① 优化资源开发模式 加强经济利益调节——关于矿山生态环境保护与治理的调研报告
编者按 如何转变旧的过度消耗资源、破坏生态环境的发展模式；如迅仔何转变旧的发展理念，科学配置资源，建立有效的保护生态环境政策体系，实现经济、社会、生态协调发展战略，是当前亟待解决的问题。在这个背景下，遵循人地协调发展的规律，合理利用矿产资源，把矿业活动限制在资源承载力和生态环境容量许可的限度内，特别是保护昌昌旦和治理恢复矿山生态环境，成为目前矿政管理工作一项重要课题。
前不久，受环境保护部科技标准司的委托，国土资源部咨询研究中心承担了《关于建立建全我国保护生态环境政策的建议》课题项目。项目组先后赴江西、浙江两省重点开展对江西省德兴铜矿和浙江省舟山市庆丰采石场矿山生态环境保护与治理工作的实地调研，以科学发展观为指导，通过综合分析研究我国资源开发与生态环境保护中存在的主要问题，着力从体制、机制、法律、法规、管理监督等方面提供政策依据，提出一些符合客观实际和可操作性政策建议。现将调研报告的精华部分选编刊发，谨供读者学习交流。
一、现状：我国矿产资源开发的双重效应
矿业开发为我国经济社会发展提供了大量的物质资源，对经济社会发展起了巨大的推动作用，产生巨大的经济效益，但同时也对生态环境造成不同程度的负面影响，矿产资源开发产生双重效应：一是矿产资源开发为我国经济的增长、财富的积累和扩大就业等方面发挥了积极的作用，为国家经济和社会的繁荣与稳定作出了巨大贡献。二是矿产资源开发同时也引起生态环境问题，往往带来污染环境、破坏生态、诱发地质灾害等方面的不利影响。
(一)矿产资源开发带来经济与社会的繁荣与稳定
矿产资源作为生产资料，是生产力组成要素，是生产力发展的重要物质基础。开发矿产资源对于推动经济社会发展，促进财富积累，增加就业岗位发挥了重要作用。
进入21世纪，由于国内需求和全球矿业市场的双重拉动，我国矿业获得持续高速发展。2005～2007年，我国矿业产值在全国工业增加值、工业总产值以及GDP总体上占1/10，矿业已成为我国国民经济的重要支柱。在资源全球化的今天，资源的占有、资源的开发以及资源的争夺已成为当今处理国际关系的重要内容。目前，全球经济危机严重冲击矿业市场，矿产品价格大幅下跌。但我国工业化、城镇化阶段，经济社会发展对矿产资源长期依赖的态势不会改耐扰变，“危”中之“机”是调整结构，夯实基础，理顺关系，蓄势待发。
(二)矿产资源开发对生态环境造成的不利影响
矿产资源开发产生的负面效应主要是引发生态环境问题，集中反映在污染环境、破坏生态和诱发地质灾害等方面。
首先，矿山及其选、冶部门直接排放的废气、粉尘及废渣使大气污染并产生酸雨，其中以硫化工业和煤炭行业最严重，污染物多为烟尘、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳和放射性物质，以及汞、砷、镉等有害物质。其次，我国矿业活动产生的废水主要包括矿坑水，选矿、冶炼废水及尾矿池水等。众多废水未经达标处理就随意排放，甚至直接排入地表水体中，使土壤或地表水体受到污染，其中煤矿、金属、非金属矿山的废水以酸性为主，并多含大量重金属及铜、铅、锌、砷、镉、六价铬、汞、氰化物等有毒、有害元素及悬浮物。再其次，矿山尾矿尤其是浮选尾矿中残留的选矿药剂有氯化物、氰化物、硫化物、松油、有机絮凝剂、表面活性剂等，受到阳光、雨水、空气的作用及其相互作用，就会产生有害气体、液体或酸性水，加剧重金属的流失，严重污染地下水和土壤。此外，矿山的废石、废渣的堆存还占用了大量的土地资源。据有关资料显示，我国矿业及相关行业固体废弃物堆存情况相当严重，所占比重超过了总固体废弃物的85%。
矿山开发对水资源的破坏主要表现在地下水源枯竭或流量减少。疏干排水及废水废渣的排放导致地表水、地下水系统失衡，造成大面积疏干漏斗、泉水干枯、水资源枯竭、河水断流、地表塌陷，产生地下水降落漏斗和地面沉降，影响矿山地区的生态环境。大规模的采矿活动常使地形发生较大改变，破坏原始地貌。矿山开采在占用土地的同时，还对耕地、森林、草地等造成了破坏。据不完全统计，我国因采矿占用的土地面积约586万公顷，破坏土地157万公顷，并以每年4万公顷速度递增，破坏林地面积166万公顷，破坏草地面积26.3万公顷，工矿废弃地复垦率不到12%。
此外，矿产资源开发不当还会诱发冒顶片帮、地表塌陷与裂缝、滑坡与泥石流等地质灾害。冒顶片帮是地下开采空间顶板和边帮岩石冒落、崩塌，是矿山开采最直接的地质灾害。据统计，我国有色金属地下开采矿山冒顶片帮造成的人员死亡人数占矿山总事故死亡人数的18%。采矿活动引起大面积的地表塌陷，在塌陷同时，地表出现高度、深度不等的裂缝。近十余年来，金属矿山地表塌陷呈急剧上升的势头。受采矿影响而引起的山体滑坡在全国许多矿山时有发生，废石堆积体、尾矿库等都可能诱发泥石流。据调查，全国有9000多座尾矿库，一半以上没有安全许可证，大部分是病库、危库、险库。
二、回顾：我国矿山生态环境保护与治理历程
从20世纪70年代开始，我国矿山生态环境保护与治理经历了三个发展阶段。
矿山生态环境保护与治理制度的初创时期(1972～1984年)。这时期，我国由于环境问题的日益突出和重大环境问题的爆发，开始纠正资源开发过程中对环境造成的危害的行为，并对重大矿山生态环境问题开始进行治理。随着我国《宪法》的修改完善，我国的生态环境保护工作开始步入依法、有序的发展阶段。与此同时，相应的环境保护管理机构开始建立并初具规模，保证了各项环境保护和治理制度的有效实施。
1982年，我国政府先后出台了一系列关于环境保护与治理的法规制度，强调生态环境保护的重要性。但是，针对矿山生态环境的机构和法制建设还未引起全社会的重视，矿山生态环境保护与治理仍然处在一种无序状态。虽然一些国有大型矿山对矿山环境开始保护与治理，但大多数矿山并未采取有效措施保护与治理矿山环境。20个世纪60、70年代，一些矿山就开始了土地复垦，但复垦率极低，在70年代我国有色金属矿山复垦率仅12%。
