地下水管理模型是由地下水系统的状态模拟模型（如地下水流模拟模型、地下水溶质模拟模型）和优化模型耦合而成。这样的地下水管理模型可以在寻求最优决策的运转过程中严格服从地下水的运动规律，实现水文地质概念模型的仿真要求。地下水管理模型由目标函数、约束条件和决策变量3部分组成。

目标函数以数学表达式来表示管理目标，可取极大值或极小值。最常用的目标函数有：①使供水系统在运行期内所得的净利润的总值，这一目标函数达到极大值；②使单位体积水的供水成本（或开发水资源投资），目标函数达到极小值；③使某些和水资源利用密切相关的部门的工农业总产值，目标达到最大值；④为控制地下水位持续下降，寻求管理区内各结点水位总降深，目标函数的最小值，或采用人工回灌时，求区内地下水位回升，目标函数的最大值；⑤实际水位和规定水位的拟合程度，通常用水位差的平方和或水位差的绝对值的总和来表示，并作为目标函数，求其极小值；⑥在规定的降深条件下，求出水量极大值；⑦求通过污水处理和地层自净后的再生水排放量，这一目标函数的极大值，或求含水层中地下水所受污染程度的目标函数的极小值。

常见的约束条件包括：①均衡约束。多以地下水流状态方程或联合地下水溶质运移方程作为水均衡约束的等式约束条件。其目的在于保证地下水管理模型在寻优过程中必须服从地下水运动的客观规律。②水量约束。例如，管理区内用水量之和不得大于当地总供水量指标（包括由外区引进的水量）；补给地下水的回灌量之和不得大于可提供的总回灌水量和补给设施的补给能力；抽水量不得超过抽水设备的出水能力；管理区内的开采量要保证满足当地工农业和生活用水的需求等。③水质约束。包括按不同供水（人工补给）目的，在抽出的地下水中的某（些）化学组分和物理性质不得超过相应的水质标准的约束，以及污水排放的水质限制约束等。④水位约束。包括为防止、控制和改善管理区内各种环境地质问题，如水位持续下降、含水层疏干、泉水量减少或断流、地面沉降、海水入侵、水质恶化、土壤盐碱化和盐渍化等产生和发展的地下水位升、降数值的限定约束。⑤经济约束。例如，区内的水资源分配必须保证工农业总产值达到规划要求，保证开发水资源投资不超过预算标准等。

在地下水管理模型中，可能的决策变量包括抽水量在空间和时间上的分布、人工补给量在空间和时间上的分布、与含水层有联系的地表水体的水位、所开采地下水的水质、地下水人工补给水源的水质、新增加的抽水井和人工补给设施的出水能力和补给能力及其所在地点和使用时间等。