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地下水とは、地球の表面下の岩石や土壌の空隙、岩盤の亀裂に存在する水のことです。世界の利用可能な淡水の約 30 パーセントは地下水です。 [ 1 ]岩石の単位または未固結堆積物は、使用可能な量の水を産出できる場合、帯水層と呼ばれます。土壌の空隙、または岩石の亀裂や空隙が水で完全に飽和する深さは、地下水位と呼ばれます。地下水は地表から補充されます。湧水や浸出水として自然に地表から排出される場合があり、オアシスや湿地を形成することもあります。地下水は、揚水井戸を建設して運用することにより、農業、都市、および工業用にもよく利用されます。地下水の分布と移動を研究することは、水文地質学、または地下水水文学と呼ばれます。
一般的に、地下水とは浅い帯水層を流れる水と考えられていますが、厳密には、土壌水分、永久凍土（凍結した土壌）、透水性の非常に低い岩盤内の不動水、深部の地熱水や油田水なども含まれる可能性があります。地下水は、断層の動きに影響を与える可能性のある潤滑剤として機能していると考えられています。地球の地下の大部分には水が存在し、場合によっては他の流体と混ざっていると考えられます。
地下水は、地表水よりも安価で便利で、汚染の影響を受けにくい場合が多い。そのため、公共の飲料水供給源として一般的に使用されている。例えば、地下水は米国で利用可能な貯水量の最大の源であり、カリフォルニア州は毎年、全州の中で最も多くの地下水を取水している。[ 2 ]地下貯水池には、五大湖を含む米国のすべての地表貯水池と湖の容量をはるかに上回る水が含まれている。多くの自治体の水道水は、地下水のみから供給されている。[ 3 ]世界中で20億人以上が、地下水を主要な水源として利用している。[ 4 ]
地下水の利用は環境問題を引き起こします。例えば、汚染された地下水は、河川や湖沼の汚染よりも目に見えにくく、浄化がより困難です。地下水汚染は、多くの場合、廃棄物の不適切な陸上処理が原因です。主な発生源としては、工業用および家庭用化学物質やゴミの埋立地、農業で使用される過剰な肥料や農薬、工業廃水池、鉱山からの尾鉱やプロセス廃水、工業用フラッキング、油田の塩水ピット、地下石油貯蔵タンクやパイプラインからの漏洩、下水汚泥や浄化槽などが挙げられます。さらに、地下水は沿岸地域では塩水侵入の影響を受けやすく、持続不可能な方法で汲み上げられると地盤沈下を引き起こし、都市の沈下（バンコクなど）や標高の低下（カリフォルニア州セントラルバレーで数メートルに及ぶ標高低下など）につながる可能性があります。これらの問題は、海面上昇や気候変動のその他の影響、特に水循環への影響によってさらに複雑化しています。人間の地下水汲み上げにより、地球の地軸の傾きは31 インチ (79 cm)変化した。 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]
地下水とは、土壌や岩石の地表下の空隙に存在する淡水のことです。また、地下水位より下の帯水層内を流れる水でもあります。地表水と密接に関連する地下水と、帯水層内の深層地下水（数千年前に地中に浸透した場合は「化石水」と呼ばれる[ 8 ]）を区別することが有用な場合もあります。
地下水は、地表水と同様に、流入、流出、貯留という観点から考えることができます。地下水への自然な流入は地表水からの浸透であり、それが地下水に到達するために下方へ浸透する必要があります。地下水からの自然な流出は、湧水と海洋への浸透です。[ 9 ] 地下水の貯留量は、流入量に比べて地表水よりもはるかに大きく（体積的に）、循環速度も遅いですが、これは帯水層の特性によって異なります。[ 10 ] この違いにより、人間は深刻な結果を招くことなく、長期間にわたって持続不可能な方法で地下水を使用することが容易になります。しかしながら、長期的には、地下水源より上流の平均浸透率と河川からの流入量の合計が、その水源からの平均水消費量の上限となります。[ 11 ] [ 12 ]