矿山生态环境治理低谷期(1985～1989年)。我国最早的矿山生态环境治理实践始于1983年，当时以云南昆阳磷矿为试点，对每吨矿石征收0.3 元，用于开采区植被及其他生态环境破坏的恢复费用，取得了良好效果。但是，1985年以来，受“大矿大开，小矿放开，有水快流，国家、集体、个人一齐上”思想影响，放松了对乡镇集体矿山企业和个体采矿活动的控制与管理，形成一哄而上，遍地开花的混乱局面。一些地方乱采乱挖，根本不采取与之相适应的矿山生态环境保护措施，开采技术落后，开发利用效益低下，致使我国矿山生态环境遭到严重破坏，生态环境恢复与治理停滞不前，举步维艰。统计数据表明，20个世纪80年代我国矿山废气处理率仅12.24%，有色金属矿山工业废水复用率58%，土地复垦率停滞不前。一些中小矿山对生态环境破坏尤为严重。
矿山生态环境保护与治理有序开展期(1990年至今)。此时，我国相应的矿山生态环境治理机构逐步建立，国家和有关政府部门制定和出台了一系列环境保护的法律、法规、标准以及相关政策措施，使矿山生态环境保护与治理逐步进入法制轨道，呈有序发展态势。原地质矿产部成立了地质环境司，专门承担矿山生态环境保护与治理的政府职能。各地方也相继成立了地质环境处及地质环境监测中心(站)，逐步完善矿山生态环境保护与治理的组织机构建设。
2002～2005年，国土资源部组织完成了《全国矿山地质环境调查与评估》工作，并发出《关于开展省级矿山环境保护与治理规划编制工作的通知》。除此之外，国土资源部和各产业部门还制定了一系列矿山生态环境保护与治理的制度、政策和措施，一些地方性法规中也涉及到矿山生态环境保护。在实际操作中，国土资源部已严格限制对生态环境有较大影响的矿产资源开发，禁止在自然保护区、重要风景区和重要地质遗迹保护区和地质灾害危险区开采矿产，严格禁止土法炼焦、炼硫、炼铁等，加强了对矿山“三废”治理的监管和查处力度。这样在很大程度上纠正了矿山开采破坏资源、环境的不正之风，维护了矿山生产的正常秩序。
2009年国土资源部出台的《矿山地质环境保护规定》，是矿山生态环境保护与治理法规建设的重大举措，将对矿山生态环境保护与治理起到重要的保障和推动作用。
三、案例：矿山生态环境保护与治理典型剖析
项目组选择对江西省德兴铜矿和浙江省舟山市庆丰采石场进行矿山生态环境保护与治理的实地调查与分析研究。一是调研德兴铜矿典型矿山生态环境保护与治理情况和问题，分析德兴铜矿资源开发对矿区周围生态环境造成的影响，总结德兴铜矿集团创建绿色生态矿山的成功经验。二是对浙江省进行调研，浙江省不仅在推进我国全面建设小康社会中发挥着引领作用，同时在矿山生态环境保护与治理中也起到了积极的典范带动作用。通过不断创新治理模式，制定有效政策措施，矿山生态环境保护与治理已取得了良好治理效果。舟山市庆丰采石场经过几年的生态环境治理，目前已取得了矿山生态环境根本改善与土地节约集约利用双丰收。
(一)江西省德兴铜矿矿山生态环境保护与治理
江西省德兴铜矿是世界五大斑岩铜矿之一，亚洲第一大铜矿山，我国最大的露天采矿场，是全国有色金属工业的重要生产基地。德兴铜矿在大规模开采矿产资源的同时，十分重视生态环境的保护与治理，效果显着，成绩斐然，被誉为全国着名绿色矿山，同时被确定为江西省生态环境监察试点单位之一。
德兴铜矿大规模矿产资源开发对矿山及周边生态环境造成较大影响，主要表现在：一是酸性废水对大坞河水及两岸土地造成严重污染，水质呈褐色，鱼虾绝迹，种植物减产。二是采场的固体废弃物占据了大量的土地资源，森林植被减少，形成多个废石裸露区，改变了这些地区地貌、水系和小气候特点，产生热岛效应，打破了矿山原有的生态环境格局。
近年来，德兴从土地复垦与生态恢复，治理酸性废水等方面加大了矿山生态环境恢复与治理的力度。从20世纪80年代初，江铜集团就开始进行生态复垦的试验研究，经过20多年的努力，现在德兴铜矿1号尾矿库近90公顷沙化土地全部被植被覆盖，坝体上建立了苗圃基地，净化水池发展水产业，基本实现了生态恢复的目标。从20世纪90年代开始，德兴铜矿在露天采矿场边坡、废石场等地开展生态恢复实验，建立植被生态恢复示范基地。截至目前，德兴铜矿已完成水龙山废石场生态复垦工程、铜厂采矿场工程机械工段绿化工程、南山堆浸厂绿化工程、大山厂原矿工段绿化工程、富家坞采矿场绿化工程、富家坞联络道绿化工程等等。德兴铜矿全矿经过20多年的艰苦奋斗，绿化面积达1110.83万平方米，绿化率96.80%，绿化覆盖率达30.28%，职工人均占有绿地面积897平方米。
被酸性废水浸泡的大坞河一直是江铜集团治理的重点。2001年通过国际互联网招标，从加拿大引进HDS先进技术治理酸性废水。将酸性废水一分为三，1/3 用于废石场喷淋浸出铜，每年回收铜金属1500吨；1/3排入尾矿库与库中碱性水中和后，返回选厂作为生产用水；1/3引入废水处理站处理达标后排入大坞河，排放的水质已基本达地面水的标准，大大改善了大坞河水环境。
德兴铜矿矿山生态环境恢复与治理经验主要有：转变观念，统一认识，齐抓共管，以我为主，不等不靠；坚持“环境影响评价”制度和“三同时”制度、“矿山生态环境保护和复垦履约保证金”制度，以保证矿山建设项目与环境保护项目同步设计、施工、完成；同时，建立了一套完整的矿山生态环境保护与治理机制，走集约化规模生产的道路，通过矿山企业兼并和股份制改制、上市融资扩大经营规模，壮大经济实力，使公司有能力逐步加大环保投入，也从根本上杜绝了乱采乱挖、盗矿，破坏环境的行为。此外，德兴还自觉接受中央和地方政府的监管，积极主动协调好与矿区居民关系，共同参与建设绿色家园活动。
(二)浙江省庆丰采石场生态环境治理复绿工程
浙江省是我国东部经济比较发达地区，在推进我国全面建设小康社会中发挥着引领作用，同时浙江省大力实施“千矿整治、百矿示范”工程和边开采边治理的计划，通过矿区整治与景观再造、矿区整治与生态公益林建设、矿区整治与建设用地复垦相结合的措施和办法，着力改善矿区自然生态环境。2008年颁布了《浙江省省级绿色矿山创建管理暂行办法》，实行分级管理逐级申报的管理模式，运用经济手段，减少破坏生态环境与资源浪费，确保矿山生态环境达到绿色矿山创建的要求，矿产资源开发逐步走上资源利用集约化、开采技术科学化、生产工艺环保化、企业管理规范化、闭坑矿区生态化的科学发展之路。对废弃矿山的治理本着“土洋结合、以土为主”的治理思路，分别采取台阶式、板槽式、回填种植式、筑穴及混喷式、人工促进自然复绿式、平整综合利用式、四旁绿化式、藤蔓植物攀爬式、大树遮挡式、挂网客上喷播式等多种整治复绿方式，取得了较好的治理效果。
