北大城环学院生态研究中心领衔发表Science论文，系统评估我国城市地面沉降的格局、机制及可能影响

该研究量化了我国大中型城市的地面沉降格局，揭示了城市沉降的潜在成因与可能影响，并肯定了我国地面沉降的系列防控措施（地下水调控、南水北调、沿海堤坝建设等）所带来的效益。研究为制订未来城市减灾政策、实现我国及联合国相关的可持续发展目标提供了关键支撑。

　　

近日，北京大学城市与环境学院生态研究中心与华南师范大学北斗研究院联合20多家单位，量化了我国大中型城市的地面沉降格局，揭示了城市沉降的潜在成因与可能影响，并肯定了我国地面沉降的系列防控措施（地下水调控、南水北调、沿海堤坝建设等）所带来的效益。研究为制订未来城市减灾政策、实现我国及联合国相关的可持续发展目标提供了关键支撑。

地面沉降是一个全球性问题，被称为“城市的慢性病”。美国休斯顿百年来沉降区域超过8000平方公里，部分区域累积沉降量超过3.5米^[1]；荷兰约25%的国土面积已沉降至海平面以下^[2]；墨西哥城大片区域的沉降速率更是达到了惊人的每年40—50厘米，可能是全球沉降最快的城市^[3]。在我国，地面沉降最早发生于20世纪20年代的上海和天津 ^[4]。2012年水利部印发的《全国地面沉降防治规划2011—2020年》指出，我国累计地面沉降量超过20厘米的地区达7.9万平方公里。因此，近几年我国正在加快进行地面沉降的系统性监测工作。

图1. 我国大中型城市地面沉降的格局。图中每个圆圈表示一个城市，圆圈的3部分分别为3个沉降指标：所有沉降区域的面积比例（P_3mm），沉降速率快于1厘米/年的区域面积比例（P_10mm），以及城市内部所有地区的5分位数沉降速率（V_5th）。灰色部分圈出了沉降速率相对较快的5个城市区域。左下图显示了3个指标在全国尺度（即所有城市综合考虑）的统计值

然而，针对承载大量人口的城市，当前依然缺乏全国尺度、基于统一方法的沉降评估。为此，联合研究团队利用干涉合成孔径雷达技术（InSAR），首次量化了我国82个大中型城市2015—2022年间的地面沉降速率及格局。结果表明，东北、华北、华中、西南，以及东南沿海的5个区域中的城市沉降较为明显，典型沉降城市包括天津市以及台湾省的彰化市。全国所有城市综合来看，29%的城市地面正在轻微沉降（速度低于每年1厘米），仅16%正在经历较快的沉降（速度超过每年1厘米），后者承载着约7%的城市人口。若考虑沉降速率高于每年2厘米的区域，其面积占比进一步降低为5%。就中位数而言，全国所有大中型城市地面沉降速率的中位数为每年约2毫米。上述比率与速率与其他国家相比并不算高。例如，伊朗超过90%的区域在沉降，整体沉降速率高达每年约6厘米^[5]；美国除了休斯顿这样的快速沉降城市之外，其海岸32个城市的中位数沉降速率多处于1—6毫米之间，其中墨西哥湾地区的城市沉降中位数速率多超过每年3毫米^[6]。

图2. 我国大中型城市地面沉降区承载的人口分析。A图显示所有大中型城市综合考虑下，所有沉降区域承载的人口比例，B图与A图类似但显示沉降速率快于1厘米/年的区域承载的人口比例。C图显示这两种比例在每个大中型城市的分布情况

地面沉降的影响因素众多，其中地下水开采、城市扩张等因素的影响较为明显。科学、长期地控制地下水可能是缓解地面沉降的关键。文章特别指出，南水北调工程对北京等城市地面沉降的稳定或回升起到了非常积极的作用；上海及其周边的地下水控制措施应该是该地区沉降不明显的主要原因。

此外，沿海城市还额外面临着海平面上升的风险，因此本文综合考虑海平面上升和城市沉降的双重影响，预测了未来100年，相对海拔低于海平面的沿海城市土地面积及人口数量。结果表明，约26%的沿海地区、11%的人口面临着潜在的威胁，忽视地面沉降将低估受影响的地区和人口比例。文章也特别提到，由于我国建立了世界上独有的、庞大的沿海堤坝系统来抵御海平面上升，上述风险是能够被规避的。

图3. 我国沿海大中型城市在未来100年中的地面沉降与海平面上升综合分析。A与B图显示不同情境下（不同海平面上升速率，以及是否综合考虑地面沉降）综合考虑所有城市，未来100年中地面海拔将低于同期海平面的土地面积及人口占比。C和D显示“最快海平面上升速率+地面沉降”情境下，沿海各大中型城市在2120年海拔低于海平面的土地面积与人口占比

最后，研究团队指出中国正在积极地应对地面沉降。事实上，我国城市地面沉降的整体速率与国际相比并不算高，重要的原因在于我国开展了持续的地面沉降防控工作。2004年以来，随着《地质灾害防治条例》实施，全国各地均开展了地面沉降的治理工作，北京、上海、天津、西安等多个城市均观测到地面沉降的减缓甚至回升。2021—2023年，我国进一步颁布了《地下水管理条例》《地下水保护利用管理办法》等一系列法律法规，加快促进地下水恢复及地面沉降的防治。文章结尾呼吁各界协作努力，并相信我国城市的地面沉降会得到有效的解决。

上述研究成果以“A national-scale assessment of land subsidence in China's major cities”为题，于2024年4月19日以Research Article的形式在线发表在Science上，同期发表Robert J. Nicholls 和Manoochehr Shirzaei教授的Perspective文章“Earth's sinking surface”对上述成果进行点评并兼论全球的城市地面沉降。华南师范大学敖祖锐副研究员、北京大学城环学院生态研究中心博士生胡晓梅、北京大学城环学院生态研究中心陶胜利研究员为共同一作；陶胜利为通讯作者。合作者来自北京师范大学、南方科技大学、杭州师范大学、休斯顿大学、浙江大学、中山大学、新罕布什尔大学、广东工业大学、海南大学、南京师范大学、郑州大学、西南交通大学、中国科学院等28个高校与院所。研究获得了国家自然科学基金委优秀青年科学基金（海外）、基础科学中心（31988102）、杰出青年科学基金（32025025），以及中国科学院战略先导项目（XDA26010303）等的资助。

参考文献

[1] https://texaslivingwaters.org/houston-subsidence-mapping-tool

[2] Herrera-García G, Ezquerro P, Tomás R, et al. Mapping the global threat of land subsidence[J]. Science, 2021, 371(6524): 34-36.

[3] Chaussard E, Havazli E, Fattahi H, et al. Over a century of sinking in Mexico City: No hope for significant elevation and storage capacity recovery[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2021, 126(4): e2020JB020648.

[4] Wang Y Q, Wang Z F, Cheng W C. A review on land subsidence caused by groundwater withdrawal in Xi’an, China[J]. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 2019, 78: 2851-2863.

[5] Negahdary M. Shrinking aquifers and land subsidence in Iran[J]. Science, 2022, 376(6599): 1279-1279.

[6] Ohenhen L O, Shirzaei M, Ojha C, Sherpa S F, Nicholls R J. Disappearing cities on US coasts[J]. Nature, 2024, 627(8002): 108-115.