地下水は、降水、小川、河川からの地表水によって自然に補充され、この補充が地下水位に達すると補充される。[ 13 ]
地下水は、大気や淡水のような短期的な水の貯水池（滞留時間は数分から数年）とは対照的に、自然の水循環の長期的な「貯水池」（滞留時間は数日から数千年）となる可能性がある。 [ 14 ] [ 15 ]深層地下水（地表からの涵養からかなり遠い）は、自然の循環を完了するのに非常に長い時間がかかることがある。
オーストラリア中央部および東部に広がる大被圧帯水層は、世界最大級の被圧帯水層の一つであり、その面積は約200万平方キロメートルに及ぶ。水文地質学者は、地下深部から採取された水に含まれる微量元素を分析することで、これらの帯水層から汲み上げられた水が100万年以上前のものであることを突き止めた。
水文地質学者は、大被圧盆地のさまざまな場所から採取した地下水の年代を比較することで、盆地全体で地下水の年代が徐々に古くなっていることを発見した。東部分水嶺沿いの帯水層に水が涵養される場所では、地下水の年代は若い。地下水は大陸を西に向かって流れるにつれて年代が長くなり、最も古い地下水は西部地域に存在する。これは、大被圧盆地を流れる地下水が、 涵養源から100 万年かけて約1000km移動するには、平均して年間約1メートルの速度で移動していることを意味する。
地下水涵養、深層排水、深層浸透は、水が地表水から地下水へと下方へ移動する水文学的プロセスです。涵養は、水が帯水層に入る主要な方法です。このプロセスは通常、植物の根の下にある不飽和帯で発生し、多くの場合、地下水位面への流量として表されます。地下水涵養には、地下水位からさらに飽和帯へと水が移動することも含まれていました。[ 16 ]涵養は、自然（水循環による）と人為的プロセス（すなわち、「人工地下水涵養」）の両方で発生し、後者では雨水や再生水が地下に送られます。
涵養率を推定する最も一般的な方法は、塩化物質量収支（CMB）、土壌物理学的方法、環境トレーサーおよび同位体トレーサー、地下水位変動法、水収支（WB）法（地下水モデル（GM）を含む）、および河川への基底流量（BF）の推定である。[ 17 ]
帯水層とは、透水性または破砕岩、あるいは固結していない物質（砂利、砂、シルト）からなる、水を含む地下層のことです。 [ 18 ]帯水層はその特性が大きく異なります。帯水層内の水の流れの研究と帯水層の特性評価は水文地質学と呼ばれます。関連する概念には、帯水層に沿って透水性の低い層である難透水層、帯水層の下または上にある固く不透水性の領域である不透水層（または不透水層）があり、その圧力によって被圧帯水層が形成される可能性があります。帯水層は、飽和帯水層と不飽和帯水層、帯水層と難透水層、被圧帯水層と非被圧帯水層、等方性帯水層と異方性帯水層、多孔質帯水層、カルスト帯水層、破砕帯水層、または国境を越える帯水層に分類できます。
水の高い比熱容量と土壌や岩石の断熱効果により、気候変動の影響が緩和され、地下水は比較的安定した温度に保たれます。この効果によって地下水温が約10 ℃（50 °F）に維持されている地域では、地下水を利用して地上の建物内部の温度を制御することができます。例えば、暑い時期には比較的冷たい地下水を住宅のラジエーターに送り込み、別の井戸を通して再び地中に戻すことができます。寒い時期には、地下水は比較的暖かいため、空気を使うよりもはるかに効率的なヒートポンプの熱源として利用できます。
地下水は世界の淡水供給量の約30%を占めており、これは海洋や永久氷を含む世界の水全体の約0.76%に相当します。[ 19 ] [ 20 ]世界の液体の淡水の約99%は地下水です。[ 21 ]世界の地下水貯留量は、北極と南極を含む雪と氷の層に貯留されている淡水の総量とほぼ等しくなります。そのため、地下水は干ばつ時などの地表水の不足を緩和する天然の貯留層として機能する重要な資源となります。[ 22 ]