浙江省舟山市位于我国东南沿海，积极主动开展“绿色矿山”创建工作，把“生态舟山”“绿色舟山”作为战略目标，实施矿山生态环境精细化管理，实现矿山环境的整治从单纯追求数量治理向质量治理转变。舟山市“百矿示范”工程——庆丰采石场生态环境治理复绿工程就是一例。庆丰采石场位于定海城区东南火龙岗山西麓，自20个世纪50年代以来，开采从未中断，已形成宽300余米，坡缘周长约700余米，开采面高达140余米的人工陡坡。随着市区的不断扩大，采石场周边已开发为居住用地及部分军事用地，矿山开采严重地威胁着坡麓附近居民的安全。同时，由于该采石场规模大，在城区的大部分地区都能见其裸露的山体，严重影响了城市的景观。为加快生态市建设步伐，2001年8月，舟山市政府决定关闭庆丰采石场，并对关闭后的采石场进行地质环境综合治理，整个工程采用扫石墙+爆破削坡+石碴回填+生态复绿的优化设计方案及复绿施工招标方式，为降低复绿工程成本，将部分矿山复绿任务“捆绑”交由开发企业限期完成，以解决矿山土地开发的前期投入。由于因地制宜地选择整治复绿施工方法，使采石场周边遗留的崩塌、滑坡地质灾害隐患明显减少，矿山自然生态基本得到修复，改善了矿区及周边人民群众生活、生产环境。2008年5月，通过了浙江省国土资源厅矿山生态环境治理复绿工程的竣工验收。该矿山生态环境治理后绿化总覆盖率达95.9%以上，其中木本植物覆盖率达30%，草本植物覆盖率70%，矿山生态环境复绿总面积达70655平方米，整理出39600平方米的可建设用地，取得了矿山生态环境根本改善与土地节约集约利用双丰收。
四、问题：制度机制亟需健全，法律法规体系有待完善
虽然我国矿山环境问题已经引起各方面的重视，但是由于环境产权制度仍未建立，无成本开发，以及利益分配不合理等方面的原因，矿山生态环境保护与治理工作滞后，总体来看，目前矿山环境保护与治理面临的主要问题有：
(1)认识不到位，重开发、轻环保。只重视经济发展而忽视环境保护的观念并未根本改变，宁可牺牲环境，也要保GDP增长。
(2)环境产权制度未建立。实践中往往因各种复杂关系使生态环境归属模糊，产权不清；一些企业未承担起对环境保护的权利和义务。现阶段如何合理界定环境产权，探索有效保护、开发利用资源的资源环境产权结构和管理制度是一个亟待解决的问题。
(3)无环境成本开发，资源价格机制未理顺。目前资源的价值没有体现资源的稀缺性，也没有将环境生态成本纳入其中，资源价格形成机制没有理顺。矿产品开发成本缺失是矿山企业尤其是民营矿山虚增利润，乃至形成暴利的原因之一，也是矿山生态环境不能根本治理的主要原因。
(4)利益分配不合理。由于矿产品环境成本缺失的部分都挤进了矿业利润，进而不可避免地会造成各个生产要素和利益分配不合理。政府和矿山企业受益而当地老百姓非但不能受益，反而因生态环境的破坏成为受害的主体。受益受损主体在时间和空间上不对称。
(5)资源开发模式不合理。当前主要存在三种开发模式：只开采矿产资源，不治理环境；先开采，后治理；边开采边治理。前两种资源开发模式不可取。把矿业经济与环境保护协调发展，才是矿山可持续发展的唯一正确之路。
(6)矿山生态环境恢复治理和评价技术标准尚未完全建立。现有评价标准已远远不能满足矿山评价要求，而且由于各地标准不统一，或根本无执行标准，给一些企业治理环境不力留下很大空间。
(7)环境治理投入不足，治理技术手段落后。我国已建立矿山生态环境治理专项基金，用于矿山环境恢复与治理，但因治理成本高，经费缺口大，治理率还不高，加上技术相对落后的粗放型治理状态，矿山生态环境恢复与治理任重道远。
(8)管理体制不完善。由于责任不明确，分工不协调，职责交叉、分散，标准不一，各相关部门依据各自职责制定和实施各种标准，未能进行充分和有效的协调，矿山生态环境治理项目实施难以到位。
(9)监管机制不健全。尚未建立专门的矿山生态环境监管执法机关，基本采用多部门不定期联合执法，缺失监管责任主体，使矿山生态环境成为监管真空。
(10)环境保护法律法规体系不完整。我国目前还没有制定具体的法律依据和管理规范鉴于矿山生态环境的复杂性，仅仅一些产业部门和地方政府制定和出台一些矿山生态环境保护与治理的法律文件和政策措施是不够的。
五、建议：加强宏观调控，用好经济调节的杠杆
通过理论分析、研究及典型案例分析，我们从八方面对矿山环境保护与治理提出政策建议，仅供决策部门在制定矿山生态环境政策和环境保护规划中作参考。
(一)理顺资源开发与环境保护的关系
按照党的十七大报告要求，“坚持节约资源和保护环境的基本国策”，“建设资源节约型、环境友好型社会”，“以人为本，全面协调可持续发展”，落实科学发展观，将人与自然和谐相处纳入经济社会可持续发展目标。解决我国矿山生态环境出现的种种问题，关键是要把矿产资源开发与矿山生态环境保护重要性的认识统一到科学发展观上来。加强矿山生态环境保护的宣传教育，增强人们的环境保护意识，理顺资源开发与环境保护的关系。
(二)发挥政府宏观调控和市场配置资源的基础性作用
政府宏观调控的基本着力点是要推动资源开发与环境保护平衡、协调发展，既要通过资源开发促进经济发展，又要保护生态环境。相关政府部门应建立资源环境安全的监控和预警机制，随时监测目标的运行发展状态，并根据警报信息和响应系统，采取相应的调控措施。通过市场调节实现矿山集约化规模发展，鼓励经济实力雄厚、技术设备先进的大型企业，兼并(收购)规模小、技术设备落后、不具备环保条件的中小型企业，形成规模经营，才能使资源配置合理，杜绝乱挖乱采、破坏生态环境的混乱现象，维护正常的生产秩序，从源头上保护矿山生态环境。
(三)建立环境产权制度和生态环境补偿机制
环境产权不明晰和缺乏产权主体，是影响矿山生态环境保护与治理的因素之一。为了调动全社会对生态环境保护的积极性，建议把环境资源视为环境资产，逐步列入资产化管理。生态环境补偿机制的构建，一是要以战略环评为前提，对生态补偿政策的有效性，对生态补偿主客体之间利益分配作出客观评价。二是要对生态补偿的标准和原则、补偿范围、补偿对象、补偿方式、补偿资金来源，以及补偿资金管理等都作出明确的规定。三是整合和完善现行的各项收费，生态环境补偿收费要做到专款专用，避免重复收费。
(四)完善资源环境税费制度，优化利益分配
(1)实施资源税改革，完善分配机制。资源税应是国家对采矿权人开采矿产资源产生的级差收益而征收的。这种级差收益随着资源禀赋、开采条件的差异而不同，因而税率也不同，应根据不同类型资源、不同开采条件计算出不同税率。实行开采优质和稀缺资源的企业多纳税，开采劣质资源的企业少纳税，从而实现利益平衡，建立税收调节的公平机制，实现资源的优化配置。与此同时，完善收益分配机制，将一部分资源税收入划归中央，加强国家对资源开发的调控，避免地方政府为了自身利益产生短期行为，过度开发矿产资源，加剧生态环境破坏。
