جيولوجيا المياه

تحتاج هذه المقالة إلى مصادر إضافية للتحقق . يُرجى المساعدة في تحسين هذه المقالة بإضافة مصادر موثوقة . قد يتم الطعن في المواد غير الموثقة وإزالتها. البحث عن المصادر:  "Hydrogeology" – الأخبار  · الصحف  · الكتب  · العلماء  · JSTOR ( أبريل 2016 ) ( تعرف على كيفية ومتى تزيل هذه الرسالة )

علم المياه الجوفية ( هيدرو- وتعني الماء، و -جيولوجيا وتعني دراسة الأرض ) هو مجال الجيولوجيا الذي يتعامل مع توزيع وحركة المياه الجوفية في التربة والصخور في قشرة الأرض (عادةً في طبقات المياه الجوفية ). غالبًا ما تُستخدم مصطلحات هيدرولوجيا المياه الجوفية وعلم المياه الجوفية والهيدرولوجيا الجيولوجية بالتبادل، على الرغم من أن علم المياه الجوفية هو الأكثر استخدامًا.

علم المياه الجوفية هو دراسة القوانين التي تحكم حركة المياه الجوفية، والتفاعل الميكانيكي والكيميائي والحراري لهذه المياه مع المواد الصلبة المسامية، ونقل الطاقة والمكونات الكيميائية والجسيمات عن طريق التدفق (دومينيكو وشوارتز، 1998).

هندسة المياه الجوفية ، وهو اسم آخر لعلم المياه الجوفية، هو فرع من فروع الهندسة يهتم بحركة المياه الجوفية وتصميم الآبار والمضخات والمصارف. ^[1] تشمل الاهتمامات الرئيسية في هندسة المياه الجوفية تلوث المياه الجوفية ، والحفاظ على الإمدادات، وجودة المياه . ^[2]

تُبنى الآبار للاستخدام في الدول النامية، وكذلك للاستخدام في الدول المتقدمة في الأماكن التي لا تتصل بشبكة مياه المدينة. تُصمم الآبار وتُصان للحفاظ على سلامة طبقة المياه الجوفية، ومنع الملوثات من الوصول إلى المياه الجوفية. ينشأ الجدل حول استخدام المياه الجوفية عندما يؤثر استخدامها على أنظمة المياه السطحية، أو عندما يهدد النشاط البشري سلامة نظام طبقة المياه الجوفية المحلية.

علم المياه الجوفية هو موضوع متعدد التخصصات ؛ وقد يكون من الصعب تفسير التفاعلات الكيميائية والفيزيائية والبيولوجية وحتى القانونية بين التربة والمياه والطبيعة والمجتمع بشكل كامل . وقد تكون دراسة التفاعل بين حركة المياه الجوفية والجيولوجيا معقدة للغاية. لا تتبع المياه الجوفية دائمًا تضاريس السطح ؛ تتبع المياه الجوفية تدرجات الضغط (التدفق من الضغط العالي إلى الضغط المنخفض)، غالبًا من خلال الكسور والقنوات في مسارات ملتوية. غالبًا ما يتطلب مراعاة التفاعل بين الجوانب المختلفة لنظام متعدد المكونات المعرفة في العديد من المجالات المتنوعة على المستويين التجريبي والنظري . فيما يلي مقدمة أكثر تقليدية لأساليب وتسميات علم المياه الجوفية المشبعة تحت السطح.

علم المياه الجوفية، كما ذكر أعلاه، هو فرع من علوم الأرض يتعامل مع تدفق المياه عبر طبقات المياه الجوفية وغيرها من الوسائط المسامية الضحلة (عادةً أقل من 450 مترًا تحت سطح الأرض). إن التدفق الضحل جدًا للمياه في باطن الأرض (3 أمتار العلوية) وثيق الصلة بمجالات علوم التربة والزراعة والهندسة المدنية ، فضلاً عن علم المياه الجوفية. كما أن التدفق العام للسوائل ( الماء والهيدروكربونات والسوائل الحرارية الأرضية وما إلى ذلك) في التكوينات العميقة هو أيضًا محل اهتمام الجيولوجيين والجيوفيزيائيين وعلماء جيولوجيا البترول . المياه الجوفية عبارة عن سائل بطيء الحركة ولزج (مع رقم رينولدز أقل من واحد)؛ يمكن اشتقاق العديد من قوانين تدفق المياه الجوفية المشتقة تجريبياً بالتناوب في ميكانيكا الموائع من الحالة الخاصة لتدفق ستوكس (مصطلحات اللزوجة والضغط ، ولكن لا يوجد مصطلح بالقصور الذاتي).

العلاقات الرياضية المستخدمة لوصف تدفق المياه عبر الوسائط المسامية هي قانون دارسي ، والانتشار ، ومعادلات لابلاس ، والتي لها تطبيقات في العديد من المجالات المتنوعة. تمت محاكاة تدفق المياه الجوفية الثابت (معادلة لابلاس) باستخدام القياسات الكهربائية والمرنة والتوصيل الحراري . يشبه تدفق المياه الجوفية المؤقت انتشار الحرارة في مادة صلبة ، لذلك تم تكييف بعض الحلول للمشاكل الهيدرولوجية من أدبيات نقل الحرارة .

تقليديًا، تمت دراسة حركة المياه الجوفية بشكل منفصل عن المياه السطحية وعلم المناخ وحتى الجوانب الكيميائية والميكروبيولوجية لعلم المياه الجوفية (العمليات غير مرتبطة). ومع نضوج مجال علم المياه الجوفية، أصبحت التفاعلات القوية بين المياه الجوفية والمياه السطحية وكيمياء المياه ورطوبة التربة وحتى المناخ أكثر وضوحًا.

تتطلب كل من كاليفورنيا وواشنطن الحصول على شهادة خاصة من علماء المياه الجوفية لتقديم خدمات مهنية للجمهور. وتتطلب تسع وعشرون ولاية الحصول على ترخيص مهني من الجيولوجيين لتقديم خدماتهم للجمهور، والتي غالبًا ما تتضمن العمل في مجالات تطوير وإدارة و/أو معالجة موارد المياه الجوفية. ^[3]

على سبيل المثال: قد يكون انخفاض مستوى المياه الجوفية أو الإفراط في ضخها وضخ المياه الأحفورية عاملاً مساهماً في ارتفاع مستوى سطح البحر. ^[4]

من المهام الرئيسية التي يقوم بها عالم المياه الجوفية عادةً التنبؤ بالسلوك المستقبلي لنظام طبقة المياه الجوفية، استنادًا إلى تحليل الملاحظات السابقة والحالية. ومن بين الأسئلة الافتراضية التي قد يطرحها عالم المياه الجوفية:

• هل يمكن للخزان الجوفي أن يدعم تقسيمًا آخر ؟
• هل يجف النهر إذا ضاعف المزارع الري ؟
• هل انتقلت المواد الكيميائية من منشأة التنظيف الجاف عبر طبقة المياه الجوفية إلى بئري وتسببت في مرضي؟
• هل يتدفق عمود المياه العادمة الخارج من نظام الصرف الصحي الخاص بجارتي إلى بئر مياه الشرب الخاص بي ؟

يمكن معالجة معظم هذه الأسئلة من خلال محاكاة النظام الهيدرولوجي (باستخدام النماذج العددية أو المعادلات التحليلية). تتطلب المحاكاة الدقيقة لنظام طبقة المياه الجوفية معرفة خصائص طبقة المياه الجوفية وظروف الحدود. لذلك، فإن المهمة المشتركة لعلماء المياه الجوفية هي تحديد خصائص طبقة المياه الجوفية باستخدام اختبارات طبقة المياه الجوفية .

