感知地下水 > 地下水与地表水有何不同？

构成人类身体的水分子相比我们而言“阅历”丰富得多：有些去过南极冰川，有些来自大洋深处，有些曾在大气层边缘游弋，有些则经受了地球深部炼狱般的磨难。要将地球表面的水以地表水和地下水的概念严格分开绝非易事，因为它们各自仅仅是水循环的短暂而局部的表现形态。地表水可以渗透形成地下水，地下水也能够进入河湖和沼泽，成为地表水。

狭义地说：地表水指陆地表面暴露的河流、湖泊和沼泽三种水体，不包括海洋、冰川以及生物水；而地下水指储存在地表以下20公里以内地层空隙中的水。地表水是极为活跃且重要的水资源，但资源总量仅占地下水的百分之一。

地下水和地表水分别处在不同的容器中，这导致了它们的运动形式有鲜明的区别。地表水的运动几乎完全受地球重力场的控制（在湖泊中还要更多的考虑温度场和风的作用）；而地下水的运动则受含水层介质类型和其中的重力场共同控制。较为特殊的是在饱和地下水面之上的非饱和带，在这个气-水-土三相系统中，表面张力常常取代重力场成为主导因子。地表水流主要出现在坡面、溪流与河川中，运动速度快；而地下水流主要出现在连通性最好的地下含水层中，一般流速极慢。

地表水源于冰川溶解或大气降水，原生的矿物成分较少，在坡面与河道中径流时虽然会溶解一些矿物质，但由于其与岩土接触时间较短，总体来说矿物质含量较低。地下水在出露前往往与含水层中的岩土有充分长期的接触，其化学成分常常受含水层岩性的控制，矿物质含量也通常明显高于同一地区的地表水。在山区进行野外作业时，通过测量溪流沿线的电导率（在某种程度上代表水中所溶解的矿物质含量），即可迅速了解本区域内地下水的排泄情况。

地表水的温度受地表和大气温度控制，必定出现昼夜和季节变化；而地下水的温度受含水层中温度梯度分布控制，几乎从不出现昼夜变化，大型含水层中的地下水温甚至不随季节变化。所以温度变化也是识别地下水，以及评价地下水循环速度的有效指标。

人们对地表水和地下水的科学描述体系也完全不同。地表水的流动几乎永远为紊流状态，常用明渠水动力学描述，而流量为地表水的主要描述参数；地下水的流动多数情况下为层流，一般用达西定律描述，而地下水位是其主要描述参数。

地下水与地表水之间存在着普遍且持续的交换。这种交换不仅限于水量，还包括其他物理、化学、生物、以及能量等要素。有时地表水体与饱和含水层直接在接触界面上进行水的交换，但更常见的情况是两类水体通过非饱和的岩土界面进行交换。在前一种情况下，两个相接水体享有共同的水头；而在后一种情况中，两个水体沿着各自独立的水力学轨迹进行运动。

地表水循环速度较快，受地势和雨情影响强烈，水少为患水多亦为患，常需要举国之力治理才能变害为利，为人所用。而地下水则是稳定得多的特殊水资源。它分布广泛，俗话称“山多高，水多高”，即指地下水随地形起伏均有分布，即使离河川湖库较远也可支持社会；它循环缓慢，成语讲“井水不犯河水”，即指地下水不随地表水涨落成患成灾，无论丰枯年份都能稳定供水，而且水质良好。人类向更高社会形式进化时，必然尝试摆脱各类资源限制，所以开发地下水资源在人类发展历程中带有必然性。

地表水暴露于地表，极易受到污染，但污染物会在强烈的水循环中被稀释和移除；同时由于生化反应中消耗的溶解氧可以得到快速补充，很多污染物在地表水中的降解速率也相对较快。地下水，尤其是处于排泄区的地下水，则相对较难受到污染。然而，在长期的污染负荷作用下，地下水水质仍将逐渐恶化，其恶化的速度与当地地下水的循环速度、污染物特性、以及地球水化学环境相关。这一恶化趋势常常在相当长一段时间内不为人所知，最后累积成为严重问题。由于地下水的自然更新时间本身就很长，再加上很多污染物会滞留在岩土颗粒表面从而延缓自净和稀释过程，所以地下水的自净过程还可能远远长于地表水的自然更新时间。

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某河段流量中，地下水排泄量所占份额。可见地下水的流量涨落与地表水相比要平缓得多

地下水与地表水的污染在时间尺度上存在极大差异。地下水每年的运行距离为几十米（富水性很差的含水层）到几千米（富水性较好的含水层）。由于可供观察地下水污染的监测点很少，当在某地发现地下水受到污染时，污染过程往往已经持续了数年甚至数十年。同样，当耗资巨大的地下水治理工程开始运行时，也需要数年甚至数十年的时间才能使地下水污染得到明显改观。地下水中溶质浓度变化速度与含水层容量及取用层位相关：穿透巨厚含水层的大型供水井中的水质特征一般较为稳定；相反，仅仅切穿含水层一小部分的民用井中的地下水污染特征可能在数月内发生明显变化。

尽管地下水和地表水有时具有相似的污染源，但它们的污染特征有显著不同。地表水的汇流条件好，水流集中，其在流域内的累积污染负荷和污染防治成果可以在流域出口进行直接观测。相对而言，地下水的受体在空间上较为分散，其排泄受地形、含水层分布、补给来源、抽水井分布等多重因素影响，这造成衡量地下水污染仅仅依靠有限的监测井或其它地下水出露点取得的点状污染信息，场地或区域尺度上的总污染负荷极难估算，这为地下水污染调查与评估增加了很多不确定性。

历史上的水资源管理往往将地表水和地下水分别管理，仿佛它们是互不相关的两类环境要素。在水资源管理水平逐渐提升的过程中，我们已无法否认对其中之一的开发必定会引起另一水体水量和水质的变化。几乎所有的地表水体都会与地下水进行沟通，有时地下水向地表水补给水量和矿物质，有时地表水对地下水进行补给并同时改变地下水水质。地表水的引用有时会引起地下水位的降低，而地下水的抽取可能会引起地表水的枯竭；两类水体中存在的污染物也可能由于水量的沟通而影响彼此的水质。因此，地下水与地表水的联合管理是水资源管理发展的必然方向。这对一国的科学发展水平、数据共享程度、社会运行机制要求甚高，我国水资源管理在建国以来虽然取得了喜人的进展，但距离此目标仍有相当长的距离。