中国大尺度区域地下水演化研究起源于20世纪90年代中期。在过去10年的研究中,构建了长3500km、高差5000 m和跨度2万年的大陆尺度气候—地质环境—陆地水系统演化断面,揭示了华北平原地下水形成的古地质环境与古气候演化过程及动因,发现近2万年以来该平原地下水的每一主要补给周期为1000~2000年,而且不同尺度系统间存在自相似性,在突变或灾变事件发生之前存在一个熵值较大的平衡期,可作为预测或判断突变或灾变事件依据之一;近50年来人类活动影响使连续统一的华北平原地下水循环系统演变成局部以垂向运动为主模式。在西北内陆黑河流域,相对百年尺度冷期,地下水补给量减少4.38~7.61亿m3/a,这种变化与山区降水和气温关联度分别为0.97和0.80,与平原区降水和气温关联度仅为0.43和0.60;人类活动对该流域水循环的影响强度由20世纪50年代的19%、经过60~70年代28%,增至80~90年代的54%,进而导致下游区生态环境严重退化;上述成果实现了数字化和虚拟实现的可视化。