深入认识地下水循环规律,是合理开发利用地下水资源的基础。地下水流系统理论揭示了地下水的系统性和结构性,是研究地下水循环和演化的有力工具。本文以地下水流系统理论为指导,以济南岩溶水系统为研究对象,将济南北部地热水与南部岩溶冷水作为整体进行研究,基于研究区水文地质条件,综合应用多种手段,来有效识别不同级次的地下水流系统,分析地下水循环模式。将排泄区作为地下水流系统的“指纹”,通过提取和融合排泄区的一系列水文地质信息(地质条件、水位动态、水化学、同位素等),来推测地下水循环模式：第四系浅层地下水属于局部地下水流系统,以高NO3-浓度、富集氢氧重同位素为特征,受当地大气降水直接入渗补给,部分地段受岩溶水顶托补给；岩溶冷水来自中间地下水流系统,以均一的水化学类型(HCO3-Ca(Mg)型)、低NO3-浓度和相对偏负的氢氧同位素为特征,受到来自山前灰岩裸露区的侧向径流补给,通过人工开采和泉群排泄；岩溶热水由区域地下水流系统经深循环形成,以高Cl-、TDS浓度,贫氢氧重同位素和长滞留时间为特征,来源于晚更新世时期(26.68-13.44 kaBP)温度较低的大气降水入渗补给,补给区位于泰山北麓高海拔地区。从地下水流系统的时间属性出发,利用滞留时间分布的不连续特征来识别不同级次的地下水流系统。考虑地形起伏的复杂性,引入济南地区真实数字高程到三维地下水流系统模型中,以地下水滞留时间概率密度函数中的拐点作为临界滞留时间来划分盆地地下水滞留时间场,进而识别不同级次的地下水流系统。分别设置不同的影响因子(入渗补给强度、介质各向异性、热运移),根据模拟得到的盆地地下水滞留时间分布变化,以及不同级次水流系统的补给量和体积变化来定量分析不同因素对三维地下水流系统分布特征和循环模式的影响。选取典型剖面建立地下水流-年龄耦合数值模拟模型,模拟结果与概念模型分析一致：泰山北麓至齐广断裂发育多级次地下水流系统,局部、中间和区域流动系统嵌套分布,地形控制了不同级次水流系统的发育规模,含水层岩性变化是影响水流系统模式的重要因素。地下水年龄分布与水流系统密切相关,地下水年龄沿流动路径整体呈变老趋势,内部驻点附近地下水年龄存在突然增大的界面,是不同级次水流系统分界的重要标志。本文的研究成果不仅加深了对济南岩溶水系统地下水循环规律的认识,促进当地地下水资源的合理开发利用,也为地下水流系统理论的实践应用提供了参考。