本文的核心内容是研究广州城区地下空间开发对地下水环境影响。围绕这个核心内容，开展以下四个方面的工作。 1.针对城区渗流场特性的有限元计算方法研究。城区渗流场除了具有一般区域性渗流场计算范围大的特点之外，还具有阻水结构多、透水缝隙多，悬挂结构多和奇异角点多的特点。这些特点导致流场的大区域与阻水结构的小尺寸之间存在剧烈的矛盾，使得城区渗流场分析具有明显的跨尺度性。为了克服上述矛盾，针对城区渗流场的特点，提出4种方法，这些方法旨在不失精度情况下，用尽量少的网格实现城区渗流场的模拟。 引入修正的线单元对阻水结构间的缝隙进行模拟。根据缝隙流动的解析解，利用阻力系数法结合渗流场中井点计算的水头修正方法，得到修正线单元公式。修正线单元的应用，将流场中小块体合并成大块体进行计算，避免了大区域性渗流场中小尺寸缝隙的网格划分问题。 引入无厚度界面接触单元对悬挂式阻水结构进行模拟。根据二维状态下截面突变流道流动的解析解，利用阻力系数法，推导了接触单元的导水矩阵。无厚度的界面接触单元在水平面有限元中的应用，考虑了悬挂式阻水结构周边竖向绕流产生的局部水头损失，将三维问题简化为二维问题进行处理，弥补水平面有限元的缺点，为用水平面准三维有限元分析含有悬挂式阻水结构的大区域渗流问题，提供了有效的手段。 引入奇异点子结构法对阻水结构的奇异角点进行处理。综合无限相似单元法和子结构的优点，对奇异角点区域进行相似加密和逐层凝聚，得到奇异点子结构法的等效导水矩阵。奇异点子结构法的应用，在提高计算精度的同时避免了大区域流场中奇异角点的网格划分问题。 引入大单元对渗流场的远场进行模拟。利用子结构法，得到大单元单位过水厚度的导水矩阵，同时在大单元内部引入控制节点，以适应大单元内部地层各种不均匀的变化，提高计算精度。大单元的应用，简化了计算，方便了城区渗流场的管理。 2.城区区域性渗流跨尺度有限元分析系统研究。结合上述简化计算方法，基于水平面准三维有限元，编制了城区渗流场跨尺度计算有限元分析程序UGAS。 在程序UGAS中，将城区渗流场看成多层区域性含水系统，忽略了强透水层的竖向流动渗流和弱透水层的水平向渗流，利用三角形单元模拟强透水层，越流单元模拟弱透水层，将覆盖层作为边界条件进行模拟，运用有效的迭代技术，实现了多层区域渗流场稳定和非稳定的分析计算。同时，为实现跨尺度计算，在程序UGAS中根据距离关注区域的远近和精度要求不同，在整体上将城区渗流场的计算分为局部尺度、区域尺度和跨区域尺度等三种不同的计算尺度。在局部尺度上，利用奇异点子结构法对阻水结构的奇异角点进行处理。在区域尺度上，用修正的线单元方法对结构物间的缝隙进行模拟，同时利用界面接触单元的方法对悬挂式结构体进行处理。在跨区域计算尺度上，应用大单元对小区域进行等效处理。这三种尺度可以同时并存，也可以互相转化。 UGAS中的网格划分实现，利用了一种基于Delaunay准则任意平面域三角形自适应网格的划分算法，并将上述算法推广至三维空间。算法在实现了内节点的生成与网格划分同步进行，避免了搜寻包含三角形的过程，提高了效率，使的它时间复杂度接近线性。另外，应用Sloan算法对节点编号进行优化，提高求解效率。 3.广州城区渗流场地层计算参数确定以及地下结构物分布调查和简化。应用克立格方法对研究区域内的地表高程、覆盖层项面高程、当前地下水位、岩面高程和渗透系数等5个区域化变量进行插值，并对插值结果进行交叉和子集验证，结果可信。选取流场中具有代表性的两个区域，调查其中结构物的布置和埋深；利用最小外接矩形对它们外形进行简化，并分析了这种简化对计算精度的影响。地层参数的插值和阻水结构物调查为评估地下空间开发对地下水环境的影响提供了合理的计算参数。 4.广州城区地下空间开发对地下水环境的影响分析。根据插值得到的土层参数，结合适当的边界，模拟了常状条件下的初始渗流场，并进行了相关的敏感性分析。把典型区域内的地下结构物加入到初始渗流场中，初步分析了现有地下结构物对地下水环境的影响。加密区域内的地下结构物，使结构物具有铺成片排成行的性质，预测和评估了这种成片成行的地下结构物对地下水环境的影响。最后提出了减少地下空间开发对地下水环境影响的措施。 初始渗流场模拟为评估广卅地下空间开发对地下水环境的影响提供参考依据。在广州北京路一带现有的地下结构物对地下水的影响不大；地下结构物加密后对地下水环境影响较大。在广州珠江新城一带内地下结构物对地下水的影响较大。当地下结构对地下水的影响较大时，可用土层置换法控制地下结构物对地下水的影响，它能有效地弥补由地下结构物的存在造成地层导水能力的降低。