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地下水和矿藏超采将造就“空心中国”

http://www.sina.com.cn 2011年11月07日 09:26 时代周报 微博

  对大地的过度索取和开发,让空心危机日渐逼近中国。由于多年的地下水超采,辽阔的华北平原已成为世界上最大的“漏斗区”;由于多年采煤,山西采空区达两万平方公里。地球表面的自然平衡被打破。

  对大地的过度索取和开发,让空心危机日渐逼近中国。

  由于多年的地下水超采,辽阔的华北平原已经成为世界上最大的“漏斗区”。一项研究结果表明,包括浅层漏斗和深层漏斗在内的华北平原复合地下水漏斗,面积73288平方公里,占总面积的52.6%;而在北上广深等特大城市,在开发城市地下空间时,亦频频遇到了因为过度开发地下空间而导致地陷的问题。

  有数据表明,随着工业化进程对能源和原材料的巨大需求,我国每年从地表和地表深处开采出超过50亿吨的矿产品。这足以改变地球表面和岩石圈的自然平衡,产生了采空塌陷等地质灾害。

  在山西,因采煤形成的采空区达到2万平方公里,相当于山西1/8的国土面积,仅去年因矿山开发导致的地面塌陷及采矿场破坏土地就达20.6万亩,300万人受灾;而在江苏徐州,为了治理因为采矿而产生的坍塌区,当地的矿务集团正在绞尽脑汁地计算着所花费的每一笔资金。

  被抽空的华北平原

  记者 崔烜 特约记者 温阳东 发自北京、河北

  全国地下水超采区域300多个,面积达19万平方公里,严重超采面积达7.2万平方公里。

  这是水利部水资源司副司长于琪洋10月28日对媒体公布的数字,当天,环保部、国土资源部与水利部在京正式发布《全国地下水污染防治规划(2011-2020年)》,地下水的安全问题得到国家部委前所未有的重视。

  地下水超采引发一系列的环境问题,对于东部地区来说,地表沉降是最为突出的威胁。

  由于多年的地下水超采,华北平原已经成为世界上最大的“漏斗区”。中国地质科学院水文地质环境地质研究所(以下称“水环所”)副所长张兆吉在年初发表的一项研究结果表明,包括浅层漏斗和深层漏斗在内的华北平原复合地下水漏斗,面积73288平方公里,占总面积的52.6%。

  过度攫取所付出的代价是巨大的。根据中国地质调查局2008年发表的《华北平原地面沉降调查与监测综合研究》,华北平原地面沉降所造成的直接经济损失达404.42亿元,间接经济损失2923.86亿元,累计损失达3328.28亿元。

  对于漏斗区的恢复,许多人都不约而同想到了封井,即禁止地下水的开采,然而,在人均水资源仅是全国15%,不到世界人均4%水平的华北平原,放弃使用地下水几乎不可能。

  抽空的地下

  “我从上世纪80年代初毕业开始就做地下水的研究,甚至我的父母也是研究地下水的,我们对地下水的感情特别深,但这并不是说我们一开始就意识到了这些问题。”水环所研究院费宇红是张兆吉的项目合作人,她告诉本报记者,上一辈的地下水研究者基本只着眼于如何挖掘利用地下水的潜能,至于如何保护,并没有人意识到有这样的问题。

  “华北的百姓有个说法,叫‘十年九旱’、‘十年就涝’,也就是说,十年中有九年都会遇到旱灾水灾的困扰,春天庄稼要开始长的时候往往就是大旱,而到了庄稼要收的秋天,很可能就突然下一场暴雨,洪水把田地房屋一下都冲垮了,应对的方案就是修水库、打井,1963年的一场大洪水,让国家其后两年在流域上游修起了一座座的水库。”费宇红所指的大洪水发生则是华北平原上范围最广的海河流域,造成了极大的损失。

  “当时水库水的用途主要就是城市生活用水、灌溉用水,其中灌溉用水是大头,但没想到后来城市的用水量越来越大,灌溉基本上用不到了。”费宇红说。

  但让人措手不及的是,水库修建之后的几十年内,华北平原进入了一个枯水期。1979年至今的30年来降水量年均减少74.9毫米,降水资源量减少了104.3亿立方米。而另一方面,地区内人口比起80年代初增加了37%,人均水资源量急剧减少,从1952年的735立方米直降到2009年的302立方米。

  气候只是一方面,更大的影响却是人的活动。

  “水库的好处是用水方便,但同时也加大了区内的水面面积,换句话说,蒸发的面积加大了,蒸发的总量也加大了。”费宇红介绍,华北平原的年均蒸发量高于1500毫米,是降雨量的数倍,但这并不意味着水资源留不住,因为只有水面才有这么高的蒸发量,“地下水显然是蒸发不了的,但很多水库都陆续做了防渗漏处理,水根本到不了地下去,只能白白地挥发掉。”

