Quy trình dự báo tài nguyên nước nói chung và tài nguyên nước mặt nói riêng, trong đó có dự báo thuỷ văn đã được thảo luận từ thập kỷ 60 của thế kỷ XX tại các cuộc họp lần thứ 3 và 4 của Uỷ ban Đặc biệt thuộc WMO (1966). Tại Liên Xô (cũ), ngay từ những năm cuối của thập kỷ 70, Cơ quan quản lý tài nguyên nước Liên Xô đã thay đổi cơ bản về quy trình. Tại Nhật Bản và một số nước tiên tiến khác, khi dự báo các yếu tố tài nguyên nước đều phải xây dựng quy trình dự báo, kèm theo mức tin cậy của số liệu và mức độ tin cậy của phương pháp dự báo. Đối với phần lớn các nước đang phát triển, việc xây dựng và hoàn thiện quy trình dự báo phụ thuộc nhiều vào trình độ KHCN dự báo của nước đó và cơ sở vật chất, nhân lực vận dụng toàn bộ hay một phần các văn bản hướng dẫn đánh giá của WMO và các Tổ chức Quốc tế liên quan.
Những năm của thập kỷ 90, thế kỷ 20, các mô hình NWP đưa ra một phác họa diễn biến khí hậu và tài nguyên nước liên tục từ quá khứ đến hiện tại và tương lai nhằm đem lại các thông tin hữu ích cho các nhà quản lý và sử dụng nguồn nước. Cuối những năm 1990, các mô hình thời tiết số trị NWP đã được nghiên cứu và hoàn thiện phát triển tại các nước như Mỹ, Nhật, Úc, Đức, Italia, Canada và Hàn Quốc trong những năm đầu của thế kỷ XXI trở thành các mô hình dự báo khí hậu toàn cầu. Kết quả của các mô hình toàn cầu cho phép dự báo dài hạn các yếu tố khí hậu như mưa, nhiệt độ, bốc hơi… trước 10 ngày, 1 tháng, 3 tháng, mùa và năm. Kết quả phân tích của các mô hình NWP là đầu vào các mô hình thủy văn tính toán dự báo nguồn nước hạn vừa và hạn dài. Cùng với sự phát triển vượt bậc về công nghệ, công nghệ viễn thám và hệ thống thông tin địa lý GIS mang lại sức mạnh mới trong việc thu thập, phân tích, đánh giá cũng như thể hiện các kết quả phục vụ việc tính toán, kiểm soát và phân tích tiềm năng nguồn nước (trong mùa lũ, mùa cạn, tình trạng ngập úng, hạn hán) trên lãnh thổ. Hệ thống rađa, vệ tinh đã và đang thực sự thay đổi phương thức thu nhận thông tin trong công tác phòng chống bão – lũ và hạn hán. Phương pháp ứng dụng phân tích các ảnh viễn thám đã giúp cho việc giám sát và dự báo tiềm năng nguồn nước mùa lũ và mùa cạn trước một thời gian dài và trên diện rộng không giới hạn các biên giới quốc gia. Tiêu biểu cho phương pháp ứng dụng công nghệ ảnh vệ tinh là Dự án “Ứng dụng công nghệ vệ tinh để giám sát nguồn nước và dự báo dòng chảy trên sông Hoàng Hà” năm 2008 giữa chính phủ Hà Lan, Bộ Tài nguyên nước Trung Quốc và Ủy ban Quản lý lưu vực sông Hoàng Hà. Dự án đã xây dựng được công nghệ giám sát, dự báo hạn hán và dòng chảy lũ trên lưu vực sông Hoàng Hà đạt kết quả tốt và hiện nay đang được tiếp tục triển khai tại một lưu vực sông khác tại Trung Quốc.Iran cũng đã thực hiện dự án “Đánh giá tiềm năng sử dụng nước ở lưu vực song Karkheh- sử dụng công nghệ viễn thám và địa thống kê” (Assessment of Water Availability and Consumption in the Karkheh River Basin, Iran – Using Remote Sensing and Geostatistics) năm 2003 sử dụng ảnh vệ tinh MODIS nhằm đánh giá tài nguyên nước và cân bằng nước cho sông Karkheh. Một dự án khác là “mạng lưới cảnh bảo sớm nạn đói” (Famine Early Warning Systems Network: FEWS NET) ở Châu Phi được tài trợ bởi cơ quan Phát triển Quốc tế Hoa Kỳ (USAID) năm 2014 đã thực hiện nghiên cứu “Sử dụng ảnh vệ tinh cho việc giám sát các hồ chứa nhỏ ở châu Phi: Hệ thống giám sát cho FEWS NET” (Africa-Wide Monitoring of Small surface water bodies using multisource satellite data: A Monitoring System for FEWS NET) sử dụng ảnh vệ tinh kết hợp với mô hình thủy văn để giám sát mực nước 41 hồ chứa thuộc vùng Đông châu Phi giai đoạn đầu và đang được tiếp tục mở rộng cho toàn bộ Châu Phi.