帯水層の地下水量は、地元の井戸の水位を測定したり、井戸掘削による地質記録を調べて、水を含む堆積物や岩石の範囲、深さ、厚さを特定したりすることで推定できます。生産井戸に投資する前に、試験井戸を掘削して、水に遭遇する深さを測定し、土壌、岩石、水のサンプルを採取して実験室で分析することができます。試験井戸で揚水試験を実施して、帯水層の流動特性を判断できます。[ 3 ]
帯水層の特性は、地質や基盤の構造、地形によって異なります。一般的に、生産性の高い帯水層は堆積岩層に多く見られます。それに対し、風化や破砕が進んだ結晶質岩からは、多くの環境で少量の地下水しか得られません。主要な河川流域や地質的に沈下する構造盆地において、谷を埋める堆積物として堆積した未固結または固結度の低い沖積層は、最も生産性の高い地下水源の一つです。
断層帯における岩石の脆性変形によって、さまざまな岩石環境において流体の流れが変化する可能性がある。このような現象が起こるメカニズムは、断層帯水文地質学の対象である。[ 23 ]
地下水への依存は、主にあらゆる部門での水需要の増加と降雨パターンの変動の増加により、ますます高まるだろう。[ 24 ]地下水の安全な利用は、含まれる要素と使用事例によって大きく異なり、人間、家畜、さまざまな作物の消費の間には大きな違いがある。[ 25 ]
地下水は、飲料水、灌漑、製造業など、世界中で最も利用されている淡水源です。地下水は、世界の飲料水の約半分、灌漑用水の40%、工業用水の3分の1を占めています。[ 21 ]
別の推定では、世界全体の取水量の約3分の1が地下水で、残りの3分の2が地表水であるとされています。[ 26 ] : 21地下水は、世界人口の少なくとも50%に飲料水を提供しています。[ 27 ]約25億人が、基本的な日々の水のニーズを満たすために地下水資源のみに依存しています。[ 27 ]
2021年に発表された同様の推定では、「地下水は、農業、工業、家庭の需要を満たすために、世界の年間淡水取水量の4分の1から3分の1を供給すると推定される」と述べられている。[ 28 ]： 1091
世界の淡水取水量は、1900年には年間約600 km³であったと推定さ れ、2017年には年間3,880 km³に増加した。増加率は、1950年から1980年の期間に特に高く（年間約3%）、これは人口増加率の高さと、特に灌漑用水としての地下水開発の急速な増加が原因の一部となっている。増加率は（2022年時点で）年間約1%であり、現在の人口増加率とほぼ一致している。[ 24 ]： 15
世界の地下水枯渇量は年間 100～300 km³と推定されている。この枯渇の主な原因は「乾燥地帯における灌漑農業の拡大」である。[ 28 ]： 1091
アジア太平洋地域は世界最大の地下水取水地域であり、地下水取水量が最も多い10カ国のうち7カ国（バングラデシュ、中国、インド、インドネシア、イラン、パキスタン、トルコ）がこの地域に含まれています。これらの国々だけで、世界の地下水取水量の約60%を占めています。[ 24 ]： 6
地下水は安全な水源である場合もあれば、そうでない場合もある。実際、さまざまな水文地質学的状況における地下水にはかなりの不確実性がある。ヒ素、フッ化物、塩分などの汚染物質が広く存在すると、地下水が飲料水源として適さなくなる可能性がある。ヒ素とフッ化物は世界レベルで優先汚染物質とみなされているが、優先化学物質は国によって異なる。 [ 27 ]
水文地質学的特性には大きな不均一性があります。そのため、地下水の塩分濃度は空間的に大きく変動することがよくあります。これは、特定の地域内であっても、地下水の安全性リスクが大きく変動する原因となります。[ 27 ]地下水の塩分濃度が高いと、水が不味くなり、使用できなくなります。特に、バングラデシュ、東インド、西インド、および多くの島嶼国で顕著な過剰使用による塩水侵入のため、沿岸地域では塩分濃度が最も高くなることがよくあります。[ 27 ]
