中深层地热水供热系统是一种新兴的可再生资源供热技术,准确分析供回水井周围中深层地热水系统取热层中的速度场和温度场扰动对供回水井能量的有效利用具有重要影响。在深入分析含水中深层地热水系统取热层导热机理基础上,提出了模型假设及限定条件,建立了地热水系统导热数学模型,即水热耦合模型。分析了渗速度场与温度场关系。提出并计算了影响中深层地热水供热工作效率的热突破参数。分析总结了地下渗速度场对热突破的影响规律。分析了水文地质参数、抽水井和回灌井之间的距离、热负荷、天然水力坡度等因素对热突破的影响。结果表明,在水文地质参数中,渗流速度对于热突破现象影响很小,但随着岩土密实度和中深层地热水系统取热层厚度的减小,热突破现象逐渐恶化。确定了地下中深层地热水供热抽灌井间的水平距离和布置方式。基于理论研究成果对热突破发生时间进行了分析求解。抽水井和回灌井之间的距离大,能够抑制热突破现象;大的抽地下热水位移量和大的抽水井和回灌井温度变化会加快热突破进程,加大热突破影响。研究结果表明:抽灌抽水井和回灌井之间的距离一般宜控制在60m～200m;考虑到抽灌过程的轮换运行,不宜将抽灌井布置在与水力坡度平行的方向上。研究分析了不同置井方式与周期对中深层地热水供热系统的影响。从回灌井布置方式、抽灌井温度变化、热突破程度等方面探讨了对取热井(群)和回灌井(群)中深层地热水系统取热层温度场的扰动和影响,提出了以抽灌井间温度和热突破特性作为中深层地热水供热系统运行可靠性的主要评价指标。指导设计了中深层地热水供热工程适宜的抽灌井布置形式和地热水系统运行方式,并对建立的理论模型进行了初步验证。结果表明,所建立的水热耦合模型能够描述中深层地热水及温度场基本特征。上述研究成果,对既有工程优化和新建工程设计施工具有指导意义。