1.3 地下水开发利用存在的问题
地下水的用途是相当广泛的。在许多地区，特别是在一些干旱地区和海岛内部，地下水几乎是唯一的淡水资源。许多地下水的用户和单位，常常由于用水时一切顺利而不重视地下水的环境问题。环境问题一般表现为地下水位的持续下降，最后导致某些严重的环境后果，如土地沉陷、水质恶化、盐水侵蚀等；另外，还表现为地下水位上升，造成严重的排水问题，影响到农业生产。地下水及其有关环境问题所产生的后果，其涉及的范围和严重程度一般随地区不同而有变化；同时，还要看水文地质环境、岩土状况和岩土化学条件而变化。目前，我国地下水年开采总量约为767亿m3，约占全国地下水年天然资源总量的9%，北方地区的地下水开采量每年已达600亿m3，占全国地下水年开采总量的78%以上。而华北平原的地下水年开采量为236亿m3，已占全国地下水年开采量的30%以上。从总体来说，我国地下水的开发率是不高的。但是，由于我国用水地点集中、用水量增长幅度过大、工业布局不够合理以及工业三废与城市生活废弃物治理不力等原因，地下水开发利用产生了一系列的严重环境问题，这类问题的环境后果，可以归纳为5大类：地下水过多，地下水超采，地面沉陷，地下水污染和盐水入侵。
1.地下水过多
在许多冲积平原区，地表水和地下水在产状和分布上是相互关联，相互依存的。使用一种水源时，可能给另一种水源带来影响。例如，在冲积平原区，只使用地表水灌溉是会导致地下水位升高，水位上升后水会大量移入作物根部区，造成水涝和盐碱化问题。许多地区以往一再出现这类问题，导致农业生产锐减。印度旁遮普邦就是一个典型实例：20世纪初那里引进了灌溉技术，但结果却造成了大范围的涝灾和盐碱化。而在没有建设灌溉渠系之前，那里大片平坦土地下方的地下水位原本是很低、很深的。大量使用灌溉水后，由于地表平坦，排水不畅，致使地下水位逐年升高。其中有些地区的地下水位升高达24.4m，甚至更高，平均上升速率达0.46m/a。
2.地下水超采
地下水超采是指地下水的抽取总量超过了整个地下水流系统长期补给的承受能力，从而造成地下水资源的日益枯竭和地下水位的持续下降。随着井点产水量的减少，抽水费用随之增高。其他与此有关的不利后果，如土地沉降、水质恶化以及盐水入侵沿岸地区等也会相继发生。不断抽取地下水后，土壤中的孔隙压力减少，在地表非固结沉积土层的作用下，含水层基体中的颗粒间压力（有效应力）则随之增大。由于土壤颗粒间压力增加，地面以下不同深度处的各种地层受到挤压后产生一种累积效应，使地面出现沉陷。地下水超采后还会使地下水质发生改变，这主要是由于岩土化学反应和一些人为污染造成的。在沿海地区的含水层中，淡水和咸水处于相对平衡状态。从沿海地区含水层中抽取地下水，将会使这种动平衡遭到破坏；而如果更加过量地抽取地下水，则会导致盐水入侵地下含水层，使沿岸内地区的淡水资源受到污染。
3.地面沉陷
