含水层是一个饱和的岩石体，水可以很容易地通过它。含水层必须兼具渗透性和多孔性，包括砂岩、砾岩、裂隙石灰岩和松散砂砾石等岩石类型。裂隙的火山岩，如柱状玄武岩，也是很好的含水层。火山流之间的碎石带通常具有多孔性和渗透性，形成了优良的含水层。为了使一口水井高产，必须钻到含水层中。花岗岩和片岩等岩石通常是较差的含水层，因为它们的孔隙率很低。然而，如果这些岩石高度裂隙，它们就会成为很好的含水层。井是钻入地下以穿透含水层的孔。通常情况下，这样的水必须被泵送到地面。如果从井中抽水的速度快于补给的速度，地下水位就会降低，井可能会干涸。当从井中抽水时，地下水位通常会降低到井中的锥形凹陷处。地下水通常沿地下水位斜面流向井口。
含水层是地下河吗?
不是。几乎所有的含水层都不是河流。由于水在含水层岩石或沉积物的孔隙空间中移动缓慢，唯一能够享受漂浮在这样一条“河流”上的生命形式将是细菌或病毒，它们足够小，可以通过孔隙空间。真正的地下河只存在于洞穴状岩层中，在那里，裂隙或裂隙周围的岩石被溶解掉，留下了开阔的通道，水可以像河流一样快速流动。
地下水必须通过岩石和沉积物的孔隙空间才能通过含水层，这种含水层的孔隙使其成为自然净化的良好过滤器。由于迫使水通过微小的孔隙需要用力，地下水在流动时失去能量，导致流动方向的水头减小。较大的孔隙空间通常具有较高的渗透率，产生较少的能量损失，因此可以使水更快地移动。由于这个原因，地下水可以在孔隙空间较大的含水层或由相互连接的裂缝产生孔隙的含水层中快速移动很远的距离。地下水在裂隙的岩石含水层中流动得非常快。在这种情况下，污染物的扩散可能很难或不可能阻止。
含水层看起来是什么样子的?
每个含水层都是独特的，尽管有些含水层比其他含水层更普遍。一个含水层的边界通常与其他含水层呈递进关系，因此一个含水层可以是一个含水层系统的一部分。无承压含水层的顶部是地下水位。一个承压含水层在其顶部至少有一个隔水层，如果与其他含水层叠置，则在其底部有一个隔水层。
图 1 显示了波特纽夫河谷下游含水层系统的一个例子。该图代表了这个由多个含水层组成的系统的剖面图，并在垂直尺度上进行了极大的夸张，以显示一些细节。这个山谷里有几个不同的含水层。在北部山谷(查巴克和波卡特罗北部下面)，多个承压含水层相互叠加，由粘土形成的隔水层隔开；查巴克市政井开采的含水层位于斯内克河平原东部裂隙玄武岩中。在南部山谷(波特纳夫峡至红山)，非承压含水层的上表面是地下水位。
图1. 含水层系统
含水层是如何工作的?
含水层充满了流动的水，含水层中储存的水量可以随季节和年而变化。地下水可能以每年50英尺或每世纪50英寸的速度流过含水层，这取决于渗透率。但无论多快或多慢，水最终都会排出或离开含水层，必须用新的水来补充或补给含水层。因此，每个含水层都有一个或多个补给区和一个或多个排泄区。
图 2 是一幅简单的漫画，展示了三种不同类型的含水层：承压含水层、非承压含水层和上层滞水。补给区通常位于高海拔地区，但也可能出现在水进入含水层的任何地方，例如雨水、融雪、河流和水库渗漏或灌溉。排放区可以发生在任何地方；在图中，排泄不仅发生在河流附近的泉水和低海拔的湿地，也发生在水井和高海拔的泉水中。
图2. 补给和排泄
含水层中储水量反映在其地下水位的高度上。如果补给速率小于自然排泄速率加上水井产量，地下水位将下降，含水层的储存量将减少。上层滞水的地下水位通常对季节性补给量高度敏感，因此上层滞水通常会在夏季或干旱年份干涸。
为什么地下水如此干净?
