在水迴圈過程中,對於任一固定的空間,例如一個流域,在一定時段內,流入的水量等於流出的水量和時段始末的儲水變數的代數和。將水量平衡有關的各量列成方程,則為水量平衡方程。若在地面上任意劃定一個區域,沿這個區域的邊界取出一個其底部無水量交換的柱體來進行研究,則在一定時段內,進入此柱體的水量有:降水量X、凝結量Z1、地面徑流流入量<Y1、地下徑流流入量ɡ1,和柱體內初始儲水量W1。同一時段內,流出此柱體的水量有:總蒸發量Z2、地面徑流流出量Y2、地下徑流流出量ɡ2、時段末的儲水量W2。由此可得出任意柱體在任意時段的通用水量平衡方程:

X+Z1+Y11+W1Z2+Y22+W2

ZZ2-Z1,代表凈蒸發量,則上式成為

X+Y11+W1Z+Y22+W2

對於一個閉合流域,Y1=0,ɡ1=0,且令YY22,ΔWW2-W1,則閉合流域的水量平衡方程為

XZ+YW

對多年平均而言,上式中儲水變量項的多年平均值趨近於零。因而水量平衡方程可簡化為:

          x=Ȳ+z

  水量平衡是研究水體轉移時的基本原理。在水文分析中,對各水文要素建立定量或定性關系,瞭解其在時間上及空間上的變化規律、校核水文計算成果等,常用水量平衡方法。

  通過對地區水量平衡的研究,還可以深入瞭解水資源情況,以便合理利用。例如地下水開采多瞭,必然導致河川基流量和泉水流量的減少,甚至引起河流幹涸和泉水枯竭。地面蓄水和引水工程的防滲措施加強瞭,也將使地下水的補給量減少。由此可見,從水量平衡的觀點出發進行水資源評價,不僅能正確估計水資源的總量,並能正確指出在平原地區的水利規劃中,必須考慮地表水和地下水的綜合平衡問題。