  干旱越来越频繁,而粮食生产的压力却越来越大,农民只能从地下寻找所需的灌溉水资源,而随着技术的进步,打井也变得越来越容易。

  在60年代的时候,水环所所在的正定地区地下水只有“一扁担深”,而如今浅层地下水水位深度却已经大于30米。而在平原东面的沧州,由于浅层水盐度高,无法使用,一直依赖深层地下水,井深从100米一直延伸到400米、500米。

  根据官方在2010年的通报,华北平原地区几十年来共超采地下水1200亿立方米,远大于减少的降水资源总量,换句话说,即使气候不转向,也无法阻止超采的发生。

  根据水环所多年来的监测和研究,华北平原的地下水分水线在50年代、60年代基本是平行分布,而到了1970年,围绕超采区域形成的地下水漏斗已经形成,并在80年代、90年代急剧加深。

  到2005年,最为严重的沧州漏斗中心水位已经是103米。

  “对于浅层地下水超采的地区而言,问题比较容易解决,只要集中下几场大雨就能将水位补上来,但深层地下水超采的地区必然会造成地质沉降问题,深层的地下水补充非常困难。”费宇红解释说。

  事实正是如此,在1970年,沧州地区的沉降仅为9毫米,而1998年到2001年之间,沧州地区的累积沉降量约450毫米,到了2005年,沉降中心累积沉降量已达到2457毫米,地面沉降的速率在加快。

  干淀危机

  地下水的漏斗只能通过科学监测来了解,但超采同样能够在地表的湿地上表现出来,而湿地的荣枯正是地下水资源量最直观的标志。

  位于北京南面160公里的白洋淀,正是华北地下水资源最好的晴雨表。80年代至今,这个曾让作家孙犁沉迷一生的华北大湿地已经数度“干淀”,在1983-1985年,更是连续5年滴水不进,水生生物完全灭绝。

  “‘干淀’问题和地下水是有密切关系的,也就是说泉水是往外冒,补给地表水,但是现在地下已经成了一个漏斗,上面地表的水就漏到地下去了,所以白洋淀存不住水了。”中科院地理科学与资源研究所研究员贾绍凤对时代周报(微博)分析道。

  在地理上,白洋淀属于大清河水系,也是海河流域的一部分,纳瀑河、唐河、漕河、潴龙河、拒马河等在这里汇流之后,从赵北口闸口进入大清河并在天津入海。

  10月31日,大约经过了两个小时,记者乘坐今年70岁的马大爷的船从小田村来到赵北口的河道闸门,却看到闸门紧闭,白洋淀内没有一滴水流出,最后只好怏怏折回。

  “这个闸门多年来基本是不开的,据说只有水位高于8米的时候才会开闸泄洪,可是你看,这河道水深基本也就3米,而且这水也不是原来的,只是从黄河调过来的,还得花钱买,村里开旅店的都要分担调水的钱。”据马大爷介绍,由于今年雨水稍多,白洋淀水位比往年稍微高了点,但离正常的水位还有相当的距离。

  尽管如此,大清河水系的支流今年依旧没有任何水流入白洋淀,常年不流动的水面失去了自净能力,呈墨绿状,而靠近村庄的水域,由于生活污水的加入,更是臭不可闻。

  “上游都修了一个一个的水库,怎么还会有水下来,要水的话都得河北省去跟山西省买,凭安新县根本做不到这样的事,后来实在没办法了,省里就跟山东买来了黄河水。”马大爷回忆说,自从70年代水库陆续修好之后,白洋淀就开始“干淀”,在1983年,更是长达五年完全干涸,河床裸露,鱼虾灭绝。

  “那个时候,我们都到白洋淀里种地了,拖拉机也直接在淀里开,谁知道1988年,突然就来了洪水,才又开始在水里养鱼养虾收芦苇。”马大爷多次跟记者强调,真正的白洋淀是在日本人占领的时候,那时候河道开着30-50吨的粮食船,一直开到天津。

  所谓的“干淀”,其实并非指类似于1983年的水面完全干涸,而是指白洋淀蓄水量在5000万立方米以下、水位在6.5米以下的情形,在这种情况下,如果不调水补救,白洋淀就很可能完全干涸。从1970年开始,白洋淀就发生“干淀”十余次。最近的一次是在2006年,最后终于在水利部的主持下,海河委和黄河委协调启动了“引黄济淀”工程,化解了危机。

  尽管有北方水乡的美誉,但白洋淀地区依旧没有逃离漏斗的命运。

  根据贾绍凤的研究,白洋淀流域平原区的地下水平均埋深从1974年的3.95米下降到2007年的20.79米,平均每年下降0.51米,且年下降速率基本呈上升趋势,2007年的最大埋深更是达到43.77米,丝毫不亚于其他缺水地区。到2007年,保定市区、顺平、清苑、徐水局部围绕满城县,已形成了一个连续的地下水降落大漏斗群。

