河流和地下水之间存在着密切的水力联系和频繁的转化关系。近年来,工农业的飞速发展,使得对水资源的需求不断增加,由于过度的开采以及受自然因素的影响,河流与地下水之间的转化关系趋于复杂,引起水循环的变化,诱发了一系列生态环境负效应,如区域超采漏斗扩展、海(咸)水入侵、地下水污染、植被退化、土地沙漠化、河流枯竭等,使水资源及生态问题突显。其中河流与地下水关系及其演化是河流与地下水相互作用中重要问题之一,是属于河流维持机理与地下水可再生能力的基础研究内容。在供水水源地中,往往都采用傍河取水。而河流补给地下水是傍河取水的重要来源。由于野外条件复杂不易操作,因此采用理论分析、室内实验及数值仿真模拟相结合,运用渗流理论、土壤水动力学、多孔介质理论、数值分析等多学科交叉的方法,对河流与地下水关系演化进行研究。分析河流与地下水关系演化的影响因素,对河流与地下水由具有统一浸润曲线向河流与地下水“脱节”的演化过程做数值仿真模拟,探讨河流与地下水关系演化的规律。通过研究获得了以下结果:(1)河流与地下水关系演化的动力学过程河流与地下水由具有统一浸润曲线向脱节方向演化时,潜水面逐渐向河流内侧凹陷,最终河流与地下水脱节。脱节后河床下存在悬挂饱水带。在地下潜水与悬挂饱水带之间是包气带,随着排泄水位的降低,包气带范围越来越大。形成了河流-悬挂饱水带-包气带—饱水带的水流系统。(2)河流与地下水关系演化的数值模拟基于饱和—非饱和流理论建立了河流与地下水系统的数学模型,采用GMS中的SEEP2D模块模拟河流与地下水关系演化的动力学过程,模拟结果与实测结果吻合较好,再现了室内物理实验的现象与规律,能正确反应两者的演化过程。(3)河流与地下水关系演化的影响因素影响河流与地下水关系演化的因素较多,本文结合室内实验,利用数值模拟,主要研究了河床形状、河水位、排泄水位、河床下有弱透水层以及含水层内有夹层时,河流—地下水关系演化的影响。以上研究为评价沿河地段地下水资源及可持续利用和生态环境保护提供了科学依据。