我国中小型水库是城镇供水的主要途径,其中多数具有夏秋季水温分层的特性,但目前60%以上的水库受污染情况严重。即使最大限度地截断外源污染,当水体底部缺氧时,沉积物中的营养盐、重金属等也易过量释放并引发水环境问题。然而,现有的水体底部增氧措施易破坏水体天然的水温分层状态或搅动沉积物,可能给水体带来二次污染。因此,针对于中小型具有夏秋季水温分层型水库,在底部增氧的同时,保持其水温分层和表层沉积物的自然状态,对改善水质是必要的。通过大量文献调研发现,气泡羽流扩散系统和喷射高含氧水系统的增氧模式对提高水体溶解氧浓度效果显著,被广泛应用在实际工程当中。然而,曝气量、曝气管长度、气泡尺寸、气泡扩散面积、射流流量、射流角度等均可影响水体的混掺强度和沉积物再悬浮,而不可能通过物理模型试验或野外现场监测试验对这些因素一一排查比较。随着计算机性能的快速提升,构建数学模型,采用机理试验数据对其参数进行率定和验证后,开展多种组合下的情景工况预设计算,是科学研究中的一大方法。鉴于此,本论文采用精细流体动力学开源软件Open FOAM,构建了在中小型水库底层增氧的流场-温度场-溶解氧浓度场模型,进行了以下模拟分析:(1)模拟了气泡羽流扩散中,不同曝气量、曝气管长度和气泡直径对水体的影响规律,并对其增氧、沉积物再悬浮和水体分层情况进行了综合分析。(2)模拟了喷射高含氧水中,不同进水量、进水管长度、进水角度和进水溶解氧浓度对水体的影响规律。并对其增氧、沉积物再悬浮情况和水体分层情况进行了综合分析。(3)对比分析了两种增氧模式的优缺点。得到以下结论:气泡羽流扩散能在不搅动沉积物的前提下,使上下层水体混合,补充水体中的溶解氧,同时减小上下层水体的溶解氧浓度差和温差,破坏水体原有的溶解氧分层和水温分层。并且使水体热稳定性降低,促使水体从分层状态转变为混合状态。(1)增加曝气量和减小气泡直径能够提高增氧速率,影响程度为:气泡直径>曝气量>曝气管长度。(2)减小曝气量和曝气管长度能够减小水体浮力频率变化率,影响程度为:曝气量>曝气管长度>气泡直径。(3)减小气泡直径能最大程度地提高增氧速率,同时较小地对水温分层产生破坏。(4)得出增氧速率、浮力频率变化率以及脱分层效率的计算公式,可为气泡羽流扩散增氧系统的运行提供参数设置的依据,优化在水库中的应用。喷射高含氧水能在不搅动沉积物的同时保持水体原有的水温分层,但其通过溶解氧的对流扩散对底层水体补充溶解氧,对溶解氧分层的影响较小。增加进水量和进水溶解氧浓度能够提高增氧速率,影响程度为:进水溶解氧浓度>进水量。并得出喷射高含氧水对底层水体增氧的增氧速率公式,可为喷射高含氧水在水库中的运行提供参数设置的依据,优化在水库中的应用。将喷射高含氧水和气泡羽流扩散这两种增氧模式进行比较,认为气泡羽流扩散能极大地对水体增氧但破坏了水体水温分层,而喷射高含氧水能保持水体原有的水温分层。因此在选择增氧模式时,应综合这两个方面考虑。本文的研究结果将为气泡羽流扩散和喷射高含氧水这两种增氧模式在实际中小型水库底层增氧中的推广和应用提供较好的参考依据。