流域可视化是数字流域建设的关键，目前空间信息的二维表达方式在某些层面上已经不能满足信息化管理的需要。如何利用地形三维可视化技术表达流域内的各类信息，并将其与水体分析模型进行集成分析流域内的水体变化情况是现阶段急需解决的问题。本文以三峡库区流域为研究区域，对流域三维地形场景的构建和流域内水体模型进行了研究，着重对水体的流场模拟和基于流场的点源污染扩散问题进行了探讨，建立了三峡库区流域三维可视化系统。首先基于多分辨LOD模型，对地形和影像数据进行分层分块组织，构建地形和影像的瓦片金字塔，应用四叉树数据结构对地形块进行动态的调度和渲染，构建了一个高效的流域三维地形场景。在此基础之上，根据河道的断面点，提取河道的边界；水体的数学模型是流域可视化研究的重点，现有的商业软件存在难以集成应用，难以扩展等缺点，而一些算法不能满足实时性或精度的要求，影响了模拟的准确性和科学性，针对这些问题，本文应用流体力学原理计算河道内的流场，并给出了流场的两种绘制模式，直观地表达了河道内水体的流动细节，解决了水体流场数值可视化的问题；近年来水污染事件时有发生，直接威胁到河道沿岸城乡供水系统和水生态环境。为了使水污染事故造成的环境灾害减小到最低程度，有必要对水污染事故造成的污染水体的迁移进行时空预测与模拟分析。本文应用元胞自动机模型，并把流场作为影响因子，模拟了点源污染扩散的过程；另外本文还对洪水淹没和流动水面仿真进行了探讨，并将其应用到了三峡库区流域三维可视化系统当中。基于多分辨率LOD的流域三维可视化在三峡库区流域中的应用表明：多分辨率LOD是解决大场景三维可视化的关键，流场的实时计算提高了水体模型和污染扩散模型计算的准确性和科学性，对流域洪水资源利用和污染控制有实际意义。