三、地下水过度开采

在可资利用的淡水资源中，地下水以其水量丰富、水质优良和供应稳定而备受青睐，成为许多大城市和部分农业地区用水的主要水源。电动水泵的发明和廉价电力的供应使地下水成为一种廉价的资源而被大量开发。从表

可知，地下水的贮量巨大，远远超过江河湖泊里的水量。但是，地下水的大部分贮存在较深的地层里，补给缓慢，是在漫长的年代里积存下来的，在某种程度上象矿床一样难以更新。据水文地质学的研究，全球地下水总贮量中大约只有 0.1％是可以更新、能进行持续开发的，因此，在开发利用地下水时必须考虑其更新能力有限这个特点。

地下水的过度开采可能造成种种不良的环境效应：

地下水位下降以至含水层耗竭上一世纪开始，一些城市化较早的地区即已出现地下水位的下降，例如伦敦市早在 1820 年就已发现其自流水压下降，1843 年地下水位下降了 7.5m，一个世纪以后，1936 年下降了 100m。又如北京城区，明代时仍有部分自流井，称为“满井”，至明末清初因地下水位下降不再自流。北京西郊的承压水层所形成的自流井一直延续到 1960 年以后才因水位下降而干涸。目前研究最详细的一个大型地下含水层的涸竭是美国中西部的欧加拉腊（Ogallala）含水层，它北起南达科他州，向南延伸，包括怀俄明州、内布拉斯加州、科罗拉多州、堪萨斯州、俄克拉何马州、新墨西哥州和得克萨斯州等七个州的部分地区。这个含水层灌溉着美国 1/5 的农田，盛产小麦、棉花、高粱和玉米，并喂养着美国 40％的肉用牛，全部农牧业年产值达 320 亿美元，在美国农业中举足轻重。然而，这个含水层的补

给速度极其缓慢，而开采速度 8 倍于补给速度，在南部的 4 个州里有时竟比

补给速度高出 100 倍。专家们预测这个含水层将于 2020 年完全抽干，现在有些地方井深已达 2000m，高昂的提水费用开始使一些农民望而却步，有 5 个州的水浇地面积已在减少，农民不得不改种耗水较少的作物，哪怕是获利较少。尽管如此，这个作为公共财产的含水层仍将继续消耗下去，直至提水费用高到无利可图时为止。

我国华北平原地下水位的下降也是众所周知的，1960 年以来，北京的地下水位每年下降约 1m，天津、唐山一带也有类似情况。其他许多国家也出现含水层耗损的严重情况，如墨西哥城和印度的一些地区。

地下水开采量减少或停止开采后，水位可以部分地得到恢复，其中较显著的例子是美国加利福尼亚州中央谷地的门多塔（Mendota）地区，在引入地表水取代地下水以后，地下水位从 1968 年至 1983 年间上升了 259m（850 英尺）。

地面沉陷地下含水层被抽干以后，其物理性质与力学性质发生变化，在上覆地层的压力下发生沉陷，我国沿海不少城市已发现这种现象。天津市 1959 至 1982 年累计最大沉陷量达 2.3m，平均每年沉陷 10cm。上海市区的沉陷量亦达 2m 以上，以 50 年代后期沉陷最严重，市区平均年沉陷量达11cm，沉陷中心区（普陀区）达 115cm，沉陷大于 50cm 的面积达 66.1km2。常州、苏州和无锡的沉陷也很明显，年平均沉陷量在 1.4—3.8cm，南通市的年沉陷量达 5cm。地面较大幅度沉陷带来一系列问题：地表渠道与地下管线损坏、路面与建筑物破坏，这些均需耗费大量人力物力进行维修、加固和重建。第二次大战以后有些城市迅速膨胀，地面沉陷幅度也很大。美国加州洛

杉矶以南的长滩市 1940 年开始发现地面沉陷，70 年代中期沉陷区中心部分下沉 9m，造成的经济损失估计达 1 亿美元。如果任其继续发展，预计会下沉至 13.7m。该市不得不于 1958 年开始大量注水，充填原来采油的岩层，几年以后制止了沉陷，1963 年地面回升 15％。墨西哥城也是一个迅速发展的城市，1895 年人口为 50 万，1975 年发展到 800 万（1988 年达 1920 万），与此同时地面沉陷了 7m，1937 年建成的美术馆下沉了 3m，一楼已完全变成地下室。著名的低地之国荷兰国土的 60％低于海平面，有一半人口生活在海平面以下，必须不断地抽取地下水以保持地面的干燥，

图 6.6 美国圣华金谷地因过分开采地下水造成地面沉陷

抽水的结果造成地面下沉，只得用挖泥船取沙覆盖沉降地区，为此每年需运送 7500 万立方米泥沙。据报道，荷兰人每年花费在海岸工程上的经费占国家GNP 的 6％，比美国军费所占的比例还高。

世界上面积最大的沉陷区之一是美国加利福尼亚州的圣华金谷地，沉陷区面积达 13500km2，沉陷幅度平均为 1m，最大处达 10m（图 6.6）。谷地中长达 112km 的地段沉陷 3m 以上，整个沉陷区的体积达 180km2。沉陷的原因是过量抽取地下水，从 1920 年代开始抽水，至 50 年代中期谷地两侧的沉陷幅度达 0.55m，此后抽水量逐渐减少，至 1973 年停止抽水，改为引用萨克拉门托河水，地面沉陷逐渐停止，至 80 年代初地下水位也上升了 60m。

停止抽水虽然可以制止地面沉陷，并使地下水位部分地或全部得到恢复，但是迄今尚未见地面大幅度回升的报道，何况许多地方因种种原因尚不能停止抽水，因此，地下水超采依然是许多缺水地区面临的难题。在有地表水源可资利用的地方，用地表水回灌地下是一种人工补给的好方法，国内外均有成功的经验，尤其是在冬季农闲时把暂时无用的地表水回灌地下含水层，水温又较低，夏季抽取作工业冷却水，制冷效果更为显著。