気候変動により地下水が温暖化している。ウィーンの地下水の温度は、2001年から2010年の間に0.9℃、2011年から2020年の間に1.4℃上昇した。[ 29 ]カールスルーエ工科大学（KIT）とウィーン大学の科学者たちは共同研究プロジェクトで、今世紀末までに地下水温の上昇によって予想される飲料水の損失量を定量化しようと試みた。 [ 30 ]気候変動と地下水位の深さの空間的変動により、地域の浅層地下水温のパターンが大きく異なることを強調し、これらの研究者たちは、空間的および時間的スケールにわたって地下水が地表温暖化にどのように反応するかについての知識が現在不足していると述べている。[ 31 ]しかし、彼らの研究によると、中程度の排出経路をたどると、2100年には7700万人から1億8800万人が、地下水がどの国でも設定された飲料水温度（DWT）の最高閾値を超える地域に住むと予測されている。[ 31 ]
都市用水や工業用水は、大型井戸を通して供給されます。一つの水源に対して複数の井戸がある場合、それらを「井戸群」と呼び、被圧帯水層または非被圧帯水層から取水します。深層の被圧帯水層から地下水を利用することで、地表水の汚染に対する保護効果を高めることができます。一部の井戸は「集水井戸」と呼ばれ、地表水（通常は河川水）の浸透を促すように特別に設計されています。
都市部や農業灌漑に持続可能な淡水地下水を供給する帯水層は、通常、地表近く（数百メートル以内）にあり、淡水による涵養を受けています。この涵養は通常、河川や天水（降水）が上層の不飽和物質を通して帯水層に浸透することによって行われます。地下水の塩分濃度や特定のイオン濃度が許容できないレベルの場合、脱塩が一般的な処理方法です。[ 25 ] [ 32 ] [ 33 ]ただし、塩水については、安全な処分または再利用が必要です。[ 25 ]
一般的に、農地の 20% を灌漑 (さまざまな種類の水源を使用) することで、食料生産の 40% を生産しています。[ 34 ] [ 35 ]世界中の灌漑技術には、地表水を迂回させる運河、[ 36 ] [ 37 ]地下水の揚水、ダムからの水の転用などがあります。帯水層は農業において非常に重要です。乾燥地帯の深い帯水層は、長い間灌漑用水源として利用されてきました。汲み上げられた地下水の大部分 (70%) は農業目的で使用されています。[ 38 ]さまざまな農業用途における特定の塩の安全なレベルを決定するために、重要な調査が行われてきました。[ 39 ]
インドでは、灌漑の65%が地下水によるものであり[ 40 ]、汲み上げられた地下水の約90%が灌漑に使用されている[ 41 ] 。
時折、堆積層または「化石」帯水層が都市部への灌漑用水や飲料水供給に利用されることがある。例えばリビアでは、ムアマル・カダフィの「大人工河川プロジェクト」により、サハラ砂漠の地下帯水層から大量の地下水が沿岸部の人口密集地域に汲み上げられている。[ 42 ]これは代替案である海水淡水化よりもリビアの費用を節約しているものの、帯水層は60年から100年で枯渇する可能性が高い。[ 42 ]
地下水は、特に地表水の利用可能性が限られている乾燥地域では、重要な淡水供給源となります。 [ 43 ]世界的に、使用される水の3分の1以上は地下水に由来します。河川や貯水池からの十分な地表水供給がない中緯度の乾燥地域や半乾燥地域では、地下水は地球規模の生態系を維持し、飲料水や食料生産といった社会のニーズを満たすために不可欠です。人口増加に伴い地下水の需要は急速に増加しており、気候変動は水資源にさらなるストレスを与え、深刻な干ばつの発生確率を高めています。[ 43 ]
地下水資源に対する人為的影響は、主に地下水揚水と灌漑や土地利用の変化による間接的な影響によるものである。[ 43 ]
地下水は、サハラ以南アフリカにおける水供給と生活を維持する上で中心的な役割を果たしている。[ 44 ]場合によっては、地下水はこれまで利用されていなかった追加の水源となる。[ 45 ]
第一に、氾濫原に建設されたインフラを保護することを目的とした洪水緩和計画は、自然洪水に伴う帯水層の涵養を減少させるという意図せざる結果を招いています。第二に、広範囲にわたる帯水層の地下水の長期にわたる枯渇は、地盤沈下とそれに伴うインフラの損傷、そして第三に塩水侵入を引き起こす可能性があります。[ 46 ]第四に、低地の沿岸平野によく見られる酸性硫酸塩土壌の排水は、かつて淡水であった河川や汽水域の河川の酸性化と汚染を引き起こす可能性があります。[ 47 ]