من أجل توصيف طبقات المياه الجوفية بشكل أكبر، يتم تقديم بعض الخصائص الفيزيائية الأولية والمشتقة أدناه. يتم تصنيف طبقات المياه الجوفية على نطاق واسع على أنها محصورة أو غير محصورة ( طبقات المياه الجوفية )، وإما مشبعة أو غير مشبعة؛ يؤثر نوع طبقة المياه الجوفية على الخصائص التي تتحكم في تدفق المياه في هذا الوسط (على سبيل المثال، يرتبط إطلاق المياه من التخزين لطبقات المياه الجوفية المحصورة بالقدرة على التخزين ، بينما يرتبط بالعائد المحدد لطبقات المياه الجوفية غير المحصورة).

الطبقة المائية الجوفية هي مجموعة من المياه تقع تحت السطح، وهي كبيرة بما يكفي لتكون مفيدة في نبع أو بئر. يمكن أن تكون الطبقة المائية الجوفية غير محصورة، حيث يتم تحديد الجزء العلوي من الطبقة المائية الجوفية بواسطة منسوب المياه الجوفية ، أو محصورة، حيث توجد الطبقة المائية الجوفية أسفل طبقة محصورة. ^[5]

هناك ثلاثة جوانب تتحكم في طبيعة طبقات المياه الجوفية: علم الطبقات ، وعلم الصخور ، والتكوينات والرواسب الجيولوجية. يربط علم الطبقات بين عمر وهندسة العديد من التكوينات التي تتكون منها طبقة المياه الجوفية. يشير علم الصخور إلى المكونات الفيزيائية لطبقة المياه الجوفية، مثل التركيب المعدني وحجم الحبيبات. السمات الهيكلية هي العناصر التي تنشأ بسبب التشوهات بعد الترسيب، مثل الكسور والطيات. يعد فهم هذه الجوانب أمرًا بالغ الأهمية لفهم كيفية تشكل طبقة المياه الجوفية وكيف يمكن للمحترفين الاستفادة منها في هندسة المياه الجوفية. ^[6]

تتسبب الاختلافات في الضغط الهيدروليكي ( h ) في انتقال الماء من مكان إلى آخر؛ حيث يتدفق الماء من مواقع ذات ضغط هيدروليكي مرتفع إلى مواقع ذات ضغط هيدروليكي منخفض. ويتكون الضغط الهيدروليكي من الضغط الهيدروليكي ( ψ ) والضغط الهيدروليكي المرتفع ( z ). ويمثل تدرج الضغط الهيدروليكي التغير في الضغط الهيدروليكي لكل طول من مسار التدفق، ويظهر في قانون دارسي على أنه يتناسب مع التفريغ.

الرأس الهيدروليكي هو خاصية قابلة للقياس مباشرة ويمكن أن تأخذ أي قيمة (بسبب البيانات التعسفية المشاركة في حد z )؛ يمكن قياس ψ بمحول ضغط (يمكن أن تكون هذه القيمة سلبية، على سبيل المثال، الشفط، ولكنها موجبة في طبقات المياه الجوفية المشبعة)، ويمكن قياس z بالنسبة إلى البيانات المساحية (عادةً الجزء العلوي من غلاف البئر ). بشكل عام، في الآبار التي تستغل طبقات المياه الجوفية غير المحصورة، يتم استخدام مستوى المياه في البئر كممثل للرأس الهيدروليكي، على افتراض عدم وجود تدرج رأسي للضغط. غالبًا ما تكون التغييرات في الرأس الهيدروليكي بمرور الوقت مطلوبة فقط، لذلك يمكن استبعاد حد الرأس ذي الارتفاع الثابت ( Δh = Δψ ).

سجل الضغط الهيدروليكي عبر الزمن في البئر هو عبارة عن مخطط هيدروليكي ، أو تسمى التغييرات في الضغط الهيدروليكي المسجلة أثناء ضخ البئر في الاختبار بالسحب .

المسامية ( n ) هي خاصية قابلة للقياس مباشرة للطبقة المائية الجوفية؛ وهي عبارة عن كسر بين 0 و1 يشير إلى مقدار مساحة المسام بين جزيئات التربة غير المتماسكة أو داخل الصخور المكسورة. عادةً، تتحرك غالبية المياه الجوفية (وأي شيء مذاب فيها) عبر المسامية المتاحة للتدفق (تسمى أحيانًا المسامية الفعالة ). النفاذية هي تعبير عن مدى ترابط المسام. على سبيل المثال، قد يكون لوحدة صخرية غير مكسورة مسامية عالية (تحتوي على العديد من الثقوب بين حبيباتها المكونة)، ولكن نفاذية منخفضة (لا يوجد أي من المسام متصل). ومن الأمثلة على هذه الظاهرة الخفاف ، والذي عندما يكون في حالته غير المكسورة، يمكن أن يشكل طبقة مائية جوفية رديئة.

لا تؤثر المسامية بشكل مباشر على توزيع الضغط الهيدروليكي في طبقة المياه الجوفية، ولكن لها تأثير قوي جدًا على هجرة الملوثات المذابة، لأنها تؤثر على سرعات تدفق المياه الجوفية من خلال علاقة تناسبية عكسية.

يتم تطبيق قانون دارسي بشكل شائع لدراسة حركة الماء، أو السوائل الأخرى عبر الوسائط المسامية، ويشكل الأساس للعديد من التحليلات الهيدروجيولوجية.

محتوى الماء ( θ ) هو أيضًا خاصية قابلة للقياس بشكل مباشر؛ فهو جزء من إجمالي الصخور المملوءة بالماء السائل. وهو أيضًا جزء بين 0 و1، ولكن يجب أن يكون أيضًا أقل من أو يساوي المسامية الكلية.

يعتبر محتوى الماء مهمًا جدًا في هيدرولوجيا المنطقة الجوفية ، حيث تكون الموصلية الهيدروليكية دالة غير خطية إلى حد كبير لمحتوى الماء؛ وهذا يعقد حل معادلة تدفق المياه الجوفية غير المشبعة.

الموصلية الهيدروليكية ( K ) هي مقياس للنفاذية وهي خاصية لكل من السائل والوسط المسامي (أي أن الموصلية الهيدروليكية للماء والنفط لن تكون هي نفسها حتى في نفس التكوين الجيولوجي). النفاذية هي حاصل ضرب الموصلية الهيدروليكية وسمك طبقة المياه الجوفية (تستخدم عادةً كمؤشر على قدرة طبقة المياه الجوفية على توصيل المياه إلى البئر). النفاذية الجوهرية ( κ ) هي خاصية للوسط المسامي وحده، ولا تتغير مع السوائل المختلفة (على سبيل المثال الكثافة أو اللزوجة المختلفة؛ يتم استخدامها أكثر في صناعة البترول.

التخزين النوعي ( S _s ) وما يعادله المتكامل مع العمق، التخزين ( S=S _s b )، هما من خصائص الخزان الجوفي غير المباشرة (لا يمكن قياسهما بشكل مباشر)؛ وهما يشيران إلى كمية المياه الجوفية المنبعثة من التخزين بسبب انخفاض الضغط بمقدار وحدة واحدة في الخزان الجوفي المحصور. وهما كسور بين 0 و1.

