张一冰 阅读原文 小时候看着地里灌溉用的井每天抽出那么多水都抽不完，感觉好神奇。然后想象着地下一定有个无比巨大的大水池，大水池上面盖着这层土地。但是，这水是从哪来的？为什么土地不会坍塌下去？这些问题一直没想出合理的解释。。。因为不了解、不知道，所以就会去想象那是怎么回事，但是呢，想象一般都是不靠谱的。。 后来到大学阴差阳错的学了这方面的知识，才解开童年时期多年的迷惑。 现在借这个问题，简单说下地下水和井（在此仅指水井）的相关东西，让那些和我有同样童年迷惑的人对此有所了解。为了易懂，尽可能少用专业词汇，同时因为自然界的各种条件和状况复杂多变，在此也只是说下主要的方面。 如果有疑问，可以提出来，我会进行相关方面的补充。 回答提纲大致如下： 一、 地下水相关 二、 水井工作原理 三、水井（河姆渡井，大口井，筒井，盐井，管井，其他特殊井） ---------------------------------------------- 一、地下水相关 1、水资源储量和比例 地球上的水分为咸水和淡水，咸水远比淡水多，这是一般人都知道的，毕竟四大洋覆盖了地球 70%的表面。但就淡水来说，可能会有人以为江河湖泊淡水比地下淡水多，以前我也这么“以为”的。因为江河里的水太直观了，每个人都能看到滔滔江水向东奔流，永不停息。不过事实并不是如此。 （据 Gleick, P. H., 1996 ：水资源，天气气候百科全书） 这张表可以说明详细比例，淡水占水的比例很小，淡水中大部分是冰雪，即分布在两极、格陵兰和高山的冰川积雪，河湖水远少于地下水。而且，相对于湖泊，河流中的水少的可怜。那为什么我们还不断的从江河中取水呢？这就涉及到水循环的问题了。 2、含水层、隔水层 先说下地层，我们脚下的土地和以下的岩石是分层的，是在地质历史时期不断沉积形成的。不同时期沉积的物质不同，就形成不同的地层。时间长的已经变成了岩石，时间短的还是松散沉积物，比如地表的土壤。 不论是已经成岩的还是松散沉积物，都是由颗粒组成的，那么颗粒和颗粒之间就会有空隙，这种类型的空隙称为孔隙。岩石裂缝也会形成空隙，这个叫做裂隙。还有一种空隙叫溶隙，就是岩溶，也叫喀斯特，桂林山水就是典型的喀斯特地貌。这三种空隙都可赋存地下水，现在利用比较多的是孔隙水。 含水层和隔水层的概念主要是对于孔隙水说的，所以这里只说这个。不同的沉积物由不同的物质组成，孔隙大小不同，含水的多少就不同，水能否通过和通过速度也不一样。比如砂土，空隙大，含水多，水也很容易通过，就叫做含水层。另如粘土，孔隙很小，水很难通过，叫做隔水层。这样不同的地层就分成了含水层和隔水层。水井的作用就是要把含水层里的水抽出来。 含水层和隔水层的解释可以参考下面地下水分类的图。 3、地下水分类 按照不同的分类标准可以把地下水分成不同的类型。为了简化和方便后续井的说明，这里只按照埋藏条件来分类，分为潜水、承压水和上层滞水。 在上图的中间位置，abc 分别表示上层滞水、潜水和承压水。 潜水是饱水带中第一个具有自由表面的含水层中的水，直接和大气相通，下部是隔水层，上部是包气带（能透过水但是不含重力水）。潜水埋深浅，容易开采利用。 承压水是两个隔水层之间的含水层里的水，有一定的承压性，就是水有向上流的趋势，因为隔水层的阻挡才不能如此。如果有向外流出的通道，就可以形成上升泉，还可以成为自喷井，类似早期油田的自喷，这都是因为水或石油的承压性质。 