地下水源热泵技术作为一项低温地热资源可持续利用的技术方法，近年来已得到广泛应用。论文应用地下水渗流和热传递的基础理论，建立了热突破和地下水流动对温度场影响的解析模型，分析了地下水抽、灌过程中生产井发生热突破事件所需时间与相关影响因素之间的关系；讨论了不同的地下水流速条件下热传导和热对流对地温场演化的影响。 在此基础上，建立地下水流与热传递耦合数学模型，应用HST3D有限差模拟软件，对单井抽灌模式下水文地质参数、井结构参数、抽灌量和地下水天然流场等因素对地温场的影响进行了定量模拟，并给出理论解释。单井系统模拟结果表明：当含水层供水、回灌能力均能满足工程的单井水量设计要求时，均质含水层渗透率和孔隙度的差异对抽水段温度的影响较小；当抽、灌段之间存在一弱透水夹层时，弱透水层越厚、渗透率越低，抽水段发生热突破的时间越长，温度变幅越小；其它条件相同时，随含水层厚度的增大、抽灌量的减小、抽水段与回灌段过滤器间距的增加以及地下水天然流速的增加，抽水段的温度变幅呈不同程度的减小趋势；当含水层厚度一定时，抽、灌段过滤器长度的增加及过滤器间距的缩小，抽水段温度变幅不断增加。 根据单井模拟结果，选取对地温场演化影响显著的参数进行对井采能模式的研究，结果表明：随着含水层厚度、井对距离和抽、灌井过滤器长度的增加，抽水井的温度变幅呈减小趋势；若含水层中存在弱透水夹层，在弱透水层下部和上部分别进行抽水和回灌，抽水井温度变幅显著减小；增加地下水抽灌量会导致抽水井的温度变幅增大；随着地下水天然流速的增加，抽水井的温度变幅呈减小趋势。在相同的地下水天然流速下，若地下水的流向沿抽水井指向回灌井，抽水井温度变幅比地下水流向垂直于井对连线方向时要小。 基于单、对井模式的模拟研究，选择北京某工程实例进行模型应用研究。通过建立概念模型和数学模型，反演含水层的水文地质和热物理参数，并对未来5年的温度场演化进行预测，结果表明：所建立的模型能较好地刻画研究区的水文地质条件和岩层物性特征；含水层中温度变化较为显著，含水层渗透性越好，温度锋面的运移速度越快，温度影响半径越大；相对而言，粘土层中温度变幅较小，温度变化存在明显的滞后现象；按照现状强度进行地下含水层采能，抽水井温度在未来5年呈上升趋势，总上升幅度约0.7℃。上述研究结果为该工程的科学管理提供可靠依据。