一、泉水叮咚响

泉既是地下水的天然露头，那么活动于地下的水又是如何形成的呢？为什么总流不完呢？要想明白其中的奥秘，得讲清以下三个问题：首先是作为地下水补给来源的自然界中水的循环，其次是形成地下水必要条件的岩石的含水性和透水能力；第三是地下水的储存与出露状况，及其分布的基本规律。

自然界中的水自地球分离出来后，就以气态、液态和固态等形式赋存于天空、地表及地下，分别称之为大气水、地表水和地下水。据科学家估算， 地球上水的总量约为 1.45×10 立方米。其中地表水约为 1.39×l0 立方米， 广泛分布在地球表面的海洋、江湖和高山及极地的固态冰雪，尤以海洋居首位，约占总水量的 97.3％；地下水约为 0.9×l0 立方米，约占总水量的 0.61

％，存身于地表以下的地层中，地表水和地下水脉络相通，组成了地球的一个水圈。存身于天空中的大气水最少，约为 1.4×l0 立方米，约占总水量的0.001％，以水蒸气的状态飘浮在大气中。另有 2％以上的水，以固态冰雪的形式分布于高山及极地。

随着温度和压力诸条件的改变，水会发生同态、液态、气态相互间的转化。在太阳辐射热作用下，水自江河湖海的水面、岩石土壤的表面和植物的叶面，不断地由液（或固）态转变为人眼不易觉察的水汽进入大气，这就是蒸发过程（水自植物叶面的蒸发称为蒸腾）。蒸发形成的水汽，徐徐上升到天空，地表温度较高官含水汽的空气在上升过程中，随着与地面距离增加， 气温不断下降，其中水蒸气就凝结出小水滴、小冰晶，形成云雾。在适当的条件下，这些小水滴或冰晶互相碰撞，结合成大水滴或大冰晶，在重力驱使下，迅速降落。降落途中，如遇到热空气上升，冰晶能变成水滴，又可能会部分或全部变为蒸气。而降落到地球表面的水滴或者冰晶，就是我们见到的雨或雪，称为大气降水。

大气降水降落到地表以后，一部分以地表径流形式，顺着无数条细小的沟溪从高处向低处流动，汇入江河，注入海洋：一部分就地蒸发，返回大气中，可再次形成降水，还有一部分渗入地下，存在于土壤或岩石的空隙中， 成为地下水。地下水中部分留在表层的土壤里，或被蒸发，或被植物吸收后而蒸腾返回大气，部分以地下径流形式，或直接排入地表的江河湖海里，或在流动过程中遇到地形低凹处及地面裂缝等以泉的形式出露，转变为地表 水，再度汇入沟溪江何，归

流湖海。这些汇入海洋或直接下落于海洋的大气降水，又会再度蒸发，周而复始，大气水、地表水、地下水这样不停地相互转化、不断迁徒，成为一个自然界水体的大循环。而把海洋内部和描地内部自身的循环称为小循环。正是自然界的水循环作用，使地下水成为一种能经常得到补偿的资源，泉口才能源源不断地向外涌水。同理，江河溪流也是因地下水和大气降水的不断补给，才昼夜不息，世代奔流；海洋水也不断变为气体，所以尽管无数条江河千万年的注入，都不满不溢，并且提供了形成大气降水水汽的主要来源。

大气降水渗入作用使地下水得到补给，从高水位向低水位流动，然后在适当的地点涌出地表成为泉。在地下水循环过程中，其首要条件是地表岩石或松散堆积物中存在空隙，没有空隙，大气降水降到地表后既无法下渗，又不能透水流动。岩石空隙包括孔隙、裂隙、洞穴。岩石颗粒与颗粒之间或颗粒——结合体之间的空隙叫孔隙。松散的岩石（砂、砂砾层等），孔隙很发

育，孔隙的大小和均匀性取决于岩石的颗粒大小及其均匀分选程度。比较均匀的砂或砾石层的孔隙度为 30—35％；砂和砾石混合，孔隙度减小为 15—20

％；均匀的粘土，孔隙度可超过 50％。至于已经固结成岩石的坚硬岩石（如石灰岩、花岗岩等），孔隙较少又不连通，却有裂隙或洞穴发育。裂隙、洞穴多且宽、长、深，彼此连通，张开性好而未被细小物质充填，富水性强， 反之就弱。在山地区域，我们会常见到岩石裂缝中有水滴出，流出，有的沿岩层层面流出，有的沿裂隙流出，这就是裂隙水或称泉水。