العائد النوعي ( Sy ) هو أيضًا نسبة بين 0 و1 ( Sy ≤ المسامية) ويشير إلى كمية المياه المنبعثة بسبب الصرف من خفض منسوب المياه في طبقة المياه الجوفية غير المحصورة. تكون قيمة العائد النوعي أقل من قيمة المسامية لأن بعض الماء سيبقى في الوسط حتى بعد الصرف بسبب القوى بين الجزيئات. غالبًا ما _{تُستخدم المسامية أو المسامية} الفعالة كحد أعلى للعائد النوعي. عادةً ما يكون Sy أكبر من Ss بعشرات المرات .

علم المياه الجوفية لمنطقة الصدع هو دراسة كيفية تأثير الصخور المشوهة الهشة على تدفقات السوائل في البيئات الصخرية المختلفة ، مثل الصخور الفتاتية والنارية والكربوناتية . يمكن تسهيل أو إعاقة حركات السوائل، التي يمكن قياسها على أنها نفاذية ، بسبب وجود منطقة صدع . ^[7] وذلك لأن الآلية المختلفة والصخور المشوهة يمكن أن تغير المسامية وبالتالي النفاذية داخل منطقة الصدع. السوائل المعنية بشكل عام هي المياه الجوفية (المياه العذبة والبحرية) والهيدروكربونات (النفط والغاز). ^[8] نظرًا لأن منطقة الصدع هي منطقة ضعف تساعد في زيادة سمك المنطقة المتآكلة وبالتالي المساعدة في إعادة شحن المياه الجوفية. ^[9] جنبًا إلى جنب مع الصدوع ، تعمل الكسور والتشققات أيضًا على تسهيل تدفق المياه الجوفية بشكل أساسي في التضاريس الصخرية الصلبة. ^[9]

غالبًا ما نهتم بكيفية نقل المياه الجوفية المتحركة للملوثات المذابة حولها (المجال الفرعي لعلم جيولوجيا الملوثات). يمكن نقل الملوثات التي هي من صنع الإنسان (مثل المنتجات البترولية أو النترات أو الكروم أو النويدات المشعة ) أو التي تحدث بشكل طبيعي (مثل الزرنيخ أو الملوحة ) من خلال ثلاث آليات رئيسية، الحمل الحراري (النقل على طول الاتجاه الرئيسي للتدفق بسرعة التسرب)، والانتشار (هجرة الملوث من مناطق التركيز العالي إلى مناطق التركيز المنخفض)، والتشتت الهيدروديناميكي (بسبب التباينات المجهرية الموجودة في الوسط المسامي وتوزيع السرعة غير المنتظم بالنسبة لسرعة التسرب). ^[10] بالإضافة إلى الحاجة إلى فهم مكان تدفق المياه الجوفية، بناءً على الخصائص الهيدرولوجية الأخرى التي تمت مناقشتها أعلاه، هناك خصائص إضافية للخزان الجوفي تؤثر على كيفية تحرك الملوثات المذابة مع المياه الجوفية.

التشتت الهيدروديناميكي (α _L ، α _T ) هو عامل تجريبي يقيس مقدار الملوثات التي تبتعد عن مسار المياه الجوفية التي تحملها. ستكون بعض الملوثات "خلف" أو "أمام" المياه الجوفية المتوسطة، مما يؤدي إلى تشتت طولي (α _L )، وسيكون بعضها "على جانبي" تدفق المياه الجوفية الحملية النقية، مما يؤدي إلى تشتت عرضي (α _T ). ينشأ التشتت في المياه الجوفية لأن كل "جسيم" ماء، يمر عبر جسيم تربة، يجب أن يختار إلى أين يتجه، سواء إلى اليسار أو اليمين أو لأعلى أو لأسفل، بحيث تنتشر "جسيمات" الماء (ومذابها) تدريجيًا في جميع الاتجاهات حول المسار المتوسط. هذه هي الآلية "المجهرية"، على مقياس جسيمات التربة. والأمر الأكثر أهمية، على مسافات طويلة، هو عدم التجانس العياني للطبقة المائية الجوفية، والتي يمكن أن تحتوي على مناطق ذات نفاذية أكبر أو أصغر، بحيث يمكن لبعض المياه أن تجد مسارًا تفضيليًا في اتجاه واحد، وبعضها الآخر في اتجاه مختلف، بحيث يمكن أن ينتشر الملوث بطريقة غير منتظمة تمامًا، كما هو الحال في دلتا النهر (ثلاثية الأبعاد).

إن التشتت هو في الواقع عامل يمثل افتقارنا إلى المعلومات حول النظام الذي نقوم بمحاكاته. هناك العديد من التفاصيل الصغيرة حول طبقة المياه الجوفية والتي يتم حساب متوسطها فعليًا عند استخدام نهج كلي (على سبيل المثال، طبقات صغيرة من الحصى والطين في طبقات المياه الجوفية الرملية)؛ تتجلى هذه التفاصيل في شكل تشتت ظاهري . وبسبب هذا، غالبًا ما يُزعم أن α يعتمد على مقياس طول المشكلة - التشتت الموجود للنقل عبر 1 م ³ من طبقة المياه الجوفية يختلف عن التشتت الموجود للنقل عبر 1 سم ³ من نفس مادة طبقة المياه الجوفية. ^[11]

الانتشار هو ظاهرة فيزيائية أساسية، وصفها ألبرت أينشتاين بالحركة البراونية ، التي تصف الحركة الحرارية العشوائية للجزيئات والجسيمات الصغيرة في الغازات والسوائل. إنها ظاهرة مهمة للمسافات الصغيرة (وهي ضرورية لتحقيق التوازن الديناميكي الحراري )، ولكن نظرًا لأن الوقت اللازم لتغطية مسافة بالانتشار يتناسب مع مربع المسافة نفسها، فإنها أقل فعالية لنشر المذاب على مسافات كبيرة على مقياس زمني قصير. عادةً ما يكون معامل الانتشار ، D ^{[ يحتاج إلى توضيح ]} ، صغيرًا جدًا، وغالبًا ما يمكن إهمال تأثيره (ما لم تكن سرعات تدفق المياه الجوفية منخفضة للغاية، كما هي الحال في المياه الجوفية الطينية ).

من المهم عدم الخلط بين الانتشار والتشتت، حيث أن الأول هو ظاهرة فيزيائية والأخير هو عامل هيدروديناميكي تجريبي يتم صياغته في شكل مماثل للانتشار، لأنه طريقة ملائمة لوصف المسألة وحلها رياضيا.

عامل التباطؤ هو سمة أخرى مهمة جدًا تجعل حركة الملوث تنحرف عن متوسط ​​حركة المياه الجوفية. وهو مماثل لعامل التباطؤ في الكروماتوغرافيا . وعلى عكس الانتشار والتشتت، اللذين ينشران الملوث ببساطة، يغير عامل التباطؤ متوسط ​​سرعته العالمية ، بحيث يمكن أن يكون أبطأ بكثير من سرعة الماء. ويرجع هذا إلى تأثير كيميائي فيزيائي: الامتصاص في التربة، والذي يحبس الملوث ولا يسمح له بالتقدم حتى يتم امتصاص الكمية المقابلة لتوازن الامتصاص الكيميائي. هذا التأثير مهم بشكل خاص للملوثات الأقل قابلية للذوبان، والتي يمكن أن تتحرك بالتالي أبطأ بمئات أو آلاف المرات من الماء. تأثير هذه الظاهرة هو أن الأنواع الأكثر قابلية للذوبان فقط هي التي يمكنها تغطية مسافات طويلة. يعتمد عامل التباطؤ على الطبيعة الكيميائية لكل من الملوث والخزان الجوفي.