上层滞水是局部隔水层之上的水，水量小，一般利用价值不大，通常不予考虑。 4、地下水特点 分布广泛。地下水的分布远大于河流湖泊，所以说人类对地下水的利用也大大扩展了活动范围。 变化稳定。和河流相比，水量稳定的多，否则枯水年没水可就惨了。 天然调节性。地表水需要水库进行丰枯调节，地下水本身就可以了。 水质良好。地表水易被污染，而地表水和降水入渗形成地下水的过程中要经过地层的过滤，中间也会发生各种地球化学作用，使水质更好。但是，地下水一旦污染，非常难治理，需要的时间和耗费都不会低。关于水质的这个，也是题主的一个问题。 易于开发利用 二、水井工作原理 从地表向下挖，直到潜水面以下，含水层里的水就会流进井里，井里充满水，就可以从井里抽水。 根据含水层和井的关系，又可以分为不同类型的井。上面的 a 井，贯穿了整个含水层，而且整个断面都可以进水，这种叫做完整井。b 井是没有贯穿整个含水层，但是井壁和井底都可以进水，c 井只有井底可以进水，d 井只有井壁可以进水。后面这三种井都叫非完整井。如果再加上不同的含水层，井的结构会更复杂一些。 水井工作时候就像上图这样的，从井里不断抽水，水位降低，周围的水就会不断流入井中，逐渐形成以水井为中心、中间水位低、往外水位高的水位分布，就像漏斗一样，所以叫做降落漏斗。 如果一个很大的区域过度开采地下水，就会导致这个区域比周围水位低，比如华北地下水漏斗，这些会引发多种水文地质灾害，例如地面沉降，尤其是不均匀的沉降，植被缺水导致的荒漠化，机井报废，泉水干涸等等。 三、水井 主要介绍河姆渡井、大口井、筒井、盐井、管井和一些特殊类型井。其中，河姆渡井是迄今发现的最早的水井；大口井和筒井是在古代人工开挖的水井，用来获得日常所用的淡水，是以前离河流较远的人们获得淡水的主要途径，现在仍然有很多地方在使用，尤其是山区和半山区；盐井是四川地区的人们为了获得卤水以熬制盐而挖的，对于现代钻井技术有革命性的意义；管井主要是使用现代钻井设备和抽水设备开挖的水井，井的结构更为复杂和科学。 1、河姆渡井 浙江余姚河姆渡遗址发现的木质结构井是国内现在发现的最早的井，距今大概 6000 年。 河姆渡井由内外两部分构成，内方外圆，外围直径 6 米左右，最大深度大概 1.4 米。因为位于南方，潜水埋深很浅。 水井的出现，对于人类社会的发展有重要意义。以前人类逐水而居，没有河流或泉就没法生存。井使人类摆脱了河流的限制，拓展了人类的生存空间。 2、大口井 先来看看大口井， 大口井就是这样的。。。直径 2 到 10 米，深度一般 在 10 米左右，不超过 20 米，毕竟人工挖这么大的坑好费劲啊。周围多用石块衬砌。这些区域一般潜水埋深浅，地表以下三五米就是潜水面，地下水通过井底和井壁进入大口井。因为大口井的水的水质较难保证，所以现在多用来灌溉。这幅图中的那条明显的界线就是近几年地下水位最高时候的印记。 3、筒井 这种水井在很多地方都还在使用，尤其是山区和半山区，有的村里一家一口，有的一片一口。人工开挖，然后用砖或者石头砌上来。也有用混凝土浇筑的，但是这样就只能通过井底进水了。深度根据当地潜水的埋深确定，一般比枯水期的水位深一点。现在这种筒井一般是机器打孔，然后砖砌或石砌，可以深达十几米或更多。 