  不过值得注意的是,在白洋淀进行大规模调水之后,漏斗情况有所改善。

  2000年,在白洋淀沿岸的安新县中部和高阳县东部曾有明显的局部漏斗,但到2007年时,这两个漏斗都不明显了。其原因与白洋淀生态补水保持一定水面后湖水对地下水的补给有关。

  调水救急

  “引黄入淀”,被认为是挽救白洋淀生态的关键工程。

  在2006年实施“引黄入淀”之前,河北省政府从1992年就开始调水补充干枯的白洋淀,包括从远至邯郸的岳城水库调水,但基本类似于拆东墙补西墙,只是在华北平原内部进行调剂,能调的水量有限。

  “引黄入淀”则从黄河位山引黄闸开始,从刘口闸进入河北境内,为衡山湖、白洋淀以及天津调水,位山闸到白洋淀段距离为399公里,总调水量一般为7亿立方米左右,到达白洋淀的水量为0.5-0.7亿立方米。值得注意的是,“引黄入淀”途经沧州等多个漏斗区。

  “‘引黄入淀’只是经过沧州的边上,对沧州影响比较小,引水量也不是很大,但是对引水线的地下水的补给作用是有的,大部分都能在沿途渗漏下去。”贾绍凤分析说。

  费宇红则认为,“引黄入淀”对近几年沧州遏制住漏斗加剧起了相当关键的作用。“2005年后虽然沧州的深层地下水位尚未回升,但下降速度已经比过去大大减缓了,原因就是沧州调来了黄河水,可以有条件封井,停止开采地下水。在封井的情况下,地下水位是可以逐年慢慢恢复的,尽管时间会比较长。”

  水利部海河委的老专家董汉生1992年曾论证“引黄入淀”工程,但没想到这一工程十多年后才得以实现。他当时认为,与耗资巨大的南水北调中线工程相比,“引黄入淀”投资小,见效大,能有效减缓华北的缺水问题。

  引黄7亿立方米的调水量与华北平原每年200亿立方米以上的地下水开采量相比,显然有些杯水车薪,并且由于黄河本身水质污染严重,泥沙含量大,水资源的价值并不大,而南水北调的规划调水量则高达130亿立方米,并且选取了水质较好的汉江。

  “我个人观察是整个海河流域的用水量近年来基本上在下降,在南水北调之后,基本上可以替代超采的地下水,可以让地下水得到逐步的恢复。”贾绍凤对南水北调的期望甚高。

  但地下水专家费宇红则表示了担忧,“毕竟平原地区那么广大,而南水北调的水只能用于干渠沿线,水价也较高,农民用不起,农业灌溉用水占超采的80%以上,调水可以解决城市的用水问题,对于大面积的地下漏斗并不能完全解决。”费宇红认为,更为治标的办法还是节水,包括加强抗旱作物的推广、灌溉方式的改变等。

  相对于超采,费宇红对目前地下水的污染问题更为担忧。虽然从2005年以来,张兆吉、费宇红的团队已经对华北、华东、珠三角等平原、三角洲地区的地下水污染陆续进行了调查,但却都只是初步的了解,甚至对污染水源的流动速度,依旧无从了解。

  “所以这次国务院的规划还是从监控入手,只有充分摸清楚了家底,我们才好动手进行治理。”费宇红介绍说,目前对于地下水的污染问题还只是在调查阶段,至于治理,更是极为长期的过程,“比如说有机污染,比无机污染还容易致癌,美国人90年代开始着手处理时认为需要100年时间进行治理,而我们则只是近几年才刚刚开始。”

  《全国地下水污染防治规划(2011-2020年)》提出,未来将总投资346.6亿元用于地下水污染防治,抓紧开展地下水污染状况调查和评估,划定地下水污染治理区、防控区和一般保护区,保障地下水饮用水水源环境安全。

  也许,迅速地构筑稳固的地下水防线,才是目前最为可行的方案。

  城市地陷危机

  记者 洪若琳 发自广州

  一次偶然,科学家发现地下突然出现一个大洞,城市面临塌陷的危险,与此同时,盛大的狂欢节却迫在眉睫。他费尽心力,最终解除了这场危机。

  这是美国灾难片《地陷危机》里的故事。

  现如今,电影里的情节,也许正在逐渐逼近我们赖以生存的城市。

  地下隐患

  10月30日,深圳梅林路跟梅村路交界路段,伴随着一阵轰鸣,路面出现一个深约5米、面积100平方米的大坑。

  这是该路段在今年以来的第六次地陷,事发地段属于“广深港客运专线”工程项目,施工方负责人向媒体表示,坍塌主要是地质原因造成的。

  记不清这是今年以来的第几起城市地陷事故了,今年年初国内各大城市地陷频发,甚至在最初被误传为城市“天坑”。

  10年前,地陷还算大新闻,但如今人们对此已司空见惯。究其原因,矛头皆指向城市建筑工程的地下安全问题。

  早在2009年,广州市国土房管局发布的《广州市2009年度地质灾害防治方案》(以下简称“《方案》”)就曾经作出预测,称当年可能因工程施工引发地面塌陷、沉降的地段有46处,需重点加以防范。

