Biểu đồ này cho biết các hướng dòng chảy điển hình trong một mặt cắt ngang của một hệ thống tầng ngậm nước có áp/không áp đơn giản (hai tầng ngậm nước với một tầng cách nước giữa chúng, bao quanh bởi nền đá không thấm nước). Hệ thống này liên hệ với một dòng suối (điển hình trong các vùng ẩm ướt). Mực nước ngầm và đới không bão hòa cũng được minh họa.

Bão hòa và không bão hòa

Nước ngầm có thể được tìm thấy bên dưới mặt đất nơi mà có địa hình thấp và không nhất thiết tầng chứa nước đó phải chứa nước ngọt. Vỏ Trái Đất có thể được chia thành 2 khu vực: đới bão hòa và đới không bão hòa. Đới bão hòa là đới mà trong lỗ rỗng của đất đá chứa lấp đầy nước; đới không bão hòa còn gọi là đới thông khí là đới mà một phần lỗ rỗng của đất đá vẫn còn chứa khí.

Bão hòa có nghĩa là áp suất cột nước lớn hơn áp suất khí quyển. Định nghĩa mực nước ngầm là bề mặt mà tại đó áp suất cột nước bằng với áp suất khí quyển. Các môi trường không bão hòa thường nằm trên mực nước ngầm nơi mà áp suất cột nước có giá trị âm (áp suất không có giá trị âm, nhưng máy đo áp suất có thể thể hiện giá trị âm) và nước không lấp đầy các lỗ hổng của tầng chứa nước trong trạng thái bị hút lên. Nước trong đới bão hòa được giữ tại chỗ bởi sức căng mặt ngoài và nó dâng lên cao hơn mực nước ngầm bằng các ống mao dẫn (các lỗ hổng của đất đá đóng vai trò là ống mao dẫn) làm bão hòa một phần nhỏ bên trên mặt của đới bão hòa, tại nơi này có áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển. Thuật ngữ sự bão hòa ở đây không giống với sự bão hòa nước cơ bản. Chiều cao cột nướcc trong các ống mao dẫn kiểu này sẽ giảm dần theo khoảng cách từ mực nước ngầm và nó phụ thuộc vào kích thước của lỗ hổng của đất. Cát có lỗ hổng lớn hơn sét nên chiều cao cột nước sẽ thấp hơn so với sét. Chiều cao cột nước phổ biến dâng lên trong đất sét thường thấp hơn 1.80 m (6 ft) nhưng khoảng dao động của nó có thể từ 0.3 đến 10 m (1–30 ft).[1]

Nước dâng lên trong ống có đường kính nhỏ cũng trường hợp này về quá trình vật lý. Mực nước ngầm dâng cao trong ống có đường kính lớn (như giếng) khi chúng tiếp xúc với khí quyển và hạ thấp trong tầng chứa nước.

Xem: chứa nước và độ ẩm của đất

Tầng chứa nước và tầng cách nước

Tầng chứa nước thường đặc trưng cho các vùng bão hòa nước bên dưới mặt đất là nguồn có thể cung cấp một lượng nước có khả năng sử dụng được cho một giếng nước hoặc sông/suối (ví dụ: cát và sạn hoặc đá gốc bị nứt nẻ là các môi trường có thể tạo thành các tầng chứa nước tốt). Tầng cách nước là đới mà trong đó nó hạn chế dòng chảy của nước dưới đất từ một tầng chứa nước tới một tầng chứa nước khác. Tầng cách nước nếu hoàn toàn không thấm thì được gọi là tầng chắn. Các tầng cách nước gồm các lớp sét hoặc các đá không có lỗ hổng và có độ dẫn nước thấp. Khả năng sử dụng là một thuật ngữ mang tính tương đối, ví dụ: một tầng chứa nước được cho là khá phù hợp để cấp nước sinh hoạt tại chỗ cho khu vực nông thôn nhưng nó sẽ được gọi là tầng nghèo nước khi cung cấp cho công nghiệp, khai khoáng, hoặc đô thị.

Ở các khu vực không có núi (hoặc các khu vực miền núi gần sông), các tầng chứa nước chính thường là bồi tích chưa gắn kết. Chúng thường bao gồm nhiều lớp trầm tích nằm ngang được hình thành bởi hoạt động của các con sông, khi nhìn trên mặt cắt dọc chúng bao gồm các lớp hạt mịn và hạt thô xen kẽ nhau. Các hạt thô thường được tìm thấy ở những nơi gần nguồn cung cấp (vùng trước núi hoặc sông) vì chúng cần năng lượng cao để di chuyển trong khi đó các hạt mịn sẽ lắng đọng cách xa nguồn cung cấp (những phần bằng phẳng cu3a các bồn trũng hoặc vùng sau đê tự nhiên). Khi không có vật liệu hạt mịn lắng đọng gần nguồn, thì các tầng chứa nước ở đây là tầng không áp, hay có quan hệ thủy lực với bề mặt đất.

Có áp và Không áp

Có 2 dạng tầng chứa nước là có áp và không áp. Các tầng chứa nước không áp đôi khi còn được gọi là các tầng chứa nước bão hòa hoặc tầng chứa nước có mực nước ngầm, là do giới hạn trên của nó là mực nước ngầm hoặc bề mặt bão hòa và thường được tìm thấy. Thông thường, tầng chứa nước gần bề mặt đất nhất là tầng không áp, vì nó không có lớp lớp không thấm ngăn cách với bề mặt đất. Các tầng chứa nước không áp nhận lượng nước bổ cấp trực tiếp từ trên mặt đất (nước mưa, tuyết tan) hoặc từ sông, suối, ao, hồ... vì chúng có quan hệ thủy lực với tầng chứa nước. Các tầng chứa nước có áp có mực nước ngầm nằm cao hơn ranh giới trên (tầng cách nước) của nó, và thường nằm bên dưới tầng chứa nước không áp. Tầng nước treo là thuật ngữ dùng để chỉ nước ngầm được hình thành bên trên một lớp có độ thấm thấp và thường dùng để chỉ các dạng nước ngầm với kích thước nhỏ nằm cao hơn tầng chứa nước phổ biến trong khu vực. Sự khác nhau giữa tầng chứa nước không áp và tầng nước treo là kích thước của chúng.

Nếu phân biệt giữa có áp và không áp thì rất khó về mặt địa chất (nếu không biết được các lớp có áp có tồn tại hay không hoặc điều kiện địa chất quá phức tạp hay tầng chứa nước khe nứt) thì giá trị độ chứa nước thu được từ thí nghiệm tầng chứa có thể được sử dụng để xác định kiểu tầng chứa nước (mặc dù các thí nghiệm tầng chứa trong các tầng không áp có thể được giải đoán một hoàn toàn khác so với tầng chứa nước có áp). Các tầng chứa nước có áp có giá trị chứa nước rất thấp (nhỏ hơn 0.01, cho đến 10−5), điều này cho thấy tầng chứa nước chứa nước theo cơ chế ma trận giãn nở cơ học và tính nén ép nước, cả hai thường chiếm lượng khác nhỏ. Các tầng chứa nước không áp có độ chứa nước lớn hơn (thường được gọi là dung trọng ướt (specific yield) 0.01 (chiếm 1% về thể tích); chúng giải phóng một lượng lớn nước theo cơ chế thoát nước từ lỗ hổng của tầng chứa, (tùy thuộc vào độ rỗng của vật liệu tầng chứa).