地下水溶质运移数值模拟是再现和预测地下水污染运移特征的重要手段。当前,随着无线监测网络、遥感观测等技术的快速发展,地下水溶质运移数值模拟正向着大空间尺度、长时间序列、精细化网格剖分趋势发展。利用并行计算技术来解决由此产生的存储开销大、计算时间长等瓶颈问题是一个前瞻性的科学命题。本研究主要围绕着地下水溶质运移数值模拟的并行计算展开,从溶质运移的并行算法及其实现、水流-溶质并行耦合以及实际应用验证方面开展研究。取得的成果主要包括如下几个方面:(1)基于区域分解方法提出了适用于溶质运移数值模拟的并行算法,该算法可保证求解精度及收敛速度不随分解区域的增多而降低。基于该算法、JASMIN框架网格片为核心的数据结构以及影像区通信机制实现了MT3DMS程序的并行重构(JMT3D)。典型算例测试结果表明,JMT3D与MT3DMS计算精度相同,可实现千万级别规模网格计算,在46进程下平均内存占用减少96%。(2)通过优化现有MODFLOW-MT3DMS中水流-溶质耦合计算流程,建立了不同空间尺度的映射关系。实现了地下水流模拟程序JOGFLOW与溶质运移程序JMT3D的内部并行耦合。解决了原有外部耦合模式中间过程文件过大、频繁I/O导致程序运行效率低的问题,改进了溶质运移计算结果的输出流程,更好满足了用户需求,进一步提高了加速效果。(3)针对具有不同地质条件、稳定流/非稳定流条件、网格片大小、问题规模以及处理器规模进行了性能分析,给出了适用不同类型问题的最优并行数值解法。测试得出BiCGSTAB数值解法在溶质运移问题方程求解中耗时少、加速比高,并在46进程下获得了31.7倍的加速效果。AMG解法具有较好的可扩展性,在112及224进程下多次获得大于100%的并行效率。(4)将JMT3D程序应用于新疆哈密某石化项目地下水环境影响评价中,对煤化工项目可能产生的地下水环境影响问题进行预测,提出了合理的应对预案,将14.3小时计算任务缩短为0.64小时,验证了JMT3D处理实际问题的能力。