封閉含水層特點

實際上，無論自來水管道還是封閉含水層，都不是絕對剛性的。它們都具有彈性和可壓縮性。當水位上升時，體積會被漲大，反之則會被壓縮變小。這種漲縮對自來水管道來說微不足道，通常被忽略不計。但對封閉含水層來說，由于下面將要談到的原因，這種可壓縮性和彈性卻不能不加以考慮。

首先，封閉含水層傳導水的能力比自來水管道小許多個數(shù)量級。任何一個末端自來水龍頭放水，都能幾乎立即從自來水廠的蓄水容器得到補給。其間的水頭損失比較小。而含水層對水的摩擦阻力很大，從封閉含水層的側(cè)向補給源到打井取水地點距離一般又很遠。其間要達到穩(wěn)定狀態(tài)，需有很大的水頭損失。實際上，在達到穩(wěn)定狀態(tài)之前，從水井抽出來的水，并不是來自遠方的側(cè)向補給源，而是來自水井周圍含水層的壓縮。水井的抽水，使地下水位下降，在水井周圍形成降落漏斗。對封閉含水層來說，這就象液壓千斤頂放油、汽車輪胎放氣一樣，使含水層壓縮。這樣就從含水層擠壓出一些地下水來。水井抽取的地下水，實際上就是來自含水層壓縮出來的那一部分水。早期，水井抽取的主要是水井周圍近處含水層壓縮出來的地下水，隨著降落漏斗的擴展，抽出來的水逐漸更多地來自較遠處的含水層。從開始抽水到大部分井水不再來自含水層的壓縮，而是來自補給邊界，需要很長的時間，如果補給邊界離抽水井比較遠，甚至需要幾十年時間，那時抽水井水位將下降得很深，乃至抽水成本高到難以接受的程度。此外，封閉含水層中地下水位每下降1米，因壓縮所能給出的水是很少的，只有開放含水層的千分之幾到萬分之幾。因此，地下水位的降落漏斗體積，在同樣出水量的條件下，比開放含水層要大成千上萬倍。

按照質(zhì)量守恒原理，從含水層抽取的地下水不可能憑空產(chǎn)生，總歸要有來源。開放含水層比較好理解，從含水層抽取的水，部分來自含水層的疏干，部分來自地表水體的補給。而封閉含水層就有點令人費解。后者既沒有疏干，也很難從地表水體得到補給。那么從井里抽出來的水是從那里來的？二十世紀初地下水水力學的一個重大進展是發(fā)現(xiàn)從封閉含水層抽取的地下水是由含水層體積壓縮而來的。最終表現(xiàn)在地面沉降上。根據(jù)河北滄州和天津以往長期觀測的結果，多年從封閉含水層抽取的地下水總體積，大體上等于地面沉降的總體積。側(cè)向補給少得可以忽略不計。

從封閉含水層抽取地下水會導致地面沉降！這是一個嚴重的問題。到目前為止我們已經(jīng)有了大量負面的案例。早在六十年代，上海就因地面沉降而遭受了難以彌補的損失。由于地面沉降早期很難憑直覺發(fā)現(xiàn)，上海的教訓并沒有被別的地方及時汲取，天津隨后也出現(xiàn)了類似的問題。長江三角洲的蘇州、無錫、常州由于含水層不如上海寬闊，受局部斷陷小盆地的制約，出現(xiàn)不均勻沉降，導致地面裂縫。西安的地裂縫也是長期從封閉含水層抽水的后果。由此可見，從封閉含水層長期大量地抽取地下水，弊大于利，往往是得不償失。抽不了多少水就會引起地下水位大幅度下降，而且經(jīng)常導致嚴重的地面沉降后果。2100433B

根據(jù)地質(zhì)條件，有兩種基本類型的含水層。

自流含水層潛水含水層

這類含水層的水面處于大氣壓力之下，它在地面以下的深度通常隨著地貌條件而不同。潛水含水層通常由降水補給或由其上覆或下伏含水層（滲漏含水層）的越流補給。排泄區(qū)由地貌條件決定，一般不太明顯。地下水流為層流。

對于飽水厚度b的積分，則得到非均質(zhì)、各向異性介質(zhì)中二維水流的基本方程式：

自流含水層承壓含水層

承壓含水層即自流含水層。這類含水層被封閉在兩個相對不透水層之間，因此其中的地下水所承受的靜水壓大于大氣壓。這種類型含水層的補給來自其裸露處的降水和其上覆及下伏含水層（承壓漏含水層）的越流。其排泄區(qū)取決于地質(zhì)和水文地質(zhì)條件。地下水流也是層流。

對于含水層厚度的積分，并加上源/匯點項和越流項，則得到以下二維水流表達式：

此地下水受水力坡降的作用開始橫向流動，土壤空隙充滿水無空氣存在，稱含水層。如果含水層在兩不透水層中間則稱為受壓含水層（confining aquifer），其靜水壓力較大氣壓力高。