美國是研究地下水可持續利用較早的國家。早在1883，美國學者室？林發表《自流井》壹文，首次論述了自流井的成井條件和開發理論。1897衣阿華州地質調查局諾頓在衣阿華州自流井的報告中首次使用了“含水層”的概念。托德在1900提出，自流井太多會導致承壓水衰減。1923年，邁因澤發表了《美國地下水的形成與理論》和《地下水文獻綜述》，系統總結了水文地質學的研究工作和理論進展，同時首次對中國地下水資源進行了定性評估，闡述了美國地下水的賦存、補給、排泄、徑流、數量、質量、開發利用等情況(陳美貞，2006；陳仁生等，2003)。作者在1935中提出了非恒定流理論，很好地解決了許多實際問題。
在地下水的開發中，人們開始意識到地下水資源是有限的。20世紀30年代，托爾曼和他的同事發現了地下水開采引起的海水入侵和地面沈降。60年代中期，相繼開展了各州地下水資源調查和平衡法地下水資源評價工作。1963麥克吉尼斯總結了各州、各地區地下水資源評價的研究成果。
1977年，美國發生嚴重幹旱。1978年，美國地質調查局(USGS)啟動了區域水系分析項目(RASA)，歷時近20年。它以流域為單位調查研究了中國28個水系，采用三維有限差分地下水流數值模型模擬了地下水開發前後地下水的動態變化。1990 ~ 2000年期間編制出版了各水系地下水圖集(比例尺:1: 25萬~ 1: 1，000，000)。
目前美國地下水開采量占總用水量的20.7%。其中，98.3%的生活用水、57.4%的牲畜用水和41.5%的灌溉用水都依賴於開采地下水補給，改善和保護生態環境的意識越來越強。為此，美國正在實施新壹輪的“地下水資源計劃”(GWRP)。研究重點從以前的狀態轉移到整個水系統、水文系統和生態環境系統，從以前的強調地下水資源供給功能轉移到地下水資源功能、生態功能和地質環境功能的綜合調查與評價，強調地下水可持續利用的研究。
美國近百年地下水開發利用的歷史表明，經濟社會發展對地下水開發利用的理念及其生態-地質環境功能的研究起到了重要的推動作用。19世紀以前，地下水只是經濟社會發展中的補充資源，水資源中以地表水的開發利用研究為主。自20世紀60年代以來，地下水越來越成為經濟和社會發展所依賴的基礎資源。特別是在連續幹旱的年份，地下水的開發利用受到了前所未有的重視。與此同時，含水層脫水、依賴地下水的生態系統迅速退化、地面沈降和海水入侵等環境問題變得越來越明顯。據USGS統計，美國公共供水中地下水的比例從1950年的26%上升到2000年的37%。20世紀80年代，地下水保護更加受到重視。美國聯邦政府制定了許多保護法規，以提高汙水排放標準和水的利用效率。到2000年，平均每畝灌溉量比1950減少了30%。在USGS 2000-2010的地質部科學戰略和1998-2008的水資源部發展戰略中，突出了地下水的可利用性和可持續性研究，包括城市化和郊區化對地下水影響的調查、沿海土地利用和人口增長對地下水影響的調查和地下水與地表水相互作用的研究。
(二)國內地下水評價研究趨勢
自20世紀50年代以來，地質礦產部和有關部門在全國範圍內對地下水及其環境地質問題進行了大量的調查和評價，包括區域水文地質、供水水文地質、環境水文地質、地下水資源評價和新技術新方法的應用。經過50多年的水文地質工作，基本摸清了中國地下水資源的區域分布規律，把西北、華北地下水調查研究作為主要戰略任務做了大量工作，實現了各種信息的收集、處理、存儲、傳遞和交換，開始把地下水作為水圈和巖石圈的組成部分和重要的環境因素，開展了地球表面四大圈層與大陸水循環和全球變化的關系研究。在全球壹體化環境下思考地下水，利用大剖面和同位素研究地下水循環模式，極大地改變了地下水評價的傳統思維和模式，特別是近年來信息技術的發展，加快了地下水評價的速度。
