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地下水渗流是岩土工程领域的经典问题之一。在过去的几十年中，我国城市地下空间不断开发利用，对地下工程建设提出了挑战。当涉及到地下水系统时，含水层空间分布不均匀的特性更会威胁工程安全并且提高建设难度。在各含水层水力联通条件下，基坑降水过程往往会伴随着基坑外地面沉降的产生，其主要原因为对现有场地水文地质条件认识不足，即使后期开启回灌井，其控制效果也不明显。目前，工程使用的水文参数识别方法主要以室内试验测定或基于现场抽水试验的图解法为主。然而基于该方法计算得到的水文参数往往不能反映场地的真实特征，这也表明了此类水文参数识别方法的不足。本文采用现场试验、最优化算法、数值模拟及机器学习等方法对地下水水文参数的识别方法及回灌沉降控制方法展开了系统研究，主要内容如下：
(1)通过联合遗传算法和列文伯格-马夸尔特算法，提出了GALMA混合算法。该算法耦合Neuman-Witherspoon和Hantush-Jacob模型可用于越流含水层水文参数反演计算。通过现场抽水试验数据验证可知，相较于其它算法，该算法能够利用复杂的解析解模型对越流含水层水文参数进行识别，同时具有不受初始值干扰和参数精度较高的特点。
(2)通过联合元启发算法与机器学习算法，提出了AHBRO算法。该算法耦合数值模型可用于多含水层系统条件下的水文参数反演计算。通过多组现场抽水试验数据对该算法性能进行了验证。结果表明，该算法识别得到参数精度较高，且利用反演参数得到的水位预测值与实测值较为吻合。与其他方法相比，该算法能够在保证高识别精度的条件下大幅减少计算资源的浪费。
(3)通过对天津市水位、地表沉降长期监测数据研究，研究了各含水层组地下水位与地表沉降时空分布关系，并发现深层含水层的地下水开采是该地区沉降长期发展的主要原因，二者相关性较强。同时，受地下水开采强度以及补给能力影响，不同深度土体应力历史条件不同。
(4)利用水文参数反演算法进一步分析了抽水及回灌过程中土体参数的变化以及不同抽水、回灌顺序土体变形分布规律。研究表明，由于土体压缩和回弹模量的不同，相对于抽水过程，水位抬升过程中土体释水系数较小，利用抽水试验结果会低估其水位抬升效果。同时，土体弹塑性的应力应变特征还会导致不同抽水、回灌顺序下土体变形不同，不可恢复变形随回灌前抽水时间显著增加。
(1)通过联合遗传算法和列文伯格-马夸尔特算法，提出了GALMA混合算法。该算法耦合Neuman-Witherspoon和Hantush-Jacob模型可用于越流含水层水文参数反演计算。通过现场抽水试验数据验证可知，相较于其它算法，该算法能够利用复杂的解析解模型对越流含水层水文参数进行识别，同时具有不受初始值干扰和参数精度较高的特点。
(2)通过联合元启发算法与机器学习算法，提出了AHBRO算法。该算法耦合数值模型可用于多含水层系统条件下的水文参数反演计算。通过多组现场抽水试验数据对该算法性能进行了验证。结果表明，该算法识别得到参数精度较高，且利用反演参数得到的水位预测值与实测值较为吻合。与其他方法相比，该算法能够在保证高识别精度的条件下大幅减少计算资源的浪费。
(3)通过对天津市水位、地表沉降长期监测数据研究，研究了各含水层组地下水位与地表沉降时空分布关系，并发现深层含水层的地下水开采是该地区沉降长期发展的主要原因，二者相关性较强。同时，受地下水开采强度以及补给能力影响，不同深度土体应力历史条件不同。
(4)利用水文参数反演算法进一步分析了抽水及回灌过程中土体参数的变化以及不同抽水、回灌顺序土体变形分布规律。研究表明，由于土体压缩和回弹模量的不同，相对于抽水过程，水位抬升过程中土体释水系数较小，利用抽水试验结果会低估其水位抬升效果。同时，土体弹塑性的应力应变特征还会导致不同抽水、回灌顺序下土体变形不同，不可恢复变形随回灌前抽水时间显著增加。