بیلان آب
ذخیره و جریان آب درون بخش‌های اصلی چرخه آب > آب در زیرزمین

آخرین بخش اصلی چرخهٔ آب، یعنی ذخایر آب در زیرزمین، در لایهٔ فوقانی پوستهٔ کرهٔ زمین و در خلل و فرج و شکاف‌های موجود جای گرفته‌اند. این ذخایر به دلیل پخش شدن در زیر دشت‌ها و اراضی قابل سکونت، به عنوان مخازن اصلی آب شیرین قابل استحصال به حساب می‌آیند. به‌طور کلی، در مقیاس کل کرهٔ زمین، تغییرات در ذخیره آب زیرزمینی ناچیز است اما در مقیاس‌های خرد ممکن است بسیار زیاد باشد. برای مثال تراز آب زیرزمینی در San Joaquin Valley در بین سال‌های ۱۹۲۰ تا ۱۹۷۰ به دلیل پمپاژ آب زیرزمینی، حدود ۱۰۰ متر افت داشته است. نکتهٔ مهم در رابطه با افت سطح آب زیرزمینی این است که با خالی شدن خلل و فرج‌های خاک و شکاف‌ها از آب، پدیدهٔ فرونشست یا فروچاله رخ می‌دهد و بسیاری از تأسیسات و سرمایه‌گذاری‌ها را به خطر می‌اندازد. به‌طور کلی، به دلیل اینکه فضای زیرزمین ناشناخته است و عوامل بسیاری زیادی در زیرزمین ممکن است بر جریان آب تأثیر بگذارند، برآورد میزان جریان و ذخیرهٔ آب زیرزمینی بسیار دشوار است و دقت آن معمولاً قابل مقایسه با دقت اندازه‌گیری‌ها در ذخایر آب سطحی نیست.
ذخایر آب زیرزمینی را می‌توان در دو بخش تقسیم کرد. یک بخش از ذخایر آب زیرزمینی در لایه‌های غیراشباع آب قرار دارند. لایهٔ غیر اشباع یعنی لایه‌ای از زیرزمین که در آن آب به‌طور کامل خلل و فرج و شکاف‌ها را پر نکرده و بخش دیگری از این فضاهای خالی توسط هوا پر شده است. بخش دوم ذخایر آب زیرزمینی که حجم اعظم منابع آب زیرزمینی را در خود جای می‌دهد، در لایهٔ اشباع قرار می‌گیرد. قواعد و روابط حاکم بر هر یک از این دو بخش متفاوت است و از طرف دیگر، به دلیل ناهمگنی بالا در محیط‌های آنها و وجود لایه‌های مختلف با نفوذپذیری متفاوت، اندازه‌گیری جریان آب در آنها بسیار دشوار و پرهزینه است. به شکلی ساده می‌توان گفت، آب زیرزمینی تحت تأثیر گرانش زمین و اختلاف تراز به حرکت در می‌آید و می‌تواند از نفوذ آب (از لایه‌های بالاتر غیراشباع و سطح زمین یا جدارهٔ بدنه‌های آب سطحی) و جریان آب زیرزمینی در جهت اختلاف فشار (از فشار بیشتر به فشار کمتر، از تراز بالاتر به تراز پایین‌تر) تغذیه شده و از طریق برداشت‌های طبیعی (چشمه یا تغذیهٔ بدنه‌های آب سطحی) و انسانی (مانند چاه و قنات) تخلیه گردد. لزوماً همیشه سرعت حرکت آب‌های زیرزمینی پایین نیست و در برخی از مناطق به دلیل خاصیت لایه‌های زمین، جریان آب باعث حل شدن صخره‌ها و ایجاد شکاف‌های بزرگ می‌شود و جریان‌های نسبتاً بزرگی را (مانند یک رودخانه) فراهم می‌آورد.
با پیشرفت فناوری‌ها، در اندازه‌گیری جریان‌های آب زیرزمینی و ذخایر زیرزمینی، به نسبت گذشته، پیشرفت‌های بزرگی حاصل شده است اما هنوز به دلیل هزینهٔ بالای این روش‌ها عموم کشورها به‌طور مناسبی از این فناوری‌ها استفاده نمی‌کنند. برآورد مؤلفه‌های بیلان آب زیرزمینی، شامل انواع ورودی‌ها و خروجی‌ها و همین‌طور ذخیرهٔ آب زیرزمینی عموماً با استفاده از تخمین‌های کلی انجام می‌گیرد و این تخمین‌ها ممکن است برآوردهای بسیار نادقیقی را از این ذخایر که بخش قابل توجهی از نیازهای انسان را تأمین می‌کنند بدست دهد. به‌طور مثال، برای برآورد جریان آب زیرزمینی از سطح زمین، لازم است تا اندازه‌گیری‌های بسیار گسترده‌ای در سطح یک آبخوان انجام شود تا مشخص شود که چه میزان از مصارف گستردهٔ آب مانند آبیاری یا حتی بارندگی بر روی سطح زمین می‌تواند نهایتاً به لایه‌های اشباع آب زیرزمینی نفوذ پیدا کند، به همین دلیل از ضرایب کلی برای برآورد تغذیه آب زیرزمینی از سطح زمین استفاده می‌شود که با تغییری اندک در این ضرایب، مقادیر تغذیه بسیار دگرگون خواهند شد. یا به عنوان مثال دیگر، برای برآورد جریان آب زیرزمینی، لازم است تا قابلیت انتقال آب (یعنی میزان آبی که در واحد زمان می‌توان از یک مقطع بخصوص عبور کند) به شکلی دقیق اندازه‌گیری شود، اما معمولاً به جای آن از مقادیر تخمینی استفاده می‌شود و با اندکی خطا در تخمین‌ها، میزان جریان آب بسیار تغییر خواهد کرد.