(2)逐步实现资源环境税费立法。将矿产资源补偿收费和生态环境补偿收费逐步完善为资源环境税费，并以法律形式明确各种税目，提高矿山企业资源和生态环境安全保护意识，建立资源环境管理长效机制。
(3)实施矿山生态环境保护优惠政策。对执行矿山建设与矿山生态环境保护工程设施的设计、施工与投入“三同时”制度优秀的企业和三废资源化循环利用的企业，给予财政优惠政策，适当减免资源环境税率，降低信贷投资门槛，增加经费投入
(五)建立跨流域(省、市)的利益平衡与补偿机制
利益平衡与补偿机制主要是获益方向利益受损方通过财政专项资金转移支付方式实现补偿。受损方需要获得矿产资源禁止开采区域或限制开采区域的经济损失补偿、生态环境保护工程经济补偿以及其他资源输出补偿。受益方则按地区按比例分配上述补偿基金，通过财政转移支付对限制开发区域和禁止开发区域的受损方经济发展机会损失予以补偿。
对于跨区域、跨流域财政转移支付评估和管理协调工作需要有专门机构负责，建议由国土资源部协同环保部来统一协调，先试点再全面推广。
(六)建立矿山生态环境质量评价体系和标准体系、生态环境安全预警系统
矿山生态环境质量评价体系和标准体系由于牵涉不同的行业部门，以及部门自身的局限性，矿山生态环境质量评价体系实际还未完全建立。因此，评价体系标准的建立是矿山生态环境质量评价体系的关键。同时应建立完善生态环境安全预警系统，加强对矿山生态环境污染、地质灾害的预警预报。
(七)完善矿山生态环境监管体制，加强队伍建设
一要建立和完善矿山生态环境监管和执法体制，明确责任主体。建议在监察执法中采用分权执法为主，联合执法为辅的管理模式。二要明确政府对矿山生态环境治理与保护的职责。健全政府职责体系，正确履行政府职能，增强其公共服务的能力，努力建设服务型政府。三是加强基层队伍建设，实行矿山生态环境监理制度，提高矿山生态环境恢复治理的监管质量和水平。
(八)加快矿山生态环境保护的法规建设
当前尽快建立和完善矿山生态环境法规是十分必要的，亟需为矿山生态环境的资源性及其产权归属和产权转让、矿山环境的恢复与治理及尾矿的回收利用等方面制定一个统一的、适合各行业、各部门共同遵守执行矿山生态环境保护与治理的法律文件。同时制定配套的相关法规，使矿山生态环境产权、保护目标、恢复标准、监督职责更加明确，资金管理更加精细、环境监测与预警体系更加健全。
(原载《中国国土资源报》2009年7月3日，作者为《关于建立健全我国保护生态环境政策的建议》课题负责人，课题组成员张光弟、张兴)
② 水资源开发利用与地下水变化
一、水资源开发利用与效应
在2000多年前，黑河流域就已开始屯田垦殖、开渠筑坝、引水浇灌，区内现有的引水渠道大多开凿于汉唐至明清时代，且集中于中游平原及下游金塔灌区。进入20世纪80年代以来，黑河流域中游地区的农业发展迅速，灌溉面积由20世纪50年代的3334 hm2增加到目前的1.42×104 hm2，并且发展了220 hm2水田。现有中、小型水库98座，总库容量为3.4×108 m3，其中山区水库22座，年调控出山河水5×108 m3。人工绿洲内布满了引水渠网，现有干、支渠道910条，总长4500 km，渠道衬砌率达50%～70%，年引用河、泉水总量达32.6×108 m3，地表水利用率达86%（表7-6）。
表7-6 黑河流域出山河水量及开发利用量统计
在黑河流域平原区，地下水资源量为37.11×108 m3/a，重复量为7.44×108 m3/a，可利用资源量11.7×108 m3/a。现有开采机井8000眼，1999年开采量已达6.94×108 m3，占地下水可利用资源量的59.3%（表7-7）。
表7-7 黑河流域地下水开发利用情况
目前，黑河流域地表水开发程度已经达到较高水平，而地下水开采程度总体较低，但是各地情况不同。酒泉市、金塔县地下水开采程度分别达到90%和89%，而临泽、高台、额济纳旗等地开采程度较低。
黑河流域水资源开发利用，主要集中于中游的张掖盆地、酒泉东盆地和下游的金塔盆地。若忽略蒸发、地下水储存量和泉水等变化的影响，则黑河流域中游盆地的总体水资源开发利用过程的动态特征与莺落峡、正义峡站径流流量差的动态特征相似（图7-14）。
图7-14a 黑河流域莺落峡、正义峡径流量及其流量差多年变化
图7-14b 莺落峡、正义峡径流流量差距平差积变化
由图7-14a可见，莺落峡与正义峡之间多年平均径流量差值为5.61×108 m3，在总体上是逐年增大的，年均增大幅度为794×104 m3，这样的变化趋势与中游地区用水量增加过程相一致。从图7-14b可见，1979年以前黑河中游盆地消耗干流的径流水量较少，平均4.59×108 m3/a，仅占莺落峡径流总量的29.1%。进入20世纪80年代，人类活动影响明显增强。其中1980～1984年期间，消耗干流水量增加至多年平均量5.91×108 m3/a，占莺落峡径流总量的37.3%。1985～1989达到多年平均量6.83×108 m3/a，占莺落峡径流总量的43.2%。由此，从以天然径流过程为主转为以人为干扰径流状态为主。进入20世纪90年代，出现了急剧增加消耗干流水量的现象，多年平均消耗水量8.12×108 m3/a，占莺落峡径流总量的51.4%。
从上述分析可见，在黑河流域，当人为消耗量占流域水资源可利用量的33%时，中下游区出现生态环境恶化问题。计算表明，1990～1998年黑河流域中游地区，由于过量消耗山区径流来水，不仅消耗了应补给下游区的水量——年平均1.8×108 m3/a，而且还消耗了地下水补给量。
黑河流域用水，以一次性消耗为主。例如1999年总用水量32.25×108 m3，其中净消耗22.16×108 m3，占用水量69%。这种消耗性用水，农业灌溉占总用水量的95%，工业占3.5%，生活占1.5%。城市附近地下水水位明显下降，灌区地下水水位相对稳定或略升。这种人为造成的地下水水位不平衡变化，引起了水质性资源减少。
二、地下水动态变化
