含水层地下水流场的水位和水力梯度变化可以有效反映地下水合理开采程度,在实际抽灌井群系统运行过程中,地下水流场的水位和水力梯度变化规律是研究地下水资源可持续发展的保证。目前,国内外已经开始进行关于此方面的实验研究,特别是运用数值模拟软件计算分析方面。但国内外研究主要集中在单抽水井群,对无自然横流形态下和存在自然横流形态下抽灌井群地下水流场水位和水力梯度变化的研究较少,特别是抽灌井群系统的实际工程应用涉及更少。对于抽灌井群系统来说,抽灌井群区域的含水层地下水流场水循环更活跃,地下水流场的水位和水力梯度变化更复杂,而且由于抽灌井群涉及的地下水各类问题的复杂性以及地下水流场运动的多变性,抽灌实验成本高、时间长、难度大,并且系统实验过程中往往存在很多不能控制和预测的因素。因此,关于抽灌井群系统的实验工作也亟待开展,解决软件模拟计算过程中诸多不确定性,增强数值模拟结果的可靠性,特别是在地下水流场多工况研究的基础上,进行不同模式的抽灌井群方案优化。针对上述问题,本文展开了对抽灌井群区域地下水流场的水位和水力梯度变化规律的研究。研究主要内容包括:一方面根据相似理论建立室内砂槽实验系统,设计抽水实验、补给抽水同步实验以及自然横流实验,实现小操作量下多工况研究,并通过Visual Mod Flow模拟计算地下水流场中水位和水力梯度变化过程,分析地下水流场的水位和水力梯度变化规律;另一方面,对实际应用构造尺度下的地下水抽灌井群系统进行不同运行模式、不同运行工况的多周期运行模拟计算分析,并在此基础上提出了优化的抽灌井群布置方案和运行模式,为实现地下水系统优化运行管理和水资源的可持续利用奠定了基础,为相关的实际工程应用提供理论参考和依据。室内砂槽实验结果显示,在抽水实验中,抽水量越小,地下水流场的水位和水力梯度变化幅度越小,为相对较优的抽水模式;在抽灌同步进行的实验中,抽灌总量越小,地下水流场水位和水力梯度下降幅度越较缓,为相对较优的抽灌模式;在自然横流实验中,垂直交叉流和水平逆流的存在,可以起到补给“降落漏斗”和削平“倒漏斗”的作用,水平顺流对抽水井群区域水位影响程度较弱。仿真模拟结果显示,在抽水井群布置影响分析上,三种工况中以抽水井均匀分布的工况为最优化的布置方式;在抽水井群数量和回灌量影响分析上,不能简单的以抽灌井群的数量的多少和抽灌量的大小来判断地下水流场水位和水力梯度变化幅度,而且比较优化方案中的抽灌井群的数量和抽灌量并不是一成不变的,会因为抽水群分布位置的不同而发生改变。本研究结合国家自然科学基金项目,以抽灌井群系统区域地下水流场水位和水力梯度的变化规律为研究重点,通过实验研究与模拟计算分析相结合的方法,研究不同因素下对抽灌井群区域含水层地下水流场水位和水力梯度的影响。同时对不同影响因素下的地下水流场水位和水力梯度变化幅度进行对比分析,提出合理的抽灌井群布置方案和运行模式,设计优化的开采方案,为完善和建立地下水资源可持续发展提供理论指导。