Một số công trình nghiên cứu liên quan đến dự báo tài nguyên nước trên thế giới tiêu biểu như:
+ Công trình “Đánh giá tài nguyên nước và tiềm năng nước sử dụng được trên thế giới” (Assessment of water resources and water availability in the world) thuộc chương trình “Đánh giá toàn diện tài nguyên nước ngọt trên thế giới” (Comprehensive assessment of the fresh water resources in the world) do giáo sư I.A.Shiklomanov, Viện Thủy văn Liên bang Nga thực hiện năm 1997. Dựa trên số liệu của 2400 trạm quan trắc Khí tượng Thủy văn toàn thế giới với thời gian quan trắc từ 5 đến 178 năm, tác giả đã đưa ra đánh giá về tổng lượng nước trên trái đất, hệ số biến động cũng như tiềm năng nguồn nước sẵn có trên các lục địa. Công trình cũng đưa ra các dạng phân bố dòng chảy trong năm, xu thế biến đổi của tổng lượng tài nguyên nước theo chu kỳ nhiều năm của một số lưu vực điển hình.
+ Công trình nghiên cứu “Ứng dụng liên mô hình đánh giá cân bằng nước trên lục địa toàn cầu” (Multimodel estimate of the Global terrestrial water balance) trong chương trình “Nước và biến đổi toàn cầu” (Water and Global change – WATCH project) do Haddeland thực hiện đã sử dụng 6 mô hình bề mặt và 5 mô hình thủy văn toàn để tính toán cân bằng nước trên các lục địa đồng thời so sánh sự khác biệt về tính toán giữa các mô hình nhằm lý giải sai số trong tính toán cân bằng nước toàn cầu.
+ Công trình nghiên cứu “Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến tiềm năng sử dụng tài nguyên nước bằng một số mô hình khí hậu và thủy văn toàn cầu” (Climate change impact on available water resource obtained using multiple global climate and hydrology models) do Hagemann thực hiện năm 2012 sử dụng dữ liệu tính toán từ 3 mô hình hoàn lưu toàn cầu 8 mô hình thủy văn phân tích thay đổi tài nguyên nước trên thế giới dưới tác động của biến đổi khí hậu. Công trình đã chỉ ra có sự thay đổi rõ rệt về tài nguyên nước ở một số vùng vĩ độ trung bình và vĩ độ cao. Một số khu vực có sự giảm rõ rệt về tài nguyên nước như Trung và Nam Âu, Trung Đông, lưu vực sông Mississippi, Nam Phi, Nam Trung Quốc và Đông Nam nước Úc.
+ Cục Thủy văn, Bộ Thủy lợi điện lực Trung Quốc đã xuất bản cuốn sách “Đánh giá tài nguyên nước Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa” năm 1987. Dựa trên số liệu quan trắc từ 1956-1979, xây dựng các bản đồ đẳng trị mưa, dòng chảy, hóa nước sông cho toàn bộ lãnh thổ rộng lớn với chế độ thủy văn phức tạp và phong phú của Trung Quốc, đồng thời công trình cũng đưa ra các bản đồ phân khu tiềm năng nguồn nước (nước mặt và nước ngầm) theo cả số lượng và chất lượng.
+ Tại Mỹ, việc đánh giá xác định tiềm năng nguồn nước không chỉ ở các công trình nghiên cứu mà được cụ thể hóa bằng các đạo luật. Cơ quan điều tra địa chất Mỹ (USGS) thuộc Bộ Nội vụ đã liên tiếp đánh giá tài nguyên nước theo các khía cạnh lượng nước, chất lượng nước… thông qua chương trình “Tóm tắt về nguồn nước Quốc gia” (National water summary).
+ Tại Thụy Điển, công trình “Đánh giá nước quốc tế trên phạm vi toàn cầu” (Global international water assessment) do UNEP, GEP và Trường đại học Kalmar thực hiện. Mục tiêu là thực hiện việc đánh giá toàn diện có tính chiến lược phục vụ các cơ quan hỗ trợ môi trường toàn cầu GEP và các cơ quan liên quan xác định thứ tự ưu tiên cho các hoạt động hồi phục và giảm nhẹ thiệt hại đối với vật thể nước liên quốc gia nhằm đạt được những lợi ích về môi trường toàn cầu.
Trong những năm gần đây, các thông tin dự báo về tài nguyên nước, cảnh báo hạn hán tại các lưu vực sông trên thế giới thường xuyên được cập nhật và đưa lên các website. Điển hình như của Trung tâm Dự báo Khí tượng quốc Gia, thuộc Cục Quản lý khí quyển và Đại Dương Hoa Kỳ- NOAA. Các tính toán phân tích về tài nguyên nước đều lấy đầu vào là các yếu tố khí hậu từ kết quả dự báo của các mô hình số trị toàn cầu và dựa trên các phương pháp phân tích dòng chảy theo chuỗi thời gian và phân tích theo tần suất, tính toán ước lượng về sự biến đổi dòng chảy (lớn nhất, nhỏ nhất, trung bình) tại các hệ thống sông theo chu kỳ 10 ngày, tháng, 3 tháng và theo mùa. Trong các cảnh báo hạn hán thủy văn, các chỉ số hạn như PDSI được đưa vào để đánh giá mức độ và giám sát hạn của các vùng
