河川と地下水面の関係。(A)地下水面が河川の水面より高く、水は河川に流れ込んでいる。(B)地下水面が河川の水面より低く、水は河川から地下に流れ出している。(C)地下水面は川底より低く、滲みだした水が地下水となる 地下水面 （water table）とは、地下水 の圧力と気圧 がつりあう水平面である。地下水の水面として目に見える場合もある。「井水面 (phreatic surface)」と同義に使われることもあるが、実際にはそれよりかなり上ということもある。水が地面から土の粒子の隙間に浸透するとき、最初は通気性のある部分を通過し、その土は不飽和である。水がさらに深く浸透していくとより多くの隙間を満たすようになり、最終的に飽和する領域に達する。この飽和帯のほぼ水平な上面が地下水面である。地下水面より下の地下水を含む地層を帯水層 と呼ぶ。帯水層 が地下水 を溜める能力は、主にそれを構成する岩や土壌の間隙率 と透水係数 に依存する。
地下水面の形状は季節や地形 や地質構造 によって変化する。未発達地域や降水 量の多い地域では、地下水面は大まかに地表の地形に沿ったものとなり、浸透 の増減によって上下する。湧水やオアシス は地下水面が地表に到達した場所に生じる。湧水は一般に山腹にあり、その場所で地表の傾斜面と地下水面が交差している。他に、川 や湖 の中に見えない湧水があり、その水域の基底流量水位に影響する。
帯水層の地下水面が完全に水平となることは滅多になく、土壌 や堆積物 などの多孔質における毛細管現象により、その地層の凹凸に沿って形成される。地表から浸透した水が飽和帯に達すると、その動きは単純に垂直なものではなくなり、地下水面の傾斜にそって水平方向に流れるようになる。地下水面の傾斜は動水勾配 (hydraulic gradient) で表され、系に水が追加されるレートとその層を形成する物質の透水係数に依存する。起伏の多い地形で地下水面が地表に露出すると、勾配の変化によって川 や湧水 やオアシス が生じる。地下水面は地表の地形よりもむしろ地下の地質構造に応じて変化する。
淡水レンズの断面図
淡水レンズ(たんすいレンズ、英語 : (freshwater lens)は、透水性の岩石からできている離島の地下で、海水と淡水の比重差から地下水（淡水）が海水（塩水）の上にレンズ状の形で浮いているものをいう。難透水性基礎が存在しない離島地域に見られる地下水の賦存形態である[ 1] [ 2] [ 3]
1997/1998年のMarshall Islandsの干ばつの後、USGS報告書はレンズの厚さが著しく減少したことを観察した。公共降雨集水システムの貯水池が数ヶ月間の不適切な降水のために急速に枯渇した後、島の人口は地中水が島の飲料水の最大90％を干ばつの間に供給する地点まで地下水の汲み上げ速度を増加させ始めた[ 4]
宙水 は、その地域の通常の地下水面よりも浅いところにある地下水で、通気帯 中にある。不透水性の岩や土壌の層や難透水性の層が主地下水面（帯水層）の上と地表の間にある場合に生じる。そのような宙水層が地表に露出している場合、例えば崖の中腹に露出していると、そこから湧水 となって水を放出することになる。
通水性のある土壌でできた海上の島では、塩分濃度の濃い（つまり重い）海水が島の側面から浸透し、淡水はその上にレンズ状に集まる傾向がある。そのような島の淡水のレンズおよびその地下水面は潮汐によって上下に変動する。
グレートブリテン島 やカリフォルニア州 では冬季の降水 量が夏季の降水量よりずっと多く、夏の間に地下水量が減少する。このため、地下水面が毎年夏の間だけ低下する。このように季節によって飽和層になったり不飽和層になったりする部分を「間欠的飽和層」と呼び、地下水面は天候によってこの層の中を上下する。
化石水 は数千年に渡って帯水層に溜まっていた地下水であり、その地表は砂漠 となっていることが多い。非常に深いところにあるため、現代の降雨で水が補給されることはなく、鉱業 活動などによってその水を抜き取ると、地下水面の変化は恒久的なものになる。
^ 「フローティング型地下ダム」『内閣部沖縄総合事務局ホームページ』
^ 「Bailey, Ryan T., John W. Jenson, and Arne E. Olsen. An atoll freshwater lens algebraic model for groundwater management in the Caroline Islands.」『 Water and Environmental Research Institute of the Western Pacific, University of Guam』 2008.
^ “「マーシャル諸島共和国淡水レンズ保全管理マニュアル」『国立研究開発法人 国際農林水産業研究センター』2015年度（2011-2015年研究） ”. JSA. 2022年11月20日 閲覧。 ^ 「Presley, Todd K. Effects of the 1998 drought on the freshwater lens in the Laura area, Majuro Atoll, Republic of the Marshall Islands.」『 No. 2005-5098. Geological Survey (US)』 2005.