4、盐井 盐井是古代人们为了取得卤水，然后获得食盐钻凿的，最为典型的古代盐井是四川盆地地区的卓筒井。 钻凿时候是这样的， 在打井位置设立木质碓架、由人在碓架上一脚一脚地踩动（捣碓），运用杠杆原理,带动锉头上下运动凿进。重达几十公斤的钻头不断地提起落下击碎井底的岩石，渗入的地下水（无水渗入则灌入水）和钻出的岩屑、泥沙形成的泥水，这时用扇泥筒将这些含有岩沙的泥水取出。 扇泥筒 工作原理是这样的： 当扇泥筒放入井内触到泥水时，井内的泥水对筒底皮钱产生压力迫使皮钱向内张开，泥水进入筒内；扇泥筒提起时，井下的泥水对筒底的压力消失，而筒内泥水在重力作用下对皮钱产生向下压力，皮钱因受筒壁凸出部的阻碍而关闭，泥水不漏失。下面就是一个单向阀门，类似于心脏瓣膜。 然后把打通的楠竹下到井中，固定井壁，也防止以后取卤水时候上层淡水的侵入。 制成的卓筒井是这个样子的， 左下角就是卓筒井了，相连的篾片下面连接的是一个直径比井径小的长筒，长筒下面也是一个单向阀门，提取卤水后把它提上来。 卓筒井深度一般在 100 多米，直径 15 厘米左右，小口盐井。四川省自贡的燊海井是一口清代凿成的天然气和黑卤生产井，是世界上第一口超千米深井，深达 1001.42 米。 2 亿年前古四川盆地曾经是一个类似于今日中东死海的古盐海，形成现在的从地下几十米到几千米，从液体盐到固体盐，所以四川盆地在古代会有卤水制盐。在宋代时候，四川盆地的私盐贩子为了得到卤水制盐，并躲避官府的追查，发明了卓筒井，同时也诞生了一种革命性的钻井技术，就是卓筒井钻凿所用的这种技术，冲击式顿钻凿井法。 北宋庆历年间发明使用的"冲击式顿钻法"，开创人类机械钻井技术的先河，对于现代凿井技术的发展有非常重要的意义。 5、管井 管井，就是平常说的机井，是指井径较小，井深较大，用来取水或者回灌的井，取水井较多。管井一般是使用现代钻井机械打孔，然后安装井管、填砾、止水、洗井完成的。这也是现在最为普遍的井型。 管井的基本结构是这样的， 这张图显示的水井结构稍微复杂一点，分为下、中、上三个直径，贯穿上部的潜水层和下部的一个岩溶承压含水层，因为潜水层的水质较差，所以抽取的只是下部岩溶含水层的水。那这个是怎么控制的呢？ 井孔打好以后，需要放入井管，井管分两种，一种是管壁完整的，一种是管壁带孔的，管壁带孔的就是上图所示的过滤器了。然后就在岩溶含水层那个位置用带孔的井管，其他部分用不带孔的井管，这样只有岩溶含水层的水能进入井内了。还有，井孔是比井管直径大的，这个要重新填土埋上，岩溶含水层位置填砂砾石，容易透水，其他位置填粘土等隔水的介质，使上部的潜水不会进入下部导致岩溶含水层的水质也变坏。 下部的沉淀管是用来沉淀进入井中的泥沙，防止从含水层冲进去的泥沙把井埋了。如果上部潜水层的水质符合要求，或者仅仅打到潜水而没有打到下部的含水层，那么潜水那部分就不用封堵了。 管井的深度由几十米到上千米不等，一般都在 300 米以内。出水量在每天 500-6000 立方米，大的可以到几万立方米。 6、特殊类型水井 （1）、辐射井 辐射井是在大口井动水位以下，穿透井壁沿径向四周含水层安装水平集水管道──辐射管形成。 中间是一个大口井，周围设置辐射管，用来增加渗透性，提高出水量。 （2）、坎儿井 坎儿井是在特殊的自然地理条件和水文地质条件下形成的井型，使得水在地下通道内汇集，大大减少了蒸发损失。就不再过多说明了。 阅读原文