地下水は非常に有用で、多くの場合豊富な資源です。地球上のほとんどの陸地の下には、時にはかなりの深さに帯水層が存在します。場合によっては、これらの帯水層は人間の人口によって急速に枯渇しています。このような過剰使用、過剰取水、または過剰揚水は、人間の利用者と環境に大きな問題を引き起こす可能性があります。人間の地下水利用に関して最も明白な問題は、既存の井戸の到達範囲を超えて地下水位が低下することです。その結果、地下水に到達するために井戸をより深く掘削する必要があります。一部の地域（カリフォルニア、テキサス、インドなど）では、大規模な井戸揚水のために地下水位が数百フィート低下しています。[ 49 ] GRACE衛星は、地球上の37の主要な帯水層のうち21が枯渇していることを示すデータを収集しました。[ 21 ]例えば、インドのパンジャブ地方では、1979年以降、地下水位が10メートル低下しており、枯渇の速度は加速しています。[ 50 ]地下水位の低下は、地下水に関連した地盤沈下や塩水侵入などの他の問題を引き起こす可能性がある。[ 51 ]
もう一つの懸念事項は、過剰に割り当てられた帯水層からの地下水低下が、陸上および水生生態系の両方に深刻な被害をもたらす可能性があることです。被害が発生する期間が長いため、非常に顕著な場合もあれば、ほとんど気づかない場合もあります。[ 46 ]淡水生物学者や生態学者でさえ、生態系に対する地下水の重要性を見落としがちです。地下水は、河川、湿地、湖沼、そしてカルスト帯水層や沖積層帯水層内の地下生態系を支えています。
もちろん、すべての生態系が地下水を必要とするわけではありません。例えば、開けた砂漠や同様の乾燥地帯の生態系など、一部の陸上生態系は、不規則な降雨と、それが土壌にもたらす水分、そして空気中の水分によって成り立っています。地下水が中心的な役割を果たさない、より住みやすい環境の陸上生態系もありますが、地下水は実際には世界の主要な生態系の多くにとって不可欠です。水は地下水と地表水の間を流れます。ほとんどの河川、湖、湿地は、程度は異なりますが、地下水によって供給され、また（場所や時期によっては）地下水に供給しています。地下水は浸透によって土壌水分を供給し、多くの陸上植生群落は、少なくとも年間の一部期間、地下水または帯水層上部の浸透土壌水分に直接依存しています。河床下帯（河川水と地下水の混合帯）や河畔帯は、地下水に大きく、あるいは完全に依存している移行帯の例です。
2021年の調査では、調査対象となった約3900万の地下水井戸のうち、6～20%が、地域の地下水位が数メートル低下した場合、または多くの地域や主要な帯水層の半分以上[ 52 ]のように低下が続く場合、枯渇するリスクが高いことが判明した。[ 53 ] [ 54 ]
淡水帯水層、特に雪や雨による涵養が限られている帯水層（天水とも呼ばれる）は過剰に利用される可能性があり、地域の水文地質によっては、水理的に繋がっている帯水層や地表水から飲用不可能な水や塩水が流入する可能性がある。これは、特に沿岸地域や帯水層の揚水が過剰な地域では深刻な問題となり得る。
地盤沈下は、地下から過剰な水が汲み出され、地表下の空間が収縮し、地盤が崩壊することによって発生します。その結果、土地にクレーターのような跡が残ることがあります。これは、自然な平衡状態では、帯水層と難透水層の空隙にある地下水の圧力が、上層の堆積物の重量の一部を支えているためです。過剰な揚水によって帯水層から地下水が除去されると、帯水層内の空隙水圧が低下し、帯水層の圧縮が発生する可能性があります。この圧縮は、圧力が回復すれば部分的に回復する可能性がありますが、大部分は回復しません。帯水層が圧縮されると、地盤沈下、つまり地表面の低下を引き起こす可能性があります。[ 55 ]
