L'exploitation des ressources en eau existe depuis les temps préhistoriques: de grands travaux d'irrigation, de protection contre les crûes ont été entrepris chez les civilisations de Mésopotamie, d'Egypte, de l'Indus... sans qu'ait été établie la relation du ruissellement avec précipitation et évaporation. "Tous les fleuves vont à la mer, et pourtant la mer n'est pas remplie" (Ecclesiaste). Les Grecs également s'interrogeaient sur le fait que le niveau de la mer restait constant bien que les fleuves apportent de l'eau continuellement; ils l'expliquèrent par une sorte de remontée capillaire de l'eau de mer vers les sources avec perte du sel. Pour établir le cycle hydrologique, il a fallu connaître les formes d'existence de l'eau dans la nature: océans, rivières, lacs mais également glaciers, sols, air, eaux souterraines. Il a fallu également quantifier les volumes et les flux d'eau. Les premiers bilans hydrologiques ont été évoqués, d'abord de façon inexacte, à la Renaissance: des personnages comme Léonard de Vinci et Bernard Palissy ont réalisé de nombreuses observations et mesures, mais il faut attendre le 17ème siècle pour arriver à une formulation exacte.
Pierre Perrault publia en 1674 un traité intitulé "De l'origine des fontaines". A partir de l'évaluation des débits superficiels dans le haut bassin de la Seine et du volume des précipitations, il arriva à l'hypothèse que les débits des rivières avait leur origine dans l'importance de précipitations. Edme Mariotte poursuivit les travaux de Perrault sur le bilan hydrologique de la Seine à Paris, c'est à dire sur un bassin versant beaucoup plus vaste et développa une méthodologie pour mesurer les vitesses d'écoulement et les débits dans son "Traité du mouvement des eaux et des autres corps fluides" en 1686.
Edmond Halley, en Angleterre en 1690, s'interessa à la mesure de l'évaporation permettant d'expliquer ainsi le déficit d'écoulement mis en évidence par ses prédécesseurs. Il établit la première synthèse hydrologique régionale en rapprochant la moyenne des précipitations annuelles et le débit de la Thamise. Il était enfin établi que les rivières, les sources et les eaux souterraines étaient alimentées par les précipitations.
Le XVIIIème siècle traita surtout de la mécanique des fluides et de l'hydraulique: formule de Chézy pour calculer le débit d'un cours d'eau, pièzomètre de Bernouilli, moulinet de Woltmann. Les eaux souterraines furent particulièrement étudiées au XIXème siècle. Les fondements de l'hydrogéologie moderne furent posés par Darcy en 1856.
Cycle hydrologique (d'après EAGLESON in DE MARSILLY)
Remarques:
Formule de Chézy: écoulement dans un chenal
u = C (h.s)1/2
- u: vitesse moyenne; C: coefficient de friction
- h: profondeur s: pente
Formule de Darcy : écoulement dans un milieu poreux
Q = k.A.h/l
- Q: débit A: section
- h/l: perte de charge hydraulique