人工湖泊作为一种特殊的水资源,在城市建设发展中突显了重要价值,健康的湖泊水环境能够改善城市水文,有利于推动城市发展,但因其单一的水环境,加之频繁的人类活动,使得人工湖泊系统较为脆弱,污染超标、富营养化等水环境问题日益严重,若不及时有效的治理改善,将会严重制约着城市的区域发展。鉴于城市人工湖普遍存在的水环境问题,本文以陕西斗门水库北池为例,开展了人工湖水环境特征及改善的相关研究。通过北池试验段实际监测资料进行了现状水质综合评价分析,构建了基于MIKE 21的北池二维水动力-水质耦合模型,对北池蓄水后不同调控运行下(运行工况1为沣河退水口退水,运行工况2为沣河和太平河退水口退水,运行工况3为沣河、太平河和生态补水管退水)的水环境特征模拟预测。针对引水水质及库区水力交换方面进行北池水质达标的改善研究,并探究了改善后的北池换水能力特征。以期为斗门水库北池的运行管理及北方城市人工湖和平原水库的水环境保护治理提供理论参考与指导。本文主要研究成果如下:(1)通过北池试验段水质综合评价分析可知,不同水域水质均较差,且全年变化较为一致,处于Ⅳ～Ⅴ类水(其中6、7、8、9、10月为Ⅳ类水,其余均为Ⅴ类水),而1、2、3月趋于劣Ⅴ类水,水质最差。全年水质呈季节性变化:夏季评价得分高,水质最好,秋季评价得分有所降低,冬季评价得分最低,水质最差,到了春季评价得分又上升。总氮超标最为严重,是北池水质较差的主要原因。(2)建立北池二维水动力-水质耦合模型,模拟预测了不同调控运行下北池流场受地形及人工岛影响较大,使得流速增强及水流方向发生改变,故在西部与东部形成环流较多,流速较大,而中部环流较少,流速缓慢。其中,运行工况1流场为“穿堂过”特征,而运行工况2与工况3流场中主流加强了向东部的分流扩散,平均流速为运行工况3>运行工况2>运行工况1。受沣河引水水质及库区流场影响,各运行工况下北池水质较差且呈现出明显的“水域分区”特征:库区TN平均浓度为2.52～2.74mg/L,为劣Ⅴ类水质标准,COD平均浓度为26.5～27.9mg/L,处于Ⅴ类水质标准。其中,西部库区超标最为严重,中部库区次之,东部库区稍好。(3)提出了引水水质控制与增强库区水力交换相结合的北池水环境改善方案,得到的改善效果显著,污染超标物浓度显著降低,三种运行工况下库区TN平均浓度降为1.11～1.34mg/L,COD平均浓度降为20.0～21.4mg/L,各工况的TN水质达标率为:运行工况1为73%(Ⅲ类水占库区50%),运行工况2为96%(Ⅲ类水占库区58%),运行工况3为100%(Ⅲ类水占库区69%);COD全部达标,而Ⅲ类水分别为:运行工况1为55%,运行工况2为71%,运行工况3为85%。北池各工况下水质基本全部达标,且均以Ⅲ类水为主。(4)设置染色剂模型,研究了改善方案下的北池换水能力特征,得出三种运行工况下北池换水能力显著不同。运行工况1下北池为一个快速换水与慢速换水并存的湖泊系统(约55%的水域换水周期≤22天,约93%的水域换水周期≤55天,还有不足10%的水域换水周期超过了55天),运行工况2与工况3下北池换水较快,各运行工况北池水体完全置换所需要的换水周期分别为:71天、41天、31天。提高运行工况2与工况3下西部库区人工岛附近水体换水能力,尤其是运行工况1下库区东北角水体换水能力,是进一步改善北池水质,维持水环境健康可持续运行的关键。