  《方案》中还具体预计到,广州市地下轨道交通项目,地质灾害隐患达32处之多。

  今年6月份,在广州地铁漏水、珠江新城地陷频发的背景下,《南方都市报(微博)》刊出一篇题为《广州三大断裂带不宜开发地下空间》的新闻稿件。

  文章中提出,广州西北部广花盆地的岩溶分布,瘦狗岭断裂带、广从断裂带、广三断裂带等活动断层,以及珠江两岸分布的较厚软土层,都会对开发地下空间带来极为不利的影响。

  在这些区域建地下空间,建筑或将下沉。

  新闻的结论出自《广州市城市地下空间利用的地质环境条件评价与地下空间资源区划成果报告》(以下简称“《报告》”)。该《报告》属于广东省地质调查院承担的“广州市城市地质调查”项目六个专题之一,是广州市首次对地下世界作出系统的调查和研究。

  但报告的起草人之一,广州大学土木工程学院的郑先昌教授,对新闻当中所下定论却并不同意,但也不置可否。“在我们搞地质的人来看,并不能把地质地貌的情况简单分为能否做地下开发,这样太武断了。科学的做法,应该针对不同的地质做不同的处理,达到安全建筑的目的。这个涉及专业,一时半会无法解释清楚。”郑先昌对时代周报记者如是说。

  但郑先昌也提出自己的担忧。“现在更主要的隐患,不是单个工程的地质项目是否合格,而是,城市建筑过多过密,地下基坑的地质情况已发生变化,而大多数施工方在设计最初,并未将周围建筑的地质情况考虑在内。单个建筑与周围的建筑之间,地质互相影响、挤压,造成沉降,甚至引发地陷。”

  庞大空洞

  林宇恒(化名)是一名注册岩土工程师,一年当中,大部分时间都在工地。他告诉记者,对周边地质情况的勘测,按理是一个建筑项目的前期常规流程。“最常见的就是用钻机直接钻入地下,取芯,做相应的测试,通过计算,算出承载力,然后将地质情况通过报告的形式提交给设计单位。”

  “但,这个工作做得很少,通常只关注自身建筑的地质情况。”林证实了郑先昌的说法。

  这种情况造成城市地下空间开发的无序浪费,《报告》称,“其后果是既浪费了部分地下空间资源又对地下空间的后续开发增加了难度,迫使地下空间向更深部发展。”

  此次《报告》研究按照浅层(0-15米)、中层(15-30米)、深层(大于30米)三个空间域,对广州市中心城区(老八区)和番禺区开展了地下空间资源质量分区评价。结果得出,浅层、中层、深层地下空间资源质量评价为差以及很差的面积,分别占全区总面积的38.65%、13.9%、7.06%。

  媒体就《报告》统计出,广州城区的浅层地下空间资源,可合理开发利用资源量面积约占调查区域总面积的八成。郑先昌对这个结论解释道,“并不是说八成可以浅层开发,剩下的就只有两成可供中层和深层开发了。只是,各深度开发不能同时在一个项目区域内进行,比如某项目已经进行过中层开发了,就不能再进行浅层开发了。”

  “大部分地段浅层地下空间资源已无法利用,只能向中、深层地下空间资源方向发展。”《报告》中这段话对地下空间开发现状给出中肯的意见。

  记者查阅到,目前,国内外学者普遍认为,城市地下空间开发的利用资源量,应为城市的总面积乘以合理开发深度的40%。虽然这种方法被认为过于简化和单一,许多影响因素没有考虑在内,但仅以广州为例,地下空间的开发已远远超过40%。

  据不完全统计,截至2010年5月,广州已建和在建的8条地铁线路总长度达到212km,18层以上的高楼有7000多栋,100m以上的超高层建筑有360多栋。商品房楼层由中低层(<10层)向高层(10-20层)或超高层(>20层)发展,部分区段(如珠江新城)呈现出高楼林立、建设集中的态势。

  “城市建设初期,对地下世界的研究比较有限,缺少系统的指导,造成了地下资源的浪费,这是很可惜的。”郑先昌对时代周报记者说道。他目前的工作就是进行针对性的调查,最大限度地保证地下资源开发的合理性和安全性。

  但林宇恒更担心的是,地下人为挖掘的庞大空洞,使得水土流失所带来的后果。“在水泥路面的掩饰下,我们生活在一个巨大空洞上方。”

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