随着我国城市经济的高速发展和人口的急剧膨胀,城市水环境恶化和水资源短缺已成为制约城市发展的瓶颈。为了实现城市的可持续发展,必须重新定义和阐述城市排水系统的任务和功能,构建新型的城市排水系统新模式。新型排水系统的功能应从以前的防涝减灾、防污减灾逐步转向污水和营养物质的再循环,从而恢复良好的城市水环境,促进城市水资源的可持续利用。为此,必须掌握排水管网中水流运动规律及污染物随水流迁移离散规律和污染物之间相互转化的微生物反应模式,以便进行预测及治理。本文基于这一认识和课题研究的需要,建立了一维城市排水管网水动力和水质转化模型。考虑到排水管网水环境与河流水环境的不同,不能将河流的水质模型(如WASP)等研究成果直接应用于排水管网的水质模拟中,因此本文在分析排水管网特定水环境中各种物理、化学和生物现象的基础上,结合活性污泥数学模型(ASM)的相关理论,建立了排水管网中各水质变量间相互转化的数学模型;并综合考虑了好氧和厌氧情况下,模型中12个水质变量间的耦合计算及其相互转化和迁移过程。一维排水管网水动力模型以圣维南方程组为基础,通过引入Preissmann窄缝假定,采用统一的控制方程组模拟排水管网无压和有压流,实现了明满过渡流的同时模拟。利用Preissmann四点加权隐式差分格式对控制方程组进行离散,采用“管道-汊点-管道”的三级联解法对其进行求解,利用递推关系将变量集中于连接汊点,减少了变量数目,提高了计算效率。利用模型对复杂的树状和环状管网以及有压无压明满过渡流进行了计算验证,然后将模型成功应用于雅华小区地下排水管网的计算模拟,计算结果和文献计算值及实测值吻合比较好,表明模型可以简洁有效的用于排水管网明满流的模拟。水质转化模型以污染物对流扩散理论为基础,采用隐式迎风差分格式离散控制方程,并采用汊点水质变量浓度控制法进行求解;针对水流的顺逆不定问题,在水质模型求解时采用不同的递推公式求解。同时为了方便、快速地确定复杂水质模型中大量的水质参数,本文设计了一种采用小生境技术等改进策略的遗传算法,测试结果表明该算法具有较高的搜索效率和收敛性。首先应用白子易实验室的实测资料对水质转化模型进行了验证分析,然后将模型分别应用于三处实际排水管网水质的模拟计算,模型计算结果和实测值吻合较好,表明本文模型具有一定的可靠性和有效性,可以定量分析污水水质在管网输送过程中的相互转化过程。