一个高效节能环保的地下水源热泵系统的设计与地下土壤的热渗换热的研究密不可分。目前在国内关于抽灌井区的温度场模拟方面还处于起步阶段,在研究热贯通发生时间及其影响因素之间的关系方面还很少。因此,为有效利用地下热能资源,本文结合地下水源热泵取注水情况,研究不同地质条件下含水层的渗流换热特性,讨论地下水源热泵系统的建设和优化。本文通过构建地下水渗流数学模型和热量运移的数学模型,分析抽灌流动下含水层多孔介质特性对地下水取水换热特性的影响。基于COMSOL软件模拟不同情况下含水层温度场的分布情况,并探讨地下水源热泵系统的优化运行模式的作用效果,并提出和验证了“大温差小流量”运行管理模式能够明显提高系统的取水换热能力。不同渗透系数的砂土介质对含水层渗流换热能力影响较大。渗透系数大于20m/d的砂土的不同渗透系数值对渗流换热影响十分明显。尤其当水力坡度较大时,不同渗透系数的砂土对渗流场和温度场的影响较大。因此,在实际勘察中,对于粒径较大砂土,需要具体测定其渗透系数大小以评价含水层的渗流换热能力。而对于渗透系数小于5m/s的砂土,如细砂或粒径更小的砂土类型,可通过查阅资料并取该类型砂土渗透系数的平均值来估计含水层渗流换热能力,而不需要通过实验来测量其准确的渗透系数值。该研究结论可辅助工程应用中对含水层渗流换热能力的评估。另外,为解决地下水源热泵在开发建设后效率不高的问题,本研究模拟验证了“大温差小流量”运行管理模式对提高系统取水换热的重要性。“大温差小流量”的运行管理模式不仅减小水泵运行的压力,还能够有效避免热贯通现象的发生。并且该运行管理模式也能够有效弥补在地区性含水层渗透系数较小和水量不足的问题,在传统地下水源热泵的优化改造中,可以优先考虑通过调整为“大温差小流量”的运行模式来优化系统。