第839章（2 / 2）

以上是地下水层次结构的基本模式，在具体的水文地质条件下，各地区地下水的实际层次结构不尽一致。有的层次可能充分发展，有的则不发育。如在严重干旱的沙漠地区，包气带很厚，饱和水带深埋在地下，甚至基本不存在；反之，在多雨的湿润地区，尤其是在地下水排泄不畅的低洼易涝地带，包气带往往很薄，甚至地下潜水面出露地表，所以地下水层次结构亦不明显。

至于象承压水带的存在，要求有特定的贮水构造和承压条件。而这种构造和承压条件并非处处都具备，所以承压水的分布受到很大的限制。但是上述地下水层次结构在地区上的差异性，并不否定地下水垂向层次结构的总体规律性。这一层次结构对于人们认识和把握地下水性质具有重要意义，并成为按埋藏条件进行地下水分类的基本依据。

地下水在垂向上的层次结构，还表现为在不同层次的地下水所受到的作用力亦存在明显的差别，形成不同的力学性质。如包气带中的吸湿水和薄膜水，均受分子吸力的作用而结合在岩土颗粒的表面。

通常，岩土颗粒愈细小，其颗粒的比表面积愈大，分子吸附力亦愈大，吸湿水和薄膜水的含量便愈多。其中吸湿水又称强结合水，水分子与岩土颗粒表面之间的分子吸引力可达到几千甚至上万个大气压，因此不受重力的影响，不能自由移动，密度大于1，不溶解盐类，无导电性，也不能被植物根系所吸收。

薄膜水又称弱结合水，它们受分子力的作用，但薄膜水与岩土颗粒之间的吸附力要比吸湿水弱得多，并随着薄膜的加厚，分子力的作用不断减弱，直至向自由水过渡。所以薄膜水的性质亦介于自由水和吸湿水之间，能溶解盐类，但溶解力低。

薄膜水还可以由薄膜厚的颗粒表面向薄膜水层薄的颗粒表面移动，直到两者薄膜厚度相当时为止。而且其外层的水可被植物根系所吸收。当外力大于结合水本身的抗剪强度（指能抵抗剪应力破坏的极限能力）时，薄膜水不仅能运动，并可传递静水压力。

毛管水当岩土中的空隙小于1毫米，空隙之间彼此连通，就象毛细管一样，当这些细小空隙贮存液态水时，就形成毛管水。如果毛管水是从地下水面上升上来的，称为毛管上升水；如果与地下水面没有关系，水源来自地面渗入而形成的毛管水，称为悬着毛管水。

毛管水受重力和负的静水压力的作用，其水分是连续的，并可以把饱和水带与包气带联起来。毛管水可以传递静水压力，并能被植物根系所吸收。

重力水当含水层中空隙被水充满时，地下水分将在重力作用下在岩土孔隙中发生渗透移动，形成渗透重力水。饱和水带中的地下水正是在重力作用下由高处向低处运动，并传递静水压力。

综上所述，地下水在垂向上不仅形成结合水、毛细水与重力水等不同的层次结构，而且各层次上所受到的作用力亦存在差异，形成垂向力学结构。

而水井的存在就是一种认为的使用地下水的工艺体现。

水井，主要用于开采地下水的工程构筑物。它可以是竖向的﹑斜向的和不同方向组合的﹐但一般以竖向为主﹐可用于生活取水﹑灌溉﹐也可用于躲避隐藏或贮存一些东西等。

水井对于人类文明的发展有着重大意义。水井出现之前，人类逐水而居，只能生活于有地表水或泉的地方.水井的发明使人类活动范围扩大。

后世的一种观点认为，中国是世界上开发利用地下水最早的国家之一。中国已发现最早的水井是浙江馀姚河姆渡古文化遗址水井，其年代为距今约5700年。这是一口相当精巧的方形木结构井，井深1.35米，边长为2米。由此推断，原始形态的井的出现，还要早得多。