近几十年来，黑河流域大部分地区的地下水补给条件，都不同程度地受到人为因素的干扰（张志强等，2001；Simpson H J，1991）。一方面，大规模拦蓄山区径流补给平原区的水量，明显地减少了河流渗漏对地下水的补给量，加之渠系防渗和水利用率的提高，改变了地下水补给条件；另一方面，开采地下水的强度不断增大，加剧了地下水系统水量非平衡态势。
在黑河流域中游盆地的洪积扇裙带，地下水水位平均下降3～5 m。其中在酒泉盆地屯升一带，1996～2000年5年间地下水水位下降了1.5 m（图7-15a）。在张掖盆地临泽县梨园河洪积扇中部地区，地下水水位下降了0.32 m（图7-15b），在黑河干流的洪积扇顶部水位下降值超过2 m。
在民乐六坝附近，地下水水位下降3.5 m（图7-15c）。民乐和酒泉的地下水水位下降过程近似为线性，1985～1999年平均降幅分别为111 cm/a和30 cm/a。临泽的地下水水位表现为波动下降过程，平均降幅为28 cm/a。
图7-15 近20年以来黑河流域地下水水位下降过程
在井灌较为集中的地区，地下水水位下降也比较显着。例如在高台骆驼城一带，1996～2000年，地下水水位下降了2.44m。
人类活动对地下水水位变化的影响，其年内动态特征存在3种情况，特征各异。
（一）入渗-径流-开采型
入渗-径流-开采型地下水动态变化主要分布在黑河流域中游张掖、酒泉盆地的洪积扇群带和金塔、额济纳盆地南部的戈壁扇形地一带。受补给和春灌开采的影响，每年的4～7月地下水处于低水位状态，8～11月处于高水位。地下水高水位期，一般滞后于河流丰水期2～3个月。丰枯期地下水水位变幅介于0.5～3.6 m之间，而且近河带大于远河带，河流丰水年大于枯水年（图7-16）。
图7-16 黑河流域入渗-径流型地下水动态曲线
在下游额济纳冲积平原的中上部，地下水水位动态变化与河水流量变化密切相关。在河水断流季节，地下水水位持续下降，而在河流输水季节，地下水水位上升。地下水高水位期出现在1～4月，低水位期出现在10～12月，年变幅为1.5～1.8 m。高水位期滞后于河水洪峰期2～3个月，而且距离河道越远，滞后时间越长。
（二）灌溉-开采型
20世纪70年代以来，中游盆地中、北部地下水水位埋深较小（小于3.0 m）的细土平原区，针对山区河流来水时空分布不均造成的“卡脖子”旱，大量打井开采地下水，致使农机井星罗棋布整个灌区。灌溉水的入渗和地下水的开采改变了这个地带地下水的天然动态过程，蒸发的影响已为灌溉和开采所替代，呈现出与灌溉、开采期相应的地下水动态过程。
在引水灌区，高水位期与灌溉期相对应，低水位期与非灌溉期相对应。在地下水水位浅埋区，低水位期出现在12月份至次年3月份，随着冻融水的下渗，地下水水位逐步回升。以后，由于灌溉，地下水水位一直保持在较高水位。到灌水量最大的冬灌期（10月、11月），地下水水位达到最高，地下水年变幅为1.0～1.7 m之间。在地下水水位深埋带，地下水水位动态变化受冻融水入渗的影响较为微弱，地下水水位低值期出现在5～7月份，高水位期出现在9月、10月，水位年变幅在1.5～1.8 m之间。灌溉水入渗对地下水动态的影响，存在一定的滞后期，滞后期时间的长短随地下水水位埋深的增加而延长。
在以井水灌溉为主的地区，地下水水位动态呈现与开采期相对应的低水位期和与非开采期相对应的高水位期，年初地下水水位最高，开采期7月、8月最低，年变幅在2.0～4.5 m之间（图7-17）。
图7-17 黑河流域灌溉-开采型地下水动态曲线
（三）蒸发-排泄型
在黑河流域冲积平原及冲湖积平原，地下径流比较微弱，地下水水位动态受气候因素和上游地下径流的制约。一般在3月份接受融冻水的入渗补给后，地下水水位开始上升，同时受上游径流补给的影响，至4月中旬出现地下水水位峰值，延续至6月底。随后，受强烈蒸发作用和开采的影响，地下水水位持续下降，至次年2月中旬出现谷值，地下水水位年变幅一般在0.2～1.0 m之间（图7-18）。
图7-18 黑河流域蒸发-排泄型地下水动态曲线
在高台盐池、金塔地湾东梁和额济纳盆地北部与东部的湖积平原，地下水水位埋藏很浅，径流极其微弱，强烈的蒸发排泄构成该地带地下水变化的主要原因。地下水水位动态与气温变化有一定的关系。在7～9月，随着气温的升高，蒸发作用加强，地下水水位下降，10月至次年3月随着气温降低和蒸发作用减弱，地下水水位多处于上升阶段，而且地下水水位的上升往往与季节性冻土消融水入渗有关。该带地下水水位变幅为0.3～0.6m，随地下水水位埋深的增加而减少。
③ 水资源开发利用的环境地质效应
3.2.1 环境水文地质作用
在水资源的开发利用中，地下水因其水质好，动态相对稳定故被许多国家作为主要的开发利用对象。美国大约50%的畜牧业和灌溉用水，40%的公共供水依靠地下水。而地中海岛国马尔他和位于西亚干燥高原的沙特阿拉伯，则100%的依靠地下水（表3.4）。
表3.4 典型国家地下水在供水中所占的比重
大规模地开发利用地下水，必然引起环境水文地质作用。环境水文地质作用是指地下水在人为和自然因素影响下，由水化学、水动力学、水物理学和生物学性质变化引起的对人类生产和生活环境的制约作用。按作用的机制，环境水文地质作用主要有环境水文地球化学作用、环境水动力学作用、环境水物理学作用、环境水文地质生态作用。各种作用的控制指标及其环境影响结果等列于表3.5。
表3.5 环境水文地质作用的类型及作用结果
3.2.1.1 环境水文地球化学作用
环境水文地球化学作用是指在人工干预下，在一定渗流和水文地球化学条件下，物质迁移、转化的作用，是决定污染物质迁移转化规律的主要作用。主要有酸碱作用、氧化-还原作用、吸附-解吸作用、络合与螯合作用、稀释和浓缩作用、生物净化与浓集作用、放射性衰变和细菌繁殖与衰亡作用，以及污染质在水中的弥散作用。通过这些作用，水污染物质在环境系统中发生迁移、富集、转化、分散、净化、毒性改变，从而造成水质恶化、公害病等不良环境影响，或使水体发生净化作用。
3.2.1.2 环境水动力作用
环境水动力作用是指由地下水动力要素变化而引起的地质环境中相互间的能量交换作用。通过荷载效应、应力腐蚀效应、孔隙水压力效应、潜蚀吸蚀效应等作用，破坏地质环境中不同单元间的力学平衡，引发地面沉降、岩溶塌陷等地质灾害。地下水位的下降，会造成水动力场各要素如水力坡度、渗透速度、水压力的变化。
3.2.1.3 环境水物理学作用
环境水物理学作用是指地下水对热能的传播和转化而引起的建筑物地基失稳和地下水水质变坏的环境作用。由于人工热流出物的影响，水温度发生变化可引起水体热污染，影响水质和水生生态平衡。
