一、地下水的形成1.渗入水2.凝结水（二）地下水的储存条件1.容水性3.给水性（三）含水层和隔水层含水层与隔水层的划分是相对的，它们之间并没有绝对的界线，在一定条件下两者可以相互转化。如粘土层，在一般条件下，由于孔隙细小，饱含结合水，不能透水与给水，起隔水层作用。但在较大的水头压力作用下，部分结合水发生运动，从而转化为含水层。从广义上讲，自然界没有绝对不透水的岩层。构成含水层，必须具备储水空间、储水构造和良好的补给来源三个条件。①要有厚度大、分布广、透水性能良好的岩石土层提供储水空间；②含水层的构成还必须具备一定的地质构造条件。即在透水性能良好的岩石土层下面有不透水或弱透水岩土层作为隔水层，或在水平方向上有隔水层阻挡以防止空隙水的渗漏和侧渗；③当岩层空隙性好，并且具有有利于地下水储存的地质条件时，还必须要有充足的补给来源，才能使岩层充满重力水而构成含水层。二、地下水的动态和运动地下水的动态变化，是水量变化的表现形式，为了准确掌握地下水的动态，必须进行地下水量平衡计算。地下水平衡是根据质量守恒原理对地下水循环系统中各个环节的数量变化进行研究，在此基础上阐明某个地区在某一时段内地下水贮量、补给和消耗三者之间动态平衡关系。地下水水量平衡的一般表达式如下：（2.35）式中，Pg为大气降水入渗量；R1为地表水入渗量；E1为水汽凝结量；Q1为自外区流入的地下水水量；R2为补给地表水的量；E2为地下水蒸发量；Q2为流入外区的地下水水量；ΔW为地下水水流系统中的贮水变量，由均衡期内包气带水变量（ΔC）、潜水变量（μΔH）和承压水变量（scΔHp）所组成。上式亦可写为：（2.36）式中，μ为潜水含水层的给水度；sc为承压水的贮水系数（或称释水系数）；ΔH为潜水位变幅；ΔHp为承压水头的变幅。（二）地下水的运动1.线性渗透定律由于地下水只能在岩石的空隙空间通过，所以实际过水断面应是渗流断面A中的空隙部分。若用n表示岩石的空隙度，则实际过水断面面积为nA，因此地下水的实际流速u为或（2.39）由于空隙度n<1，所以用达西定律计算出的渗透速度v小于实际流速u。实验证明，当渗透速度超过某一临界值时，地下水的运动不符合线性渗透定律。但在通常情况下，地下水流的水头梯度很小，故大部分地下水运动仍然符合线性渗透定律。2.非线性渗透定律非线性渗透定律概括了饱和渗流在不同流态（层流、紊流）时可能存在的流动规律。当m=1时，属流速很小的层流线性流，符合达西定律；当l＜m＜2时，属速度较大的层流非线性流，惯性力起一定作用，已偏离达西定律；当m=2时，属大流速的紊流状态，惯性力已占支配地位，与河道中的均匀流相同。1912年谢才（A.Chezy）提出了适用于地下水呈紊流状态时运动规律的数学表达式：或（2.41）式中：Kc为紊流时含水层的渗透系数；其他符号同前。可见，地下水呈紊流状态时，其渗透速度与水力坡度的平方根成正比。三、地下水的类型（一）包气带水图2-14地下水类型示意图（二）潜水（三）承压水相对于潜水等其他类型的地下水，承压水具有如下主要特征：（1）承压水由于存在隔水层顶板而承受静水压力，具有承压性。这是承压水的最基本特征。当钻孔揭穿含水层顶板时，即可在钻孔中顶板底面见到水面，该水面的高程称为初见水位。受到静水压力的作用，钻孔中的初见水位会不断上升，直至升到水柱重力与静水压力相平衡，水位才会趋于稳定，此时的静止水位称为承压水位，或称测压水头、承压水头等。顶板底面高程与承压水位之间的距离称为压力水头或承压高度。承压水位高于地面高程时称为正水头，低于地面高程时称负水头。具有正水头的承压水可自溢流出地表，称为自流水或全自流水；具有负水头的承压水只能上升到地面以下某以高度，称为半自流水。有时承压含水层因压力小而未被水完全充盈，含水层中的水不具有压力水头而存在自由水面，这种地下水称为无压层间水，是潜水和承压水的过渡形式。（2）承压水含水层上部存在有稳定隔水顶板，使其不能直接从上部接受大气降水和地表水的补给，承压水的分布区与补给区通常不一致。（3）由于隔水层顶板的存在，在相当大的程度上阻隔了外界气候、水文因素对地下水的影响，因此承压水的水位、温度、矿化度等均比较稳定。但从另一方面说，在积极参与水循环方面，承压水就不似潜水那样活跃，因此承压水一旦大规模开发后，水的补充和恢复就比较缓慢，若承压水参于深部的水循环，则水温因明显增高可以形成地下热水和温泉。（4）承压水的水质变化大，从淡水到卤水都有。承压水一般不易受污染，但一旦污染就很难净化。四、几种特殊类型地下水2.矿水矿水是指具有医疗意义的地下水。矿水可以是热的，也可以是冷的。它有的含有特殊的化学成分，有的含有大量某些气体成分，有的具有较高的温度。矿水中以富含气体的矿水用处最大，成分也最复杂，如碳酸