地下水动力学是水文地质学、地下水科学与工程的重要组成部分，是模拟地下水流基本状态和地下水中溶质运移过程，对地下水从数量上和质量上进行定量评价、合理开发利用以及科学管理的理论基础。

由于地下水运动问题的复杂性和生产力发展水平的限制，19世纪以前，人类对于地下水运动规律的认识仍停留在定性描述方面。法国水力工程师H.-P.-G.达西通过长期试验于1856年提出了水在多孔介质中的渗透定律，即达西定律，标志着地下水动力学学科的诞生。1863年法国学者J.裘布依以达西定律为基础研究了一维稳定流动和向水井的二维稳定运动，奠定了地下水稳定流理论的基础。此后，地下水动力学一直沿着这一科学方向不断发展。L.A.理查兹于1931年将达西定律推广到非饱和带，推动了非饱和地下水动力学的快速发展。

随着地下水开采规模的日益扩大，地下水的天然状态受到破坏，一些地区地下水位出现持续下降，地下水的运动状态表现出明显的随时间变化特征。1935年，C.V.泰斯在O.E.文策尔等学者对地下水运动的不稳定性和承压含水层的贮水性质的研究基础上提出了地下水向承压水井的非稳定流公式，即泰斯公式。此后，非稳定流动的解析法得到了很大发展，不仅对泰斯公式的适用性做了多种推广，而且形成了越流理论和潜水含水层中的非稳定流理论。咸-淡水界面的问题、溶质在地下水中运移问题及非饱和带水分运移问题等逐渐引起人们的注意。

为了解决随着地下水开采规模进一步扩大而出现的问题，20世纪50年代至60年代前期，以电网络模拟为代表的模拟技术应用到了实际含水层系统的研究中。60年代后期，随着计算机技术的进步，数值模拟应用到了地下水计算中。数值模拟方法不仅可以有效地解决实际复杂条件下的地下水问题，还能解决地下水中污染物和热量的运移及地下水最优管理问题等。

地下水动力学的研究内容包括：①地下水渗流基础理论研究。主要研究地下水在不同类型含水介质中的运动机制和运动规律，包括相应的基本方程和数学模型等。②地下水向河渠湖库等地表水体排泄的运动规律研究。主要定量研究地下水与地表水的相互转化。③地下水向井等不同取水构筑物的运动规律研究。主要研究地下水向各类取水构筑物运动的计算方法，为合理开采地下水提供依据。④非饱和地下水运动理论研究。主要研究非饱和带地下水分布规律、运动机制和运动规律。⑤区域含水系统的地下水运动规律研究。为区域地下水资源评价和合理开发利用提供依据。⑥地下水中的溶质（污染物）与热量运移机制和规律研究。为地下水污染预测防控和含水层贮能提供依据。⑦常用的地下水物理模拟方法研究。⑧适用的地下水数值模拟方法研究。⑨地下水合理开发利用与优化管理研究。综合考虑地下水开发利用技术上的可行性和合理性，以及相应的经济、社会和环境效应，通过优化方法为相关决策提供依据。

地下水动力学的研究方法包括：①解析法。用解析方法求解由地下水动力学问题转化成的数学模型，得到的是相对理想条件下的精确解，使用方便，但只能解决简单的地下水渗流问题。②物理模拟法。利用相似模型再现地下水流动过程的试验方法，常用的是砂槽模拟，在检验地下水动力学基本理论和再现地下水流动过程中可能出现的一些现象（如管涌、弥散现象等）方面优势明显。③数值模拟法。借助计算机用数值方法求解由地下水动力学问题转化成的数学模型，得到的是离散条件下的近似解，对于求解复杂条件下的实际地下水问题优势突出，常用的是有限差分法和有限单元法。

地下水动力学问题的研究建立在水文地质条件基础之上，与地质学的有关学科有密切联系。研究中还需要数学、物理、化学、水力学、流体力学、水文学、计算机科学等学科的支撑。

与地下水动力学相关的重要学术机构主要有国际水文地质学家协会（IAH）、国际水文科学协会（IAHS）国际地下水委员会（ICGW）。相关的重要学术期刊主要有Water Resources Research，Advances in Water Resources，Journal of Hydrology，Groundwater等。

地下水是一种十分宝贵的资源。对地下水的研究不仅有正确评价地下水资源、合理布置取水构筑物的问题，还有如何既充分利用地下水资源又不致引起资源枯竭、水质恶化的问题；另外，地下水在一定条件下，有可能危及矿床开采及基坑、隧道、水坝等的安全，也可使土壤发生次生盐碱化、沼泽化。随着社会经济的发展，出现了许多与地下水相关的新问题，如在一些集中开采地下水的地区出现的区域性地下水位下降，导致地面沉降与海水入侵；“三废”的大量排放等导致地下水受到污染；地源热泵和水源热泵工程导致地下水热污染问题等。这些人为影响使地下水资源在数量和质量方面不断恶化，并引起其他方面的不良后果。地下水动力学的相关理论与方法为估计并预测这些影响的规模和速度提供依据及合理措施。

19世纪以来，尽管地下水动力学有了很大发展，但由于人类活动的加强，还有许多有关地下水运动研究的薄弱环节：①地下水在裂隙、岩溶介质中运动机制和基本运动规律研究；②弱透水层中的水分运动机制和运动规律研究；③非饱和带水、盐运动理论研究；④地下水中溶质运移机制和运移理论研究；⑤热量在含水层中的运移研究；⑥地下水优化管理问题研究和介质非均质性问题研究等。此外，对有效解决各种实际复杂地下水问题的数值模拟方法研究也是重点研究方向，随机理论也会引入到地下水流和溶质运移研究中来。