水超采有关，也与地质结构特征有关系，其机理十分复杂。”吕晓俭对本报记者分析。

　　因此，对沉降进行监测是预警的重要部分。“北京的地面监测起步于上个世纪九十年代，从2002年开始，北京开始建设地面沉降监测网站预警预报系统，通过监测，掌握了地面沉降的动态变化过程和规律。”

　　本报从北京地勘局获悉，北京市先后启动地面沉降监测网站一期、二期工程，并分别于2004年、2008年分别竣工验收投入使用。该系统主要由顺义区天竺、朝阳区王四营、朝阳区望京、昌平区八仙庄、顺义区平各庄、通州区张家湾及大兴区榆垡7个地面沉降监测站、400余个地面沉降专门测量点、114个地面沉降GPS监测墩、635眼外围地下水动态监测井和7个InSAR(成孔径雷达干涉测量技术)角反射器五部分构成。

　　根据北京地勘局的官方资料介绍，7个地面沉降监测站各监测井每12小时采集一次监测数据，气象站每天监测2次，地面沉降专门测量网、GPS测量网和InSAR测量网每年开展1次测量工作，每年共计完成基岩标监测10220次，分层标监测77380次，地下水位监测27010次，孔隙水压力监测11680次，气象监测4380次。

　　“我们现有地面沉降监测网还没有完全覆盖到整个平原地区，存在监测盲区，须尽快扩展监测网，实现平原区全覆盖。”吕晓俭指出，同时，在地面沉降区域监测基础上，实现重点监测，将监测逐步落到工程、重大的建筑安全上。"

　　吕晓俭进一步透露，由于地面沉降对轨道交通影响很大，所以建议要对一些轨道交通进行重点监测，正准备跟地铁部门合作开展监测，“地铁部门负责监测地铁内轨道的变形或者壁上的漏水、裂缝等，我们主要监测地铁周边及下伏土层的形变，通过轨道内外的监测，提高轨道交通运行的安全程度”。

　　“未来，我们可以在地面沉降比较严重的地段，或者在不均匀沉降地段的地铁沿线对地面沉降加密监测。”吕晓俭指出。

　　本报获悉，北京市地勘局自2004年以来已每年投入1000余万元进行地面沉降监测、研究和预防工作。

　　在此基础上，每年完成《北京市平原区地下水水位年度报告》、《北京市平原区地下水水位年报表》、《北京市平原区地下水资源计算评价报告》、《北京市平原区地下水质监测评价报告》 、《北京市地面沉降监测年度报告》、《北京市地质环境监测成果年度报告》 和《北京市地面沉降监测季度报告》等年度报告和季度报告，其中《北京市地面沉降监测年度报告(2011年)》已在2月上旬通过专家组的审查。

　　“这些报告都是内部报告，我们会提交给北京市国土局。”吕晓俭介绍，其中部分内容会通过市国土局每年发布的《北京市地质环境公报》，向公众公开。

　　地下水控采方案已上报水利部

　　与监测相比，地面沉降的防治更不易。

　　根据今年3月国土部、水利部联合发布的《全国地面沉降防治规划(2011-2020年)》显示，国家对北京市提出的地面沉降控制目标为：2015年区域地面沉降率控制在每年25mm以内，沉降中心沉降速率控制在每年45mm以内。

　　对此，吕晓俭指出，北京市2009年-2011年年度平均沉降量分别为24.77mm、28.76mm和23mm，沉降中心沉降速率137.51mm、135.8mm和128.2mm，由此可见2015年区域地面沉降速率的目标是可以实现的，而沉降中心速率控制的目标则难度较大，需要水利和国土等多部门的共同努力。

　　“北京将对地下水采取严格的限采措施。”北京市水务局水资源处处长戴育华对本报表示。

　　戴育华介绍，2014年汛期之后南水北调中线工程向北京供水之后，根据现有方案会向北京供水10亿立方米，在一定程度上可以缓解北京水资源的紧张局面，这就为北京减少对地下水的依赖提供了很大的空间，“我们已经根据水利部的要求提交了未来的压采方案。”

　　“我们根据包括北京市在内的各个南水北调受水区的限采方案，已经初步编制成南水北调受水区地下水压采整体方案，该方案正在征求意见。”水利部水资源利用司规划处副处长毕恩海对本报透露。

　　戴育华分析，在南水北调向北京供水10亿立方的情景下，北京市将用长江水取代部分城区的自备井，并考虑在水源充分的情况下，研究人工回灌的问题，尽快实现北京地下水的采补平衡。"

　　“在南涝北涝的情况下，水源比较充足，我们提出要在西郊或者北部建设地下水库，用来储存多余的南水北调来水，现在地下水库的建设正处于勘查探究阶段。”吕晓俭指出。

　　汪珊则对本报强调，北京市需正确定位地下水在北京的供水战略中的地位，“在地表水、地下水、外调水、再生水和雨洪水等五个主要供水来源中，优先使用南水北调来水和地表水，以控制压缩地下水开采量，使得开发地区地下水达到采补平衡。

　　同时，她给出了多水源联合配置的供水方案，在中心城及燕山、房山城关、良乡、通州、黄村、亦庄、门城和丰台河西长辛店等新城水源主要由南水北调及密云水库联合供给，本地地下水作为调蓄和备用；顺义、平谷等新城以地下水源供给为主；昌平、怀柔、密云、延庆等新城由地下水源和地表水源联合供给。

　　抑制北京地下水超采局面，除了多途径“找水”，给出硬约束可能更有效。

　　“从战略上来看，是不是要制定一个地下水开采保护的规划，确定一个五年和十年的开采总量目标？有了总量目标之后，可以更好地落实最严格水资源管理制度。”中科院院士薛禹群则对本报提出，对地下水开采进行总量控制在技术上是可行的。

　　在地下水水量之外，地下水的水质也引发了人们的担忧。“北京的地下水水质在恶化，这主要和很多大大小小非正规的垃圾处理点有关，原来的工业用地遗留下来的厂区污染的影响也不容忽视。”清华大学环境学院党委书记杜鹏飞对本报分析。

　　薛禹群提出，北京水资源的利用率问题也值得关注。“从用水结构看，北京的生活、工业、农业用水各占1/3，农业还有一定的节水空间。”吕晓俭介绍，可进一步提高农业灌溉技术，比如借鉴以色列的滴灌技术(即将具有一定压力的水，过滤后经管网和出水管道(滴灌带)或滴头以水滴的形式缓慢而均匀地滴入植物根部附近土壤的一种灌水方法)。

　　同时，多位受访专家对本报强调，从长期来看，解决北京的水资源与社会经济发展之间的矛盾，最关键的还是人口规模问题。

　　“北京的人口已经超过了水资源的承载能力了。现在北京市的用水总量是每年35多亿立方米，发展到最高峰的时候曾达到42亿立方米。”吕晓俭指出，因此，严格控制城市人口规模是解决水资源紧缺，缓解地面沉降的关键。

　　此外，薛禹群提醒， 对北京地面沉降的防治不能太乐观，在地面沉降中可能也存在上海和天津等地发现的蠕变变形的可能，即便北京市停止抽水，水位上升之后地面沉降仍持续，“短短的三年既要限采，又要回复，难度很大”。