كان هنري دارسي عالمًا فرنسيًا حقق تقدمًا في تدفق السوائل عبر المواد المسامية. أجرى تجارب درست حركة السوائل عبر أعمدة الرمل. أدت هذه التجارب إلى تحديد قانون دارسي ، الذي يصف تدفق السوائل عبر وسط ذي مستويات عالية من المسامية. يُعتبر عمل دارسي بمثابة بداية علم المياه الجوفية الكمي. ^[12]

كان أوسكار إدوارد ماينزر عالمًا أمريكيًا يُطلق عليه غالبًا "أب علم المياه الجوفية الحديث". لقد قام بتوحيد المصطلحات الرئيسية في هذا المجال بالإضافة إلى تحديد المبادئ المتعلقة بالحدوث والحركة والتصريف. لقد أثبت أن تدفق المياه يطيع قانون دارسي. كما اقترح استخدام الأساليب الجيوفيزيائية والمسجلات على الآبار، بالإضافة إلى اقتراح اختبارات الضخ لجمع المعلومات الكمية حول خصائص طبقات المياه الجوفية. كما سلط ماينزر الضوء على أهمية دراسة الكيمياء الجيولوجية للمياه، فضلاً عن تأثير مستويات الملوحة العالية في طبقات المياه الجوفية. ^[13]

قانون دارسي هو معادلة تأسيسية ، تم استنباطها تجريبياً من قبل هنري دارسي في عام 1856، والتي تنص على أن كمية المياه الجوفية التي تتدفق عبر جزء معين من طبقة المياه الجوفية تتناسب مع مساحة المقطع العرضي للتدفق، والتدرج الهيدروليكي ، والتوصيل الهيدروليكي .

تصف معادلة تدفق المياه الجوفية، في شكلها الأكثر عمومية، حركة المياه الجوفية في وسط مسامي (الطبقات المائية الجوفية والطبقات المائية الجوفية). تُعرف في الرياضيات باسم معادلة الانتشار ، ولها العديد من النظائر في مجالات أخرى. تم استعارة العديد من الحلول لمشاكل تدفق المياه الجوفية أو تكييفها من حلول نقل الحرارة الموجودة.

غالبًا ما يتم اشتقاقها من أساس فيزيائي باستخدام قانون دارسي وحفظ الكتلة لحجم تحكم صغير. غالبًا ما تُستخدم المعادلة للتنبؤ بالتدفق إلى الآبار ، والتي لها تماثل شعاعي، لذلك يتم حل معادلة التدفق عادةً في إحداثيات قطبية أو أسطوانية .

تعتبر معادلة ثيس واحدة من الحلول الأساسية والأكثر استخدامًا لمعادلة تدفق المياه الجوفية؛ حيث يمكن استخدامها للتنبؤ بالتطور المؤقت للرأس بسبب تأثيرات ضخ بئر ضخ واحد أو عدد من الآبار.

معادلة ثيم هي حل لمعادلة تدفق المياه الجوفية في الحالة المستقرة (معادلة لابلاس) للتدفق إلى البئر. ما لم تكن هناك مصادر كبيرة للمياه في الجوار (نهر أو بحيرة)، نادرًا ما يتم تحقيق الحالة المستقرة الحقيقية في الواقع.

يتم استخدام المعادلتين أعلاه في اختبارات طبقة المياه الجوفية (اختبارات المضخة).

معادلة هوغودت هي معادلة لتدفق المياه الجوفية يتم تطبيقها على الصرف تحت السطحي عن طريق الأنابيب أو مصارف البلاط أو الخنادق. ^[14] طريقة الصرف تحت السطحية البديلة هي الصرف عن طريق الآبار والتي تتوفر لها أيضًا معادلات تدفق المياه الجوفية. ^[15]

لاستخدام معادلة تدفق المياه الجوفية لتقدير توزيع الرؤوس الهيدروليكية، أو اتجاه ومعدل تدفق المياه الجوفية، يجب حل معادلة التفاضل الجزئي (PDE). أكثر الوسائل شيوعًا لحل معادلة الانتشار تحليليًا في أدبيات علم المياه الجوفية هي:

• تحويلات لابلاس وهانكل وفورييه ( لتقليل عدد أبعاد المعادلة التفاضلية الجزئية) ،
• تحويل التشابه (يسمى أيضًا تحويل بولتزمان) هو الطريقة الشائعة لاستخلاص حل ثيس ،
• فصل المتغيرات ، وهو أمر أكثر فائدة للإحداثيات غير الديكارتية، و
• وظائف جرين ، وهي طريقة شائعة أخرى لاستنتاج حل ثيس — من الحل الأساسي لمعادلة الانتشار في الفضاء الحر.

بغض النظر عن الطريقة التي نستخدمها لحل معادلة تدفق المياه الجوفية ، فنحن بحاجة إلى كل من الظروف الأولية (الرؤوس في الوقت ( t ) = 0) والظروف الحدودية (التي تمثل إما الحدود المادية للمجال، أو تقريب للمجال بعد تلك النقطة). غالبًا ما يتم توفير الظروف الأولية لمحاكاة عابرة، من خلال محاكاة الحالة المستقرة المقابلة (حيث يتم ضبط المشتق الزمني في معادلة تدفق المياه الجوفية على 0).

هناك فئتان عريضتان لكيفية حل المعادلة التفاضلية الجزئية؛ إما بالطرق التحليلية ، أو الطرق العددية ، أو ربما شيء بينهما. عادةً، تحل الطرق التحليلية معادلة تدفق المياه الجوفية في ظل مجموعة مبسطة من الظروف تمامًا ، بينما تحلها الطرق العددية في ظل ظروف أكثر عمومية إلى تقريب .

تستخدم الطرق التحليلية عادةً بنية الرياضيات للوصول إلى حل بسيط وأنيق، ولكن الاشتقاق المطلوب لجميع أشكال المجال باستثناء أبسطها يمكن أن يكون معقدًا للغاية (يتضمن إحداثيات غير قياسية ، ورسم خرائط مطابقة ، وما إلى ذلك). عادةً ما تكون الحلول التحليلية أيضًا مجرد معادلة يمكن أن تعطي إجابة سريعة بناءً على عدد قليل من المعلمات الأساسية. معادلة ثيس هي حل تحليلي بسيط للغاية (ولكنها لا تزال مفيدة للغاية) لمعادلة تدفق المياه الجوفية ، والتي تُستخدم عادةً لتحليل نتائج اختبار طبقة المياه الجوفية أو اختبار الرخويات .

