地下水的藏身之处
地球上的水是很多的，它不仅分布在地球表面的海洋、湖泊、江河里，同时还以水蒸气和水滴状态飘浮在大气中，还以冰、雪等固体状态分布在高山和两极。此外，还有一些水，它埋藏在人们不易觉察到的地壳中，这就是地下水。
地下河
地下水在我们脚下分布很广。它不仅出现在河网稠密、雨水充沛的地方，也出现在雨水较少的干旱和半干旱的沙漠地区；它不仅出现在广阔的平原地带，也出现在峰峦峭拔的山区；它不仅存在于靠近地面的地层中，在地下13~14千米的深处也有它的踪迹。有人经过粗略估计，认为地下水的体积约为地表上海洋体积的1/3，大约相当于大西洋的体积，从这个意义上讲，地下水类似于地表上的一个大洋。然而，我们脚下是踏踏实实的大地，怎么能装得下这么多的水？它究竟藏身于何处？
为了回答这些问题，让我们先来做一个简单的试验：拿一个杯子，在杯子里装满砂子，并捣结实，直到一点也装不下去了。可是，自然界还有一种最普通的物质——水，还能被这个盛满砂子的杯子所容纳，信不信自己亲自试一试。用一个有水的杯子，慢慢向有砂子的杯子中注水，看一下，要使砂子全部浸湿耗费了多少水。有人已试验过，竟能倒入装砂杯子的容积的1／3的水。原来砂粒与砂粒之间有无数的空隙，这些空隙就是地下水的“藏身之地”。
实验中的这种情况是地下水家族中的一员，实际上，地下水家族还有其他“成员”。
首先看一下地球的最表面——土壤。土壤中含有很多空隙，这些空隙为水的存在提供了空间。每当下雨的时候，雨水便钻到这些空隙中去，直到土壤中再也没有其他存身的地方才不情愿地形成水流流走。植物生存需要的水分都是从土壤中吸取的。说土壤有空间为水提供栖身之处，大家可能感到容易理解一些，但是，地下主要是由各种各样坚硬或者松软的岩石组成的，这些岩石也具有这样的空隙吗？答案是肯定的。
松散岩石颗粒之间还有胶结的空隙，我们称为孔隙。沉积岩一般都具有大大小小的孔隙，而且它们在地下常常成层分布。对于那些坚硬而且又致密的岩石，它们没有孔隙，或者有很少的孔隙，但是它们往往具有一些大小不同的裂隙。这些裂隙并不是在岩石形成时同时生成的，而是后来由于风、温度变化等的作用或者由于相互挤压发生破碎时形成的。如果这些裂隙还没有被其他东西充填，就成为储存水的良好场所。
还有一种叫石灰岩的岩石，它的主要成分是碳酸钙，它们是怎样留住水的呢？原来，水沿着岩石的细小裂隙不断流动，把碳酸钙变成碳酸氢钙，并使其溶解于水，这一来，裂隙越来越大，这时的裂隙，我们给它一个新的名字叫溶隙。溶隙不是就不变了，它还会进一步扩大，形成宽大的溶洞，溶洞常常相互连接，形成地下河。
石钟乳现在已经明白了这样一个事实：岩体和土体都具有空隙，都可以盛水，那么是否任何岩体与土体都可以成为含水层呢？不是的。有些岩层的空隙很少，几乎没有容纳水的空间，更不可能让水自由通过；有一些岩层空隙可能很多，但空隙的规模太小，虽然可以容纳一定的水，但不允许水自由通过；当然，还有些岩层，不仅具有很多空隙，而且空隙很大，彼此之间联通，不仅可容纳较多的水，而且允许水流自由通过。由此看来，并非任何岩层和土体都可能成为含水层的。到底什么样的岩层才是含水层？
