一座城市可以在没有山体移动、也没有深坑突然出现的情况下失去数米海拔。有时,只要抽取地基下方的地下水就足以造成这种变化。这种现象不像地震那样剧烈:它缓慢推进,一个街区接一个街区,最终改变城市、地下结构以及沿海地区与海平面之间的关系。

最简单的比喻是一块被挤压的海绵。城市下方的含水层并不是装满水的巨大洞穴。水存在于各种地下材料之间的孔隙中。当大量水被抽走时,结构可能发生压密。地表每年损失几毫米或几厘米,长期累积后就会成为严重问题。

消失的不只是水

过度抽水会降低地下水位,并可能导致地面沉降。这个机制有时被比作一个装水的气球逐渐瘪下去。这个比喻有助于理解基本原理,但存在重要局限:真实地下由不同的地质层组成,各地的反应并不相同。

这正是这种现象容易被忽视的原因。城市在海拔缓慢变化的同时仍可正常运转。沿海地区的问题尤其严重:地面沉降会与海平面上升叠加。因此,对沿海城市而言,失去海拔就等于在当地加快相对海平面上升。

雅加达是一个极端例子。城市部分地区每年下沉超过10厘米。其他估算认为,受影响最严重的区域每年下沉5至6厘米,局部可达20至25厘米。只有64%的人口能够使用自来水,这迫使数百万人依赖缺乏监管的私人水井。因此,抽水与其说是个人选择,不如说是集体基础设施问题。

在墨西哥城,2014年至2021年的InSAR测量显示,部分城区每年沉降超过35厘米。奇怪的是,相邻地区每年却可抬升2厘米。研究人员认为,后一现象与水体质量减少造成的地壳弹性卸载有关。因此,即使在同一座大都市内,地面也不会像均匀平面那样运动。

大阪表明趋势可以改变

大阪的案例尤其具有启发性,因为可以在近一个世纪的尺度上观察这一问题。20世纪20年代至60年代,密集抽水使地下水位最多下降30米。部分地区的地面沉降超过两米。

20世纪60年代初,日本当局对地下水实施严格监管。此后地下水位开始逐渐恢复。近期研究表明,持续补给含水层也可能促使地面回升。

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不过,如果认为只要把水补回去就能完全恢复过去的地面状态,那会产生误导。部分压密可能不可逆,而且观测到的抬升并不均匀。断层尤其会通过引导地下水流动发挥作用。因此,两个相邻区域面对同样的地下水恢复,也可能作出不同反应。

这或许是大阪最有意思的启示:一座正在下沉的城市并不一定注定永远继续下沉。不过,修复含水层并不像给充气床垫打气那么简单。地质会保留几十年取水留下的“记忆”。

成功很少依靠某一种奇迹般的措施

一项发表于Science的研究考察了全球67个含水层恢复案例。三大类措施最为突出:使用其他水源、建立合适的公共政策或环境机制,以及人工补给含水层。

最能说明问题的数据可能是:超过80%的成功项目都涉及寻找替代水源。换句话说,仅仅要求居民、农民或企业少抽水通常并不够,还必须给他们提供其他可用的水。

研究中的大多数成功案例实际上结合了多种干预方式。这很合理。没有替代方案的监管可能只是把问题转移到别处;不控制取水的人工补给,则像是在水龙头一直开着的情况下往水箱里加水。

加州大学圣塔芭芭拉分校Bren School教授Scott Jasechko这样总结这些经验的启示:地下水枯竭并非不可避免,不同社区已经找到遏制它的方法。

这一视角尤其重要,因为全球超过三分之一的含水层正在下降,而地下水承担了全球40%的灌溉用水。因此,这个问题远远超出少数建在不利位置的特大城市。

全球性风险,但记录极不均衡

记录最充分的案例让我们看到问题的规模。在拥有1500万人口的中国天津,如果趋势得不到纠正,持续沉降可能使15%的人口到2120年处于水面以下。圣迭戈以及伊朗一些大城市也报告了与抽水有关的现象。

在新西兰,大约80%的城市海岸线正在下沉。地下水在部分地区也对这一现象有所贡献,尤其是在基督城和惠灵顿周边。这提醒我们,问题并不仅存在于人口过密的热带特大城市。

那么法国呢?我们必须抵制用猜测填补空白的诱惑。这里所讨论的研究不足以确定某座法国城市正在因地下水抽取而发生城市沉降。如果没有当地测量就断言存在这种情况,只会把一个合理的问题变成人为制造的确定性。

欧洲也并非天然受到保护:这一物理机制取决于抽水和地质,而不是所在大陆。但要确认一座城市是否真正受到影响,需要当地观测来区分地下水作用与其他可能导致地面运动的原因。

真正的解决方案从水龙头开始

我认为,这个故事有趣地颠倒了我们通常理解城市的方式。我们看着建筑、堤坝和道路,仿佛城市到人行道高度就结束了。然而,城市稳定性的一部分取决于一种看不见的资源,它有时位于我们脚下很深的地方。

含水层恢复的经验首先提出了一种方法:在禁止之前先降低依赖,丰富水源,控制取水,并在条件允许时促进地下水补给。这并不是一套统一配方,因为当地地质可能深刻改变结果。

但也正因如此,大阪的案例比又一个“注定沉没的城市”故事更有价值。当含水层承受的压力持续降低时,地面可以作出响应。各地反应不会完全相同,也未必能回到原始海拔,更不可能立刻完成。但方向确实可以改变。

一座每年下沉几厘米的城市,很容易让人觉得这是人类无能为力的地质现象。然而在许多情况下,原因却与一个极其日常的决定有关:我们使用的水来自哪里? 解决方案的一部分,也正是从这个远没有巨型堤坝那么醒目的地方开始。