3.2.1.4 环境水文地质生态作用
水质、水量和水温等变化都可引起生态平衡的破坏。大量开采地下水造成的区域性水位下降，使包气带土壤水分减少，土壤结构破坏，出现土壤沙化和草原退化；不恰当的引水灌溉造成的地下水水位上升引发土壤盐渍化，从而破坏农业生态平衡；水污染物中氮、磷等营养物过多，可造成湖泊、海湾等水体中藻类灾害性的生长，使水体质量下降，危害水生生态系统。
3.2.2 水资源开发利用的环境地质正效应
水资源的开发利用对社会、经济发展起到了不可估量的作用，如果在科学评价，合理开发基础上利用，则会促使环境变化向有利于人类生存的方向发展，这种作用叫做正的环境效应。
3.2.2.1 地表水利用过程中的环境地质正效应
通过筑坝形成水库，以提高水位，调节径流，改善水质，实现灌溉、发电、供水、防洪、航运等综合效益所带来的环境正效应如下。
3.2.2.1.1 增加蒸发，利于防洪
由于水库增大了自由水面的面积，增加了蒸发损失，美国的大平原南部一些水库在降雨较少的年份，最大蒸发损耗达42%，这对于专为用于防洪而营建的小水库来说，水量损耗可以增加水库的防洪能力，因为它使洪水量迅速减小。美国大平原南部由于年蒸发量远大于年径流量，水库的防洪效益比美国其他地区都好，俄克拉何马州体格河上的25座水库的临时蓄洪作用使特大洪水淹没和洪泛平原的面积减少了23%。
3.2.2.1.2 调节径流
水库对径流的影响主要表现在对流量的调节作用上，使流量在时间上重新分配，使下游河道水流的长期和短期的变化幅度减小，有利于水生物的生活。
3.2.2.1.3 增加地下水的入渗补给量
水库修建后，往往在库区附近地区增大了地表水入渗补给时间和面积，促使地下水位回升，有利于减缓或防止地面沉降等地质灾害的发生。
当然水库的修建引起蒸发量的增大，从水资源角度来说是一种损失，也使用于灌溉、发电、航运等兴利方面的效益减小。
3.2.2.2 地下水资源开发利用中的环境地质正效应
合理开发利用地下水可以为当地带来下列环境正效应。
3.2.2.2.1 控制土壤返盐
土壤盐分变化与潜水动态密切相关。地下水位埋深越浅，潜水蒸发量越大，向表土输送的盐分就越多，也就越容易造成土壤盐渍化。反之，如果将地下水位控制在一定的深度，就能抑制土壤返盐，并使盐碱地得到改良。如河北平原石津灌区实行井灌与渠灌相结合，控制地下水位埋深在2.5～3m，使全灌区盐碱地面积由1972年的4.21×108m2减少到20世纪80年代的240×106m2；山东禹城试验区改引黄灌溉，为井灌，加上明沟排水，使盐碱地大幅度下降。整个黄淮海平原，自20世纪50年代后期大规模开采浅层地下水到80年代中期，盐碱地已减少了一半。
3.2.2.2.2 调蓄地下库容
在地下水位埋深较浅地区，合理降低水位可增大地下调蓄库容，有利于降水渗入补给。从1975～1988年，河北平原京津以南地区，浅层水水位平均下降了5.9m，腾空了地下库容2.9×1010m3，增大了地下调蓄能力。在黄河平原上，从1966年以后，地下水的开采不断增大，加上深挖河道降低地下水的排泄基准面，促进了地下水的水平排泄，使该区地下水位埋深长年处于2～3m的状态，增强了降水入渗能力，也减少了地表径流。
3.2.2.2.3 改善水质
傍河开采地下水，激发河流补给，不仅供水稳定，而且利用岩层的天然过滤和净化作用，使难于利用的多泥沙河水，转化为水质良好的地下水，为沿河城镇和工业集中供水提供水源。北京、西安、兰州、西宁、太原、哈尔滨等大城市，大型供水水源地都是傍河取水型的。
3.2.2.2.4 减缓土地沙漠化
利用深层地下水灌溉，可以增加土壤水含量，促进植被生长，减少土地沙漠化面积。
3.2.3 水资源开发利用的环境地质负效应
随着社会经济的迅速发展，人类对水资源开发利用量不断增加，常常改变了水资源的自然循环过程、方式和强度，从而给当地环境带来一系列不利的影响，这种现象称为环境负效应。
3.2.3.1 区域地下水位下降，局部浅层水资源枯竭
地下水的动态变化，实质上是其补给与排泄两个环节宏观上的综合表现。例如在含水层中，补给水量大于排泄水量，便引起水量增加，水位上升；反之，则水量减少，水位下降。从一个地区来说，地下水未经大量开采之前，基本上处于一种动态均衡状态，地下水位大致保持相对稳定。但是，随着人类生产活动加剧，地下水多年平均开采量超过多年平均补给量，就会破坏这种动态均衡状态，消耗含水层的“储存量”，其结果就出现了直观上的地下水位逐年下降。
地下水超量开采的直接后果是区域水位持续性下降，地下水降落漏斗范围不断扩大。日本东京地区、美国加利福尼亚中央谷地、墨西哥城等处均因大规模开发地下水而造成区域地下水位下降，局部地段浅层含水层中的地下水已趋枯竭，出现出水量减小，水位降深加大，吊泵甚至井孔报废现象。
我国的华北平原水位下降较普遍，深层水水位每年以3～5m的速率下降，天津、沧州、衡水、德州一带降落漏斗已连成一片，面积达3.18×104km2。其中沧州漏斗面积达9830km2，漏斗中心水位埋深达78m。浅层水水位降落漏斗分布于北京市及京广铁路沿线的保定、石家庄、邢台、邯郸到安阳一带，面积达1.89×104km2。我国苏-锡-常地区，随着近些年乡镇企业的发展，地下水利用量逐年增加，由于开采地点集中，时间集中和开采层次集中（多开采第Ⅱ承压水），致使自80年代中期以来，地下水位以平均0.5～1.5m/a的速度下降，区域地下水降落漏斗1996年就超过了5000km2，吴县、锡山和武进3市漏斗中心水位埋深已分别达65m、75m和80m。
区域地下水位下降，不仅直接造成取水工程效益下降或报废，还会诱发泉水断流，地面沉降、岩溶塌陷、地下水质恶化等生态环境问题。
3.2.3.2 泉水流量衰减或断流
北方旅游城市的部分着名岩溶泉水，因泉域内地下水开采布局不合理，在泉水周围或上游凿井开采同一含水层的地下水，导致泉水流量衰减，枯季断流，甚至干涸。如山东济南岩溶泉群（趵突泉等）枯季出现断流。山西太原晋祠泉流量已由20世纪50年代的1.98m3/s，逐渐衰减，至90年代初已断流。西北内陆干旱区，由于在黄土带大量开采地下水以及在出山口过多兴建地表水库及在戈壁带修建高防渗渠道，改变了河水对地下水补给的天然条件，河水渗漏补给量大量减少，造成山前冲洪扇泉水溢出流量大幅度下降。如甘肃河西走廊石羊河流域，20世纪70年代的泉水流量比60年代减少五分之三，原有绿洲的泉灌区逐渐变为井灌区。同样，新疆吐鲁番盆地的坎儿井的水量亦出现了衰减，给农业生产和人民生活带来不利的影响。