إن موضوع الأساليب العددية كبير جدًا، ومن الواضح أنه مفيد لمعظم مجالات الهندسة والعلوم بشكل عام. كانت الأساليب العددية موجودة لفترة أطول بكثير من أجهزة الكمبيوتر (في عشرينيات القرن العشرين، طور ريتشاردسون بعض مخططات الفرق المحدودة التي لا تزال مستخدمة حتى اليوم، ^{[ متى؟ ]} ولكنها كانت تُحسب يدويًا، باستخدام الورق والقلم الرصاص، بواسطة "آلات حاسبة" بشرية)، لكنها أصبحت مهمة جدًا من خلال توافر أجهزة الكمبيوتر الشخصية السريعة والرخيصة . فيما يلي عرض سريع للطرق العددية الرئيسية المستخدمة في علم المياه الجوفية، وبعض المبادئ الأساسية، ومناقشتها بمزيد من التفصيل في مقال نموذج المياه الجوفية .

هناك فئتان عريضتان من الطرق العددية: الطرق الشبكية أو المنفصلة والطرق غير الشبكية أو الخالية من الشبكة. في طريقة الفرق المحدودة الشائعة وطريقة العناصر المحدودة (FEM)، يكون المجال شبكيًا بالكامل ("مقطوعًا" إلى شبكة أو شبكة من العناصر الصغيرة). طريقة العناصر التحليلية (AEM) وطريقة معادلة التكامل الحدية (BIEM - تسمى أحيانًا أيضًا BEM، أو طريقة العناصر الحدودية) تكون منفصلة فقط عند الحدود أو على طول عناصر التدفق (مصارف الخطوط، مصادر المساحة، إلخ)، وتكون غالبية المجال خالية من الشبكة.

تحل الطرق الشبكية مثل طرق الفروق المحدودة والعناصر المحدودة معادلة تدفق المياه الجوفية عن طريق تقسيم منطقة المشكلة (المجال) إلى العديد من العناصر الصغيرة (مربعات، مستطيلات، مثلثات، كتل، رباعي السطوح ، إلخ) وحل معادلة التدفق لكل عنصر (يُفترض أن جميع خصائص المادة ثابتة أو ربما متغيرة خطيًا داخل عنصر)، ثم ربط جميع العناصر معًا باستخدام قانون الحفاظ على الكتلة عبر الحدود بين العناصر (على غرار نظرية التباعد ). يؤدي هذا إلى نظام يقترب بشكل عام من معادلة تدفق المياه الجوفية، ولكنه يتطابق تمامًا مع الظروف الحدودية (يتم تحديد الرأس أو التدفق في العناصر التي تتقاطع مع الحدود).

الفروق المحدودة هي طريقة لتمثيل مشغلات التفاضل المستمر باستخدام فترات منفصلة ( Δx و Δt )، وتستند طرق الفروق المحدودة على هذه الفواصل (وهي مشتقة من سلسلة تايلور ). على سبيل المثال، غالبًا ما يتم تقريب المشتق الزمني من الدرجة الأولى باستخدام الفرق المحدود الأمامي التالي، حيث تشير المؤشرات السفلية إلى موقع زمني منفصل،

${\displaystyle {\frac {\partial h}{\partial t}}=h'(t_{i})\approx {\frac {h_{i}-h_{i-1}}{\Delta t}}.}$

التقريب الأمامي للفروق المحدودة مستقر دون قيد أو شرط، لكنه يؤدي إلى مجموعة ضمنية من المعادلات (التي يجب حلها باستخدام طرق المصفوفة، مثل LU أو تحلل Cholesky ). الفرق الخلفي المماثل مستقر بشرط فقط، لكنه صريح ويمكن استخدامه "للمضي قدمًا" في اتجاه الوقت، وحل عقدة شبكة واحدة في كل مرة (أو ربما بالتوازي ، لأن العقدة الواحدة تعتمد فقط على جيرانها المباشرين). بدلاً من طريقة الفرق المحدودة، يتم أحيانًا استخدام تقريب Galerkin FEM في الفضاء (وهذا يختلف عن نوع FEM المستخدم غالبًا في الهندسة الإنشائية ) مع استمرار استخدام الفروق المحدودة في الوقت.

يعد MODFLOW مثالاً معروفًا لنموذج عام لتدفق المياه الجوفية ذي الفروق المحدودة. وقد طورته هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية كأداة محاكاة معيارية وقابلة للتوسيع لنمذجة تدفق المياه الجوفية. وهو برنامج مجاني طورته هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية ووثقته ووزعته. وقد نشأت العديد من المنتجات التجارية حوله، حيث توفر واجهات مستخدم رسومية لواجهته القائمة على ملف الإدخال، وتتضمن عادةً معالجة مسبقة ولاحقة لبيانات المستخدم. وقد تم تطوير العديد من النماذج الأخرى للعمل مع مدخلات ومخرجات MODFLOW، مما يجعل النماذج المرتبطة التي تحاكي العديد من العمليات الهيدرولوجية ممكنة (نماذج التدفق والنقل، ونماذج المياه السطحية والجوفية ونماذج التفاعل الكيميائي)، وذلك بسبب الطبيعة البسيطة والموثقة جيدًا لـ MODFLOW.

برامج العناصر المحدودة أكثر مرونة في التصميم (العناصر المثلثية مقابل عناصر الكتلة التي تستخدمها معظم نماذج الفرق المحدودة) وهناك بعض البرامج المتاحة (SUTRA، وهو نموذج تدفق ثنائي الأبعاد أو ثلاثي الأبعاد يعتمد على الكثافة من قبل هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية؛ Hydrus ، وهو نموذج تدفق غير مشبع تجاري؛ FEFLOW ، بيئة نمذجة تجارية لعمليات التدفق تحت السطح والمواد المذابة ونقل الحرارة؛ OpenGeoSys، وهو مشروع علمي مفتوح المصدر للعمليات الحرارية الهيدروميكانيكية الكيميائية (THMC) في الوسائط المسامية والمكسورة؛ ^{[16] [17]} COMSOL Multiphysics (بيئة نمذجة عامة تجارية)، FEATool Multiphysics وهي مجموعة أدوات محاكاة MATLAB سهلة الاستخدام، ونموذج تدفق المياه المتكامل (IWFM)، لكنها لا تزال غير شائعة بين علماء المياه الجوفية الممارسين مثل MODFLOW. تعد نماذج العناصر المحدودة أكثر شيوعًا في بيئات الجامعات والمختبرات ، حيث تحل النماذج المتخصصة الأشكال غير القياسية لمعادلة التدفق ( التدفق غير المشبع ، والتدفق المعتمد على الكثافة ، والحرارة المقترنة و (تدفق المياه الجوفية، الخ).

طريقة الحجم المحدود هي طريقة لتمثيل وتقييم المعادلات التفاضلية الجزئية كمعادلات جبرية. ^{[18] [19] [ بحاجة لمصدر كامل ]} على غرار طريقة الفرق المحدود، يتم حساب القيم في أماكن منفصلة على هندسة شبكية. يشير "الحجم المحدود" إلى الحجم الصغير المحيط بكل نقطة عقدة على الشبكة. في طريقة الحجم المحدود، يتم تحويل تكاملات الحجم في معادلة التفاضل الجزئي التي تحتوي على مصطلح تباعد إلى تكاملات سطحية، باستخدام نظرية التباعد. ثم يتم تقييم هذه المصطلحات كتدفقات على أسطح كل حجم محدود. نظرًا لأن التدفق الذي يدخل حجمًا معينًا مطابق للتدفق الذي يغادر الحجم المجاور، فإن هذه الطرق متحفظة. ميزة أخرى لطريقة الحجم المحدود هي أنه يمكن صياغتها بسهولة للسماح بالشبكات غير المنظمة. تُستخدم الطريقة في العديد من حزم ديناميكا الموائع الحسابية.

