长期过量的地下水开采会造成地下水位持续下降、地面沉降逐渐发展等问题。数值方法是地下水流动以及地面沉降分析的主要手段，但依然存在有求解困难、计算工作量大等问题，影响实际应用。同时，为了实现地面沉降的准确预测，需要获取正确的水文地质参数。反演计算是获取参数的重要途径之一，但传统的参数反演存在局部收敛、收敛速度较慢等问题，限制了有效应用。本文在地下水流和地面沉降有限层法基础上，利用并行方法对算法进行优化，结合同伦法对传统的反演计算进行改进，实现正、反演的高效计算。主要研究成果包括：
　　（1）根据有限层求解格式存在的解耦性，结合并行计算原理，实现了地下水三维流问题、地面沉降问题的并行化计算，利用MATLAB编译了相应的计算程序。通过与已有解答以及数值算例的对比，验证了并行化方法及程序的正确性。
　　（2）在上述并行算法的基础上，结合非线性同伦方法，提出了地下水流动、地面沉降参数反演分析的同伦优化算法。在验证反演方法正确性的基础上，分析了算法的稳定性，结果表明，同伦参数并行反演算法具有大范围收敛、收敛速度快等特点，且不依赖于待求参数初始值的选取。另外，针对地面沉降灾害具有的地层变形长期发展问题，在参数反演基础上，实现了土体黏弹性流变模型的识别。
　　（3）在计算效率方面，对不同条件下（级数项数、层元数以及时间步等）的并行计算效率进行了探讨，研究表明，并行方法可以有效提高计算效率，较串行方法具有明显优势。在正演及反演计算中，不同计算条件下并行化有限层方法都可以有效提高运算效率。