地面沉陷是过量抽取地下水造成的一种严重问题。如上所述，地面的沉陷是由于地下水位下降时冲积土层产生固结收缩所致。在一些封闭含水层区域内，由于位头水压减少导致作用在封闭区顶面上的水压力减少，致使含水层内的有效应力增大。在多层结构的含水层体系内，位头水压力的减少会使水从这些被封闭地层中释放出来，使封闭层区域内呈受压状态。当非固结性含水层内的地下水位下降时，排水区内的固体颗粒材料将会因所受浮力减少而使其颗粒间的压力加大。此外，由于地下水产生侧向流动，有时速度越来越快会使含水层受到侧向的压力；当移动水流对固体颗粒施加渗透力或摩擦力并不断增大时，土地的表面便会产生相应的侧向移位。在世界上许多地区，关于地下水含水层封闭区的沉陷量大于30cm的报道已屡见不鲜。据Poland 1969年报道，由于抽取地下水，使某些主沉陷区内的沉积地层不断受到挤压力。这种情况多属于第三纪的非固结到半固结的标准沉积地层，其中大多数是冲积和湖积地层。这些地区的结构特点是含水层体系是封闭的，内部为低压缩性的透水砂砾含水层，并有不同厚度的隔水层和弱透水性含水层相间其中。
据调查，上海、天津、常州、无锡、宁波等36个城市，由于过量抽取地下水而出现了地面沉降，其中上海、天津市累积沉降幅度已超过了2m。上海市最大累积沉降量曾达2.63m，天津市地面沉降大于1m的范围已达135km2，太原市地面沉降累积值可达1232mm，西安市地面沉积累积值达200mm；常州市地面沉降值达820mm，苏州市地面沉降累积值市区已达到1050mm。地面沉降将产生城市地面积水、房屋与道路开裂、河面上升、桥梁和房屋下沉、污水倒灌、机井水泵抬高等危害。
超量开采地下水，还可产生地裂缝，如河北平原已发现地裂缝100多条，主要分布在邢台、邯郸、石家庄、沧州、衡水、廊坊等城市，地裂缝长几米至几百米、宽5～40cm、最大深度可达9.8m。地裂缝可使城市建筑物地基下沉、墙壁开裂、公路遭到破坏。
超采地下水又可产生地面塌陷，据我国18个省、自治区（直辖市）统计，已发现地面塌陷点700多处，有塌陷坑3万多个，其中由于超量抽汲地下水而造成的塌陷点占27.5%。如秦皇岛、杭州、昆明、贵阳、武汉等城市，由于超采地下水，使碳酸盐岩溶地下水位急剧下降，造成了地面塌陷。
4.地下水污染
地下含水层内的水质可能会受到自然和人类活动的影响，其影响程度随水文地质和气候环境的不同而不同。在没有受到人类活动干扰的含水层内，地下水的质量只会受水和岩体基质之间的地球化学反应的影响，因为地下水补给区流动到出流区需要经过一段距离。地下水中的污染物质可能来自各个不同的方面。地面上的某些废弃物，按照设计有时会被布置或排放至地下。另外一些废弃物，还可能未经设计而径直渗入地下水流系统中。有些废弃物是透过地表蓄水、掩埋土堆、动物饲料、地下水污水管等一点一滴地渗入到地下水流系统内的。还有一些来自各个方面的未经处理的污秽物，也可能会进入地下水流系统。
地下水污染的严重程度，决定于水文环境。污染源的性质和自然调节作用的效果。地下水环境是污染程度的决定因素。人们处理废弃物的最常见的方法之一，就是将废弃物加以掩埋。固体的废弃物，通常先要将其摊铺在地面上，压密后再用土掩盖。一旦这一地区出现降雨，雨水下渗时会溶解生成大量的有机盐和无机盐，这些盐类可能会渗入附近的含水层。同理，地层内部产生的某些气体，如沼气、二氧化碳和硫化氢等也会以气态形式扩散经过非饱和介质后进入与其相邻的地区内产生污染效应。
污水是地下水的另一种污染源。不论是经过处理的污水，还是未经处理的污水，都经常会被用于灌溉目的。在干旱地区，污水中常含有磷、氢等营养素及其他一些重金属成分。此外，其所含水分本身也是重要的资源、液流经过地面时会将一些细菌、病毒和化合物带进地下水系内。同样，从化粪池、污水井和一些池沼内渗出的水，也是对地下水有污染危害的。长期对土地深耕细作，加上大量使用化肥。杀虫剂和农药等，也会使得农田成为地下水的重要污染源。此外，家禽场内乱放的污秽物和废弃物，也会导致大量的营养素，钾和磷酸盐渗入含水层。当钾的生成物由料堆或地下管道渗出时，或从事故泄露口溢出时，也会对地下水造成污染。
