地下水流失导致28个主要美国城市下沉 威胁到人口密集地区的基础设施
2025-06-07 14:39
最近一项针对美国28个人口最多的城市的研究发现，每个城市都在不同程度地下沉。这不仅包括海平面上升已令人担忧的沿海城市，也包括许多内陆城市。该研究利用高分辨率数据揭示了这些城市内部的地面下沉情况并不均匀。
在一些地区，地面下沉的速度各不相同，而在另一些地区，一些地方甚至在上升。这些不均匀的海拔变化可能会给建筑物和基础设施带来压力。
研究作者指出，造成这种土地移动的最常见原因是持续开采地下水。然而，在某些地区，其他因素也起到了推波助澜的作用。
“随着城市持续发展，我们将看到更多城市向沉降区扩张，”该研究的主要作者、哥伦比亚大学气候学院拉蒙特-多尔蒂地球观测站的博士后研究员伦纳德·奥亨亨（Leonard Ohenhen）说道。“随着时间的推移，这种沉降会对基础设施产生压力，使其超出安全极限。”
在全球范围内，雅加达、威尼斯和新奥尔良等快速下沉的城市引起了广泛关注。在美国，许多研究也表明东海岸和其他地区也出现了地面沉降。然而，这些研究大多基于覆盖广泛区域的相对零散的数据。
这项新研究聚焦于人口超过60万的美国城市，利用卫星数据测量精确到毫米的垂直地面运动，网格宽度仅为28米（约90英尺）。研究人员发现，在28个城市中，有25个城市至少有三分之二的地面正在下沉。总计约有3400万人生活在这些受影响的地区。
一项利用最新卫星数据进行的新研究发现，美国所有人口超过60万的城市都出现了不同程度的下沉。图片来源：改编自Ohenhen等人的《自然城市，2025》
休斯顿正在经历最快速的地面沉降，该市超过40%的地区每年下沉超过5毫米（约五分之一英寸）。约12%的地区正在以两倍于此的速度下沉。在一些地方，地面每年下沉速度高达5厘米（2英寸）。沃斯堡和达拉斯也正在经历显著的地面下沉。其他快速下沉的地区包括纽约拉瓜迪亚机场附近的部分地区，以及拉斯维加斯、华盛顿特区和旧金山的部分地区。
除了测量地表高程变化外，研究人员还分析了受影响地区的县级地下水开采情况。通过将其与陆地移动联系起来，他们确定，人类开采地下水是造成80%总体地面沉降的原因。
通常，这种情况发生在从由细粒沉积物构成的含水层抽水时；除非补充含水层，否则先前被水占据的孔隙空间最终会坍塌，导致地下水压实，地表下沉。该论文指出，在德克萨斯州，石油和天然气的开采加剧了这一问题。
研究人员表示，持续的人口增长和用水量，加上一些地区气候引发的干旱，可能会加剧未来地面沉降的情况。
在某些地区，自然力量正在发挥作用。尤其是大约两万年前占据北美内陆大部分地区的高耸冰盖的重量，使得其边缘的陆地向上隆起，就像把气球一端的空气挤到另一端一样。
即使在冰层早已消融的今天，一些隆起仍在以每年1至3毫米的速度消退。受影响的城市包括纽约、印第安纳波利斯、纳什维尔、费城、丹佛、芝加哥和波特兰。
德克萨斯州休斯顿是美国下沉速度最快的城市，部分地区每年下沉10毫米。图片来源：改编自Ohenhen等人的《自然城市，2025》
即使是建筑物本身的重量也可能造成损害。一项2023年的研究发现，纽约超过100万栋的建筑物对地面的压力如此之大，以至于它们可能加剧了该市持续的地面下沉。另一项更近期的独立研究发现，迈阿密地区的一些建筑物正在下沉，部分原因是附近新建建筑对地下层的破坏。
这项新研究发现，八个城市（纽约、芝加哥、洛杉矶、菲尼克斯、休斯顿、费城、圣安东尼奥和达拉斯）的人口占全球沉降陆地人口的60%以上。值得注意的是，自2000年以来，这八个城市已经历90多起重大洪灾，部分原因可能是地势下降。
另一个重要发现是：一些城市正在经历差异运动，邻近地区以不同的速度下沉，甚至在其他地区上升的同时下沉；这种上升运动可能是由河流或其他水源附近含水层的快速补给造成的。（某些地区的隆起实际上已经超过了三个城市的整体下沉：佛罗里达州杰克逊维尔、田纳西州孟菲斯和加利福尼亚州圣何塞。）
纽约市大部分地区正在缓慢下沉，部分热点地区尤其严重，尤其是拉瓜地亚机场周边地区、牙买加湾和史坦顿岛的部分地区。图片来源：改编自 Ohenhen 等，《自然城市，2025》
差异运动是一个问题，因为正如作者指出的那样，如果整个城市区域以相同的速率均匀地向上或向下运动，就能最大限度地降低建筑物地基和其他基础设施承受压力的风险。但如果建筑物受到一系列不均匀的垂直运动，它们可能会发生危险的倾斜。
作者写道：“与洪水相关的地面沉降灾害不同，只有当高沉降率使地面海拔低于临界阈值时，风险才会显现，而地面沉降引起的基础设施损坏甚至可能发生在地面运动发生微小变化时。”
研究发现，这28个城市中，只有约1%的总土地面积位于差异运动可能影响建筑物、道路、铁路线和其他结构的区域。然而，这些区域往往位于人口最密集的城市核心区，目前约有2.9万栋建筑。其中，最危险的城市是圣安东尼奥，研究人员表示，那里每45栋建筑中就有1栋面临高风险；其次是奥斯汀（每71栋建筑中就有1栋）；沃斯堡（每143栋建筑中就有1栋）和孟菲斯（每167栋建筑中就有1栋）。
奥亨亨表示，这些地区个别建筑物的倒塌后果尚不明确；可能需要更细致的研究。此前一项针对1989年至2000年间美国225起建筑倒塌事件的研究发现，只有2%的倒塌事件直接归因于地面沉降。然而，新研究指出，30%的倒塌事件背后的原因尚不清楚，这表明地面沉降可能发挥了更大的作用。
论文总结道，城市应该利用这些新信息来寻找解决方案。他们指出，在许多地方，可以通过抬高地基、加强排水系统以及人工湿地等绿色基础设施来吸收洪水，从而减轻洪水灾害的影响。易受倾斜灾害影响的城市可以重点改造现有建筑，将地基运动纳入建筑规范，并限制在风险最高的地区建造新建筑。
“与其只是说这是个问题，不如说我们可以应对、解决、缓解、适应，”奥亨亨说。“我们必须找到解决方案。”
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