全球变化研究和大陆水循环研究是当前地学研究领域的热点问题。地下水是全球水循环的重要组成部分,具有地质环境变化最直接的信息内涵。本项研究以华北平原地下水作为古地质环境有机组成部分的“地质体”和古环境变化的“信息载体”,利用同位素和化学组分作为古环境变化的标记,应用自然地理、第四纪地质、气候学、水文地球化学、同位素水文学、古水文地质学及数学等领域的研究方法,识别出了华北平原地下水系统中三万年来和三百年来不同时间尺度的古气候变化记录,进而研究地下水形成演化。研究发现地下水的形成具有阶段性、突变性的特征,并划分了末次冰期以来的补给期,重建了华北平原晚更新世末期以来地下水形成演化过程,对全新世以来地下水的形成演化对气候变化的响应进行了模拟研究,根据与古气候相联系的地下水形成演化过程,重新区分了深层地下水资源的属性。提出了地下水资源可持续开发的管理建议,在理论研究和实际应用上具有重要意义。