水文地质界一直存在关于地下水反演模型解的唯一性、尺度和精度问题的争论。本论文在讨论地下水正演模型解的唯一性、尺度和精度问题的基础上引出地下水反演模型的讨论。与传统反演问题的研究强调解的适定性不同，本论文重点强调一个定义良好的反演模型的解是唯一的。通过利用数值方法求解地下水流控制方程，指出反演模型存在唯一解所需的约束条件：（1）模型必须含有流量边界和源汇项；（2）模型中每一节点必须有三个时间的观测数据，其中一个为初始水头，不同时间的水头变化不可为零。对于变饱和含水层，还需要具备3）观测水头必须包括非饱和数据，4）K(h)和θ(h)的表达式必须已知，5）在估计θs时，必须首先指定θr。观测数据是否有噪音影响，模型是否稳定和灵敏度大小问题只与模型的具体求解方法相关，与反演问题本身没有联系。数值试验表明，由于实际的观测水头和均质或者是简单层状模型的模拟水头的尺度不一致，利用稀疏参数化模型求解一个定义良好的问题时，往往会得到没有物理意义的参数结果，或者计算结果随着抽水井位置的变化而改变。通过在每一个分区布置大量的观测井，可以获得有代表性的反演参数。如果存在同样资料，高度参数化法可以获得更高精度的含水层参数分布。在高度参数化法的基础上，融合多次抽水试验数据的水力层析技术可以进一步提高反演结果的精度，降低尺度不一致和计算结果随流场变化的问题。最后通过独立的水力数值试验证明了高度参数化法结合水力层析技术可以更好的改进模型的预测能力。