渗流井取水工程是借助天然河床表面覆盖的砂砾石层和滤膜的净化作用，将地表河水转化为地下水，以获得水资源的工程[1]。与传统的管井、廊道、辐射井等取水建筑物相比，渗流井具有出水量大、水质好、供水成本低廉、易于管理和对环境影响较小等优点。基于这些优点，近年来渗流井取水工程作为供水水源地的开采方式受到越来越广泛的关注，尤其在陕北等干旱半干旱地区，受当地气候以及水文地质条件的影响，渗流井相对于其他取水工程有着显著的优势。现有渗流井计算模型只适用于饱和渗流场，不适用于非饱和渗流。当抽水量大于河流的入渗补给量时，河水位与地下水位产生脱节，河水以淋滤形式渗漏补给地下水，河床底部处于非饱和带，形成饱和非饱和流同时存在的渗流场，在这种情况下，忽视非饱和渗流的存在是不合理的。本文依托国家自然科学基金项目(40972154)“非管井集水建筑物取水机理的物理模拟及计算模型研究”，采用渗流砂槽模拟渗流井取水的物理过程，针对大降深条件下可能出现非饱和渗流的情况，建立渗流井取水的“变饱和渗流管流耦合模型”，对砂槽物理模拟试验的结果进行数值模拟。采用渗流砂槽、渗流井缩微模型、水循环系统和数据测量系统等装置，对本次试验中3种不同竖井降深、2种不同渗漏补给能力河流下渗流井的取水效果进行了模拟，观测并记录每种方案下的渗流井出水量、竖井降深以及渗流砂槽内观测孔对应点的水位降深值。为了研究试验中“含水层”介质的渗透性能，分别采用颗粒分析法和竖管法两种试验方法测定试验用砂的渗透系数，对比分析两种方法的计算结果，为试验结束后模型建立过程中参数的确定提供参考。采用砂芯漏斗法测定了试验用砂的土壤水分特征曲线，确定了“变饱和渗流-管流耦合模型”中的参数值。通过对比各方案试验结果，可得出以下结论：在其他条件不变的情况下，随着竖井内降深的增加，渗流井的出水量随之增大；在其他取水条件相同时，河流的渗漏补给能力越强渗流井的出水量越大；渗流井大降深条件下取水引起非饱和渗流时，渗流井出水总量依然随竖井内降深增加而增大，但单位降深出水量明显减小。依据砂槽物理模拟试验各装置的实际规格，研究区域为整个渗流砂槽，以三维有限差分网格为基础，以井管与含水层之间水量的交换量为耦合点，建立“变饱和渗流-管流耦合模型”，对各试验方案下渗流井的出水量进行计算。数值模拟结果显示模型计算结果与试验实测结果拟合非常好，对砂槽内部渗流场特征的刻画与实测渗流场特征一致，说明所建数值模型是有效、可靠的。利用模型对不同竖井降深下渗流井的出水量进行计算，分别绘制流量-降深曲线图以及各模拟方案的平面、剖面降深等值线图，得出以下结论：河流与地下水脱节临界点的竖井降深为33.685cm；河流与地下水脱节后，模型中疏干单元由中心向四周、自上而下随着竖井降深的增加不断增多。