在所有类型的地貌中，溪流都会与地下水相互作用。
溪流的地下水成分
在大多数地貌和气候条件下，地下水都会流入溪流。即使在溪流主要向地下水输水的环境中，某些河段在某些季节也会有地下水流入。在不同的地貌和气候条件下，地下水流入溪流的水量比例也各不相同。地下水流入溪流的水量可通过分析溪流水文图来估算，以确定地下水成分，即基流（图 1）。水文学家使用了几种不同的水文图分析方法来确定溪流的基流部分。
图 1. 采用英国水文研究所开发的方法，从某河的水文图中估算出河水的地下水成分
老外一项分析结果表明，在 30 年间，被研究的 54 条溪流中，平均 52% 的溪流流量来自地下水。地下水贡献率从 14% 到 90% 不等，中位数为 55%。作为地质环境对地下水对溪流贡献的影响的一个例子，森林河流域的地层为渗透性较差的粉砂和粘土沉积，其年均流量中只有约 14% 来自地下水；相比之下，河流域的地层为渗透性较强的砂石，其年均流量中约 90% 来自地下水。
地下水和溪流的相互作用
相互作用的基本方式有三种：通过河床流入地下水而使得溪流获得水量（增水溪流，图 2A）；通过河床流出地下水而失去水量（减水溪流，图 3A）；或者两者兼而有之，在某些河段获得水量，而在其他河段失去水量。地下水要排入河道，溪流附近的地下水位高度必须高于溪流水面高度。反之，地表水要渗入地下水，溪流附近的地下水位高度必须低于溪流水面高度。在溪流附近，地下水位等高线指向上游方向（图 2B），表示溪流水量增加；指向下游方向（图 3B），表示溪流水量减少。
图 2. 增水溪流从地下水系统获得水（A）。这一点可从水位等高线图上确定，因为等高线指向与溪流交叉的上游方向（B）
图 3. 输水溪流向地下水系统输水（A）。这可以从水位等高线图中确定，因为等高线指向与溪流交叉的下游方向（B）
失水溪流可以通过连续的饱水带与地下水系统相连（图 3A），也可以通过非饱和带与地下水系统分离。如果溪流通过非饱和带与地下水系统分离，那么如果通过河床和非饱和带的补给速度大于横向地下水流的速度，则在溪流下方可能会有一个明显的水位凸起（图 4）。与地下水系统分离的溪流的一个重要特征是，在溪流附近抽取浅层地下水不会影响靠近抽水井的溪流。
图 4. 断流溪流被非饱和带与地下水系统隔开
在某些环境中，溪流的增量或减量会持续存在；也就是说，溪流可能总是从地下水中获得水量，也可能总是向地下水中流失水量。然而，在其他环境中，溪流的流向可能会有很大变化；一些河段会获得地下水，而另一些河段则会失去地下水。此外，由于个别暴雨导致河岸附近集中补给、临时洪峰顺着河道移动或地下水被河边植蒸腾，水流方向可能在很短的时间内发生变化。
几乎所有溪流都会或多或少地发生地下水与溪流之间的一种相互作用，即溪流水位迅速上升，导致溪流中的水流入河岸。这一过程被称为河岸蓄水（图 5 和 6B），通常是由暴雨降水、快速融雪或上游水库放水引起的。只要水位上升不超过河岸，进入河岸的大部分溪水都会在几天或几周内返回溪流。在几天或几周的时间内，由于河岸蓄水而损失的溪水会返回溪流，这往往会减少洪峰，并在以后补充溪流。如果溪流水位的上升足以漫过河岸，淹没大片地表，则整个淹没区的地下水位都会得到广泛补给（图 6C）。在这种情况下，被补给的洪水通过地下水流返回溪流所需的时间可能长达数周、数月或数年，因为地下水流路径的长度远远长于局部河岸蓄水所产生的路径。根据暴雨的频率、规模和强度，以及相关的河水流速增加幅度，一些溪流和邻近的浅含水层可能会因河岸蓄水和过岸洪水的相互作用而不断重新调整。
图 5. 如果溪流水位高于邻近的地下水位，溪水就会流入河岸，成为河岸蓄水
图 6. 如果溪流水位上升超过河岸（C），洪水就会补给整个淹没区的地下水
除河岸蓄水外，其他过程也可能影响溪流与邻近浅含水层之间的局部水量交换。抽取溪流附近的地下水也会导致溪流在增水和减水条件下的流量变化。抽水可以拦截原本会排入增水溪流的地下水，或者在较高的抽水速率下，抽水可以使溪流流向含水层。
抽取地下水对地表水的影响