未固結帯水層では、砂利、砂、シルトの粒子間の間隙から地下水が生成されます。帯水層が低透水性の層によって囲まれている場合、砂や砂利の水圧が低下するため、隣接する不透水層からの水の排水が遅くなります。これらの不透水層が圧縮性のシルトや粘土で構成されている場合、帯水層への水の損失によって不透水層の水圧が低下し、上層の地質物質の重みによって不透水層が圧縮されます。深刻な場合、この圧縮は地表面の沈下として観察されます。残念ながら、地下水汲み上げによる沈下の多くは永久的なものです（弾性反発は小さい）。したがって、沈下は永久的なだけでなく、圧縮された帯水層の保水能力も永久的に低下します。
ルイジアナ州ニューオーリンズ市は現在、実際には海面下に位置しており、その沈下は、その下にあるさまざまな帯水層/難透水層からの地下水の除去が原因の一つとなっている。[ 56 ] 20世紀前半、サンホアキン渓谷では、地下水の除去により、場所によっては最大8.5メートル（28フィート）もの著しい沈下が発生した。 [ 57 ]イタリアのヴェネツィア[ 58 ]やタイのバンコク[ 59 ]など、河川デルタにある都市では地表の沈下が発生しており、かつて湖底だった場所に建設されたメキシコシティでは、年間最大40センチメートル（1フィート4インチ）の沈下率が発生している。 [ 60 ]
沿岸都市では、地盤沈下によって海面上昇などの他の環境問題のリスクが高まる可能性があります。[ 61 ]例えば、バンコクではこれらの複合的な要因により、2070年までに513万8 千人が沿岸洪水にさらされると予想されています。 [ 61 ]
地表水源が相当量の蒸発を受ける場合、地下水源が塩水化する可能性があります。このような状況は、内陸水域では自然に発生することもあれば、灌漑農地では人為的に発生することもあります。沿岸地域では、地下水源の人為的な利用によって、海への浸透方向が逆転し、土壌の塩類化を引き起こすこともあります。
水が地形を流れる際に、主に塩化ナトリウムなどの可溶性塩類を集めます。このような水が蒸発散によって大気中に放出されると、これらの塩類は残されます。灌漑地域では、土壌や表層帯水層の排水不良により、低地で地下水位が上昇することがあります。その結果、土壌の塩分濃度の上昇や湛水といった深刻な土地劣化問題が発生します[ 62 ]。さらに、地表水中の塩分濃度も上昇します。その結果、地域経済や環境に深刻な被害が生じています[ 63 ] 。
半乾燥地帯の地表灌漑地域では、避けられない灌漑用水の損失を井戸からの補助灌漑によって地下に浸透させることで、帯水層が塩害を受ける危険性がある。[ 64 ]
地表灌漑用水には通常、以下の順序の塩類が含まれています。0.5 g/L以上で、年間灌漑必要量は次のオーダーです。10,000 m 3 /ha以上なので、年間塩輸入量は次のオーダーになります。5,000 kg/ha以上。[ 65 ]
継続的な蒸発の影響により、帯水層の水の塩分濃度は継続的に上昇し、最終的には環境問題を引き起こす可能性がある。
このような場合の塩分濃度制御のためには、毎年一定量の排水を地下排水システムによって帯水層から排出し、安全な排水口を通して処分する必要があります。排水システムは水平方向（パイプ、タイル排水管、溝などを使用）または垂直方向（井戸による排水）のいずれでも構いません。排水必要量を推定するには、農業水理塩分成分を含む地下水モデル（例： SahysMod）の使用が有効です。
海岸近くの帯水層は、地表近くに淡水の層があり、その下に密度の高い海水層があります。海水は海洋から帯水層に浸透し、淡水よりも密度が高いです。海岸近くの多孔質（砂質）帯水層では、海面からの淡水の水頭が0.3メートル（1フィート）上がるごとに、海水の上に重なる淡水層の厚さは約12メートル（40フィート）になります。この関係は、ギベン・ヘルツベルグ方程式と呼ばれています。海岸近くで地下水を過剰に汲み上げると、淡水帯水層に海水が侵入し、飲料水が汚染される可能性があります。マイアミ近郊のビスケーン帯水層やニュージャージー沿岸平野帯水層など、多くの沿岸帯水層は、過剰揚水と海面上昇の結果として、海水侵入の問題を抱えています。
