Уровень и минерализация воды Куяльницкого лимана изменяются в широком диапазоне и между ними существует обратная зависимость с коэффициентом корреляции -0,84 – -0,92. Анализ ретроспективного и современного состояния лимана показывает, что в настоящее время наблюдается тенденция к снижению уровней и увеличению минерализации воды лимана. В формировании гидрологического режима лимана определяющую роль играет климатический фактор (испарение, временно действующий склоновый сток), расход реки Б.Куяльник и подземный сток, включающий приток подземных вод и фильтрацию морских вод через пересыпь и дно лимана.

В геологическом отношении район лимана характеризуется наличием системы разнопорядковых блоков, разделенных вертикальными зонами повышенной проницаемости, гидравлическая эффективность которых может изменяться при изменениях напряженного состояния пород. Интенсивность вертикального и латерального водообмена между поверхностными и подземными водами, а также объемы подземного стока в лиман, обусловлены, кроме структурно-геологических особенностей массивов, величинами напорных градиентов и фильтрационной проницаемостью пород.
Наличие связи между гидрологическими параметрами лимана (разность уровней море лиман) и скоростью вращения Земли, как показателем изменчивости напряженного состояния и, соответственно, фильтрационных свойств пород, указывает на возможность применения модели, связывающей гидродинамические элементы потоков подземных и поверхностных вод с параметрами скорости осевого вращения Земли.

Предложена ротационно-фильтрационная модель, проверка которой осуществлялась путем сопоставления измеренных величин уровня за периоды наблюдений 1878-1893 гг и 1945 – 2010 гг с полученными по модели результатами расчетов для этих же временных интервалов. Результаты сопоставления доказывают необходимость учета подземного стока в оценках водного баланса Куяльницкого лимана.

Как показывает гидрохимическое районирование подземных вод верхнего сармата территории Одессы район Куяльницкого лимана относится к зоне развития преимущественно солоноватых и соленых вод, формирование которых обусловлено влиянием соленого Куяльницкого лимана.

Пьезометрические уровни верхнесарматского водоносного горизонта периодически могут превышать или быть ниже уровня воды в Куяльницком лимане. Из этого следует вероятность существования двух видов водообмена: нисходящей фильтрации – воды лимана подпитывают верхнесарматский водоносный горизонт и восходящей – происходит субаквальная разгрузка вод верхнего сармата в Куяльницкий лиман. В пределах исследуемого интервала наблюдений (1980 – 2000 гг) выделены периоды нисходящей и восходящей фильтрации.

Инверсионный водообмен сопровождается хронологически соответствующими изменениями в минерализации верхнесарматского водоносного горизонта. Установлено, что в период с 1992 по 2000 гг происходило подпитывание вод лимана за счет субаквальной разгрузки верхнесарматского водоносного горизонта.

В баланс подземного питания лимана входят не только приток со стороны моря и Хаджибейского лимана через аккумулятивное тело Куяльницко-Хаджибейской пересыпи, но также и донная (субаквальная) разгрузка напорных вод верхнесарматского горизонта через днище эрозионного вреза лимана.

Корректировка лиманной экосистемы с помощью мероприятий, направленных на антропогенное регулирование питания лимана (переброска воды из соседнего Хаджибейского лимана, попуск морской воды), могут привести к трудно предсказуемым, и, вполне вероятно, негативным побочным последствиям, а это чревато потерей главной ресурсной базы Одесского курортного района.