从与地表水体直接相连的浅含水层中取水会对这两个水体之间的水流产生重大影响。单井或小批水井抽水对水文系统的影响是局部性的。然而，许多水井大面积从含水层中抽取水，其影响可能是区域性的。
从浅含水层取水用于公共和家庭供水、灌溉和工业用途的现象非常普遍。从地表水体附近的浅含水层中取水，可以截留部分原本会排入地表水的地下水流，或诱导地表水流进入周围的含水层系统，从而减少可用的地表水供应量。分析浅含水层中向溪流排水的抽水井的水源，深入了解抽水井如何改变浅含水层与溪流之间的水量和流向。此外，两个水体之间流动方向的改变也会影响与流动水体相关的污染物的迁移。虽然示例中使用的是溪流，但结果适用于所有地表水体，包括湖泊和湿地。
开发前条件下的地下水系统处于动态平衡状态--例如，地下水位的补给量等于地下水向溪流的排泄量（图 7A）。假设安装了一口水井，并以 Q1 的速率持续抽水。在达到新的动态平衡状态后，补给流入地下水系统的水量将等于流向溪流的水量加上从水井抽取的水量。在这种新的平衡状态下，一些原本会流向溪流的地下水被水井拦截，在水井和溪流之间形成了一条地下水分界线，即水流方向的分界线（图 7B）。如果水井以更高的速度（Q2）抽水，在稍后时间就会达到新的平衡。在这种情况下，水井和溪流之间的地下水分界线不再存在，水井抽水会导致溪流中的水流入含水层（图 7C）。因此，抽水使该河段的溪流水文条件发生逆转，从地下水排泄特征变为地下水补给特征。
在图 7A 和图 7B 所示的水文系统中，溪水的水质通常对浅层地下水的水质影响不大。然而，在水井以 Q2（图 7C）较高的速率抽水的情况下，溪水的水质会影响水井和溪流之间的地下水水质以及从水井抽取的地下水水质，而溪水会对浅层含水层进行局部补给。
这个从浅层含水层取水并排泄到附近地表水体的假设，简化但有力地说明了地下水和地表水是一种资源的概念。从长远来看，抽取的地下水量约等于下游用户可能获得的河水流量的减少量。
图 7. 在示意性水文环境中，地下水在自然条件下排入溪流（A），在溪流附近以一定速率（Q1）抽水的水井将拦截部分原本排入溪流的地下水（B）。如果水井以更大的速度（Q2）抽水，则可拦截水井附近本会排入溪流的更多水，并可将溪流中的水引入水井（C）
相互作用的变化
如果溪流产生于上游地区，则溪流在增水和减水之间的变化可能会特别多变（图 8）。溪流的源头河段可能会完全干涸，除非在暴风雨或一年中的某些季节，融雪或降水足以维持连续数天或数周的水流。在这些时候，溪流的水会流失到河床下的非饱和带。然而，随着上游地区的补给使地下水位上升，当地下水位上升到溪流水位以上时，失去水量的河段可能会变成增加水量的河段。在这种情况下，地下水首次注入溪流的地点会逐渐向上游移动。
图 8. 河道中常年溪流的起始位置会因上游地区的补给分布而不同。在干旱时期（A）之后，随着地下水系统变得更加饱和，在潮湿时期，溪流的起点会向河道上游移动（B）
在正常的溪流条件下，一些增水溪流会有向含水层输水的河段。这些溪流河床的渗流方向通常与河床坡度的突然变化（图 9A）或河道的蜿蜒曲折（图 9B）有关。例如，水量减少的溪流河段通常位于池塘和涟漪溪流中池塘的下游末端（图 9A），或蜿蜒溪流中河道弯曲处的上游（图 9B）。溪水流经邻近河床和河岸短段的地表下区域被称为潜流区。溪流周围潜流地带的大小和几何形状在时间和空间上差异很大。由于地下水和地表水在潜流带混合，潜流带的化学和生物特性可能与相邻的地表水和地下水明显不同。
图 9. 地表水与地下水在潜流带的交换与河床坡度的突然变化（A）和溪流蜿蜒（B）有关
向溪流排泄的地下水系统可覆盖大面积的地表（图 10）。因此，地下水与地表水交界处的环境条件反映了更广泛地貌的变化。例如，特定溪流河床中生物的种类和数量在一定程度上来自于潜流带的水与来自远处的地下水之间的相互作用。
图 10. 溪床和河岸是独特的环境，因为它们是地下水和地表水相互作用的地方，这些地下水和地表水汇集了大部分地表和地下的水流
（编译于USGS的相关材料）
