湖泊富营养化已经成为当今世界面临的重大水环境问题之一,对湖泊水环境安全、水生态系统健康以及湖泊流域社会经济可持续发展造成了严重的危害。随着湖泊水体富营养化和藻类水华问题日趋加重,以及水生态系统问题日益突出,有关水体中营养盐迁移转化及其生态动力学过程的模型研究工作逐渐深入并取得了长足进展。当今,随着数值计算方法和数值模式的快速发展、计算机性能的提高,数值模拟在湖泊科学和工程中应用越来越广泛,在定量分析和预测湖泊生态动力学过程的研究和应用中已起着不可替代的作用。以数学模型作为一种有效的研究手段,通过模拟的方法来研究湖泊中的各种过程对整个湖泊生态系统的影响以及湖泊生态系统结构和功能的变化规律,为湖泊保护和管理提供科学依据,也已经日益成为湖泊研究者和管理者共同关注的焦点。　　 抚仙湖是我国最大的深水型淡水湖泊,蕴藏着非常丰富的淡水资源,具有防洪、灌溉、工业用水、渔业、生活用水及旅游等综合功能,在战略水资源储备、区域生态平衡调节等方面具有十分重要的生态环境价值。近几十年来,随着湖周经济的快速发展,抚仙湖的水质呈现快速下降趋势,营养状态明显上升,水生态系统也发生了一定的变化。遏制水质下降和富营养化趋势,已成为抚仙湖生态环境保护的重中之重。　　 本论文通过对抚仙湖及其流域的水生态和水环境状况进行系统调查和分析,全面深入地解析入湖氮、磷的主要来源及其时空分布特性,分析氮、磷等营养盐在湖泊水体中的分布和变化特征；基于DHI MIKE模型系统,建立抚仙湖三维水动力—水质耦合模型,对抚仙湖的水动力及营养盐分布和迁移变化特征进行数值模拟；在此基础上,识别和诊断抚仙湖面临的主要水环境问题,并提出针对性的保护策略建议。论文得到的主要结论如下:　　 (1)通过数值模型对典型水文气象条件下抚仙湖的风生流和水温结构特征进行了模拟与分析,结果表明,在偏南风5.0m/s条件下,主体湖流为北偏东方向,在北部开敞水域形成一个较大的闭合性逆时针环流,而在湖体南端形成一个相对较小顺时针环流；而在偏北风5.0m/s条件下,主体潮流则呈西南方向,在北部宽敞水域形成4个较小的半闭合性环流,在湖体南端形成一个相对较小逆时针环流。水温模拟结果表明,抚仙湖各月表层水温的等值线大致类似,在湖体北部中心水域分布有冷中心,而在湖体东北端和和西南端水域分布有暖中心。全年除1月和2月份湖体水的温垂直分布比较均匀外,其余各月都具有比较明显的水温垂向分层现象。其中,0～10米的表层水体水温比较均匀,垂直梯度很小；而10m～50m深处水体的水温垂直梯度较大；水深超过60m以后水温垂直变化不大。　　 (2)在调查和分析的基础上,较为全面和深入地对抚仙湖主要入湖氮、磷污染物进行了源解析,结果表明:流域内TN和TP的排放总量分别为4747.4t/a和1648.0t/a,入湖总量分别为1008.9t/a和167.2t/a,平均入湖系数分别为0.21和0.10；流域的主要污染源为非点源,其排放的污染物入湖量分别占TN和TP入湖总量的94.8％和97.0％。氮磷的入湖途径主要为河道径流、地表散流和大气干湿沉降,其中,通过河道径流入湖的 TN和TP比例分别为47.0％和56.4％,通过地表散流的比例分别为34.7％和29.6％,通过大气干湿沉降的比例分别为18.3％和14.0％；入湖氮磷的分布具有较明显的时空差异性,时间上主要集中于雨季,占全年入湖TN和TP的78.3％和83.1％；空间上则主要集中于龙街、右所和路居3个镇,其入湖量分别占TN和TP入湖总量的74.6％和77.8％；此外,水体对入湖TN和TP的截留率分别高达93.6％和94.8％。　　 (3)2009年5月和7月2次全湖水质现场调查结果表明,表层水体中TN、TP和Chla的空间分布及其变化与抚仙湖风生流场和入湖污染源的分布特征具有较好的一致性,而NH3-N、NO3-N和IP的分布除与流场和污染源分布有关外,还受藻类生物量(Chla)变化的影响；受雨季降雨径流影响,7月全湖平均TN、TP和Chla浓度分别为0.301mg/L、0.015mg/L和0.396μg/L,分别比5月增加了60.0％、25.0％和92.2％,透明度SD由5月的5.9m下降至4.7m,下降了20.3％；从水质指标的垂向变化特征看,100m以下的深层水体水质受降雨径流污染的影响明显较表层水体小,且水体中氮、磷浓度均有沿水深增高的趋势,深层水体污染累积现象较重。　　 (4)通过运用DHI MIKE3的开放性生态水质模块EcoLab构建了抚仙湖营养盐迁移转化模型,并建立了基于系统动力学方法和随机采样的Monte Carlo(蒙特卡罗)方法的复杂水质模型参数敏感性和不确定性分析方法；在模型率定和验证的基础上,结合实测资料对对抚仙湖2008年全年营养盐分布和变化特征进行了模拟,分析了抚仙湖水体中不同形态氮、磷营养盐的三维分布规律及其年内变化特征,并与实测数据进行了对比,结果表明,各主要水质指标模拟误差控制在±30％以内,并且其变化规律与抚仙湖的水动力特征和污染源输入特征相一致,模拟效果较好。　　 (5)在调查、分析与模拟的基础上,对抚仙湖面临的主要水环境问题进行了系统识别和诊断,认为水资源系统脆弱、水质恶化和水生态系统变化是抚仙湖当前面临的主要水环境问题,而导致这些问题的主要原因包括流域内污染物排放量和入湖量剧增、水土流失、入湖河流污染、湖滨缓冲带破坏、湖泊污染物截留率高以及缺乏系统研究和科学的管理等方面；结合流域的实际情况,从流域社会经济发展模式、污染源头控制、入湖河道与湖滨缓冲带修复、水土流失防治和水源涵养、生物多样性保护、流域水环境监控预警及水环境综合管理等方面提出了具有一定针对性和现实意义的保护抚仙湖的策略建议,以期为抚仙湖的管理者提供决策参考。