3.2.3.3 地面沉降
地面沉降是指地面高程的降低，又称地面下沉或地沉，均指地壳表面某一局部范围内的总体下降运动。地面沉降以缓慢的、难以察觉的向下垂直运动为主，只有少量的或基本没有水平方向的位移，可能影响的平面范围可达几千平方公里。在某些实例中地面沉降是一种自然动力地质现象，而多数是由人类活动所引起的，常以地壳表层一定深度内岩土体的压密固结或下沉为主要形式。
自19世纪末以来，随着世界范围内人类工程活动强度和规模的不断增大，许多地区陆续出现了地面下沉现象。在诸多实例中，由于人类抽取地下液体的工程活动而引起的地面沉降最为普遍。意大利的威尼斯城是最早被发现因抽取地下水而产生地面沉降的城市。之后，日本、美国、墨西哥、中国、欧洲和东南亚一些国家中的许多位于沿海或低平原上的城市或地区，由于抽取地下液体而先后出现了较严重的地面沉降问题（表3.6）。
表3.6 世界各地地面沉降概况一览表
我国从20世纪60年代起，在上海、北京、天津、西安等城市先后出现了地面沉降现象。处于渭河第二级阶地的西安市城区，地面沉降已经发展到了极其严重的地步，与之伴生的地裂缝等严重影响了城市的发展。许多楼房建筑物遭到破坏，多处道路、煤气和输水管道被错断，某些古建筑受到明显影响；钟楼在1971～1988年间累计沉降279.4mm，大雁塔向西倾斜886mm，向北倾斜170mm，南城墙西段曾因为地裂缝和沉降不均匀发生坍塌。1976年之前，西安地面沉降极缓，年平均沉降速率5.3mm，其后随着地下承压水开采量加大，承压水位下降，地面沉降与承压水位漏斗吻合，形成复合型沉降区。到1988年时，沉降地域面积达160km2，市区年平均沉降速率34.6mm，有7个沉降中心。其中胡家庙沉降中心累计沉降已达1 230mm，后村—观音庙沉降中心累计沉降量达1 330mm。市区地裂缝活动程度日趋剧烈，总长度达76.68km，垂直位移速率5～30mm/a，水平位移3～4mm/a。虽然西安市区地裂缝的产生与关中盆地的新构造隐伏断裂活动有一定的联系，但是地面的不均衡沉降也是其直接的诱因。所以地裂缝分布范围与地面沉降范围重合，地裂缝多沿着各个沉陷中心的一侧伸展。
图3.3 天津地区1965～1988年地面沉平均速率图
据王若柏（1994）研究，位于渤海湾平原的天津地区，在大量开采地下水之前的20世纪前半叶，水准观测表明，其新构造沉降速率为4～6mm/a。1923年开始开采承压水，1959年在天津市区发现地面沉降的现象。20世纪60年代后期工农业生产大规模开采地下水，其中1970～1971年平均开采地下水0.89×108m3，地面沉降速率为40mm/a；1972～1985年平均开采地下水（1.0～1.2）×108m3/a，地面沉降量为75～120mm/a；1986年关井减采，1988年开采量下降为0.67×108m3，地面沉降减缓为24mm/a。这显示地面沉降速率与地下水开采量成正相关关系。在整个天津地区，1975年地面沉降范围还只有600km2，有市区和宁河（汉沽）两个沉降中心；1979年时沉降范围猛增到4 000km2，天津、宁河和武清沉降中心扩大而联结为大型复合沉降中心；1983年时沉降范围增至6 000km2，各沉降中心沉降速率极高，如天津市区113.3mm/a、汉沽118.0mm/a、塘沽107mm/a、任丘40mm/a；1988年整个地区沉降面积达7 000km2，许多中等城市都发生沉降，形成一个规模巨大的多中心复合型沉降区（图3.3）。天津市区的工学院水准点，1996年埋设标高为3.39m，到1988年时仅有1.64m，反映出22a里地面累计沉降1.75m。市区沉降中心最大累积沉降量已达 2.62m之多。塘沽和汉沽的某些区域，地面出现负标高或者与海平面持平。由于地面沉降，市区出现污水外溢，海河河道泥沙大量淤积，汛期排洪不畅，沿河两岸出现沼泽化，海水倒灌，水质恶化，风暴潮灾害损失剧增。这一系列的环境问题，严重影响着当地经济、社会的持续发展。
上海市位于长江三角洲前沿，松散沉积物厚达300m。1921～1965年市区地面平均下沉1.76m，最大沉降量 2.63m。1966年采取控制措施以来，地面沉降得到缓解（刘铁铸，1994）。位于渤海湾的大港油田，地面标高1～3m。自从1965年投产以来，油田注水和生活用水大量抽取第四系淡水，使某些区域地下水位由0m下降到-80m（北大港），全区地面沉降0.808m，沉降中心下沉达1.70m。这使得油田管理系统变形甚至断裂，风暴潮和洪水危害油井、港口和各种建筑物（李德生等，1994）。
苏州、无锡、常州三市自20世纪60～70年代发现地面沉降现象，至1994年，三市沉降中心累计沉降量分别为1 407mm，1 140mm和1 050mm，三市因地面沉降造成的直接经济损失已达12亿元，间接损失无法估量。
地面沉降造成的危害极大，必须认真防治。具体措施如下：
（1）压缩地下水开采量，严禁超采。这是防止地面沉降的根本措施。应通过“开源节流”的方式，减少地下水的开采量，实行分质供水，优质优用，地下水仅作为饮用，工业用水尽量多利用地表水，推广循环用水技术。
（2）调整开采层次，尽量开发深层地下水。苏-锡-常地区的地面沉降主要是于开采“三集中”所造成，应实行科学规划，调整开采层次，如工业用水应尽可能利用水质相对差一点的第Ⅰ承压水，保护水质好的第Ⅱ承压含水层的地下水，只作为饮用水供水，改变目前饮水开发第Ⅰ承压层水，工业用第Ⅱ承压层水的现象，即人吃坏水，工业用好水的不合理现象。
（3）通过人工回灌等措施增加地下水补给量。上海市为了使地下水回升和达到控制地面沉降的目的，自1966年开始，以“冬灌夏用”为主，“夏灌冬用”为辅的区域性地下水人工回灌措施，使地下水获得了大量人工补给，市区地面随着区域水位的大幅度回升，由过去常年沉降转为“冬升夏沉”状态，并使地面沉降得到了基本控制。
（4）加强城市雨水利用工作。学习德国先进经验，运用生态学补偿原理，通过屋面集水，人行道使用渗水材料等技术，增加城市地下水补给量，减少城市无效径流，提高雨水利用率。
3.2.3.4 岩溶地面塌陷
