21 世纪是“海洋的世纪”。海洋拥有着丰富的资源，是人类生产生活重要的生态支持系统。但是近年来随着经济的快速发展大量污染物进入了海洋，对海洋环境造成了严重的影响。对海洋环境进行污染控制和治理就必须了解海洋的水交换能力。对于渤海湾这样的半封闭海湾，研究其海水交换特性对于其环境的治理和污染控制具有重要的意义。本文在前人工作的基础上提出了基于数值计算水交换的方法并应用于渤海湾。本文建立了平面二维的水动力学模型和平面二维对流扩散模型，使用有限差分的 ADI 方法对模型进行离散。编制了相应的软件及其前后处理和动态演示系统。并用实验室突扩水槽实验结果和渤海湾实测资料对数学模型及其系数进行了校正和验证。模型计算结果与实验结果吻合。研究了海湾水交换的机理，广泛收集和整理了各种资料，系统地分析和评价了目前已有的各种水交换模式。对海湾进行数值模拟，并比较了各种水交换模式的结果，认为当前的几种水交换计算方法应用于大面积海湾会产生较大的误差。提出了用半交换周期来表征海水交换能力及其分布特征的数值计算方法。本文用建立的数学模型和数值水交换计算方法对渤海湾的水交换进行了数值模拟，计算了渤海的潮致欧拉余流场，得到了渤海湾水交换能力的空间分布，结果显示渤海湾中一些海域水交换能力较差。最后，考虑了排污的影响，计算了天津海域排污口处的质点在渤海海域的运动状况和排出污染物的对流扩散运动及其分布。