华北平原深层地下水(承压水)长期处于严重超采状态,导致地下水资源枯竭、含水层给水能力降低和大面积地面沉降,直接威胁到该地区用水安全、粮食安全和重大工程设施安全。深层地下水开采很大一部分来自弱透水层压密释水,这部分变形是非弹性变形不可恢复,因此弱透水层压密释水量对于整个地下水资源量是一种永久性损失。同时,伴随地面沉降发生的是含水层系统水循环参数变化,土层压缩变形的发生会使孔隙度不断减小,渗透系数、释水系数随之减小,不同时期不同深度的土层压缩指数和释水系数都不相同。因此,厘清深层地下水开采与地面沉降的耦合关系,探究关键水循环参数变化规律与趋势,查明深层地下水储量和给水能力的变化,对华北平原地区地下水资源科学管理、开发与保护,减缓与地下水超采相关的地质环境问题具有重要意义。本文基于太沙基有效应力原理和含水层系统压缩释水原理,采用数学手段构建含水层系统释水系数和渗透系数变化的一维非线性压缩释水模型,以华北平原典型沉降区沧州为研究对象。模拟随深层地下水的开采,地面沉降开始发生,承压水头不断下降,引起的相关水循环参数变化规律以及地下水给水能力和储量变化,分析对地下水资源可持续利用的影响。本文主要研究内容与成果如下:(1)探究了地下水超采引发地面沉降带来的水循环参数非线性变化规律和给水能力的损失。分别以沧州沉降中心的承压水头变化和深层地下水开采量作为模型输入条件,模拟相关水循环参数的变化规律。模拟结果显示沧州沉降中心非弹性释水系数减小了39%,最高可减小77%,整个沧州地区非弹性释水系数损失量为0.005～0.032,造成沧州地区每下降1米承压水位可开采的深层地下水平均减少2.2亿m3。(2)探究了地下水超采引发地面沉降造成的深层地下水资源的永久性消耗量。模拟结果显示,1972-2015年期间,沧州沉降中心地区弱透水层非弹性释水量占单位总开采量比例由76%降低到35%,累计非弹性释水量占总开采量54%。根据沧州地区累计地下水开采量,估算出整个沧州地区地下水资源永久性消耗量为94.1亿m3,同时也是地下水库容的损失,相当于损失了两座密云水库的库容。(3)讨论了越流补给量的发生对深层地下水开采和地下水循环的影响。随着承压水位不断下降,含水层系统压缩释水量逐渐减小,而越流补给量对深层地下水开采量的贡献却逐渐增大,缓解了含水层系统压缩释水能力降低的危机,并且减缓了承压水位下降速率,但可能造成浅层咸水和污染物下移的负面影响。(4)分析了水循环参数变化、给水能力减低、深层地下水储量减小对沧州地下水资源管理和利用的影响。一方面水循环参数的动态变化改变了地下水循环的条件和环境,另一方面使用固定参数会影响地下水模拟计算的可靠性,给水能力降低和深层地下水储量的减少则影响沧州地区地下水安全保障能力。