50多年的地下水評價具有以下特點:①地下水評價的目的是反映國家意誌，服從國家目標；(2)發揮水文地質工作的優勢，體現地下水的區域性和基礎性評價，為國家建設服務；(3)豐富的數據和經驗為地下水評價方法的研究奠定了基礎。20世紀70年代以來，由於應用數學和地下水動力學的相互滲透，以及計算機技術的普及和應用，豐富和突破了傳統水文地質學的內容，地下水評價從定性研究發展到定量研究。地下水資源評價的基礎理論經歷了從穩定流到非穩定流，從二維流到三維流，從壹般平衡法和類比法到解析法和有限元或有限差分數值法和相關分析法的發展。地下水質量評價從單壹評價發展到綜合評價，從壹般的數理統計方法發展到聚類、神經網絡和灰色系統評價方法。
20世紀80年代後期，地下水資源評價開始將主要目標轉向管理模式的研究，涉及自然環境、社會環境、技術經濟環境等與地下水開發活動相關的問題。
然而，面對21世紀可持續發展的要求，地下水評價不同程度地出現了新的問題。始於20世紀80年代的第壹輪全國地下水資源評價是建立在消耗資源、犧牲環境的發展過程基礎上的。評價指導思想、評價理念和評價方法存在歷史局限性，迫切需要根據新的要求加以改進和發展。比如，由於當時認知能力和技術水平的限制，對地下水系統的資源、環境、生態屬性和功能的基本認識和評價方法，在可持續發展思想和水循環思想的反映上不足，靜態思維較為突出。
1.地下水資源的分類及概念演變
20世紀50-60年代，我國地下水資源評價普遍采用前蘇聯的“四儲量”概念，即動態儲量、靜態儲量、調節儲量和開采儲量。這些概念在歐美壹些國家也有使用(屈等，1991)。水文地質工作者經過多年實踐，普遍感到應用“四大儲量”概念評價地下水資源存在許多缺陷(陳，1982；劉光亞，1982；王等人，1982)，現在已經基本停止使用了。
20世紀70年代提出了“三種水量”的概念，即補給量、庫容量和允許開采量，並在1989中納入國家標準(GBJ27-88)。但隨著實踐和理論的發展，其局限性和理論缺陷也逐漸暴露出來(徐恒利等，2001)。方案沿襲了以含水層(或水源)為評價單元的思維模式，沒有體現地下水資源的完整性和系統性；補蓄時空概念模糊，容易導致水量重復計算；允許開采量只是壹個籠統的提法，在實踐中很難操作。
20世紀80年代，“資源”的概念逐漸被人們所接受，歐美、日本等國家和地區相繼采用了地下水資源的概念。“潛在可再生資源”、“實際可再生資源”、“可再生資源”、“安全產量”相繼出現。“持續產量”和“實際持續產量”等。
我國學者王(1995)教授等人從地下水資源的自然屬性出發，將地下水資源分為“補給資源”和“儲存資源”。“補給資源”被定義為“含水層系統可以再生的水量”。以含水系統多年平均補給量作為補給資源，單位為m3/a..“儲存資源”定義為“地質歷史上含水系統積累和保存的水量”。含水系統多年平均低水位以下的重力水體積作為調蓄資源，單位為m3。
陳孟雄院士在1983中提出的地下水資源分類，經過不斷的調整和補充(2002年)，也具有廣泛的代表性。在這壹分類中，地下水資源分為“自然資源”和“可采資源”。“自然資源”定義為“在壹個完整的水文地質單元(地下水系統)中，地下水在自然條件下直接或間接接受大氣降水或地表水入滲的補給，具有壹定的水化學特征，可以利用，並按水文循環規律變化”，壹般可以用區域內各種補給或排泄的總和來表示。“可采資源”定義為“在合理的經濟技術條件下，在不發生水質惡化或其他不良地質現象(如地面沈降、地面塌陷等)的情況下，有保證可開采的地下水資源。)開采期間，並沒有對生態平衡產生不利影響”。
