河流封冻是我国北方地区常见的一种自然现象。河流封冻后，冰盖的阻隔作用和阻碍作用使得水体的水质特征、流速结构及混合特性发生改变，同时，亦使水质指标的长距离输移扩散特征发生变化。论文分析了冰封河流的污染来源和水质特征，解析了冰封河流控制性污染指标确定问题的层次结构，在此基础上提出了冰封河流控制性污染指标确定的改进层次分析法（IAHP）。IAHP方法的层间权重系数计算客观唯一，评价结果不受未超标水质指标参与的影响，且能很好地反映水质实测资料的特征，因此可以用来进行冰封河流控制性污染指标的确定。论文在概化的抛物线型断面型态的基础上，结合描述冰封河流垂向流速分布的双对数流速分布律，建立了全断面的流速分布，并在此基础上对冰封河流的纵向离散特性进行分析。结果显示，流速垂向分布不均引起的纵向离散和横向分布不均引起的纵向离散均与平均水深、水力坡降和糙率有关。此外，论文还推导出了宽浅型冰封天然河道纵向离散系数的计算公式，提出了基于断面型态和流量资料的冰封河流纵向离散系数的计算方法。论文根据冰封河流的阻力特征和水流特性建立了适用于冰封河流的高精度水流-水质模型。水流模型采用具空间二阶精度的Preissmann格式进行离散；水质模型则在具空间四阶精度的Holly-Preissmann格式的基础上进行离散。针对河流冰封期流量小，流速梯度大所导致的传统Holly-Preissmann格式精度不匹配问题，改进了流速梯度项的离散格式，提高了水质模型对冰封河流的适应能力。论文所提出的分析方法和模拟技术在牡丹江得到实践，揭示了城市江段冰封期的水质特征和混合特性。在此基础上，分析了点源污染减排、排污口布置、背景浓度控制及上游来流量调节等措施对牡丹江城市江段水质特征的影响，并探讨了以石岩电站和三间房电站为代表的径流式电站在冰封期日内间歇性运行的影响。研究表明，石岩电站日内间歇性的运行方式会引起牡丹江城市江段水质指标的波动，而减少运行机组的数量可使波动程度减小，合理调节电站来流量亦可使水质指标的平均值和瞬时值得到改善；三间房电站建成后对牡丹江城市江段水质的影响将更大。