2.2.2.1 决策变量和状态变量
在地下水管理工作中，我们把人为可控的输入称为决策变量，通过对它的操纵使系统的目标最终达到最优。人工开采量、注水量通常属于决策变量。用来表示系统状态的变量，我们称为状态变量，如地下水水位、地下水浓度通常属于这一变量。
2.2.2.2 目标函数
目标函数是管理者或决策者追求系统目标的数学表达式，针对不同的管理问题，有不同的目标函数及其表达式。可以通过目标函数达到极大值或极小值来得到问题的解决。最常用的目标函数如下：
（1）在规定的降深条件下，求出抽水量极大值。
（2）以经济效益为目标，求供水成本费用极小值。
（3）以地下水位控制为目标，控制地下水位处于最佳分布状态。
（4）求通过污水处理和地层自净后的再生水排放量，这一目标函数的极大值，或求含水层中地下水所受污染程度这一目标函数的极小值等。
2.2.2.3 约束条件
在地下水管理中，约束条件即地下水系统管理决策的限制和制约因素的数学表达式，通常用等式或不等式来表示。常用的约束条件有以下几类：
（1）水均衡约束：以质量、能量守恒为基础的水均衡方程作为等式约束条件，它体现了地下水系统的输入与其状态变量间的关系，如抽水量与地下水位的关系。
（2）水量约束：水量约束大多指管理区内抽水量不能大于该时期最大可控资源量，或管理区内的开采量要满足各类用水部门的基本需要等。
（3）水位约束：水位约束包括防止水位持续下降、含水层疏干、地面沉降、水质恶化等产生和发展的地下水位升、降数值的限定约束。
（4）水质约束：在水资源的开发利用过程中，水中的某些化学组分和物理性质不能超过相应的水质标准的约束。
根据不同的具体情况，可以取以上各项中有关的项目作为约束条件。此外，还可能有社会经济等约束条件，在此不再赘述。