岩溶地面塌陷指覆盖在溶蚀洞穴发育的可溶性岩层之上的松散土石体，在外动力因素作用下，发生的地面变形破坏。其表现形式以塌陷为主，并多呈圆锥形塌陷坑。自然条件下产生的岩溶塌陷一般规模小，发展速度慢，不会给人类生活带来较大的影响。但在人类工程生活中产生的岩溶塌陷规模较大，突发性强，且常出现于人口聚集地区，给地面建筑物和人身安全带来严重威胁，造成地区性的环境地质灾害。
由于岩溶洞穴或溶蚀裂隙的存在、上覆土层的不稳定性和地下水对土层的潜蚀搬运作用，采排岩溶地下水常引起地面塌陷。前者是塌陷产生的物质基础，后者是引起塌陷的动力条件。自然条件下，地下水对岩溶充填物质和上覆土层的潜蚀作用也是存在的，不过这种作用很慢，故塌陷较少，而且规模不大。人为采排地下水，对岩溶充填物和上覆土层的侵蚀搬运作用大大加强，促进了地面塌陷的发生和发展。此类塌陷的形成过程大体可分如下四个阶段：
（1）在抽水、排水过程中，地下水位降低，水对上覆土层的浮托力减小，水力坡度增大，水流速度加快，水的侵蚀作用加强。溶洞充填物在地下水的侵蚀、搬运作用下被带走，松散层底部土体下落、流失而出现拱形崩落，形成隐伏土洞。
（2）隐伏土洞在地下水持续的动水压力及上覆土体的自重作用下，土体崩落、迁移，洞体不断向上扩展，引起地面沉降。
（3）地下水不断侵蚀、搬运崩落体，隐伏土洞继续向上扩展。当上覆土体的自重压力逐渐趋于洞体的极限抗压、抗剪强度时，地面沉降加剧，在张性压力作用下，地面产生开裂。
（4）当上覆土体自重压力超过了洞体的极限抗压、抗剪强度时，地面产生塌陷。同时，在其周围伴生有开裂现象。这时因为土体在下塌过程中，不但在垂直方向产生剪切应力，还在水平方向产生张力所致。
图3.4 徐州市塌陷区土洞发育示意图
岩溶地面塌陷在我国许多城市均有发生，如桂林、徐州、常州等市。徐州市主要开发利用岩溶地下水，第四系松散层厚度5～30m，每天供水量40×104m3，大大超过其补偿量[每天（20～25）×104m3]，导致岩溶地下水位连年下降，漏斗中心水位埋深已大于90m，在上覆土层中形成了许多土洞。1992年4月12～13日，云龙区新生里2×104m3范围内发生岩溶地面塌陷，形成塌坑9个，最大一个长25m，宽19m，共破坏民房224间，直接经济损失4000万元，其土洞发育机制如图3.4所示。
3.2.3.5 海水入侵
沿海城市和地区在滨海含水层中超量开采地下水，造成咸淡水界面变化，海水侵入含水层，地下水水质恶化，矿化度及氯离子浓度增高。
海水入侵是沿海地区水资源开发带来的特殊环境问题，在国外广泛存在。美国的长岛、墨西哥的赫莫斯城，以及日本、以色列、荷兰、澳大利亚等国家的滨海地区都存在这一问题。
我国海岸线长达1.8×104km，沿海地区是我国经济发展的重点地区，海水入侵会带来严重的经济损失。如大连、锦西、秦皇岛、青岛、厦门等地，由于海水入侵，水质恶化、大量水井报废、粮食绝产、果园被毁、严重地妨碍了工农业生产和旅游业的发展。
莱州湾沿岸的莱州市，1976～1989年14a内，地下水可开采量为16.2×108m3，实际开采量达24.58×108m3，共超采8.38×108m3，形成了地下水降落漏斗，中心水位最低标高为-16.74m，引起了海水大面积入侵。旅大地区金州湾沿岸的大魏家水源地，从1969年建成投产以来，由于实际开采量（6.2×104m3/d），为允许开采量（3.1×104m3/d）的2倍，漏斗中心水位降深最大达13.58m，水位标高最低为-9.86m，引起海水入侵，水中Cl-含量普遍上升。
3.2.3.6 水质恶化
由于大规模开发地下水，导致区域水位下降，包气带厚度增加，促使环境水文地球化学作用增强，从而影响地下水的水质，这种现象在许多地区都发生过，徐州市尤为明显。由于大规模的超采，使该区地下水位以2m/a的速度下降，降落漏斗以每年8km2的速率扩展，因此引起了水动力场及水文地球化学环境的一系列变化。其变化较为明显的是地下水系统中氧化还原环境的改变，使原来地段变成了包气带，造成某些矿物及化学成分的氧化变成较易溶解的盐类。例如，残存于土壤里的在包气带条件下会被硝化而形成易迁移的和，其反应方程式为：
环境地质与工程
同时也促使包气带中难溶的硫化物变为易溶解的硫酸盐，加重了和的污染。由于硝化作用导致水中和离子增多以及pH降低，大大促进了CaCO3的溶解；同时当pH接近6时，又能阻止CaCO3的沉淀反应。因此，地下水中Ca2+、Mg2+离子含量总体上呈上升趋势；此外，由于水位的大幅度下降地下水流速增大，水循环交替加快，加强了氧化作用，增大了淋滤的路径，加强了淋滤作用，造成在灌溉污水及地表固体废物和粪便垃圾和淋滤水下渗过程中使包气带中大量易溶的钙、镁的氯化物和硫酸盐不断溶解，增加了地下水中Ca2+、Mg2+、离子浓度；同时由污染组分分解形成的CO2不断溶于水，使pH降低，使更多的碳酸盐矿物溶解，造成了大面积的硬度污染。
这类地下水水质恶化现象，在我国北方大量开采地下水的许多大中城市，如北京、石家庄、西安、呼和浩特、新乡、开封、兰州等表现得特别明显。例如，在我国为数不多的几个以地下水作为惟一供水源的大城市之一的石家庄市，市区大部分范围内的孔隙潜水，在60年代中期大量开采地下水的初期，矿化度一般仅为0.3～0.4g/L，总硬度一般为13～15德国度（扇间地带，因径流条件较差，其矿化度和硬度较高）；而到80年代中期，大多数地区的矿化度已上升到0.5～0.8g/L，硬度上升到17～25德国度。在地下水开采强度最大的区域地下水降落漏斗中心地段，矿化度达到了0.85～1.0g/L，个别点上已大于 1.5g/L，硬度达到30～33德国度，个别点上达到64.6德国度。另据河南省第一水文地质大队监测资料，新乡市区的孔隙潜水在1984～1989年的5a内，矿化度和总硬度均随着开采量的增加和区域地下水位降落漏斗的加深而迅速上升。每年，矿化度的上升速率为0.028～0.10g/L，硬度上升速率为0.5～5德国度。应特别指出的是，地下水硬度的大幅度升高，目前已成为北方城市地下水开采过程中水质恶化的一个主要问题。例如，北京市水源七厂，1964年投产时地下水的硬度为17～18德国度，1978年则升高到33.1德国度，平均每年以0.9°的速率递增。西安市地下水硬度的年增幅为1.03°～3.82°。兰州市年增幅为1.75°，其中，马滩水源地带供水井中的最高硬度值已达123.5德国度。据有关部门初步估计，我国北方城市，为软化地下水水质，每年需要上亿元费用。