حزمة برامج PORFLOW عبارة عن نموذج رياضي شامل لمحاكاة تدفق المياه الجوفية وإدارة النفايات النووية تم تطويره بواسطة Analytic & Computational Research, Inc., ACRi.

تتوفر حزمة برامج FEHM مجانًا من مختبر لوس ألاموس الوطني . يتضمن محاكي التدفق المسامي متعدد الاستخدامات هذا قدرات لنمذجة الكيمياء التفاعلية متعددة المراحل والحرارية والإجهادية ومتعددة المكونات. يتضمن العمل الحالي باستخدام هذا الكود محاكاة تكوين هيدرات الميثان ، واحتجاز _ثاني أكسيد الكربون ، واستخراج الصخر الزيتي ، وهجرة الملوثات النووية والكيميائية، وهجرة النظائر البيئية في المنطقة غير المشبعة، وتكوين الكارست .

وتشمل هذه الطرق الخالية من الشبكة مثل طريقة العناصر التحليلية (AEM) وطريقة العناصر الحدودية (BEM)، والتي هي أقرب إلى الحلول التحليلية، لكنها تقرب معادلة تدفق المياه الجوفية بطريقة ما. تحل طريقة العناصر التحليلية وطريقة العناصر الحدودية معادلة تدفق المياه الجوفية (توازن الكتلة المثالي) بدقة، مع تقريب الظروف الحدودية. هذه الطرق أكثر دقة ويمكن أن تكون حلولاً أكثر أناقة (مثل الطرق التحليلية)، ولكن لم يتم استخدامها على نطاق واسع خارج المجموعات الأكاديمية والبحثية حتى الآن.

البئر المائي هو آلية لجلب المياه الجوفية إلى السطح عن طريق الحفر أو الحفر ورفعها إلى السطح بمضخة أو باليد باستخدام دلاء أو أجهزة مماثلة. كانت أول حالة تاريخية لآبار المياه في القرن الثاني والخمسين قبل الميلاد في النمسا  الحديثة . ^[20] اليوم، ^{[ متى؟ ]} تُستخدم الآبار في جميع أنحاء العالم، من الدول النامية إلى الضواحي في الولايات المتحدة.

هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الآبار، ضحلة وعميقة وارتوازية. تستغل الآبار الضحلة طبقات المياه الجوفية غير المحصورة، وهي ضحلة عمومًا، يقل عمقها عن 15 مترًا. الآبار الضحلة لها قطر صغير، عادة أقل من 15 سم. ^[21] تصل الآبار العميقة إلى طبقات المياه الجوفية المحصورة، ويتم حفرها دائمًا بواسطة آلة. تجلب جميع الآبار العميقة المياه إلى السطح باستخدام مضخات ميكانيكية. في الآبار الارتوازية، يتدفق الماء بشكل طبيعي دون استخدام مضخة أو أي جهاز ميكانيكي آخر. ويرجع هذا إلى أن الجزء العلوي من البئر يقع أسفل منسوب المياه. ^[22]

يعد تصميم وبناء الآبار المائية أحد أهم جوانب هندسة المياه الجوفية والهيدروجيولوجيا. يعد تصميم وبناء الآبار بشكل صحيح أمرًا مهمًا للحفاظ على صحة المياه الجوفية والأشخاص الذين سيستخدمون البئر. العوامل التي يجب مراعاتها في تصميم البئر هي:

• طبقة مياه جوفية موثوقة توفر إمدادات مياه مستمرة
• جودة المياه الجوفية المتاحة
• كيفية مراقبة البئر
• تكاليف تشغيل البئر
• العائد المتوقع للبئر
• أي حفر مسبق في طبقة المياه الجوفية ^[23]

هناك خمسة مجالات رئيسية يجب مراعاتها عند التخطيط لبناء بئر مياه جديد، بالإضافة إلى العوامل المذكورة أعلاه. وهي:

• ملاءمة طبقة المياه الجوفية
• "اعتبارات تصميم البئر
• طرق حفر الآبار
• تصميم وتطوير شاشات الآبار
• "اختبار البئر" ^[24]

تبدأ صلاحية طبقة المياه الجوفية بتحديد المواقع المحتملة للبئر باستخدام " تقارير هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية ، وسجلات الآبار، والمقاطع العرضية" لطبقة المياه الجوفية. يجب استخدام هذه المعلومات لتحديد خصائص طبقة المياه الجوفية مثل العمق، والسمك، والقدرة على النفاذ، وإنتاجية البئر. في هذه المرحلة، يجب أيضًا تحديد جودة المياه في طبقة المياه الجوفية، ويجب إجراء الفحص للتحقق من الملوثات. ^[24]

بعد تحديد عوامل مثل العمق وعائد البئر، يجب تحديد تصميم البئر ونهج الحفر. يتم اختيار طريقة الحفر بناءً على "ظروف التربة وعمق البئر والتصميم والتكاليف". ^[24] في هذه المرحلة، يتم إعداد تقديرات التكلفة وتعديل الخطط لتلبية الاحتياجات الميزانية.

تشمل الأجزاء المهمة للبئر أختام البئر، والأغلفة أو البطانة، وأحذية الدفع، وتجميعات شاشات البئر، وحزمة الرمل أو الحصى (اختياري). يضمن كل من هذه المكونات أن البئر تسحب من طبقة مياه جوفية واحدة فقط، ولا يحدث تسرب في أي مرحلة من مراحل العملية. ^[24]

هناك عدة طرق للحفر يمكن استخدامها عند إنشاء بئر ماء. وهي تشمل: "الحفر باستخدام أداة الكابل، والحفر الدوار الهوائي، والحفر الدوار الطيني، والحفر الدوار المزدوج ذو الدوران العكسي المغمور". ^[24] الحفر باستخدام أداة الكابل غير مكلف ويمكن استخدامه لجميع أنواع الآبار، ولكن يجب التحقق من المحاذاة باستمرار ولديه معدل تقدم بطيء. إنها ليست تقنية حفر فعالة للتكوينات المتماسكة، ولكنها توفر مساحة حفر صغيرة. الحفر الدوار الهوائي فعال من حيث التكلفة ويعمل بشكل جيد للتكوينات المتماسكة. لديه معدل تقدم سريع، لكنه غير مناسب للآبار ذات القطر الكبير. الحفر الدوار الطيني فعال من حيث التكلفة بشكل خاص للآبار العميقة. إنه يحافظ على محاذاة جيدة، لكنه يتطلب مساحة أكبر. لديه معدل تقدم سريع للغاية. الحفر الدوار المزدوج ذو الدوران العكسي المغمور أكثر تكلفة، ولكنه جيد لتصميمات الآبار الكبيرة. إنه متعدد الاستخدامات ويحافظ على المحاذاة. لديه معدل تقدم سريع. ^[24]

تضمن شاشات الآبار وصول الماء فقط إلى السطح، وبقاء الرواسب تحت سطح الأرض. توضع الشاشات على طول عمود البئر لتصفية الرواسب أثناء ضخ المياه نحو السطح. يمكن أن يتأثر تصميم الشاشة بطبيعة التربة، ويمكن استخدام تصميمات العبوات الطبيعية لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة. ^[24]

