水污染加剧、水质下降及水生态恶化已成为制约地区经济可持续发展的重要因素之一,水环境治理已迫在眉睫,研究污染物进入水体后的迁移扩散规律是水环境污染治理和缓解水生态恶化的重要理论基础,是迫切需要研究的重大课题。本文以污染物在内陆河流中迁移扩散规律为研究对象,以分层分条带水流模型、加权自动迎风格式随机游动模型和非恒定流模型在流场模拟中的应用,以及加权自动迎风格式蒙特卡洛法和质点追踪法在河流污染物迁移扩散模拟中的应用为手段,分别对典型算例和研究实例的流场及污染物迁移扩散规律进行了研究,并通过对比分析得出文峪河下游的污染物迁移扩散规律。建立了分层分条带水流模型,基于能量方程对研究区域进行分层、分条带,将三维问题转化为二维以至一维进行研究,由此避免了计算三维流场的复杂性。在采用典型算例计算结果与实测数据对比验证的基础上,开展了文峪河水库的流场模拟;由于计算网格可以随意加密,因此可以人为来控制计算精度,从而保证计算结果的合理性。建立了加权自动迎风格式随机游动模型,采用9点、27点加权自动迎风格式蒙特卡洛法离散并求解对流扩散方程,通过对比得知,该方法在权系数的分配、自动迎风及斜迎风的考虑等方面均具有优势;将其应用于高雷诺数下典型算例二维、三维排污数值计算,结果表明,该法保持了自动迎风和斜迎风的特点,雷诺数可以算到很大而不至于使方程退化为简单迎风,以往只能通过增加黏性而计算的假紊流真层流问题可以得到解决,且该法易于解决三维问题。在对文峪河下游进行平水年(P=50%)恒定流和非恒定流数值计算的基础上,将建立的加权自动迎风格式随机游动模型应用于文峪河下游各综合排污河段恒定流和非恒定流情况下排污口近区的流场分布分析计算中,为其污染物迁移扩散研究提供数据基础。开展了基于分2步走的拉格朗日质点追踪法的污染物迁移扩散模拟,分别对静止流体中的中缝射流污染排放问题、紊流流体的中缝射流污染排放问题以及侧排污问题进行了模拟,先用有限差分法给出流场分布,再用质点追踪法模拟对流扩散现象,通过以上典型算例的研究验证了模型的稳定性和模拟结果的合理性。该方法沿袭理论力学的思想,可以从微观上直接模拟污染物的迁移扩散过程,是深入研究扩散机制的重要方法。以文峪河下游为研究实例,并以各流场计算模型得到的流场分布结果作为数据基础,分别基于加权自动迎风格式蒙特卡洛法和质点追踪法对恒定流和非恒定流情况下各综合排污河段排污口近区的典型污染物COD和NH3-N的迁移扩散情况进行了模拟,然后总结各方法不同工况下的污染物迁移扩散情况,得到不同来水情况下河流污染物迁移扩散规律。研究成果表明,流量逐渐增大的非恒定流能使下游河道污染物迁移扩散的距离减小,可极大缓解下游河道的污染状况。开展基于分层分条带水流模型、加权自动迎风格式随机游动模型和非恒定流模型等的流场模拟计算可以为污染物迁移扩散模拟提供数据基础,而基于加权自动迎风格式蒙特卡洛法和分2步走的拉格朗日质点追踪法的河流污染物迁移扩散模拟有助于深入了解污染物的扩散机理及其与流场相互作用的机制,结果更加反映扩散的物理本质。因此,基于随机游动理论的不同来水情况下河流污染物迁移扩散随机模拟研究不仅可以为改善下游河道的污染现状提供依据,并可以为水库调度和环境管理决策提供理论支持,对于提升环境与生态学科水平、推动河流生态可持续发展具有积极意义。