本论文以巴丹吉林沙漠东南部湖泊与地下水为研究对象,以地下水系统和水循环理论为指导,以大量野外调查、监测和采样化验数据为依据,主要结论如下:(1)代表性湖泊与地下水动态特征分析表明,沙漠区地下水在地形高差重力驱动下总体由南东向北西方向径流。湖泊主要接受地下水补给,是局部地下水流系统的最低排泄点,湖泊群未改变区域地下水流动方向。蒸发是影响水位变化的主控因素,降水对湖泊和地下水的补给具有滞后效应。(2)应用数理统计、系统聚类分析、差值分析、Piper三线图示等多方法研究地下水与湖泊水化学特征及空间分布变化规律。结果显示:各种水体水化学性质差异较大,北大山和雅布赖山分布的基岩裂隙水或碎屑岩孔隙裂隙水矿化度较高;沿山前冲沟分布的第四系松散砂砾层孔隙潜水矿化度较低;沙漠区内地下水总体上矿化度较低,水质较好。湖泊由东南向西北方向含盐量呈增大趋势。(3)应用Gibbs图和离子相关关系,探讨了地下水化学的形成演化机制。研究区浅层地下水化学形成以强烈的蒸发浓缩为主控作用,其次是岩石风化溶滤作用;深井水和上升泉主要受岩石风化溶滤作用。地下水总体由岩石风化型向蒸发浓缩型演化。地下水中溶滤矿物主要是岩盐和芒硝,而硅铝酸盐矿物、方解石、白云石和石膏等的溶滤较少,且普遍存在阳离子交换作用。(4)地下水与湖泊中氢氧稳定同位素和放射性同位素氚含量分布特征分析指示。沙漠区潜水蒸发线和湖水蒸发线均偏离当地大气降水线,反映蒸发产生同位素动力分馏效应使重同位素富集。沙漠潜水蒸发线左下方与大气降水线相交位置和外围沿沟谷分布的地下水样点相接近,证明沙漠区地下水与外围这部分潜水有同源性。沙漠外围地下水中氚含量普遍较高,主要来源于大气降水补给;沙漠区内地下水氚含量普遍较低,为地下水从补给区到排泄区径流时间较长所致。而沙漠区腹地部分潜水中氚含量较高,表明大气降水对当地地下水也产生了补给。(5)推测沙漠区地下水的主要补给来源为外围山区春季结冰融化的泉水和夏季短时强降水汇集形成的洪流,沿沟谷河道至沙漠边缘的快速径流入渗;沙漠区当地降水也对地下水有补给效应。