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孔隙-洞(管道)介质体系地下水流和溶质运移问题在实际中广泛存在，如传统的井流问题可以看成本问题的一个特例，也可以将它看作孔隙-裂隙双重介质的一个特殊情况。
自从20世纪60年代以来，人们就开始了对多重介质系统地下水流及溶质运移问题进行探索性研究，在试验、理论和计算方法等方面的研究都取得了一定的进展。直到现在，孔隙-裂隙-溶洞(管道)多重介质系统地下水流及溶质运移问题数值模拟研究也一直是地下水科学及其环境问题研究的热点和难点问题，经过国内外许多学者的努力，关于多重介质体系地下水流数值模拟取得重要进展，例如等效渗透系数模型、渗流-管流耦合模型等的提出，为多重介质地下水流数值模拟计算提供了重要技术方法。但是，等效渗透系数法和渗流一管流耦合模型法，在地下水流动问题数值模拟计算时，可以取得比较好的效果，这种方法求出的往往是多重介质的平均速度，而进行地下水溶质运移数值模拟研究时，这种平均速度场就不能客观反应溶质运移过程中由于速度不均匀引起的指进状特征。
本文在分析评述孔隙、裂隙和溶洞非均质介质系统地下水溶质运移研究现状的基础上，从物理模型试验、数学模型和数值模拟方法等方面探索性地研究了孔隙-洞(管道)双重介质系统地下水流及溶质运移特征规律以及数值模拟反求参数等问题。论文主要研究内容及结论有：
(1)首先论述了论文选题背景和研究的目的意义，接着综述了多重介质系统地下水流及溶质迁移模拟的国内外研究动态，并总结了多重介质体系水流与溶质运移研究中存在的主要问题以及未来的发展趋势，文献调查发现，孔隙-洞双重介质体系地下水数值模拟研究中所采用的等效系数和渗流-管流模型在实际应用中采用了相同处理方法，对于管流问题，由于孔隙-洞(管)系统中的管流与流体力学中的管流模型差别很大，因此，利用管流理论模型计算的管道渗透系数不能直接用于渗流-管流数值模拟，实际应用中，必须利用监测资料进行数值模拟反演。
(2)设计和研制了实验装置，进行了孔隙、孔隙-洞双重介质体系渗流实验。研究了孔隙-洞双重介质系统的等效渗透系数、管道渗透系数和孔隙介质渗透系数之间的关系；利用管道流理论公式对物理模型中管道流动系数进行了理论计算，并与物理试验结果进行对比。得到以下主要认识：
①洞(管)直径 d=3mm 与 d=6mm 两种情况下，平均渗透流速与水力梯度呈线性关系，即满足达西渗透原理；
②通过双重介质系统的等效渗透系数、管道渗透系数和松散孔隙介质渗透系数之间存在的关系：K<,等效>=K<,孔隙>·α<,孔隙>+K<,管道>·α<,管道>，计算得到的管道渗透系数为：d=3mm 管道介质渗透系数K<,管道>=12.8cm/s，d=6mm 管道介质渗透系数K<,管道>=51.0cm/s；与水温25℃时，层流条件下通过流体力学计算得到的d=3mm 渗透系数 K<,管道>=308cm/s，d=6mm 渗透系数 K<,管道>=1230cm/s相比小1—2个数量级。说明在实际应用中，孔隙-洞(管)双重介质地下水流及溶质运移数值模研究中，用流体力学中管流理论模型计算洞(管)渗透系数是存在很大误差的，后者是完全理想情况下的管道渗透系数，未考虑管道(管壁上有很多滤水孔)的表皮效应及其周围介质对其产生的影响。
(3)对孔隙-洞(管道)介质系统中的溶质运移物理试验研究。根据试验原理，设计了孔隙和单个管道中溶质运移试验，对两种不同管道直径的双重介质组合、不同浓度示踪剂溶液运移进行了试验，根据试验结果分析了孔隙．洞隙双重非均质介质系统中溶质运移规律。溶质运移试验结果表明：①有管道介质时，穿透曲线峰值较无管道时提前出现；②有管道介质时，穿透曲线为多峰曲线且不对称，无管道介质时，穿透曲线呈单峰曲线；③穿透曲线峰值随管道直径增加而降低；“峰值提前到达”是由于管道流的存在，地下水将会沿着阻力最小的路径运动，因此溶质在这些快速路径中的运移速度较平均速度快，从而穿透曲线的峰值出现提前到达现象。
(4)数值方法及计算机程序研究。推导了求解地下水流和溶质运移的三维多棱柱体均衡域上游加权有限差分方程，并用 Fortran77编写了相应的数值模拟程序。溶质运移模型采用上游加权有限差分法，该方法有利于消除过量和波动，但容易产生数值弥散，因此在数值模拟计算时，选用较小的时间步长。
(5)数值模拟应用研究。利用上述数值模拟方法研究了三种试验方案的示踪剂溶液运移规律。①无管道情况下，模拟砂柱中的流场规律及溶质NaCl溶液的运移规律；②管道位于砂柱正中间，管道直径d=3mm 情况下，模拟双重介质系统渗流场的分布规律及溶质 NaCl溶液的运移规律；该种情况又包括两种不同的情形：a．砂柱底端管道介质出水口关闭，只有一个出水口打开；b．砂柱底端管道介质及孔隙介质出水口同时打开；③管道位于砂柱正中间，管道直径d=6mm 情况下，模拟双重介质系统渗流场的分布规律及溶质NaCl溶液的运移规律；该条件下也包括②的两种情况。试验的模拟结果表明采用该方法求解溶质运移问题是可行的。
(6)在一定的概化条件下导出了几种特殊情形下的孔隙-缝隙、孔隙-洞隙介质系统的解析解。得出结论：①洞隙或缝隙的几何形状对浓度分布具有重要影响。②水平放置的洞隙与地下水流速方向一致时，其高浓度分布主要沿着洞隙方向；如果洞隙方向与流速方向垂直，则在洞隙下方的相同位置，其浓度比平行方向的浓度低。③流体速度对浓度分布有重要的影响。在自然条件下，由浓度梯度引起的溶质通量比由于对流作用引起的溶质通量小，在瞬变流场中，流体速度高，则溶质迁移快，地下水中某种物质浓度降低迅速。