先了解一下什么是岩层的透水性和隔水性。透水性是指岩层允许重力水自由渗透的性能。隔水层则相反，是指岩土体不允许重力水自由渗透的性能。岩层的透水性与岩石中的孔隙大小、多少等因素有关，但是更重要的是取决于空隙的大小及其连通性的好坏。有人已通过实验得出这样一个结论：黏土层含有45%~60％的孔隙，砂砾含有25%~40%的孔隙。让我们在此基础上做一个实验：取一盆水倒在砂土层上，水很快就渗下去了，再取同样一盆水倒在黏土层上，水却停积在黏土层表面。这说明了什么呢？
就实验本身而言，砂土层和黏土层的透水性是不同的。含孔隙多的黏土层的透水性反而次于空隙少、规模大的沙砾层。为什么会是这样呢？这是因为水向岩层中渗透，主要是沿着较大的孔隙进行，砂土层里砂子与砂子之间保留了又多又大的孔隙，所以水很容易从中间向下渗透，而黏土层是由很多细小的黏土颗粒组成的，虽然其中也包含了很多的孔隙，但孔隙非常细小，彼此连在一起，形成了微细的毛细管，当水进入其中时，就被紧紧吸住，所以很难向下渗透。很明显，隔水层是不能成为含水层的，只有透水层才有可能是含水层。但是，透水层不等于是含水层，透水层要成为含水层还需要具备一定的条件，那就是其下部发育有隔水层，只有这样，才能保证流入透水层中的水滞留于其中。
常见的岩层中，透水性最好的是卵石、砾石、砂和有裂隙的岩石，其次是黄土、亚黏土和一些多孔性的砂岩、石灰岩。黏土和密实的无裂隙的岩石，透水性很小或者不透水。
地下水来自何方
地下水虽然埋藏在地下，但它却不是孤立的，它和大气水、地表水都有着亲密的关系。所有的大气水、地表水、地下水，在自然界中都无休止地运动着、相互转化着。这个过程，我们前面已经说过，叫做水循环。地下水也参与了这一过程，扮演了一个重要的角色。
雨水降落到地面以后，大致有3种归宿：一部分被重新蒸发，回到空中；一部分回到内陆湖泊或者顺着地面流动，汇集到江河里，最后流入海洋；还有一部分通过岩层的空隙和溶洞，渗透到地下，形成地下水。而地下水又往往通过泉眼涌出地面，或者在地下流入河流、湖泊或海洋，或者被人们开采出来，又成为地表水。
雨水能够渗透到地下去，这一事实对我们每个人来说是很容易理解的。一场大雨过后，地面上有很多地方积了雨水，但是过一会儿，这些水又慢慢消失了。它的一部分就是渗入地下，成为地下水了。
但是水由地表向地下前进却是一个艰苦的历程。水滴刚刚进入地下，就被那些躺在路上的黏土、粉沙等小粒子拦住了。这些小粒子就抓住一些水分子不放，强行把它们结合在自己的周围，成为“吸着水”。幸好，被这样强行结合的水不算太多。摆脱了土壤、沙石等粒子的捕捉，水滴就继续向前“赶路”。有的时候，遇到了急于为自己的茎、叶和果实寻找养料的植物根须，一部分水就会被根毛上的无数微型“水泵”抽进毛细管中，成为植物体内携带养分的搬运工。
当水滴继续前进时，土壤、岩石中的毛细孔在表面张力的支持下，也抓去一部分水。一直到毛细孔满足后，才给过路的水滴开绿灯。这并不是说，水滴在以后的旅行中就不会遇到别的什么麻烦了。有的矿物由于某种原因失去了自己的结晶水，当水滴路过它们时，就强行同水分子结合。前进途中的一个讨厌的敌人是空气，它无孔不入，几乎到处都可以碰见，不把空气赶走，水滴就没有容身之地。所以，水每向下渗透一步，就要付出相当大的气力与空气争夺地盘。
水滴就这样不停地向地下深处挺进，到达不透水的地层才停止前进，最后越聚越多，就形成了人们所说地下水。