2.地下水資源評價方法的研究現狀。
達西定律和水量平衡是地下水資源定量評價的理論基礎，由此產生了兩種評價方法，即“地下水系統水量平衡法”和“地下水系統水動力學法”。
“地下水系統水平衡法”是通過建立地下水系統的補給、排泄和儲存變量之間的水量關系，直接利用質量平衡原理來確定地下水資源的數量。“地下水系統水量平衡法”可用於計算區域和地方地下水資源的水量。它不僅可以估算地下水系統的補給和排泄總量，還可以計算地下水系統的單個量，是地下水資源評價中最常用的基本方法，也是壹種比較可靠的方法。
“地下水系統水動力學方法”根據達西定律和水量平衡原理，建立描述地下水運動規律的微分方程，通過求解微分方程實現對地下水系統水狀態的評價。
按微分方程的解法分為“解析法”和“數值法”解析法是根據地下水流理論來評價地下水數量的，主要適用於平衡面積小、水文地質條件簡單的均質含水系統。20世紀50年代以前，解析法在地下水資源評價中占有重要地位，至今仍是地下水資源評價中確定水文地質參數的主要方法。但是，當解析法應用於大尺度的水系統時，由於實際水文地質條件比解析法假設的復雜得多，其局限性就暴露出來了(薛玉群等，1986)。
為了解決地下水開采規模進壹步擴大所帶來的問題，物理模擬(電模擬和砂槽模擬等。)技術興起於上世紀五六十年代，但仍未能解決復雜水文地質條件下區域地下水資源評價面臨的問題。計算機技術和數值計算在地下水資源評價中的應用和普及，使模擬壹些復雜的地下水流成為可能，並開始考慮含水介質的非均質性和各向異性。對復雜的溢流系統和各種形狀不規則的邊界條件，以及多相流和雙重介質也進行了深入研究，在概念模型中更多地保留了固體系統的自然特性。因為數值方法不僅可用於大面積的地下水資源評價，也可用於局部水源的評價；它不僅能處理復雜的水文地質問題，而且計算精度高。因此，它逐漸成為地下水資源評價的壹種重要方法，並因其更容易達到系統分析的目的而被廣泛應用於地下水資源評價和管理中。
在地下水資源評價中，常用的方法有水文分析法、相關分析法和水文地質類比法。“水文分析法”是模仿陸地水文獻的流量測量分析計算地下水補給量的方法。主要用於地下水補給完全轉化為地下水排泄的地區，如巖溶管道流區、全排巖溶泉巖溶水系統或基巖山區裂隙水系統，其他方法難以適用，主要有地下徑流模數法和基流劃分法。“水文地質類比法”常用於缺乏實際資料的地區，主要是根據水文地質條件的相似性，將局部地區或條件相似的其他地區的實際資料與整個地區或研究區進行對比來評價地下水資源，多用於估算可采資源量。這種方法是在研究區域信息缺乏的情況下不得已而為之，其評價結果的準確性較差。“相關分析法”是壹種統計方法，主要用於區域水文地質勘探試驗資料不足，但地下水動態資料較多的地區，用這種方法外推時，其可靠性難以保證。“開采試驗法”，在地下水非補給期(枯水期)，根據接近取水工程設計的開采條件，進行長時間抽水試驗，然後根據開采條件下的抽水量、水位下降動態或水量平衡方程，計算水源的枯水期補給量，並將其作為水源的允許開采量。該方法主要用於評價水源的允許開采量，主要用於區域地下水資源評價中參數的獲取。