海水侵入とは、沿岸帯水層への海水の流入または存在のことです。これは塩水侵入の一例です。これは自然現象ですが、気候変動による海面上昇などの人為的要因によっても引き起こされたり悪化したりすることがあります。[ 66 ]均質な帯水層の場合、海水侵入は淡水地下水への移行帯の下に塩水楔を形成し、上部を海に向かって流れます。[ 67 ] [ 68 ]これらの変化は、地下水上の土地に他の影響を与える可能性があります。たとえば、カリフォルニアの沿岸地下水は多くの帯水層で上昇し、洪水や流出の問題のリスクが高まります。[ 66 ]
海面上昇は沿岸地下水への海水の混入を引き起こし、貯水池の2～3％を超えると地下水は使用できなくなります。米国の海岸線の約15％では、すでに大部分の地下水位が海面下になっています。[ 69 ]
地下水汚染（地下水汚染とも呼ばれる）は、汚染物質が地面に放出され、地下水に流れ込むときに発生します。この種の水質汚染は、地下水中に微量で望ましくない成分、汚染物質、または不純物が存在することによって自然に発生することもあり、その場合は汚染よりも汚染と呼ばれることが多いです。地下水汚染は、敷地内衛生システム、埋立地浸出水、廃水処理場からの排水、漏水している下水道、ガソリンスタンド、水圧破砕（フラッキング）、または農業における肥料の過剰使用によって発生する可能性があります。汚染（または汚染）は、ヒ素やフッ化物などの自然発生的な汚染物質によっても発生する可能性があります。[ 70 ]汚染された地下水を使用すると、中毒や病気の蔓延（水系感染症）によって公衆衛生に危険が生じます。
汚染物質はしばしば帯水層内に汚染プルームを形成します。帯水層内の水の移動と拡散により、汚染物質はより広い範囲に拡散します。プルームの進行境界（プルームエッジと呼ばれることが多い）は、地下水井戸や湧水などの地表水と交差し、人間や野生生物にとって水源が安全でなくなる可能性があります。プルームの移動（プルームフロントと呼ばれる）は、水文輸送モデルまたは地下水モデルによって分析できます。地下水汚染の分析は、土壌特性と地質、水文地質、水文学、および汚染物質の性質に焦点を当てる場合があります。さまざまなメカニズムが、地下水中の汚染物質の輸送に影響を与えます。たとえば、拡散、吸着、沈殿、分解などです。
気候変動が地下水に及ぼす影響は、蒸発散量の増加による灌漑用水需要への間接的な影響を通じて最も大きくなる可能性がある。[ 24 ]： 5世界の多くの地域で地下水貯留量の減少が観測されている。これは、特に乾燥地帯において、農業における灌漑活動に地下水がより多く使用されるようになったためである。[ 28 ]： 1091この灌漑の増加の一部は、気候変動が水循環に及ぼす影響によって悪化した水不足の問題に起因する可能性がある。人間の活動による水の直接的な再分配は年間約24,000 km 3であり、これは毎年の世界の地下水涵養量の約2倍である。[ 28 ]
気候変動は水循環に変化をもたらし、それが地下水に様々な形で影響を及ぼします。地下水貯留量の減少、地下水涵養量の減少、異常気象による水質悪化などが起こり得ます。[ 71 ] : 558熱帯地域では、激しい降雨や洪水によって地下水涵養量が増加するようです。[ 71 ] : 582
しかし、気候変動が地下水に及ぼす正確な影響については、まだ調査中です。[ 71 ]： 579これは、空間的・時間的な変化、揚水データ、「地下水涵養プロセスの数値表現」など、地下水モニタリングから得られる科学的データがまだ不足しているためです。[ 71 ]： 579
気候変動の影響は、地下水貯留にさまざまな影響を与える可能性があります。予想されるより激しい（ただし頻度は少ない）大雨イベントは、多くの環境で地下水の涵養の増加につながる可能性があります。[ 24 ] : 104しかし、より激しい干ばつ期間は、土壌の乾燥と圧縮を引き起こし、地下水への浸透を減少させる可能性があります。[ 72 ]