含水层是天然的过滤器，可以捕获沉积物和其他颗粒(如细菌)，并为流经其中的地下水提供自然净化。
像咖啡过滤器一样，含水层岩石或沉积物中的孔隙空间可以净化地下水中的颗粒物(“咖啡渣”)，但不能净化溶解物质(“咖啡”)。此外，就像任何过滤器一样，如果孔径太大，细菌等颗粒就可以通过。这在裂隙岩石的含水层中可能是一个问题。
含水层中的粘土颗粒和其他矿物表面还可以捕获溶解的物质，或者至少减缓它们的速度，这样它们就不会像水渗透含水层那样快速移动。
土壤的自然过滤在补给区和非承压含水层以上的灌溉区是非常重要的，在这些地区，施加在地表的水可以通过土壤渗透到地下水位。例如，在波特纳夫河谷下游(图 1)，南部河谷的粉土保护层为含水层提供了天然保护，使其免受化粪池系统、农药施用和意外化学品泄漏的影响。
尽管经过自然净化，但在含水层的岩石和矿物中某些元素的浓度很高的情况下，地下水中某些元素的浓度可能很高。在某些情况下，例如铁锈，高浓度溶解铁对健康的影响并不像饮用水供应的美观质量那样严重。在其他情况下，如果氟化物、铀或砷等元素以高浓度自然存在，人类健康可能受到影响。
含水层是如何被污染的?
如图 3 所示，在地表和地表附近的许多活动都会污染含水层。污染物通过任何自然或人为的途径到达地下水位，水可以沿着这些途径从地表流向含水层。
图3. 地下水污染的常见来源
有意将废物弃置于堆填区、化粪池、注入井和雨水排放井等点源，会对含水层的地下水水质产生影响。
总的来说，任何能够加速水从地表向地下流动的活动都是有影响的。在图 3 中，污水从安装有问题的井的套管中漏出，绕过了土壤的自然净化作用。在广大地区过量施用化肥、农用化学品和道路除冰化学品，再加上农作物、高尔夫球场和其他灌溉地以及道路沟渠的补给增加，是造成非点源污染的常见原因。在挖掘和开采过程中去除土壤，降低了净化潜力，也增强了补给能力；在某些情况下，如公路池塘砾石坑，地下水位暴露在外，容易受到污染物的直接影响。
什么是地下水?
地下水是位于地表以下的水，填满孔隙空间、裂隙和其他开口。孔隙度是岩石体积中开口所占的百分比。大多数沉积岩，如砂岩、页岩和石灰岩，都能保存大量的水。松散砂的孔隙度可能高达40%；然而，由于再结晶和胶结，这可能会减少一半。即使岩石有很高的孔隙度，水也可能无法穿过它。渗透性是指岩石输送水等流体的能力。为了使岩石具有渗透性，开口必须相互连接。砂岩和砾岩等岩石的孔隙度很高，因为它们有能力容纳大量的水。
为了理解孔隙度和渗透率，想象一下海绵既有多孔性又有渗透性，这意味着它既可以容纳水，也可以输送水。聚苯乙烯泡沫是一种多孔材料，但缺乏孔隙性。因此，聚苯乙烯泡沫塑料虽然有海绵状，但不吸收或传递水分。
为什么地下水如此重要?
地下水是水文循环中的第二大水库(图 4 )。但更重要的是，它是许多地区的主要饮用水来源。
图4. 地下水总量
什么是地下水位?
在重力的作用下，水渗入地下并向下移动，直到岩石不再具有渗透性。岩石的所有开口都被水填满的地下带称为饱和带。饱和带的上表面称为地下水位。存在于地下水位和地表之间的区域称为包气带。为了取得成功，井必须钻到饱和层。水在地下流动的速度取决于岩石的渗透性或开口的大小和连接程度。
泉水发生在水从岩石自然流向地表的地方。泉水可能从地下水位与地面相交的地方渗出。水也可能沿着裂缝流出地面。
为什么有些“自流”井会流出水?
在承压含水层中钻的井，其水可以在承压层下的地下水所产生的更高压力下自然流出。
图 2 所示的自流井是一种特殊类型的自流井，因为它是一个流动的自流井。就像一根装满水的管子一样，这口井所钻的承压含水层承受的水压比它上面的非承压含水层要高，因此自流井里的水被迫上升到比周围地下水位更高的地方。如果水位超过井顶，则井水在自然水压下流出。
地下水流动
地下水的流动取决于岩石和沉积物的性质以及地下水的流动潜力。孔隙度、渗透率、给水度和持水度是地下水流的重要性质 （图 5）。
图5. 地下水流动方向
（编译于爱达荷大学的相关材料）
