地下水水文分析法是仿照陆地水文学的测流分析，计算地下水补给量的一种方法。其基本原理是水循环理论（徐恒力等，2001）：一个完整的地下水系统，无论补给方式多么复杂，补给量总会转化为地下水的径流量，在天然状态下，地下水径流必定会转化为地表水，即有总排泄量=总径流量=总补给量。若已知地下水的总径流量或总排泄量，由此可推算出地下水的补给量。
地下水水文分析法主要通过地下水测流、泉流量统计或基流分割等方法，或直接统计全区的地下总径流量或总排泄量，作为评价区的资源量；或先获得地下水的径流模数，然后以径流模数乘以评价总面积得到地下总径流量。
水文分析法的适用条件：在天然状态下（没有开采干扰），地下水补给量全部转化为地下水的径流量或排泄量。
（一）径流模数
在天然条件下，地下水系统的总排泄量或总径流量由系统各处的补给量转化而来，地下水径流量的大小与汇水面积成正比，因此地下水系统的总径流量与汇水面积的比值被定义为地下水径流模数，数学表达式为
Mg=Q/F或Q=Mg·F （3-36）
式中：Mg为地下水径流模数（m3·s-1·km-2）；Q为地下水径流量（m3·s-1）；F为汇水面积（km2）。
（二）径流模数的测定方法
1.地下水测流法
在岩溶发育的地区，地下水数量大部分集中于宽大岩溶裂隙，在管道中形成暗河，而管道外的水量甚微。因此，可以选择暗河干流或某一级支流的天窗或暗河出口测定地下水流量，同时确定测点所控制的地下水流域的面积，采用式（3-36）计算出控制流域的地下径流模数。如此，选择几个代表性的暗河获取地下径流模数，然后推广到整个地下水系统，根据式（3-36）即可得到地下水总径流量。
2.泉流量法
在全排型的泉域，可以根据泉流量和相应的汇水面积，求得地下径流模数。在实际应用中，可以选择流域内具有代表性的几个泉域进行计算，然后推广到整个流域，求得总径流量。
3.基流分割法
在地下水补给常年性河流的地区，在枯水期河水流量几乎全部由地下水补给维持，这时的河水流量被称为基流量。在天然条件下，地下水的总补给量等于总排泄量。因此在地下水补给量全部排入河流的地区，把河流流量过程线上的基流量分割出来，作为测点控制流域范围内地下水的补给量。在实际应用时，可以选择代表性的河段根据基流量与测点所控汇水面积，求得径流模数，然后推广到整个流域，求得总径流量。关于基流分割的具体方法在本节讨论地表水与地下水相互转化量计算方法部分已详细介绍，这里不再重复。
利用基流分割法评价地下水补给资源量的前提包括：①天然状态下，在较长的水文周期内，地下水的总补给=地下水的总排泄；②地下水的补给量全部转化为向河流的排泄量。如果在径流过程中存在天然或人工排泄（如蒸发、开采等），则需要根据实际排泄情况修正分割结果。该方法多用于山区地下水资源量评价，往往将出山口的河流基流量作为山区地下水的补给量，显然，若存在山区向平原的地下径流量或山区地下水的大量开采利用，则该评价量偏于保守。在平原区，往往由于潜水蒸发、人工开采、地下水与地表水的频繁转化、地表水的大量引灌等因素，使得该方法难以有效利用，而多用于评价地表水与地下水的相互转化。