根据地下水的埋藏分布﹑含水层岩性结构﹐人类创造了多种多样的井型。

中国民间长期习用的是圆形筒井。直径多为1～2米﹐深度一般为数米到20～30米﹐施工时人可直接下入井筒中挖掘土石。这种井只宜于开采浅层地下水。

为了开采深部地下水﹐发展了口径较小(几厘米到几十厘米)而深度相当大(几十米至几百米)的管井。

打管井需要专门的打井机械和采用比较复杂的工艺。早在公元前250年﹐在中国现今的四川省﹐就在坚硬岩石中大量开凿深达数十米乃至百米以上的井﹐开采地下卤水煮盐。打井揭露存有卤水的承压含水层后﹐地下水往往从井中自行流出﹐这种井便是自流井。

后世的各国主要用管井开采地下水﹐用动力钻机打井﹐以各种水泵作为提水工具。中国在1949年以前﹐只有少数城市有少量管井﹐用动力提水的井也为数不多﹔到1980年﹐全国动力提水的井发展到220万口﹐广泛用于工矿城镇供水﹑农业灌溉及其他目的。

适应不同的地层条件﹐发展了斜井和水平的井。为了增大井的出水量﹐后来又出现了将水平的滤水管与竖向井筒结合起来的辐射井。这种井的主井筒直径可达数米﹐水平滤水管长数十米到一百多米﹐宜于开采埋藏浅﹑厚度小的松散的或半胶结的含水层﹐也可用于截取河岸及河床下的潜流。砂砾层中的辐射井﹐出水量最大可达1立方米/秒。

中国西北部黄土中打的辐射井﹐出水量往往比同等直径的筒井增加十余倍至数十倍。

而还有一种中国文化产生的水井类型，叫做坎儿井。

坎儿井是干旱荒漠地区，利用开发地下水，通过地下渠道可以自流地将地下水引导至地面，进行灌溉和生活用水的无动力吸水设施。坎儿井在吐鲁番盆地历史悠久，分布很广。

坎儿井是中华文明的产物。

盛弘之《荆州记》中记述：“隋郡北界有厉乡村，村南有重山、山下有一穴，父老相传云：神龙所生林西有两重堑，内有周围一顷二十亩地，中有九井，神农既育，九井自穿。又云：汲一井则众井水动，即以此为神农社，年常祠之。”

九井自穿相通，一井牵动众井，这与地下暗渠相通的坎儿井结构相同。

司马迁《史记?五帝本纪》云：“瞽叟又使舜穿井，舜穿井为匿空旁出。舜既入深，瞽叟与象共下土实井。舜从匿空出去。”舜穿井时，就挖了一条从旁出的“匿空”(地道)，这与坎儿井的挖掘方法极其相似。如果：“匿空”为水平地道，就是坎儿井，这是公元前21世纪的史迹，比传说波斯于公元前8世纪有坎井，要早1000多年。

《庄子?天地》篇云：“子贡南游于楚，反于晋，过汉阴，见一丈人，方将为圃畦，凿隧而入井，抱瓮而出灌，搰搰然用力甚多，而见功寡。子贡曰：‘有械于此，一日浸百畦，用力甚寡而见功多，夫子不欲乎’?”子贡向其介绍当时的先进灌溉提水工具桔槔，而圃者答以“吾非不知，羞而不为也。”他害怕使用机巧工具而乱了思想，坚持遵古法凿隧取水。可见在春秋时期凿隧取水已是一项古老技术，而这种技术运用于坡度较大地段，就可挖成坎井。

《庄子?秋水》篇的“埳井”，即“坎井”。蛙“擅一壑之水，而跨跱埳井之乐”。这类井似同于壑，应是流水深沟或地下暗渠。

《荀子?正论》又云：“坎井之蛙，不可与语东海之乐。”

坎井之名，正式出现在先秦典籍之中。