Pohjavesi on maan pinnan alla imeytynyt vesi, joka täyttää kivimien ja maaperän huokoset ja halkeamat. Kun kaivettua vettä puretaan läpäisevässä maaperässä, täyttyy se vedellä siihen tasoon asti, jossa vakiintuneet vesivarannot ovat pohjaveden tasolla ja tämän alapuolella oleva vesi on pohjavettä.
Pohjaveden tasot ovat pinnan veekyllästettyä (kyllästysvyöhyke). Kapillaarivyöhykkeessä vesi nousee pinnan huokosista pohjaveden tasosta hieman korkeammalle. Yläpuolella pohjaveden tasot ovat monikerroksisia eri määrällä vettä, joita kutsutaan eri nimillä määrän mukaan.
Syvemmällä pohjavesi esiintyy yleensä vettä pitävien kerrosten välissä ja on siksi painevettä. Painevettä pohjavettä kutsutaan myös artesiaaniseksi vedeksi. Kaivon rakentamisessa paineveseen pohjavesikerrokseen veden taso nousee kaivossa huomattavasti korkeammalle vettä antavan maaperän esiintymissyvyydestä.
Vesikierto jaetaan ehdollisesti kahteen: pieni vesikierto ja suuri vesikierto. Pieni vesikierto käsittää ilmakehän ja hydrosfäärin – meren pinnalta haihtuva vesi laskee sateena suoraan mereen. Suuri vesikierto käsittää kaikki neljä sfääriä (ilmakehä, hydrosfääri, litosfääri ja biosfääri). Suuressa vesikiertossa ilmakehässä höyrynä oleva vesi kulkeutuu ilmavirtojen mukana mantereelle ja laskee sateena alas.
Veden kierto luonnossa
Sateiden määrä on suurempi ylängöillä. Imeytyvän veden ansiosta muodostuu pohjavesivaranto. Intensiivisintä pohjaveden ravinto on Pandiveren ylängöllä, ulottuen 200–300 mm vuodessa, vähäisintä on pohjaveden ravinto Länsi-Virossa sekä Võrtsjärven ja Peipsijärven matalilla alueilla sekä soilla, jäädessään siellä välille 0–50 mm vuodessa. Pohjavesi virtaa ulos matalammilla alueilla, kuten kohoumien rinteillä ja jokien laaksoissa. Sateettomana aikana tapahtuu pohjaveden ulosvirtaus pintavesiin veden tason laskun vuoksi. Tällä tavoin pohjavesi on luonnossa jatkuvassa syklisessä liikkeessä.
Pohjaveden muodostuminen
Menneisyydestä peräisin on käsitys, että vesi liikkuu maaperässä "vesivyöhykkeen" mukaan, jolle tulee rakentaa kaivo. Tällaista käsitystä on mahdollista yhdistää vesihuollon käytäntöön veellä kyllästettyjen hiekkasuonien etsimisellä moreenimaassa tai halkeamavyöhykkeiden ja karsti-onteloiden kanssa kalkkikivissä. Suurin osa porakaivoista rakennetaan kuitenkin yksinkertaisesti veellä kyllästettyihin huokoisiin tai halkeamallisiin maaperäihin, joissa vesi liikkuu painovoiman vaikutuksesta koko kerroksen laajuudessa. Kivien erilaisesta vedenjohtokykyisyydestä johtuen maassa on joukko vuorotellen sijaitsevia vettä antavia ja vettä pitäviä kerroksia.
Veellä kyllästetyn kerroksen veden anto riippuu vettä sisältävien maaperän huokoisuudesta ja sen luonteesta. Maaperä voi kyllä sisältää paljon vettä, mutta pohjavesikerroksen kohdalla meitä kiinnostaa veden määrä, joka liikkuu painovoiman vaikutuksesta (veden anto). Veden anto riippuu maaperän huokoisuudesta.
Paineellisessa pohjavesikerroksessa paineen muutoksen seurauksena vapautuva vesimäärä riippuu veden ja vettä antavien kivien joustavuudesta. Esimerkiksi Kambrium–Vendi vesikerroksissa on yksikköpaineen muutoksen yhteydessä tilavuusyksiköstä vapautuva vesimäärä suuruusluokkaa 10-6.
Pohjavesi liikkuu korkeamman veden tason ravintoalueilta matalammille, seuraten veden pinnan kaltevuutta, jota kutsutaan myös gradientiksi. Siis voi todellinen veden liikkumisnopeus saman gradientin yhteydessä moninkertaisesti erota yhtäläisen suodatuskertoimen omaavissa maaperätyypeissä. Veden todellinen liikkumisnopeus riippuu vettä sisältävän maaperän huokoisuudesta.
Pohjavesikerrokset Virossa
Viron geologisen poikkileikkauksen pohjan muodostaa monoliittinen aluspohja, joka koostuu kiteisistä muodonmuutos- ja jähmekivistä. Paikoin esiintyy aluspohjan kivien muutaman kymmenen metrin paksuisessa yläosassa halkeamia, joissa löytyy vähäisessä määrin myös vettä (Ala–Proterotsooisen vesikerros).
Aluspohjalla sijaitsee päällispohja, joka koostuu (alhaalta ylös) Vendin, Kambrium, Ordovikium, Silur ja Devon kerrostumien sedimenttikivistä sekä pintakerroksesta, jonka muodostavat Kvaternäärin kerrostumien irtoainekset. Pohjavettä esiintyy koko Viron alueella. Useimmiten pohjavesikerrokset ovat maan pinnan lähellä ja helposti saavutettavissa. Kalliimpi on vesikerroksen käyttöönotto alueilla, joissa vesikerros sijaitsee syvällä vettä pitävien sedimenttien tai kivien alla – kuten paikoin Etelä-Viron moreeniylängöillä ja Pohjois-Viron rannikkoalueilla.
Aluspohjan sedimenttikivien poikkileikkauksessa vuorottelevat vettä johtavat hiekkakivet ja karbonaattikivet (kalkkikivi ja dolomiitti) vettä pitävien saven, mergelin, savisen kalkkikiven sekä monoliittisen kalkkikiven kerrosten kanssa. Hiekkakivessä on vettä koko poikkileikkauksen laajuudessa, karbonaattikivien veden anto riippuu niiden halkeamaisuudesta ja vähenee nopeasti syvyyden suuntaan. Alkaen 100–120 m syvyydestä karbonaattikivet ovat useimmiten monoliittisia ja vedettömiä, Länsi-Virossa muuttuvat karbonaattikivet vettä pitäviksi jo 40 m syvyydestä alkaen. Etelä-Virossa syvällä sijaitsevien vesikerrosten vesi on suolaista ja sitä käytetään mineraalivetena.