地下水资源类型及特点
（一）地下水的主要类型
埋藏在地面以下的地层（如砂、砾石、砂砾土及岩层）裂隙、孔洞等空隙中的重力水，一般称为地下水，而蓄积地下水的上述土层和岩层则称为含水层。由黏性土质或整块岩石构成的岩层（或土层），地下水不容易通过，这种岩层称为不透水层。不透水层和含水层都不是绝对的，而是相对的概念，地下水含水层的分布情况如图6-1所示。
1.孔隙水
存在于松散岩层孔隙中的地下水称为孔隙水，根据地下水的埋藏条件，又可分为潜水和层间水。
图6-1 平原地区地下水分布情况示意图
（1）潜水。潜水是在地表以下第一个稳定的隔水层以上含水层中的地下水，又称浅层地下水。潜水具有自由水面。其补给来源主要为大气降水（包括溶雪水）；在靠近河流、湖泊、洼地、人工渠道的地区，潜水也可以从附近的地表水得到补给；因而潜水的水位、水量在很大程度上决定于气候条件和附近河流的水文状况。在多雨季节，潜水位因雨水补给而上升，久旱不雨，由于蒸发和开采，潜水位则下降。在大多数情况下，潜水的埋藏分布区与补给区基本上是一致的。在山区，如天山北麓玛纳斯地区和河西走廊祁连山北麓，由于溶雪水的渗入，成为浅层地下水的主要补给来源。
（2）层间水。埋藏于两个隔水层之间的地下水称为层间水，层间水又分无压层间水和有压层间水两种类型。在两个隔水层之间的含水层内，如重力水未完全充满，地下水仍具有与潜水相同的自由水面，地下水运动的性质与潜水完全相同，称为无压层间水。在含水层完全充满水，并在压力水头作用下，使上下隔水层都承受压力（对上隔水层为浮托力）的层间水，称有压层间水或简称承压水。
由于层间含水层上下均有隔水层或弱透水层阻隔，其补给区是在含水层露出地面的地方，因而补给区和分布区并不一致，有时相距甚远。承压含水层的压力水头，决定于补给区的地面高程（或水面高程）与排泄区的高程，如图6-1虚线所示。在承压水地区打井，当钻孔穿透上隔水层后，地下水压力水位便能自动上升至一定的高度。压力水头超出地面者称为自流井，如图6-1中1#井；如地势较高，压力水头升不到地面者，称为非自流井，如图6-1中2#、3#井。
2.裂隙水和溶洞水
地壳上坚硬的岩层亦称基岩，基岩在其发育的过程中由于风化作用、构造作用或成岩作用形成了纵横交错的裂隙，储存和运动在基岩裂隙中的地下水称裂隙水。裂隙水可能是有压的承压水，也可能是无压的潜水，这主要视补给、排泄条件和岩层的构造而定。
由于水的作用，使石灰岩，白云岩等可溶性岩层受到侵蚀，并溶蚀成宽大的裂隙和体积不等的洞穴。埋藏在这些洞穴中的水，叫做溶洞水。溶洞水有承压的，也有无压的，它多数受大气降水补给，因而其水量大小随季节而变。裂隙水和溶洞水是岩石地层地下水源的主要形式。
山前冲积洪积扇和平原地区，由于河流的沉积作用，形成不同厚度（数十米至上千米）的沉积层，地下水的主要埋藏形式是潜水和承压水。而在山区、基岩裸露，开发地下水主要是寻找裂隙水和溶洞水。另外在山区丘陵及黄土塬边沟谷处，常见有地下水的天然露头，称为泉，这是由于含水层或含水的地下溶洞，裂隙被切割，在适宜的地形地质条件下形成的。根据泉的出露性质，可分为上升泉和下降泉两大类。排泄承压水的水流具有一定压力能自动喷出者称为上升泉，如图6-2（a）所示。排泄潜水者称为下降泉，如图6-2（b）所示。
图6-2 泉的分类
（二）地下水资源的特点
供农业开采利用的地下水资源可分为两部分：一部分是可以补偿的资源；一部分是原来储存在含水层中的资源。前者是指在开采过程中地下水含水层所接受的垂直和水平方向的补给，后者是指开发利用前储存在含水层中的水量。可以开发利用的地下水资源的多少除决定于区域天然水文地质条件外，还与开采条件有关。由于潜水（包括潜水-半承压水）和承压水在补给和开采条件上有着显著不同，其地下水资源各有特点，现分别论述如后。
1.浅层地下水（包括潜水和潜水-半承压水）资源
潜水含水层可以直接承受大气降水或渠道河流坑塘等地表水体的补给，在地下水位接近地表的情况下，也容易消耗于潜水蒸发。水的垂直交替和水平运动都十分频繁。
降雨入渗是潜水的主要补给来源。在地形条件、土地平整情况、作物覆盖情况基本相同的前提下，降雨入渗补给地下水量主要决定于降雨情况（包括雨量大小、降雨历时和降雨强度和前期雨量的大小等）、土壤质地和地下水的埋深。
潜水蒸发强度与土壤输水性能、地下水的埋深和气象条件有着密切的关系。在地下水埋深较小的情况下，潜水蒸发主要决定于外界蒸发条件（常以水面蒸发为指标）。随着地下水埋深的增大，土壤向地表的输水能力减弱，蒸发量的大小将主要决定于土壤的输水能力。
降雨入渗补给量pr和潜水蒸发量Eg可以采用专门的均衡试验场资料，也可根据地下水动态资料，利用下式求得：
式中 μ——土壤的给水度（或自由孔隙率）；
Δh——由于降雨入渗补给或蒸发引起地下水的上升或下降值。
渠道或河流以及灌溉水对潜水含水层的补给，均可通过灌溉渠系部分所介绍的方法进行估算。
在与潜水相邻的承压含水层压力水位高于潜水位的地区，下部含水层还可以通过弱透水层向上部潜水越层补给，称为顶托补给，其补给强度ε，一方面决定于弱透水层厚度m′和渗透系数k′，另一方面也决定于含水层之间的水位差ΔH（图6-3），可用下式计算：
