阿拉善西部的主要地貌特征是广阔的巴丹吉林沙漠及其周边的花岗岩山区,以往的水文地质研究程度较低。巴丹吉林沙漠内不发育地表径流,湖泊的形成和演化主要受地下水的控制。前人没有调查清楚沙漠地下水的流场特征。周边山区、平原与沙漠之间的补给排泄关系,以及沙漠与祁连山、青藏高原之间是否存在水量交换等问题存在很大争议。本研究把沙漠内部最新的勘探数据与前人调查资料结合起来,以解决阿拉善西部的3个关键水文地质问题。结果表明巴丹吉林沙漠是一个半封闭式的地下水盆地,发育良好的孔隙和裂隙含水层,厚度分别普遍达到100 m和500 m以上。孔隙含水层渗透性能好,为地下水流动提供良好的场所,并且与大气联通而直接参与降水入渗和蒸发等活动,因此其对浅层地下水流场的控制作用是确定性的。裂隙含水层虽然渗透性能较弱,但有巨厚的发育,有一定的导水意义。众多断裂切割了裂隙含水层,除了盆地边缘断裂如雅布赖山断裂、北大山断裂、宗乃山断裂外,其余断裂均具备导水条件,但根据断裂发育特征,断裂导水的行为是局部的、不连续的。总体上,地层对地下水流场起控制作用,断裂产生局部的影响。前人在进行导水断裂的推测时对断裂发育位置的判断存在较大误差。通过野外实测、卫星影像和搜集资料,获取了400多个浅层地下水位控制点。基于2012~2014年的实测水位点,利用三角网格法计算了地下水流向和水力梯度,地下水的水力梯度介于0.6‰与12.9‰之间,东边水力梯度大,西边水力梯度小,地下水自东南向西北流;基于所有浅层水位控制点,绘制了地下水一级近似等水位线图,研究区可划分为2个相对独立的地下水系统:宗乃山地下水系统和北大山-雅布赖山地下水系统。沙漠东南部湖泊群、树贵-因格井地区、古日乃湖以及拐子湖成为地下水局部排泄区。基于地下水数值模拟,分别从湖泊群和单个湖泊的角度分析了湖泊蒸发对地下水造成的影响。湖泊群周围的地下水有向湖泊群汇集的趋势,但宏观上自东南向西北流的趋势并未改变,湖泊群的蒸发使地下水在径流过程中水力梯度逐渐减小。在湖泊群所在区域,湖面蒸发量与无湖洼地的地下水蒸散发量相当。每个湖泊成为周围地区内的地形最低点,汇集周围沙山分水岭内的地下水,水力梯度由分水岭向湖泊边缘逐渐变大,并接受区域侧向径流转化的越流补给。前人抽水试验中用“影响半径”模型解释单位涌水量的做法存在不合理性。本文推导了单位涌水量在不同抽水条件下的动力学解译模型,提出了由1/q~Q曲线判断抽水试验状态并根据推导的模型反求渗透系数的方法。该方法应用于分析雅布赖山及山前盆地的Y1~Y10孔的抽水试验,计算出了更加合理的渗透系数。实测了沙漠内部湖泊的蒸发量和降水量,用于进行水均衡分析。综合考虑了区域构造线主方向、渗透系数垂向衰减以及多层结构含水介质对渗透系数的影响,建立了巴丹吉林沙漠区域地下水流模型。针对主要参数的不确定性,按补给和排泄条件的优劣建立了3种情景分别进行模拟。模拟结果显示,巴丹吉林沙漠的湖泊群蒸发能够在阿拉善西部内部解决,即补给量与排泄量平衡,既不依赖于西部边界或东部边界,也不依赖断裂导水的补给。