بعد إنشاء البئر، يجب إجراء الاختبارات لتقييم إنتاجية البئر وكفاءتها وعائدها، وكذلك تحديد تأثيرات البئر على طبقة المياه الجوفية. يجب إكمال العديد من الاختبارات المختلفة على البئر من أجل اختبار جميع الصفات ذات الصلة بالبئر. ^[24]

يحدث تلوث المياه الجوفية عندما تتسرب سوائل أخرى إلى طبقة المياه الجوفية وتختلط بالمياه الجوفية الموجودة. تعد المبيدات الحشرية والأسمدة والبنزين من الملوثات الشائعة للمياه الجوفية. تعد خزانات التخزين تحت الأرض للمواد الكيميائية مثل البنزين مصادر مثيرة للقلق بشكل خاص لتلوث المياه الجوفية. مع تآكل هذه الخزانات، يمكن أن تتسرب، ويمكن أن تلوث محتوياتها المياه الجوفية القريبة. بالنسبة للمباني غير المتصلة بنظام معالجة مياه الصرف الصحي ، يمكن استخدام خزانات الصرف الصحي للتخلص من النفايات بمعدل آمن. إذا لم يتم بناء خزانات الصرف الصحي أو صيانتها بشكل صحيح، فقد تتسرب البكتيريا والفيروسات والمواد الكيميائية الأخرى إلى المياه الجوفية المحيطة. تعد مكبات النفايات مصدرًا محتملًا آخر لتلوث المياه الجوفية. مع دفن القمامة، يمكن للمواد الكيميائية الضارة أن تهاجر من القمامة إلى المياه الجوفية المحيطة إذا تصدعت الطبقة الأساسية الواقية أو تعرضت للتلف بأي شكل آخر. يمكن للمواد الكيميائية الأخرى، مثل أملاح الطرق والمواد الكيميائية المستخدمة في المروج والمزارع، أن تتسرب إلى الخزانات المحلية، وفي النهاية إلى طبقات المياه الجوفية. مع مرور المياه بدورة المياه، يمكن للملوثات الموجودة في الغلاف الجوي أن تلوث المياه. يمكن أن تتسرب هذه المياه أيضًا إلى المياه الجوفية. ^[25]

لقد كان تلوث المياه الجوفية بسبب التكسير الهيدروليكي محل جدال طويل. ونظرًا لأن المواد الكيميائية المستخدمة بشكل شائع في التكسير الهيدروليكي لا يتم اختبارها من قبل الوكالات الحكومية المسؤولة عن تحديد آثار التكسير الهيدروليكي على المياه الجوفية، فإن المختبرات في وكالة حماية البيئة الأمريكية ، أو وكالة حماية البيئة، تواجه صعوبة في تحديد ما إذا كانت المواد الكيميائية المستخدمة في التكسير الهيدروليكي موجودة في طبقات المياه الجوفية القريبة. ^[26] في عام 2016، أصدرت وكالة حماية البيئة تقريرًا ينص على أن مياه الشرب يمكن أن تكون ملوثة بالتكسير الهيدروليكي. وكان هذا بمثابة عكس لسياساتهم السابقة بعد دراسة بقيمة 29 مليون دولار حول آثار التكسير الهيدروليكي على مياه الشرب المحلية. ^[27]

تشهد كاليفورنيا بعضًا من أكبر الخلافات في استخدام المياه الجوفية بسبب الظروف الجافة التي تواجهها كاليفورنيا، وارتفاع عدد السكان، والزراعة المكثفة. تحدث النزاعات عمومًا حول ضخ المياه الجوفية وشحنها خارج المنطقة، والاستخدام غير العادل للمياه من قبل شركة تجارية، وتلوث المياه الجوفية من خلال مشاريع التنمية. في مقاطعة سيسكييو في شمال كاليفورنيا، قضت المحكمة العليا في كاليفورنيا بأن اللوائح السيئة للمياه الجوفية سمحت للضخ بتقليل التدفقات في نهر سكوت وإزعاج الموائل الطبيعية لسمك السلمون. في أوينز فالي في وسط كاليفورنيا، تم ضخ المياه الجوفية لاستخدامها في مزارع الأسماك، مما أدى إلى موت المروج المحلية والنظم البيئية الأخرى. أدى هذا إلى دعوى قضائية وتسوية ضد شركات الأسماك. يهدد التطوير في جنوب كاليفورنيا طبقات المياه الجوفية المحلية، مما يؤدي إلى تلويث المياه الجوفية من خلال البناء والنشاط البشري الطبيعي. على سبيل المثال، يُزعم أن مشروعًا للطاقة الشمسية في مقاطعة سان برناردينو من شأنه أن يهدد النظام البيئي لأنواع الطيور والحياة البرية بسبب استخدامه لما يصل إلى 1.3 مليون متر مكعب من المياه الجوفية، مما قد يؤثر على بحيرة هاربر . ^[28] في سبتمبر 2014، أقرت ولاية كاليفورنيا قانون إدارة المياه الجوفية المستدامة ، والذي يتطلب من المستخدمين إدارة المياه الجوفية بشكل مناسب، لأنها متصلة بأنظمة المياه السطحية. ^[28]

بسبب مناخها الجاف، تحصل ولاية كولورادو على معظم مياهها من باطن الأرض. وبسبب هذا، كانت هناك قضايا تتعلق بممارسات هندسة المياه الجوفية. تأثر ما يصل إلى 65000 شخص عندما تم العثور على مستويات عالية من مركبات الكربون الكلورية فلورية في حوض وايدفيلد. يعود استخدام المياه الجوفية في كولورادو إلى ما قبل  القرن العشرين. تعتمد تسعة عشر من مقاطعات كولورادو البالغ عددها 63 مقاطعة في الغالب على المياه الجوفية للإمدادات والاستخدامات المنزلية. لدى هيئة المسح الجيولوجي في كولورادو ثلاثة تقارير مهمة عن المياه الجوفية في حوض دنفر. التقرير الأول جيولوجيا طبقات العصر الطباشيري العلوي والباليوسيني والإيوسيني في حوض دنفر الجنوبي الغربي، التقرير الثاني جيولوجيا الصخور الأساسية والبنية وخرائط العمق لطبقات العصر الطباشيري العلوي إلى الباليوجين بين جريلي وكولورادو سبرينجز، المنشور الثالث المقاطع العرضية لطبقات المياه العذبة الحاملة لحوض دنفر بين جريلي وكولورادو سبرينجز. ^{[29] [30]}

منذ حفر الآبار الأولى منذ آلاف السنين، ^{[ متى؟ ]} تغيرت أنظمة المياه الجوفية بسبب النشاط البشري. منذ 50 عامًا، بدأ النظر في استدامة هذه الأنظمة على نطاق أوسع، لتصبح واحدة من المحاور الرئيسية لهندسة المياه الجوفية. تعمل الأفكار والأبحاث الجديدة على دفع هندسة المياه الجوفية إلى القرن الحادي والعشرين، مع مراعاة الحفاظ على المياه الجوفية. ^[31]

