随着我国经济的迅速发展，环境污染问题日趋严重，特别是水质污染问题尤为突出。作为西部大开发龙头城市的西安对水环境治理也是日益重视。从西安市区穿过的皂河水体污染逐年加重，水环境质量的不断恶化不仅不利于西安作为西部大开发龙头城市的发展，而且也对西安的社会安定和可持续发展构成了一定影响。本论文针对城市小流域的特点，以位于西安市的皂河为例，考虑自然水文特性以及人文社会各因素对流域产流、汇流及河流水质的影响，在已有水文气象资料基础上，构建了适合皂河小流域的三层水箱模型、运动波模型以及一维河流水质模型相结合的一体化水量水质综合模型。模型考虑影响水质的主要因素，包括气候、水文、土壤特性、土地利用、区域人口、经济及农业发展、污染源分布等，应用地理信息系统（GIS）划定研究流域的边界。在构建的水量水质综合模型中主要考虑了降水—蒸发—径流的自然循环，分析研究流域主要水文要素的变化规律，同时引入工业、农业及生活用水量和排水量，采用三层水箱模型计算汇入河流的水量及污染物排入量，并利用运动波模型计算河流流量变化，最后结合一维对流扩散方程式模拟河流主要水质指标（SS、BOD₅、DO、NH₄⁺-N、NO₃^--N）的变化规律。根据现场监测及模型输出验证模型。依据模型输出分析皂河流域水量水质变化规律，提出污染控制手段。