高地地域では、積雪期間と積雪量の減少により、春季の地下水涵養量が減少する可能性がある。[ 71 ]： 582後退する高山氷河が地下水系に及ぼす影響は十分に解明されていない。[ 24 ]： 106
気候変動による世界的な海面上昇は、世界中の沿岸帯水層、特に低地や小島嶼部への海水侵入を引き起こしている。[ 71 ] : 611しかし、海水侵入の主な原因は、海面上昇ではなく、地下水の取水であることが多い（海水侵入の項を参照）。[ 24 ] : 5海水侵入は沿岸生態系と生計の回復力を脅かす。バングラデシュはこの問題に対して脆弱な国であり、 スンダルバンのマングローブ林は脆弱な生態系である。[ 71 ] : 611
気候変動により、地下水汚染が間接的に増加する可能性もあります。より頻繁で激しい嵐は、肥料、廃水、汲み取り式トイレからの人間の排泄物などの汚染物質を移動させることで地下水を汚染する可能性があります。 [ 71 ]： 611干ばつは河川の希釈能力と地下水位を低下させ、地下水汚染のリスクを高めます。
気候変動の影響を受けやすい帯水層システムの例としては、以下のものが挙げられる（最初の4つは人間の取水とはほぼ無関係であるが、例5～8では人間の地下水取水の強度が気候変動に対する脆弱性を増幅させる上で重要な役割を果たしている）：[ 24 ]： 109
特にサハラ以南のアフリカでは、より多くの地下水を利用することは、気候変動によって干ばつがより激しくなったり頻繁になったりする場合に、気候変動への適応策として考えられている。 [ 73 ]
気候変動に対する地下水を利用した適応策は、分散型地下水貯留と、帯水層システムが季節的または一時的な余剰水を貯留する能力を活用します。[ 24 ]： 5これらは、地表ダムなどの従来のインフラよりも蒸発損失が大幅に少なくなります。例えば、熱帯アフリカでは、地下水貯留から水を汲み上げることで、水と食料供給の気候変動に対する耐性を向上させることができます。[ 24 ]： 110
持続可能なエネルギー源である地熱エネルギーの開発は、CO2排出量の削減、ひいては気候変動の緩和に重要な役割を果たしている。[ 24 ]： 5地下水は、地熱エネルギーの貯蔵、移動、抽出における媒介物である。[ 24 ]： 110
オランダやスウェーデンなどの先駆的な国々では、地盤／地下水は地域暖房・冷房ネットワークにおける単なる構成要素（季節的な供給源、吸収源、または熱「緩衝材」）として捉えられることが増えている。[ 24 ]： 113
深層帯水層は、二酸化炭素の大気中への蓄積を抑制するために炭素を貯蔵するプロセスである炭素回収・貯留にも利用できる。 [ 24 ]： 5
地下水ガバナンスプロセスは、地下水の管理、計画、政策実施を可能にする。これは、地域規模や国境を越えた規模を含む、複数のスケールと地理的レベルで行われる。[ 24 ]： 2
地下水管理は行動指向型であり、実践的な実施活動と日々の運営に重点を置いている。地下水はしばしば私的資源（すなわち、土地所有権と密接に関連しており、一部の管轄区域では私有財産として扱われている）とみなされるため、規制やトップダウン型の統治・管理は困難である。政府は、地下水の公共財としての側面を考慮し、資源管理者としての役割を十分に果たす必要がある。[ 24 ]： 2
国内法規は、地下水へのアクセスだけでなく、地下水の水質に影響を与える人間の活動も規制している。法的枠組みには、排出・涵養域、給水井戸周辺地域の保護、持続可能な取水量基準、取水規制、および複合利用規制も含まれる必要がある。一部の地域では、地下水は河川を含む地表水と併せて規制されている。[ 24 ]： 2
地下水は、特に乾燥地帯において、飲料水供給のための重要な水資源である。
アラブ地域は世界で最も水不足の地域の一つであり、22のアラブ諸国のうち少なくとも11カ国では地下水が最も頼りにされている水源である。この地域の多くの場所で地下水の過剰汲み上げにより、特に人口密度の高い地域や農業地域では地下水位が低下している。[ 24 ]： 7
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