地下水资源多少，不单单只看岩石的空隙条件，还要看岩石空隙的大小及其连通状况，岩石的透水能力等状况。如粘土的孔隙度高达 60％，但因孔隙细小，透水性极差：砂子的孔隙度约为粘土的一半，但有较强的透水性能。岩石的透水性能，通常用渗透系数表示，单位是米/昼夜（24 小时）。根据岩石的渗透系数，将岩石的透水性能分为五类（见表 1）：当岩石的渗透系数小于 0.001 米/昼夜，称不透水层或隔水层。其固体颗粒粒径越大，越均一， 连通性越好，富水性越强。“面面砂（粉砂》、娃娃泥（粘质砂土），有水仅够小桶提、细流砂（细砂）、小米砂（中砂），有水可够水车拉；高粱砂

（粗砂）、石馒头（卵石），水足可供机器抽。”这顺口俚语不正说明了地下水形成的地表岩石和松散堆积物条件。

表 1 各种岩石的渗透系数表

其次，决定地下水的储存与出露状况的是相应的地质构造和地貌等条件。地表疏松堆积的土壤和裂隙广布的岩石，使元孔不入的大气降水就“乘虚”而入，由这种渗入作用而形成的地下水叫渗入水。渗入水的少量能被土壤、岩石颗粒表面的静电引力和分子引力所吸附。形成一层极薄的水膜叫结合水（其中强结合水又叫吸着水，弱结合水又叫薄膜水），这部分被固体颗粒牢牢吸住的结合水，一般情况下不能再下渗了，这种水只能供土壤中的微生物的生长使用。还有少部分渗入水，进入土壤和岩石的细小孔隙（叫毛细孔隙）中，受表面张力和附着力的共同作用，通常也滞留下来，保持在土壤、岩石中，叫毛管水，能被植物根系吸收或蒸发而失去。只有渗入到较大的土壤孔隙或岩石裂隙中的大气降水，才能在重力作用下。自由地向土壤、岩石深处运动，充满于空隙中，这种水称划重力水，也就是我们平时看到的井水、泉水等。重力水也不能无限地垂直下渗，因到一定深度后，岩石的裂贮变成闭合状或呈致密块状，水再无法渗人，于是被阻存在岩石裂隙和土壤空隙之中，形成有一定厚度的饱水带；其上是未被重力水饱和的饱气带。水文地质学上，将重力水能通过的地层称透水层，重力水不能通过的地层叫隔水层， 透水层被重力水饱和后就是我们常称的含水层。

自然界中含水层和隔水层有多种组合形式，又常常互相叠置、相间分布。

根据地下水埋藏形式不同，将其区分为上层滞水、潜水和承压水，上层滞水是存在于饱气带里局部隔水层之上的重力水；潜水是赋存于地表以下第一个连续隔水层之上的重力水，潜水的自由水面叫潜水面。槽水面的坡度一般小于地表的坡度，在地形低凹处与地表面相交，地下水出露地表形成潜水泉。地下水均是自上而下流出地表，称为下降

泉。地下水埋藏在两个隔水层之

间，还承受一定的静水压力。这类埋藏形成的水叫承压水，承压水顶部隔水层一旦有裂隙或被流水切穿与地面沟通时，水自下部涌出地表形成承虚水 泉。承压水形成的泉，水自下而上运动，称为上升泉。上层滞水和潜水由于埋藏较浅，其丰富程度与气候条件息息相关，涌水量很不稳定，甚至旱季断流，销声匿迹。上层滞水泉常常是季节性泉。

大气降水或地表河水能够渗入地下，经过一段时间流动后，在适宜的部位出露地表形成泉。这类泉的涌水量明显地受地质、地貌条件控制。这是因为地质、地貌条件决定着地表水的汇集、径流和渗入作用，进而影响着埋藏于表层的地下水的丰富程度及泉水的涌出量。加坡面缓倾，地形平坦，植被茂密，相对位置较低的盆地、凹地及沟谷低地，地下水丰富，“三面环山中间低，水流都在盆地里”、“两沟相交，泉水滔滔”就是例子。反之，透水性差的红粘土区，黄土丘陵区或沟谷切割深度大、密度高的基岩山区，大气降水多以地表径流方式排泄掉，渗入补给地下水的量很少，地下水相对贫乏。

