封闭含水层

含水层类型

含水层上面被隔水层所覆盖，而且地下水充满了含水层，就变得和封闭的自来水管道相似了。地下水位有升降变化时，含水层体积受上复隔水层的限制，不能象开放含水层那样自由变化。这种含水层应当叫做“封闭含水层”，教科书上的通行术语则是“承压含水层”。

性质特点

实际上，无论自来水管道还是封闭含水层，都不是绝对刚性的。它们都具有弹性和可压缩性。当水位上升时，体积会被涨大，反之则会被压缩变小。这种涨缩对自来水管道来说微不足道，通常被忽略不计。但对封闭含水层来说，由于下面将要谈到的原因，这种可压缩性和弹性却不能不加以考虑。

作用

首先，封闭含水层传导水的能力比自来水管道小许多个数量级。任何一个末端自来水龙头放水，都能几乎立即从自来水厂的蓄水容器得到补给。其间的水头损失比较小。而含水层对水的摩擦阻力很大，从封闭含水层的侧向补给源到打井取水地点距离一般又很远。其间要达到稳定状态，需有很大的水头损失。实际上，在达到稳定状态之前，从水井抽出来的水，并不是来自远方的侧向补给源，而是来自水井周围含水层的压缩。水井的抽水，使地下水位下降，在水井周围形成降落漏斗。对封闭含水层来说，这就象液压千斤顶放油、汽车轮胎放气一样，使含水层压缩。这样就从含水层挤压出一些地下水来。水井抽取的地下水，实际上就是来自含水层压缩出来的那一部分水。早期，水井抽取的主要是水井周围近处含水层压缩出来的地下水，随着降落漏斗的扩展，抽出来的水逐渐更多地来自较远处的含水层。从开始抽水到大部分井水不再来自含水层的压缩，而是来自补给边界，需要很长的时间，如果补给边界离抽水井比较远，甚至需要几十年时间，那时抽水井水位将下降得很深，乃至抽水成本高到难以接受的程度。此外，封闭含水层中地下水位每下降1米，因压缩所能给出的水是很少的，只有开放含水层的千分之几到万分之几。因此，地下水位的降落漏斗体积，在同样出水量的条件下，比开放含水层要大成千上万倍。

按照质量守恒原理，从含水层抽取的地下水不可能凭空产生，总归要有来源。开放含水层比较好理解，从含水层抽取的水，部分来自含水层的疏干，部分来自地表水体的补给。而封闭含水层就有点令人费解。后者既没有疏干，也很难从地表水体得到补给。那么从井里抽出来的水是从那里来的？二十世纪初地下水水力学的一个重大进展是发现从封闭含水层抽取的地下水是由含水层体积压缩而来的。最终表现在地面沉降上。根据河北沧州和天津以往长期观测的结果，多年从封闭含水层抽取的地下水总体积，大体上等于地面沉降的总体积。侧向补给少得可以忽略不计。

从封闭含水层抽取地下水会导致地面沉降，这是一个严重的问题。到目前为止已经有了大量负面的案例。早在六十年代，上海就因地面沉降而遭受了难以弥补的损失。由于地面沉降早期很难凭直觉发现，上海的教训并没有被别的地方及时汲取，天津随后也出现了类似的问题。长江三角洲的苏州、无锡、常州由于含水层不如上海宽阔，受局部断陷小盆地的制约，出现不均匀沉降，导致地面裂缝。西安的地裂缝也是长期从封闭含水层抽水的后果。由此可见，从封闭含水层长期大量地抽取地下水，弊大于利，往往是得不偿失。抽不了多少水就会引起地下水位大幅度下降，而且经常导致严重的地面沉降后果。

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