縱觀國內外地下水評價的成果，最常用的方法是“地下水系統水平衡法”和“數值法”，美國開展的“區域水系分析計劃”(RASAP，1978 ~ 1995)采用數值法和平衡法對我國25個主要地下水系統進行了水資源評價(USGS，1998)。在2000年以來的新壹輪地下水資源評價(地下水資源計劃)中，數值方法仍是主要方法(USGS，2001)。在歐盟國家聯合開展的區域地下水資源評價中，以水平衡法為主(Fried，1982；裏斯和科爾，1997).此外，亞洲和非洲的壹些國家大多采用水平衡法和數值法來評價區域地下水資源(Leslie B.Smith和Kadri Külm，2002；沙欣，1989；勞埃德，1990；Ulf Thorweihe和Manfred Heinl，2002年).平衡法和數值法也是20世紀80年代我國第壹輪全國地下水資源評價的主要評價方法。
隨著數學地質學的發展，近年來國內外地下水評價中出現了壹些新的理論方法，如隨機理論和神經網絡(Kitanidis，1985；貝茨，1992；蓋爾哈爾，1993；布蘭南，1993；楊進忠等，2000)，但這些方法目前還處於理論探索階段，很難在實踐中得到廣泛應用。
3.地下水質量評價的研究現狀
在早期地下水質量評價中，我國壹般借鑒國外學者設計的評價模型，如內梅羅N.L指數法。然而，在應用過程中，這些評價模型在理論和實踐中逐漸發現其不足之處，於是我國地下水質量評價工作者根據自己的實踐經驗和實際情況，提出了許多適合不同目的的水質評價方法。例如，在20世紀60年代，人們用“環境質量綜合指數”來定量表示環境質量。迄今為止，人們提出了許多計算綜合指數的數學模型，對環境質量的劃分曾經起過積極的作用。
早期的全國地下水質量評價沒有“全國地下水質量標準”，主要依據國家建委和衛生部批準的《生活飲用水衛生標準》(TJ20-76)，並參考世界衛生組織(世衛組織)1958公布的《生活飲用水質量標準》，個別評價參數考慮當地的《生活飲用水質量標準》。評價方法主要有指數法、多參數法和模糊數學法。在當今的全國地下水質量評價中，雖然在評價項目的選取、分類、汙染等級劃分等方面發生了壹些變化，但其思路和技術方法都沿襲了這壹模式。
20世紀80年代以來，隨著計算機技術的迅速發展和廣泛應用，模糊數學、灰色聚類和神經網絡在地下水質量評價中得到了廣泛應用，並且隨著方法的改進，人們越來越重視評價結果的合理性。然而，由於影響地下水質量的因素很多，每種評價方法都有壹定的局限性。比如在綜合汙染指數法的“硬分類”中，灰色和模糊系統需要設計幾種不同的效用函數(灰色系統的白化函數、模糊數學的隸屬函數等。)，並人為給出各評價指標的權重(或權函數)等。這些效用函數和指標權重的給出不可避免地帶有主觀性，使得評價方法難以具有普適性，增加了應用的難度和人為假設對結論的影響。在地下水質量評價方法中，普遍存在“參數權重”問題，如指數法將所有水質參數等同，模型法在參數選取和參數權重設置上帶有主觀性。目前，人工神經網絡評價方法的快速發展拓寬了地下水質量評價方法的視野。
4.地下水脆弱性評價的研究現狀
Margat在1968中首次提出“地下水脆弱性”這壹術語後，盡管經過了幾十年的發展，國內外對“地下水脆弱性”這壹概念仍然沒有統壹的定義，許多學者根據自身的因素從不同的角度給出了“地下水脆弱性”的不同定義。
以1987期為界，“地下水脆弱性”概念的發展過程可分為兩個階段。在1987之前，地下水脆弱性的概念大多是從水文地質本身內在因素的角度來定義的。Margat和Albiet在1970中提出的地下水脆弱性是指在自然條件下，汙染源從地表向地下水表層滲透擴散的可能性。Olmer和Rezac認為，地下水脆弱性是地下水可能受到危害的程度，是由自然條件決定的，與現有的汙染源無關。弗拉納指出，地下水脆弱性是影響汙染物進入含水層的地表和地下條件的復雜性。Villumsen等人在1983中將地下水脆弱性定義為地表使用或廢棄的化學品對地下水的危害性。1987“土壤與地下水脆弱性國際會議”拉開了地下水脆弱性研究新階段的序幕。大多數學者主張，在定義地下水脆弱性時，應考慮含水層本身的脆弱性以及人類活動和汙染源的影響。有學者提出地下水脆弱性是指地下水質量對其現在或未來使用價值的敏感性。
