随着地质工程日益增多如核废料地质处置、煤炭石油开采、CO2地质封存、隧道开凿等，基岩裂隙水溶质与热量运移研究越来越引起水文地质界的关注。然而由于强烈的非均质性，基岩裂隙水流和溶质运移机理至今尚未完全清楚，而其量化是挑战性的难题。单裂隙是裂隙系统的基本单元，单裂隙水运移研究是自然裂隙运移规律研究的基础。本文在总结国内外相关研究成果的基础上，采用了未经过人工改造的自然裂隙，设计制作了单裂隙模型，进行系统的溶质及热量运移试验，利用对流弥散方程（ADE）模型和随机步长时间游走模型（CTRW）中的TPL模型对溶质运移的穿透曲线（BTC）进行了拟合，对试验结果进行了分析，得出主要结论如下：（1）水流试验中水力梯度和流速呈非线性关系，可以用Forchheimer公式来表示，并且它比传统的Darcy定律拟合效果好。（2）单个裂隙溶质运移穿透曲线存在明显的拖尾现象，可能是由于裂隙开启度分布不均以及裂隙面对溶质的吸附作用等原因所致。（3）使用传统的ADE模型和TPL模型分别对溶质运移行为进行了模拟，结果显示：TPL模拟的拟合度更高，更符合实际测量数据的变化趋势。（4）根据温度传感器检测发现，水流流经裂隙时，和靠近裂隙面的岩块部分有热量交换，并且变化的温度值随着流速的减小而增大，可以根据岩块不同部位温度变化的高低判断裂隙内部隙宽的分布情况。