لقد ظهرت تطورات جديدة في رسم الخرائط الطبوغرافية لتحسين الاستدامة. تم تحديث رسم الخرائط الطبوغرافية لتشمل الرادار، الذي يمكنه اختراق الأرض للمساعدة في تحديد المناطق المثيرة للقلق. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للحسابات الكبيرة استخدام البيانات المجمعة من الخرائط لتعزيز معرفة طبقات المياه الجوفية في السنوات الأخيرة. ^{[ متى؟ ]} لقد جعل هذا من الممكن إنشاء نماذج دورة المياه شديدة التعقيد والفردية، مما ساعد في جعل استدامة المياه الجوفية أكثر قابلية للتطبيق في مواقف محددة. ^[31]

لقد أدت التحسينات التكنولوجية إلى تقدم رسم الخرائط الطبوغرافية، كما أدت إلى تحسين جودة محاكاة الغلاف الصخري والغلاف المائي والمحيط الحيوي والغلاف الجوي. هذه المحاكاة مفيدة في حد ذاتها؛ ومع ذلك، عند استخدامها معًا، فإنها تساعد في تقديم تنبؤ أكثر دقة للاستدامة المستقبلية لمنطقة ما، وما هي التغييرات التي يمكن إجراؤها لضمان الاستقرار في المنطقة. لن يكون هذا ممكنًا بدون تقدم التكنولوجيا. ومع استمرار تقدم التكنولوجيا، ستزداد دقة المحاكاة وتسمح بإجراء دراسات ومشاريع أكثر تعقيدًا في هندسة المياه الجوفية. ^[31]

ومع استمرار نمو السكان، بدأت المناطق التي كانت تستخدم المياه الجوفية بمعدل مستدام تواجه الآن قضايا الاستدامة في المستقبل. ولم يؤخذ عدد السكان الذي نراه حاليًا في المدن الكبرى في الاعتبار عند تقييم استدامة طبقات المياه الجوفية على المدى الطويل. وبدأت هذه الأحجام السكانية الضخمة تفرض ضغوطًا على إمدادات المياه الجوفية. وقد أدى هذا إلى الحاجة إلى سياسات جديدة في بعض المناطق الحضرية. وتُعرف هذه السياسات بإدارة استخدام الأراضي الاستباقية، حيث يمكن للمدن التحرك بشكل استباقي للحفاظ على المياه الجوفية.

في البرازيل، تسبب الاكتظاظ السكاني في انخفاض إمدادات المياه التي توفرها البلديات. وبسبب نقص المياه، بدأ الناس في حفر الآبار ضمن النطاق الذي تخدمه عادةً شبكة المياه البلدية. كان هذا حلاً للأشخاص ذوي المكانة الاجتماعية والاقتصادية العالية، لكنه ترك الكثير من السكان المحرومين بدون إمكانية الوصول إلى المياه. وبسبب هذا، تم إنشاء سياسة بلدية جديدة حفرت الآبار لمساعدة أولئك الذين لا يستطيعون تحمل تكاليف حفر الآبار الخاصة بهم. ولأن المدينة مسؤولة عن حفر الآبار الجديدة، فيمكنها التخطيط بشكل أفضل للاستدامة المستقبلية للمياه الجوفية في المنطقة، من خلال وضع الآبار بعناية مع مراعاة النمو السكاني. ^[32]

في الولايات المتحدة ، يأتي 51% من مياه الشرب من إمدادات المياه الجوفية. ويعتمد حوالي 99% من سكان الريف على المياه الجوفية. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام 64% من إجمالي المياه الجوفية في البلاد للري، ويستخدم بعضها في العمليات الصناعية وإعادة شحن البحيرات والأنهار. في عام 2010، جاء 22% من المياه العذبة المستخدمة في الولايات المتحدة من المياه الجوفية وجاءت النسبة الأخرى 78% من المياه السطحية. المياه الجوفية مهمة لبعض الولايات التي لا تستطيع الوصول إلى المياه العذبة. يتم استخدام معظم المياه الجوفية العذبة (65%) للري ويتم استخدام 21% للأغراض العامة للشرب في الغالب. ^{[33] [34]}

• الهندسة البيئية هي فئة واسعة تندرج تحتها الجيولوجيا المائية؛
• Flownet هي أداة تحليل للتدفق في الحالة المستقرة؛
• ميزان طاقة المياه الجوفية : معادلات تدفق المياه الجوفية على أساس ميزان الطاقة؛
• جيولوجيا المياه في مناطق الصدع : تحليل ميداني خاص بجيولوجيا المياه في مناطق الصدع
• جيوفيزياء المياه : التكامل الميداني بين جيوفيزياء المياه والجيوفيزياء
• علم المياه (الزراعة)
• غالبًا ما يتم استخدام علم المياه النظيرية لفهم المصادر وأوقات السفر في أنظمة المياه الجوفية؛
• يُعتبر أوسكار إدوارد ماينزر "أب علم المياه الجوفية الحديث"؛
• SahysMod هو نموذج زراعي مائي مكاني للملوحة مع تدفق المياه الجوفية في شبكة متعددة الأضلاع؛
• شبكة إمدادات المياه والينابيع (علم المياه) هي المواضيع التي يهتم بها عالم المياه الجيولوجية؛
• دورة المياه والغلاف المائي والموارد المائية هي مفاهيم أكبر يعتبر علم المياه الجوفية جزءًا منها
• علم المياه الجوفية الساحلية

• فيتس، سي. آر (2010). "نمذجة أنظمة طبقات المياه الجوفية باستخدام العناصر التحليلية والمجالات الفرعية". بحوث موارد المياه . 46 (7). رمز Bibcode :2010WRR....46.7521F. doi :10.1029/2009WR008331. S2CID  130977774.

• الجمعية الدولية لعلماء المياه الجوفية - جمعية عالمية للمتخصصين في المياه الجوفية.
• منتدى المياه الجوفية في المملكة المتحدة — المياه الجوفية في المملكة المتحدة
• مركز دراسات المياه الجوفية - التعليم والبحث في مجال المياه الجوفية.
• معايير وكالة حماية البيئة لمياه الشرب - الحد الأقصى لمستويات الملوثات (mcl) للأنواع المذابة في مياه الشرب في الولايات المتحدة.
• الصفحة الرئيسية لموارد المياه التابعة للمسح الجيولوجي الأمريكي — مكان جيد للعثور على بيانات مجانية (لكل من المياه السطحية والمياه الجوفية في الولايات المتحدة) وبرامج نمذجة المياه الجوفية المجانية مثل MODFLOW .
• مؤشر TWRI التابع للمسح الجيولوجي الأمريكي — سلسلة من الأدلة الإرشادية التي تغطي الإجراءات الشائعة في علم المياه الجوفية. وهي متاحة مجانًا عبر الإنترنت كملفات PDF.
• المركز الدولي لنمذجة المياه الجوفية (IGWMC) محفوظ بتاريخ 2008-12-09 على موقع Wayback Machine — وهو مستودع تعليمي لبرامج نمذجة المياه الجوفية والذي يوفر الدعم لمعظم البرامج، بعضها مجاني.
• كبسولة الزمن الخاصة بعلم المياه الجوفية — مجموعة فيديو من المقابلات مع علماء المياه الجوفية البارزين الذين أحدثوا فرقًا ملموسًا في المهنة.
• المركز الدولي لتقييم موارد المياه الجوفية IGRAC
• مركز البيانات الجغرافية للجيش الأمريكي — للحصول على معلومات حول المياه السطحية والجوفية خارج الولايات المتحدة.