Комбинация методов.
Для ледников - спутниковая альтиметрия (лазерное сканирование высот) плюс радары, пробивающие толщу льда. Замеряют площадь и среднюю глубину, перемножают. Для Гренландии и Антарктиды используют данные со спутников GRACE - они фиксируют изменения гравитационного поля Земли, по которым вычисляют массу льда.
Для озер - топографические карты, батиметрические исследования (эхолот меряет глубину в разных точках), спутниковая съемка границ. Крупные озера изучены детально, мелкие - статистически экстраполируют.
Подземные воды - самое сложное. Бурят скважины, анализируют структуру пород, проводят геофизические исследования. Строят 3D модели водоносных горизонтов по данным с тысяч точек.
Реки - гидрологические посты меряют расход воды (скорость течения умножить на площадь сечения русла). Суммируют по всем бассейнам.
Все данные собирают десятилетиями сотни институтов по всему миру. Потом сводят в единые базы типа AQUASTAT от ООН.
Спасибо за развернутый ответ! Про GRACE вообще не знал, интересная технология.