潜水还接受来自开采区外的地下水的补给，亦即侧向补给。
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图6-
潜水可以开采利用的地下水储存量，系指在开采过程中地下水静水位与开采前水位之间的土层中储存的水量W（但仅能动用一次）。
单位面积上的可采潜水储量W等于开采前后水位差ΔS1乘以给水度μ，即
潜水给水度μ表示单位面积含水层中潜水位每下降一个单位深度时，由于含水层的疏干而释放出来的水量，μ为无因次值。在潜水位下降以前，地下水面以下土层中的含水率为饱和含水率θs，地下水面以上包气带中由于土层的毛管作用也含有一定的水分，其相对稳定的含水率分布如图6-4的abcd线所示。b点含水率为田间持水率θf，在地下水位下降时，地下水
3 越层补给面以上的土壤水分也随之向下移动，若地下水位下降某一深度ΔH后保持不变，经过一定时间后，地下水面以上又形成一个稳定的含水率分布曲线aefg，e点的含水率亦为田间持水率θf。显然，潜水位下降ΔH时，单位面积含水层所释放出来的水量为水位下降前后两个含水率分布曲线之间所包围的面积（阴影部分）bcdgfe。由于bcd与efg两曲线平行下移了ΔH，由此bcdgfe的面积与长方形hdgi的面积（即疏干层放出的水体）是相等的。疏干层的给水度为
图6-4 不同深度土壤的含水率图
亦即是说，由于水位下降，土层疏干的给水度等于饱和含水率与田间持水率（悬着毛管水率）的差值。该值可以通过室内或野外试验求得。各种岩性土层的给水度如表6-3所示。
表6-3 各种岩层（土质）的给水度表
2.深层承压水的地下水资源
承压水埋藏在地下一定的深度，承压含水层上下均有透水性较弱的隔水层（弱透水层）阻隔，不能直接承受当地大气降雨，河渠和灌水入渗补给，开采区内部地下水的补给仅有来自相邻弱透水层产生的弹性释水和相邻含水层之间的越层补给。
与潜水一样，在开采区地下水下降漏斗范围未达到承压含水层的补给区（补给源）以前，区外（相邻地区）对开采区的补给只是含水量在空间的重新分配，只有在地下水位下降漏斗范围扩大到含水层补给边界后，才会产生来自补给资源的侧向补给。
和潜水不同，承压含水层埋藏深度较大，在开采过程中，地下水压力水位未下降到承压含水层顶板以前，并不发生含水层的疏干现象。含水层中所释放出来的水量将由两部分组成：一部分是由于压力水位的下降，含水层中水体膨胀而放出来的水量，一部分是由于压力水位降低，地下水的浮托力减小，含水层所承受的压力加大，造成含水层的土壤骨架压缩，孔隙减少而释放出来的水量。自承压含水层中释放出来的这两部分水量常称为承压含水层的弹性释水或弹性储量。单位面积承压含水层可以释放出来的总水量，即为可以开发利用的弹性储量，其计算公式与可开采利用的潜水储存量类似，即
式中 μe——承压含水层的弹性释水系数（或承压含水层给水度），它与潜水给水度具有显著不同的概念；
其余符号意义同前。
一般认为水是不能压缩的，但实际上水和沙层受压时，在一定程度上都是可以压缩的，并且可以近似地认为符合弹性变形规律，亦即单位体积所产生的体积变化与压力的变化成正比，如用公式表示，可写成
式中 βω、βs——水和土的压缩系数，k Pa-1；
Vω、Vs——初始时水和土的体积；
ΔV1、ΔV2——由于ΔP的压力（k Pa）变化而引起的水和土体积的变化。
单位体积的含水层在发生单位水头变化时，土壤骨架的压缩为γβs，对于单位宽度、单位长度、厚度为m的整个含水层，土壤骨架的压缩应为γmβω，如含水层孔隙率为n，在发生单位水头变化时，由于水体膨胀而释放出来的水量应为γmnβω。以上两部分相加，即得承压含水层的给水度或弹性释水系数为
根据各地资料，含水层孔隙率n为0.1～0.3，水的压缩系数变化较小，βω=（5～6）×10-5k Pa-1，而含水层压缩系数则变化较大，一般βs=（1～50）×10-5k Pa-1。
我国北方一些地区承压含水层抽水试验资料，μe大多变化于5×10-5～6.5×10-4，一般含水层埋藏越深，土层越密实，孔隙率越小，在含水层厚度相同的情况下，可开发的弹性储量越少。
综上所述，潜水含水层直接承受大气降水、渠道、河流和灌溉水的渗漏，以及区外的地下径流的侧向补给，在开采之后易于在天然和人为条件下得到补偿和恢复。且潜水埋深小，易于用造价低、收效快的水井开采。由于潜水的给水度远大于承压含水层，在动用的储存量相同时，水位降得小，因而动能消耗和运行费用远较承压含水层低。在垂直补给比较丰富，且水质适于灌溉的地区，应以浅层地下水作为主要灌溉水源，深层承压水由于上下均为弱透水层阻隔，不能接受大气降水和地表水的直接补给，越层补给也有一定限制。在远离补给地区的情况下，侧向径流微弱，可以动用的弹性储量甚小，虽然开采初期具有较高的压力水位，甚至可以达到自流，但长期大面积超采，将引起地下水位大幅度下降。因此，承压水不宜作为主要的灌溉水源，仅能作为非常干旱年份的后备水源。