地下水作为重要的供水水源和生态系统重要支撑，是维持水系统良性循环重要保障，对于经济和社会发展、安全供水保障具有十分重要的作用。中国是以地下水作为重要供水水源的国家之一，地下水维持全国近70％的人口饮用、40％的农田灌溉。地表污染物通过包气带进入地下水的入渗过程复杂，影响因素众多，而污染源下伏的地质介质类型、结构与特征是重要的控制因素。调查表明，裂隙介质及稍加溶蚀扩充的裂隙介质广泛存在于地壳浅层，成为主要的地下水渗透介质与包气带岩性类型之一。尤其在中国，裂隙水在整个地下水分布范围的比重超过50％。因此，正确理解裂隙或岩溶裂隙水渗流特征与规律，准确评价地下水可利用量，对地下水可持续利用与安全保障具有重要意义。同时，地下水污染对我国水资源的利用与饮用水安全必然带来严重问题，直接威胁公共健康，对生态系统会造成非常大的危害。　　在地表污染源至地下水潜水面的包气带，其岩性结构可有不同的组合。调查分析表明，上为松散孔隙介质、下为基岩裂隙介质的岩性结构为分布是较普遍的包气带复杂介质类型。其中，复杂多变的裂隙或岩溶裂隙地下水系统中的污染物迁移和转化特征较难定量描述，许多问题还需通过构建适宜的物理模型，通过模拟分析做进一步的研究。　　本论文针对孔隙-裂隙层状结构组成的复杂包气带的地下水渗流和污染问题，设计构建两个试验装置，开展复杂介质条件下降水及地表污染物垂向入渗与迁移的物理仿真模拟试验，研究不同介质条件下水分及溶质运移特征与规律，探讨不同上伏层状结构与下伏裂隙网络结构组合及几何参数变化对含水系统水动力场及溶质迁移的控制与影响，对下水资源可持续利用、正确评价地下水污染风险、构建地下水水质安全预测预警系统、制定合理有效的地下水保护与管理措施，都具有重要科学意义与实际应用价值。　　研究得到如下主要结论及创新点:　　(1)依据野外实际情况，通过合理概化，选取代表性的上为孔隙层下伏裂隙化介质包气带结构，设计构建出上层孔隙下层裂隙的复杂介质渗流试验装置和裂隙网络介质的溶质运移试验装置。试验表明模拟效果理想，模拟装置应用灵活与实用，进一步说明物理模型模拟法对裂隙化介质复杂的地下水渗流与溶质运移过程的研究与认识具有其优势及其可行性。　　(2)上层不同孔隙介质下层同一裂隙的复杂介质入渗过程同孔隙介质相似，入渗曲线符合Kostiakov入渗经验公式，上层孔隙介质导水能力越强，初始入渗率和稳定入渗率越大。上层同一孔隙介质下层不同裂隙结构的复杂介质入渗过程也符合Kostiakov入渗经验公式，当水分未到达孔隙-裂隙界面，各复杂介质的入渗过程相同，当水分到达孔隙-裂隙界面，入渗率因下层裂隙渗流能力不同出现分组，其中下层介质裂隙面数量少的复杂介质稳定入渗率相对小，下层介质裂隙面数量多的复杂介质稳定入渗率相对高。　　(3)上层同一孔隙介质下层不同裂隙介质的复杂介质界面不同位置水分变化主要与界面相邻裂隙数量、界面裂隙总数和裂隙结构内部裂隙数量有关。界面相邻裂隙数越多，界面越不易达到饱和，且达到饱和的时间与界面相邻裂隙数量成幂函数增加关系。总裂隙面条数与界面相邻裂隙条数的比值越大，界面平均饱和时间越短，进一步表明，界面相邻裂隙条数对界面水分变化起决定作用，而整个岩体其内部的导水能力对界面的影响相对小。　　(4)裂隙网络结构与几何参数对溶质在其中的运移具有控制作用，但不同几何参数其影响方式与程度不同。裂隙空隙率增加、裂隙面数量、裂隙密度越大，则溶质前锋到达的时间越晚，溶质浓度高峰到来需时越长，溶质穿透历时越久。这主要是裂隙空隙率及裂隙密度大小对于控制水和溶质运移与置换具有决定性作用，前者越大，水和溶质在整个网络中遍历运移与完全置换时间就越长，导致溶质浓度高峰到来需时越长。