雨水形成地下水，这是地下水的主要来源，但不是唯一的来源。有的地区，如沙漠地区，很少降雨，有的地方几乎一年到头不下雨。但是，人们却发现，在沙漠中也往往能找到地下水，有时还相当丰富。为了揭开这个谜，许多人曾入沙漠实地观测，做各种各样的试验。原来，空气中的水蒸气，夜间降温时在砂土中可以直接凝结水珠，许多水珠聚譬起来，形成地下水。这种由水汽凝结的水是沙漠地区地下水的重要水源之一。
此外，还有一部分地下水直接由岩浆中分离出来的气体化合而成的。实际上，某一地区的地下水不仅仅有一种来源，在多数情况下，同时有两种来源或者3种来源都对它有贡献，只不过有的占的比例大，有的占的比例小。
地下水的类型
由于地下水所处的环境不同，它们的性格有很大差异。通常根据它们周围环境及性格的不同，把它们分为3类：土壤水、潜水和承压水。
土壤水主要是以悬持毛细管水状态埋藏在地表附近的土壤层中，它与降水、气温等因素的关系极其密切，其含水量和水温有很强烈的季节性变化。农作物的生长好坏与它有密切的关系。常言道：“有收无收在于水，多收少收在于肥”，所以农学家对它特别感兴趣。从地面向下渗透的水，在渗透流动的过程中，如果遇到了隔水层把它前进的道路给截住，它就聚集在这个隔水层之上。这种埋藏于第一个隔水层上的地下水，叫做潜水。我们通常所遇到的水，多半就是潜水。潜水和地表水一样，也有一个水面，称作潜水面。不过它不像地表水面那样平，常常随着地形起伏而变化，地形高起的地方，潜水面凸起；地势低洼的地方，潜水面凹入。潜水面的高度不是固定不变的，在一年四季中是经常波动的。
潜水的主要补给来源是大气降水。由于潜水面之上通常没有隔水层存在，因此，在潜水的分布区内，降水几乎都可以通过地表不断下渗，一直渗到潜水层中，使潜水水位增高。大气降水补给潜水的数量与覆盖在它上面的岩层的透水性、地面坡度、植被的疏密、降水的强度和时间有关。不难想象，如果地形较陡、植被稀疏，或者降的又是暴雨，这样的话，雨水很快从地面流走，对潜水的补给量就不会太多。相反地，如果地形平缓，植被稠密，降的又是长时间的绵绵细雨，则有利于降水的下渗和潜水的补给。
除了大气降水，在河流、湖泊、水库等陆地水与潜水有联系的地段，也发生相互补给的关系。当它们的水位高于潜水水面时，陆地水就向潜水含水层渗透，成为潜水的一种补给来源。这种补给的季节常发生在雨季和洪水期间，这时，大量地表水汇入河、湖中，使得河、湖的水位升高。俗话说，“水往低处流”，河、湖中的水就会不断地向两岸的地下渗透过去，补充那里的潜水。还有一些特殊情况，即使在枯水的季节，也发生河水补给潜水的现象。这通常在一些含沙量大的河流下游沿岸地带，河床往往高于两岸地面，任何时候河水的水位都高于潜水的水位。
在干旱季节里，常常是潜水补给地下水。因为降水量减少或者长时间几乎没有降水，河流中的水量逐渐减少，水位慢慢下降，当河水位低于河两岸的潜水位时，就会得到潜水的补给，这种潜水补给其他水体的现象，叫做潜水的排泄。
潜水在地下也是不断流动的，但它不能像江河水那样一泻千里，它有许多障碍，要通过松散沉积物中的大小空隙，所以流起来不很畅快，速度很慢，它的速度常以每天甚至一昼夜来计算。如果遇到坡坎，常常流出地面，成为泉水，这也是潜水排泄的一种方式。