传统水文地质学关注的是地下水本身的运动及其水文地球化学背景,对于地下水与地质环境中其它因素的动力学耦合行为,往往采取忽略或简化的办法进行处理。然而,与地下水有关的耦合过程在自然界普遍存在,且对于地质环境的塑造或起到关键的作用。其中,地下水流与空气流的耦合动力学过程、地下水流场与温度场的耦合,已经成为现代地下水动力学和地质环境领域的热点研究课题。与经典地下水动力学相比,耦合问题的理论描述一般具有较为复杂的数学形式,难以获得解析解,需要通过数值模拟的方法对特例进行观察。由于没有解析解来清楚明了的揭示不同要素之间的相互关系,人们对耦合问题的特征和规律往往并不十分清楚,对物理机理也不能得到清晰的认识。实际上在很多情况下地下水流场具有主控意义,而其它因素对地下水流场的反作用相对比较小,因此地下水流问题可以通过解耦的方法近似获取。这是经典地下水动力学所能立足的基础。只有在满足解耦条件的情况下,才能有效地应用经典地下水动力学。什么情况下可以解耦处理、什么情况下不能忽略耦合作用?这正是本论文试图要回答的问题。本论文主要围绕含水层地下水-空气流耦合问题,以及盆地中地下水流与热流的耦合问题开展研究,模拟分析这2类典型动力学问题的耦合特征及解耦条件。研究成果可以归纳为以下2点：(1)建立了包含少量无量纲参数的径向地下水流-空气流耦合模型,抓住了这一耦合问题最主要的控制因素,比前人的动力学描述更加简洁明了。通过对解耦条件下地下水位计算结果的误差分析,发现在一般情况下空气流对地下水流的影响很弱,具有比较宽松的解耦条件。然而,空气流对地下水流很敏感,解耦的地下水流计算结果并不能有效的解决空气流问题。(2)基于Comsol有限元模型研究了盆地尺度地下水流场与温度场的耦合特征,发现Domenico和Palciauskas(1973)关于单元盆地温度场的对称型解析解可能会产生显著误差,证明地下水的强对流作用可以显著破坏温差分布的对称性。通过对耦合解和解耦条件地下水头计算结果的误差分析,证明在一般情况下(平均大地热流)单元盆地的水-热耦合问题满足解耦条件,且解耦的地下水流场可有效的用于计算温度场的分布。这些研究结果加深了对水文地质过程中多相流耦合问题和水热耦合问题的机理认识,为地质工程和环境工程领域合理利用经典地下水动力学提供了理论指导。本论文研究的概念模型仍然采取了很多简化假设,结论因此也存在一定的局限性,有待于进一步扩展和完善。