从山区到平原，俩者之间在地貌上常常有一个规模不等的过渡带，在这个地带内接受山区带来大量的碎屑物质堆积，形成洪积——冲积扇。山前洪积物以沙砾，砾石为主，透水性极强，不仅可接受山区下泄的地下径流，而且能吸收大气降水以及来自山区的地表径流，成为山前地带地下水的主要补给区。杭州西湖三大名泉之一的玉泉水的由来，正是由于当大气降水和地表溪流，从北高峰、飞来峰、天竺山、月桂峰以及桃源岭、灵峰等三面向玉泉汇流，到达山坡和平缓丘岗地交界处时，遇到洪积扇顶部粗大的碎屑物质， 大部分地表水便渗透到洪积扇的堆积层中，变成地下水，源源不断地流向玉泉。由于山前洪积物厚度大，径流条件好，埋藏较深，受蒸发作用损失的水分不多，从而形成丰富的地下水储存带。如黄河流出禹门口形成百余平方公里的冲积扇，附近并深 50 多米，沙砂石层厚 40 米，单井出水量高达每昼夜

5000 多吨。新疆干旱地区的绿洲，几千年来，劳动人民利用山前洪积扇地下水，创造性地修建了引水工程——坎儿井，把径流带潜水引入潜水下沉带进行灌溉（如图 3）。

图 3 坎儿井纵剖面示意

1. 基岩（不透水层）2.砂砾石（含水层）3.粘土

平原一般多分布于近代地壳沉降区，但各地沉降速度并不一致，在这里堆积着厚度不等，成因不同的松散沉积物，包括湖相、河流相、海相等。如我国华北平原第三纪以来沉积了 700—800 米，有的甚至达 1000 米左右厚的新生界沉积层，内部结构比较复杂，多种成因类型相互叠置，在垂直方向上有几个含水层，在水平方向上有的成带，有的不连续。地下水资源埋藏丰富， 有利于开采利用。

地下水除主要来自大气降水补给外，还有小部分是当大气中水汽压大于土壤中的水汽压时，大气中的水汽可进入土壤及其他松散堆积物中，在温度

降低到零点时便凝结成水。这部分水尽管甚少，但在降水极少，地表温度昼夜变化急剧的干旱沙漠区，水蒸气的凝结作用在经常进行着，凝结水是干旱沙漠区地下水的主要补给来源。

山地是近期或地质历史上长期隆起的结果，它多少经过变动，岩石裸露， 经受风化、侵蚀破坏，有利于地下水通道的形成，以接受大气降水的补给。但山地情况是复杂的，事实上，有的山区地下水资源丰富，有的则不然。如位于东岳泰山玉皇顶西南侧碧霞柯后的天井泉，所在的地形条件很差，方圆数百公里内四周皆悬崖峭壁，利于大气降水地表流失，而不利于降水的下渗， 尽管泰山年降雨量达 1000 余毫米，但大气降水渗入补给地下水的条件极差。那么，天井泉水是从哪里来的呢？

泰山是在地势低平的平原和丘陵区兀然拔起的一座山岭，山下的空气温度高，包含着相当丰富的水蒸气，山上空气温度低，气压也没有山下高。当山下温暖湿润的空气沿山坡上升时，随着气温下降，水蒸气不断凝结成云雾， 除呈现出苍苍缥渺、无边无际的“云海玉盘”奇景之外，水蒸气还会自大气层不断地进入山顶岩石裂隙中。每当夜晚时，天井泉周围的岩石温度低于饱和云雾的空气温度时，水蒸气逐渐凝结成较大的水滴，这些水滴顺岩石裂隙向下渗流，使地下水经常得到补充，成为天井泉之水的主要来源。无怪乎历来把山与水紧紧连在一起，“有山必有水”，“山高水长”，天公就是如此将“天水”布施到人间。登临泰山顶，能饮上清澈见底、甘醇可口的天井泉水，是极大满足。