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针对本项目的研究目标，重点开展深层地下水开采资源组成及越流补给机制研究。在充分收集和系统分析衡水地区已有成果资料的基础上，结合野外调查、地球物理勘探、地下水水位监测、电导率测试、样品采集及分析、室内试验的工作，对研究区含水系统的空间分布特征、地下水补径排条件、地下水动态变化特征、地下水水化学特征、咸水体的分布及咸淡水界面下移规律进行了深入研究。利用地下水均衡分析和数值模拟方法对深层地下水开采资源组成、浅层地下水对深层地下水越流补给量进行了量化研究。通过上述研究，取得主要成果如下。
基于地下水均衡分析，以衡水市桃城区为均衡区，以2011～2013年作为均衡期，按浅层地下水均衡单元和深层地下水均衡单元分别进行了均衡计算，获得浅层地下水对深层地下水的越流补给分别为4639.94×10 4 m 3 /a和4752.22×10 4 m 3 /a。利用数值模型稳定流计算，求取第Ⅰ含水组和第Ⅱ含水组的地下水流场，按照地下水越流公式计算，浅层地下水对深层地下水越流补给量为4932.71×10 4 m 3 /a。三者差值与越流量相比，最大差值占越流量的6.3%。均衡期内均衡区深层地下水年平均开采量为9548.87×10 4 m 3 /a，深层地下水开采资源组成为：侧向补给量为2162.68×10 4 m 3 /a，占开采资源的22.65%；若按浅层地下水均衡计算和深层地下水均衡计算结果平均值作为浅层对深层的越流补给量，越流补给量为4696.08×10 4 m 3 /a，占开采资源的49.18%；黏性土释水量2330.42×10 4 m 3 /a，占开采资源的24.41%；弹性储存量303.52×10 4 m 3 /a，占开采资源的3.18%。
地下水数值模型模拟结果：侧向补给量为2245.36×10 4 m 3 /a，占开采资源的23.51%；浅层对深层的越流补给量为4651.75×10 4 m 3 /a，占开采资源的48.72%；黏性土释水量2370.11×10 4 m 3 /a，占开采资源的24.48%；弹性储存量281.65×10 4 m 3 /a，占开采资源的2.95%。
数值模拟结果与均衡分析结果基本一致，桃城区深层地下水开采资源主要来源于浅层水的越流补给；其次是黏性土压缩释水和侧向补给量。
由数值模型预测结果表明，保持目前开采条件下，漏斗中心水头下降速率将有所放缓，外围水头下降速率略有增大，漏斗影响的范围在扩大，漏斗形状由锥形逐渐变为盘形。这是漏斗中心发展到一定深度，与外围形成一定水力梯度，四周侧向来水量占漏斗中心开采量的份额逐渐变大所致。而外围因水头降低，增大越流量和黏性土释水量，也增大弹性贮存量的消耗，这是一个水量再平衡的过程。开采资源量的构成也将随评价范围的大小不同，各种量占的比例也在变化。一般来说，评价范围越大，外围水力坡度越小，侧向补给量占的份额也越小，越流量和黏性土释水量占的份额就越大。
在广泛收集前人对衡水市桃城区咸淡水界面研究成果的基础上，本次利用电测深方法，结合测井曲线，探测了咸淡水界面的现状分布。对比不同时期咸淡水界面研究成果，确定了咸淡水界面下移速率。自20世纪70年代大规模开采深层地下水以来，到20世纪80年代中期咸淡水界面年均下移速率为0.43m/a；自20世纪80年代中期至21世纪初期，咸淡水界面年均下移速率为0.385m；自21世纪初期至现在年均下移速率为0.352m。咸淡水界面下移速率有变小的趋势，这可能是由于黏性土压缩释水，黏土层变得密实所致。
由于深层地下水大规模开采，使浅层地下水与深层地下水产生了巨大水头差，为浅层地下水向深层地下水发生越流创造了动力条件。也使得咸水以对流迁移的方式向深部迁移提供了条件。黏土层不连续“天窗”和早期坏井成为越流的优先通道。
在3年（2011—2013年）均衡期内，浅层含水层向深层含水层越流量平均为4696.08×10 4 m 3 /a，这些越流水量若按活塞式向下推进，为保守其间地层的给水度，按细砂经验值0.08计算，每年咸水体向下应推进0.99m，而咸淡水界面实际下移速率仅为0.3～0.4m，可见在越流过程中，咸水下移可能受黏土层薄膜效应和吸附能力的影响，有相当盐分被阻隔在黏土层之上或吸附在黏土层中。
数值模型预测咸淡水界面结果表明，在现状开采条件下，到2020年绝大部分区域咸淡水界面深度大于70m，2030年几乎全部面积咸淡水界面深度大于70m。从现在到2020年咸淡水界面下移速率在0.28～0.36m/a之间，2020—2030年咸淡水界面下移速率在0.25～0.35m/a之间。
针对华北中东部平原地下水环境问题，许多学者做过大量的研究工作，特别是2014年完成的国家重点基础研究项目（“973”计划）“华北平原地下水演变机制与调控”，系统研究了20世纪五六十年代以来，在自然因素和人类活动影响下，华北平原地下水的演化特征，特别对深层地下水资源开发引起的地质环境问题进行了深入研究。构建了流固耦合模型，揭示了地面沉降发生机理，提出了控制地面沉降的地下水位临界标识；通过试验研究，发现并揭示了黏性土弱透水层的半透膜效应及其阻盐机理，确定了地面沉降压缩释水对深层地下水资源组成的贡献；揭示了淡咸水界面运移的动力学机制。
在上述研究成果的基础上，本次工作从实际应用的角度出发，结合本次工作的目标，在研究深层地下水开采资源组成及咸淡水界面下移方面取得如下创新：a.在研究深层地下水资源构成上，充分考虑了地下水三维流场的变化，利用地下水动力学原理，确定不同含水岩组之间的水头差，科学合理地确定了深浅层地下水之间的越流量；在数值模型中首次利用地面沉降与地下水位的关系将黏性土释水加载到模型中，更合理地厘清了深层地下水开采资源的组成。b.在咸淡水界面下移研究中，借鉴高分辨率层序地层学的原理，首次利用电测深与电测井对比结合的方法，确定咸淡水界面，效果明显且可靠性大。突破以前仅用井点资料绘制咸淡水界面埋深等值线的做法，利用电测深方法弥补了井点之间咸淡水界面未知的不足。使咸淡水界面的刻画更加符合实际情况。