随着城市化进程加快、人口数量剧增，北京市水资源紧缺问题日益突出。为满足用水需求，北京市对地下水的开采力度不断加大，导致地下水超采现象越来越严重。在南水北调中线工程将于2014年开始每年向京调水10×108m3的背景下，北京市的供水结构将迎来新变化，也为通过地下水回灌等措施来恢复北京市的地下水水位提供了可能。但是，南水北调来水过程与北京市消纳吸收能力的匹配情况，适宜的回灌地点、回灌形式、回灌效果等问题，尚需要开展相应的研究，也是本文的主要研究内容。本文对北京市平原区的水文地质特征作了详细阐述，通过对地质结构、含水层结构和边界条件的概化，利用地下水数值模拟软件FEFLOW建立了研究区域的三维潜水含水层地下水水流数值模型。利用1992年的地下水水文数据对模型进行了率定，确定了模型中的各项水文地质参数，利用2000年的地下水水文数据对模型进行了验证，模拟得到的潜水水位与实测值拟合较好。根据对北京市未来水资源供需量、地下水开采形势的分析预测，拟定了不同水平年下27种地下水回灌情景方案，利用水流数值模型对各方案进行水流模拟。在水量模拟分析基础上，建立溶质运移模型，进行典型方案的水质情景模拟。研究结果表明，在不超过回灌能力的情况下，各地下水水库的地下水回灌量越大，回灌影响面积越广、水位上升越高；永定河地下水库处的回灌对平原区地下水位的恢复效果最好；在丰水年、平水年和枯水年条件下的各回灌方案中分别分析得到三种回灌效果较好的方案，模拟得到2023年末潜水地下水相对无回灌的情况，最高水位分别提高了24.65m、29.79m和23.63m，最低水位分别提高了7.26m、5.47m和5.38m。典型回灌方案的水质模拟中，在无其他严重外来水质污染源的情况下，不考虑地下水中的吸附和生物降解作用，地下水回灌水质在一年内将对回灌处周围约58km2以内的潜水地下水产生影响；回灌水中的TDS和硝酸盐氮浓度会随地下水系统中的运移，通过对流扩散、水动力弥散作用逐渐降低，总硬度也会随着地下水系统中的运移降低临近区域的相应浓度。