人們普遍認為，地下水系統的脆弱性是指該系統在時間和空間上應對影響其狀態和性質的外界(自然和人類活動)的能力。在1991中，美國審計局用“水文地質脆弱性”來表示含水層在自然條件下的脆弱性，用“總脆弱性”來表示含水層在人類活動影響下的脆弱性。美國國家科學研究委員會在1993中提出地下水脆弱性是汙染物到達頂部含水層上方特定位置的趨勢和可能性，並將地下水脆弱性分為兩類:壹類是本質脆弱性，即只考慮水文地質內部因素的脆弱性，不考慮人類活動和汙染源；另壹種是特殊脆弱性，即地下水對特定汙染源或汙染群體或人類活動的脆弱性。在歐洲、北美、澳大利亞等地區，地下水汙染防治的重點已從汙染控制轉向汙染預防，開展了地下水環境脆弱性評價，並編制了評價圖集。
到目前為止，我國還沒有明確的“地下水脆弱性”定義，大部分定義都是參考國外的資料。他們大多從水文地質內部因素的角度研究地下水的本質脆弱性，包括“環境和生態脆弱區地下水開發模式與系列制圖”的工作，“地下水脆弱性”壹詞往往被“地下水汙染潛力”和“汙染防治績效”所替代。
5.有問題
新中國成立以來，地下水評價為保障國民經濟和社會發展的需要提供了重要支撐。然而，從地下水可持續利用的角度來看，地下水評價仍存在以下問題:
1)前期工作側重於地下水賦存條件的研究，地下水含水層結構和地下水補給、直徑、排泄條件的研究程度有待加深。地下水系統結構和地下水動態作為地下水的賦存空間，是地下水資源評價的基礎。
2)地下水與環境保護密切相關，是重要的制約因素。過去，對地下水質量、環境和生態屬性的評價重視不夠。
3)地下水資源可持續利用程度及趨勢預測研究缺乏深度，不能滿足國民經濟對地下水的前瞻性要求。
4)由於大量水利工程的修建，改變了地表水和地下水的循環條件，出現了許多新的水環境問題，特別是地下水補給條件的改變，使部分地區地下水補給減少，生態環境惡化。因此，迫切需要在新的地下水評價中考慮這些變化的影響。
(三)地下水功能評價與分區研究現狀
1998年，徐誌戎在《水文地質工程地質》(第5期)上發表了《地下水功能區劃分的初步研究》，提出了開展地下水功能區劃的必要性。1999，石瑞卿等人在《工程勘察》第壹期中介紹了“灰色聚類分析在地下水分區中的應用”技術。2001在地下水(第四期)發表了《快速灰色系統聚類法在地下水功能區劃中的應用》，提出灰色系統聚類法是壹種簡明的地下水功能區劃方法。這壹時期地下水功能的研究是建立在地下水資源的合理利用和傳統的地下水資源評價理念基礎上的。
2002年，中國地質調查局水環境司從生態和地質環境保護的角度提出了“地下水功能評價專題研究”作為約束條件。中國地質科學院水文地質與環境地質研究所張光輝研究員對地下水功能的概念、評價理論和方法進行了探索性研究，於2003年提出了地下水功能評價的基本框架和評價指標體系。2004年6月，項目組完成了“地下水資源功能、生態功能和地質環境功能評價科學體系”的建設和論證，包括基本概念、評價理論、評價指標體系和評價關鍵技術等。，並編制了《地下水功能評價與區劃技術》，由中國地質調查局編入《中國地下水資源及其環境問題調查評價技術要求叢書》(二、三)。並先後在蘭州、武漢、石家莊、北京、沈陽、呼和浩特等地舉辦了“地下水功能評價與區劃”技術骨幹培訓班，在西北、華北、東北地區得到全面推廣應用。