最后，有些地下水含水层还与海洋有水力联系，从这类地下含水层中大量抽水使用时，将会形成方向指向岸内的水力坡降。这样就会造成海洋咸水沿淡水含水层区域方向的移动，这种现象称作“盐水入侵”。几乎每一个海岸地区，都存在这样的盐水入侵污染问题。
5.盐水入侵
水质变咸，是淡水资源遭污染的最常见的污染形式。一旦咸水渗入地下含水层内，或与淡水相互掺和时，就会发生所谓的盐水入侵。盐水可以通过以下一些途径进入地下含水层：沿海水域中的海水侵入含水层；在过去的一些地质时期内，早就发生了盐水入侵地下含水层的情况；盐场单薄盐层中的盐源和盐分浸染了地下含水层；潮汐区、盐湖或其他的封闭性水域中的水被蒸发后存水被冰化；由灌溉渠系返回的回归水；人类活动产生的咸淡水。
关于盐水入侵的表现，一般可以自然地分为三大类：第一类是因地下水的坡度减少或出现反坡，致使盐水浓度增大而将淡水挤出。这种情况通常发生在与海水有水力联系的沿海地区的地下含水层内。此时，从水井内取水使用时会使地下水的自然动力平衡遭到破坏。第二类是由于阻隔淡水和咸水之间的自然屏障遭到了破坏。在沿海地区修筑排水渠道时，会使潮汐水进入岸内区域渗入淡水含水层内，就是一个例证。第三类出现于有地下盐水排放的地方，如排污井、土地回填或其他废物仓库。
盐水入侵的问题，不仅在沿海地区的地下含水层中尖锐存在，而且在许多内陆地区也是存在的。在一些内陆地区的地下含水层间存在着水力联系。一旦两者之间的自然阻碍遭到破坏，使压力水头发生变化，便会发生这种情况。一个淡水含水层的下方有一咸水层，且在他们之间存在一个相当透水的地层，这种情况是常有的。一旦自然阻隔被破坏，或作用于淡水层上有巨大的压力梯度，就可能导致盐水的入侵。许多地质层是在海积环境中生成的，在这样的地质层次中可能会含挟一些盐水的俘虏体，这些与淡水毗邻的盐水俘虏体称为同生水。在自然状态下，在上述淡水和盐水之间存在着一种没有充分混合的动平衡。当从淡水中抽取水源时，将会使这两种液体之间动平衡受到干扰和破坏，最终使咸水侵入到淡水范围内，造成淡水水源状况的恶化。
海水入侵活动，可以通过审慎选定浅井和渗漏通道的位置而加以控制，使地下水位的下降能够保持在合理的数值范围内，不致造成海水的严重侵入，或形成“锥形拱包”。另一方面，如能使海岸附近地区的地下水位始终保持在海水水位以上的水平，就可以防止海水入侵的问题。但这样做，就不得不对地下水的利用提出一些限制；必要时，可能需要改变抽取地下水的数值和方式，甚至需要通过人工回灌的办法来提高地下水流域内的自然补给量。1947年，Todd提出了如下的防止海水入侵岸内的方法：①减少对岸内地下水的抽取量；②设置一段抽水槽截断盐水，使它无法向岸内方向流动，使其不能接近供水井；③在盐水区域和抽水井点之间铺设某种隔水膜作为阻隔；④建立一个地下水分水岭形成必要的压力坡度，迫使盐水回退；⑤通过抽水节流和建立分水岭的联合措施。对于控制海水入侵的体系要进行评估，评估中要考虑到各种各样的控制因素和措施效果，对于环境和社会经济方面的问题应给予充分注意，以期能确定出地下水不受盐水入侵的最可行的方法。