1.地下水演变的阶段性特征
在自然条件下，我国北方盆地和平原地下水系统处于稳定状态，并随着自然条件的变化而不断地调整，人类开采地下水导致地下水系统结构发生变异，并促使其不断地演化，最终形成一个适应干扰环境条件下的似稳定状态。地下水系统对这种外加压力的响应是一种非线性过程，使得演变过程具有阶段性的特征，表现为四个阶段（图7.1）：
图7.1 地下水系统演变过程概念模式
1）天然背景阶段。为20世纪60年代以前，地下水资源尚未被开发，这一时期地表水尚未被拦截，地下水补给为天然补给，主要发生在山前平原与河道带，地下水流场为天然流场状态，地下水动态变化受天然降水和蒸发控制，属于降水渗入补给-蒸发排泄型。
2）渐变阶段。为20世纪60年代至70年代中后期之间，局部地段开始集中开采地下水，形成局部地下水位降落漏斗，改变了地下水的天然流场状态，地表水被拦截用于引水灌溉，补给模式出现变化，天然补给有所减弱，出现人工灌溉入渗补给。但是，地下水水质变化很小，地下水开采对环境影响很小。
3）突变阶段。为20世纪70年代末至90年代中期，地下水作为工业、农业及生活用水的主要供水水源被强烈开采，区域地下水位普遍下降，形成多个地下水位降落漏斗，而且漏斗的扩展速度呈大幅度增长趋势，出现了不可逆转的环境负效应，同时，天然补给功能减弱，人工补给比重增加，但总补给量趋于减小，地下水水质出现不同程度的改变。
4）控制-稳定开发阶段。为20世纪90年代中期至今，地下水的开采受到控制，水位下降呈明显的减缓趋势，并趋于稳定或回升，环境负效应有所减缓，人工补给增加，地下水水质变化缓慢。
上述四个阶段在华北平原和松嫩平原呈现出典型的特征，而在西北干旱区，由于开采程度不同而缺少某一阶段（表7-1）。
综上演化阶段可见，近30年来，由于气候变化和人类直接活动的影响，中国北方盆地和平原地下水补给在减少，地下水位在持续下降，地下水储存在消耗。随着人口的增长和社会经济的发展，北方地下水系统已经变得脆弱，地下水资源可持续利用向不利的方向发展。
表7-1 北方盆地和平原地下水系统演化阶段
2.地下水演化的渐变性与突变性
我国北方盆地和平原地下水系统演化具有渐变性和突变性特征。地下水系统从天然稳定状态向非稳定的自然—人工复合系统演变过程中，由于地下水系统对环境压力的响应是通过补给、水位、水质、水温等物理量来反映的，这些量具有连续累进性变化的特点，表现出地下水系统演变的渐变性特征（徐恒力，1992）。如前述的第一、第二阶段变化过程，即是属于这种特征，表现为水位呈逐年持续下降趋势，补给量逐渐减小，水质逐渐发生变化。从地下水位变化来看，这种渐变阶段特征表现为平均水位下降速率不超过0.5m/a。当地下水系统的渐变达到一定程度时，发生突变现象，其平均水位下降速率达到1m/a，超过这个速率，标志着地下水系统出现突变，如前述的第三演化阶段，表现为漏斗的快速发展，补给急剧减少、水质的突变，相关地质环境恶化，如地面沉降、海（咸）水入侵等，系统原有的水化学场、水动力场发生全面变化。
3.地下水演变的时空差异
我国北方不同地区地下水系统演变在时空上存在差异。
从补给演变来看，西北诸盆地补给演变开始于20世纪60年代中期，表现为山前入渗逐渐转变为渠系入渗补给，80年代初和90年代发生突变，表现为补给强度的急剧减小；华北平原及周边地区，补给演变开始于50年代末期，表现为山前河流入渗逐渐转变为面状灌溉入渗补给，70年代中期发生突变，标志为补给强度的急剧减小；松嫩平原始于60年代中期，80年代初发生突变；表现为补给强度的急剧减小。
从水动力场演变趋势来看，在空间上，西北内陆干旱区以区域地下水位下降、泉水溢出带下移为特征；华北平原和松嫩平原表现为地下水位快速下降、溢出带消失并且地下水降落漏斗形成并发展为特征；在时间上，西北内陆干旱区80年代以前为渐变，90年代初发生突变；而华北平原和松嫩平原表现为70年代前为渐变，80年代中期发生突变。
从水质变化来看，在空间上，自西北内陆盆地至华北平原、松嫩平原，水质变化强度明显增加，以华北平原和松嫩平原最为明显；在时间上，70年代中期华北平原最早出现变化，松嫩平原80年代中期最早出现变化，目前这两个平原变化速度有所缓和；而西北内陆盆地90年代前后最早出现变化，如准噶尔盆地1989年开始出现变化，目前仍处在加速变化过程中。