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正在沉没的海岸带

发布日期: 2022-05-12 14:46:10  |  浏览:  0

2019年8月26号,印度尼西亚正式宣布了其迁都计划,决定把首都从爪哇岛的雅加达迁移至东加里曼丹省。举世震惊之余,迁都背后的动机值得深思。

除了政治考量和亚洲超大城市共有的城市病(巨量人口、拥堵和污染)外,迁都还有其他的关键动机:严重的城市地面沉降和海/洪水泛滥威胁。由于多年的地下水非法开采,雅加达城市地面每年平均沉降速率达到5厘米~10厘米,累计最大沉降量已达4米。对于这个坐落在河口海岸带的都市圈来说,如今已有40%的区域地表高程处于0米高程线以下。无论是河水上涨还是海平面上升,整座城市都处于河水/海水的泛滥威胁之下。有学者估算,如果不采取有效措施,按照目前全球海平面上升速率(平均3.2±0.4毫米/年),北雅加达绝大部分地区可能在2050年之后被海水淹没。


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事实上,严峻的地面沉降形势并不仅仅限于雅加达一地,在世界范围内地面沉降早已成为了海岸带地区各大城市的一个主要工程地质问题,比如中国的长江三角洲城市群、泰国的曼谷、日本的东京等地。海岸带地区的地面沉降还会诱发一系列其他环境地质灾害,包括风暴潮灾、湿地淹没、海岸侵蚀、海水入侵、洪涝与污染加剧等。


造成海岸带地区地面沉降的主要原因分为自然因素和人为因素。其中自然因素包括构造下沉、地震或火山活动、松散沉积物自然压实固结,以及滨海湿地区有机碳的分解等。


我国海岸带平原,包括滨海湿地地区,大多伴随河口三角洲进积而形成,其通常位于构造沉降盆地内,基底通常表现为继承性的缓慢下沉。如:现代黄河三角洲位于济阳凹陷区,第四纪以来构造沉降速率约为2毫米/年。而在构造断层带处的地面沉降速率通常更快,比如密西西比河三角洲沿米丘德断层带地区,1969年~1971年构造下沉平均速率达16.9毫米/年。地震或火山活动则通常会造成突发性的地面下沉,如渤海中部1969年里氏7.4级的地震,造成黄河三角洲局部地区平均约15 厘米的下沉。


三角洲沉积物载荷的自然压实固结作用也可引起显著的地面沉降。通常自然压实作用分为深层地层压实和浅层地层压实。


深层沉积物压实量通常很小,比如:密西西比河三角洲地区中更新统地层(埋深100米)沉积物压实造成地层下降平均速率仅0.16毫米/年~0.22毫米/年。但也可能会造成意想不到的结果。比如:湄公河三角洲中部地区由于深部地下水超采,造成了埋深200米~500米上新统—中新统黏土层被严重压实,导致砷元素进入深层地下水中,结果该地区约有900口井中砷离子含量超出安全可饮用范围。


浅层沉积物特别是全新世地层中泥炭层以及软土层(粉砂质黏土、黏土质粉砂等),是自然压实最活跃的层位。工程地质实验显示,黄河三角洲中全新世软土沉积物是自重压实沉降的主要贡献层,占到沉积物压实沉降总量的65%。意大利波河三角洲地区自然压实造成的地面沉降平均速率在7毫米/年左右,且越新沉积的区域平均沉降速率通常也越快,如河口地区最新沉积物沉降速率达到15毫米/年。密西西比河三角洲全新世泥炭压实量平均约5 毫米/年~10毫米/年,是该地区地面沉降的主导因素。


此外,滨海湿地中的泥炭不仅仅容易压实,其(生物)氧化作用也能发挥“压实”的作用。莱茵河—马斯河三角洲地区全新世浅表泥炭层非常发育,平均有2米~4.5米厚,由于泥炭开采导致其暴露空气中,造成的氧化分解作用使得局部地区近1000年来下沉深度累计达到4米,而近11年来每年的浅表底层沉降速率依然可达到140毫米/年。


人为因素造成海岸带地区地面沉降主要包括城市工程建设以及地下流体资源(地下水、石油、天然气等)开发利用导致的固结沉降等。位于长江三角洲核心地区的上海市由于高层建筑工程建设导致的地面沉降量约占40%。位于弗雷泽河三角洲地区的加拿大温哥华市区由于人工建筑的增加,2002年~2006年地面沉降速率从以往的1毫米/年~2 毫米/年上升到了3 毫米/年~8 毫米/年。


相比起工程建设,地下流体资源的开发利用对地面沉降的影响更加显著,被认为是城市或区域地面沉降的罪魁祸首。长江三角洲地区的上海—苏州—无锡—常州—嘉兴等地,曾经由于地下水的过度开采,累计沉降量达到0.82米~2.63米,沉降区域面积合计达到26830平方千米;黄河三角洲南侧的广饶地区,由于地下水开采导致沉降漏斗中心区平均沉降速率在10毫米/年~25毫米/年,最大值达到70毫米/年;湄公河三角洲地区由于地下水超采,区域平均下沉速率约16 毫米/年,严重的区域如胡志明市下沉速率高达40毫米/年;希腊北部的Gallikos 河三角洲地区1995年~2001年地下水使用的急剧增加,使得地面的沉降速率最高达到了45毫米/年;美国加州圣华金谷地农业用水导致地下水超采,1925年~1977年间最大沉降量超过8.5米。


除地下水之外,油气资源的开发对地面沉降也有很重要的影响。黄河三角洲地区胜利油田开采区在2000年之前地面沉降速率达到33.2 毫米/年;波河三角洲天然气开采区上世纪五六十年代累计沉降量达到3 米左右,最大沉降速率约300毫米/年;美国西海岸长滩市威尔明顿油田地区由于长期的石油开采,1947年~1957年沉降速率每年达到500 毫米,到1966年其局部最大累计沉降量达到9米。


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