河道、湖泊以及港口河口水环境质量逐渐恶化的现象巳成为我国一个突出的水环境问题。在治理与控制水污染的同时,必须掌握污染物和水体之间的掺混、输移、交换机制以及分布规律,以便进行预测、治理和控制。本文以固城湖水系为研究背景,详细探讨固城湖水质的演变规律以及污染原因;建立一维河网水动力及水质模型,构造在曲线坐标系下二、三维水动力与水质模型以及k??湍流模型;水质模型综合考虑了温度、氨氮、硝酸盐氮、无机磷、浮游植物、碳化需氧量、溶解氧、有机氮和有机磷、电导率、p H值等十余种水质变量,力图探索水质变量之间相互作用的动力学关系、迁移以及变量间的相互转化规律。近十年来,固城湖水环境质量日益恶化的现象明显,为寻找固城湖水质污染的原因,应用单项水质参数评价法与最差因子判别法相结合以及综合营养状态指数法对2001年至2010年固城湖水质进行评价分析,确定其变化趋势;利用物料平衡原理,建立氮磷总量的数学模型,采用Spearman秩相关系数法计算螃蟹养殖所产生的氮磷量与固城湖水体中的总氮总磷量是否具有相关性。研究固城湖水质日趋恶化的现象与螃蟹养殖产生固城湖水体中氮磷总量呈现快速增长的关系,为固城湖水环境质量的生态保护、生态修复以及高淳经济的可持续发展提供可靠的理论依据。一维水动力及水质模型是描述河网水域中的水流及水质变化的数学公式,在河网水动力及水质模型的基础上,将时间导数采用修正后的四阶Runge-Kutta显式格式和空间导数应用高精度紧致有限差分格式来离散一维水动力及水质模型,并通过解析解来验证该数值方法的正确性,再将该算法推广应用到天然河道的官溪河中,计算给出各水质变量的结果。采用拟合边界曲线的方法模拟天然河道、湖泊以及港口河口的复杂边界,建立曲线坐标网格以克服复杂边界而引起的计算困难。在此基础上,推导曲线坐标系下二维浅水方程、k??方程以及水质模型方程,并釆用交错隐式格式实现计算区域内对任意曲线坐标系下的水动力及水质模型方程进行数值求解,并将数值模拟结果与平面弯道水槽试验结果相比较,确定该数值计算方法的可靠性,为任意复杂边界的天然河道、湖泊水动力及水质模型研究提供有效的计算手段。最后,将该方法成功应用于官溪河道的实例中,获得了一些有意义的结论。本文设计了一种在曲线坐标系下求解三维水动力方程、k??方程以及水质模型方程的高精度数值计算新方法。该方法在ξ、η和ζ三个方向的空间导数分别采用高精度的紧致有限差分格式以及非线性项,采用迎风紧致有限差分格式,并对时间导数采用修正后的四阶Runge-Kutta显式格式。为了验证该算法求解曲线坐标系下三维水动力模型的正确性,选取弯道水槽实验相同的物理参数进行数值实验,数值计算了水位、流速等物理量,并将计算结果与实验值以及SIMPLEC法的数值结果进行了对比分析,证明本文建立高精度的紧致有限差分,数值求解三维水动力方程、k??方程以及水质模型方程是合理可靠的,并对官溪河的水动力以及水质污染与控制问题进行预测。