地下水源热泵技术可以有效利用浅层深度中具有相对稳定温度的地下水作为低品位热能,因其清洁环保的特点而被广泛应用。抽回灌过程中含水层存在复杂多变的热量运移情况,含水层水动力场变化会引起含水层地下温度场的变化。含水层水动力场是由孔隙水天然流动产生的水动力场和抽回灌过程所引起的水动力场的叠加场,因此孔隙水天然流动会对含水层地下温度场的演变产生不可忽略的影响。尽管目前国内外学者对影响叠加动力场的因素进行了广泛研究,但基于分析不同情况下的孔隙水天然流动时对地下温度场的影响,并据此提出抽回灌井结构特性设计优化的研究工作还不多见,尤其是基于此的对于井群结构特性设计优化的研究很少,因此有必要对考虑孔隙水天然流动时对地下水源热泵渗滤取水换热特性的影响进行更加深入的研究。本文通过理论分析、数值模拟和计算分析的方式,基于达西定律和多孔介质传热理论建立水-热耦合模型,采用COMSOL Multiphysics有限元模拟软件对考虑孔隙水天然流动时地下水源热泵渗滤取水换热特性进行分析,研究孔隙水流向、天然流速、多孔介质物性参数对含水层地下温度场的影响,以热贯通发生的时间、热扩散程度和换热量作为衡量系统渗滤取水换热特性的标准,并从井径、抽回灌井间距、抽回灌井布局模式三个抽灌井群结构特性设计方面进行优化分析,进一步完善地下水源热泵在实际工程应用中的理论基础。通过分析孔隙水在三种不同流向（顺流、逆流和交叉流）下对取水换热特性的影响,得出就运行末期抽水井处平均温度降幅来说,逆流流向为顺流流向的0.32%,为交叉流流向的6.67%;与理想无热量损失条件下的换热量相比,顺流、交叉流和逆流提取换热量的热损失率分别为63.4%、3%和0.05%。因此在实际工程中,优先选择逆流流向的井群布置方式,将抽水井布置于回灌井上游侧。通过分析孔隙水在五种天然流速下对取水换热特性的影响,得出顺流流向随着孔隙水天然流速增大,热贯通发生时间提前,热量损失增大;逆流流向随着孔隙水天然流速增大,抽水井处平均温度发生变化的时间延迟,当天然流速达到4×10-6m/s时抽水井处温度不受回灌水的影响;交叉流流向在v=8×10-7m/s时发生热贯通,随着天然流速增大热量损失大体趋势随之减小,但回灌水向抽水井处运移过程较为复杂,不可一概而全。通过控制变量法分析多孔介质物性参数对取水换热特性的影响,得出k=70m/d时,提取的换热量分别为k=7m/d、k=15m/d和k=35m/d时的1.12、1.07和1.02倍,渗透系数越大,越有利于地下水源热泵取水换热;M=40m时,提取的换热量分别为M=15m、M=20m和M=30m时的1.26、1.15和1.02倍,含水层越厚,越有利于地下水源热泵取水换热;导热系数和孔隙率的变化对地下水源热泵取水换热特性几乎没有影响。为更好的优化处于平缓水力坡度的孔隙水在粗砂砾含水层中的天然流动为水文地质条件下的地下水源热泵系统设计方案,分析得出在涉及抽回灌井数量较多的大规模地下水源热泵项目应用中,可以通过增大井径尺寸、根据场地条件合理增大抽回灌井间距和采用抽回灌井错位布局的方式提高换热量。