2004年，唐克旺等人在《水資源保護》第5期中發表了《論地下水功能區的劃分》，介紹了水利部門地下水功能區劃的基本思路。2005年，水利部發布了《關於劃定全國地下水功能區的通知》。2006年，張光輝等人在《水文地質工程地質學》(第四期)上發表了《區域地下水功能與可持續利用評價的理論與方法》壹文，全面闡述了地下水功能評價的理論與方法；黃鵬飛等人在《中國環境管理》(2006年第二期)發表了《層次分析法在民勤綠洲地下水功能評價中的應用》，介紹了地下水的資源功能、生態功能和地質環境功能。2007年，羅玉池等人在《中國農村水利水電》(第9期)發表了《基於MapGIS的河南省淺層地下水功能評價與分區》。呂紅等人在《水文》(2007年第3期)發表《山東省地下水功能區劃初步研究》，指出地下水功能區劃是政府行使管理職能的重要依據；閆成雲等人在《水文地質工程地質》(2007年第3、4期)上發表了《疏勒河流域中下遊地下水功能評價與分區》，並引用了大量實例說明地下水功能評價與分區的實際效用。2007年，魏凡完成了“吉林省平原地區地下水功能評價”的碩士學位論文。張光輝等人在《地質通報》(2008年第6期)中論證了地下水功能評價與地下水可持續開采之間的關系。
(D)地下水開發利用的研究現狀和趨勢
地下水開發利用研究的總趨勢是學科內涵不斷拓展，生態地質環境保護優先，安全保障能力建設為重點，與經濟社會和諧可持續發展為根本。
1)資源、環境、生態並重已成為地下水開發利用研究的主題。地下水的可持續利用既要保證社會的穩定供水，又不能犧牲生態-地質環境效益，同時也不能影響未來水資源的長期利用。恢復受人類影響而退化的地下水的功能，定量跟蹤和控制地下水的排泄面積，強化地下水含水層獲得補給的途徑和機制，共同調控和協調地表水和地下水的開發，地下水利用和分配的社會經濟規律和管理模式，是當前重要的研究課題。
2)地球表層系統水文地質過程的研究已成為現代地下水科學演變的重要課題。土壤、包氣帶、淺層地下水、濕地和湖泊、綠洲、河流和農業用地與地下水可持續利用研究密切相關。包氣帶是地下水位和地表之間的多孔介質。化學風化、有機質分解、固氮等化學物質循環過程都發生在包氣帶，包氣帶也是地下水補給和汙染物向地下水遷移的必經之路。包氣帶的物理、化學和生物過程與水文地質、土壤學、生態學和環境學的關系越來越密切(甘肅省地質調查所，2007)。
3)建立高效的地下水監測、情況調查和應急機制越來越迫切。1996國際水文計劃工作組將“可持續水資源利用”定義為“在不破壞社會所依賴的水文循環和生態系統完整性的情況下，從現在到未來支持社會及其福利需求的水的管理和使用”。要求在水資源的規劃、開發和管理中尋求經濟發展、環境保護和人類社會福利之間的最佳聯系和協調，強調未來變化、社會福利、水文循環和生態系統保護的整體性，最大限度地減少未來後悔的可能性。2000年在美國召開的“水資源綜合管理研討會”上，達成了流域統壹管理是防止土地退化、保護淡水資源和生物多樣性、實現水資源可持續利用的必然選擇。
4)可持續性是地下水開發利用中最受關註的核心。意味著地下水可以在時間和空間上延續。Serageldin和Steer將“可持續性”概括為“弱可持續性”、“中等可持續性”、“強可持續性”和“過度可持續性”。“弱可持續性”不關心局部，只關心整體；“適度可持續性”主要旨在維持系統的完整性，但也適當照顧其組成部分；“強可持續性”要求保持系統的組件處於良好的狀態，同時要照顧好整個系統。每壹個組成部分都不能互相替代，而且根據某些理解，即使在組成部分內部，可替代性也是有限的；“過度可持續性”是指保持系統的所有元素完好無損，沒有任何損失。