海域水体交换能力的准确计算对海域环境承载力的研究至关重要。本文基于GPUOM水动力模型,分别建立支持随机游走的拉格朗日粒子追踪模型和三维欧拉保守物质示踪剂模型,并使两种模型实现GPU并行加速运算。利用多种典型算例作为数值实验,对比研究两种方法的计算精度、网格敏感性以及初值敏感性,并将两种模型应用于辽东湾水交换能力的定量计算中。根据本文结果,上述两种模型在理论上具有相同的物理意义,都可基于CUDA架构实现GPU并行。欧拉模型计算水体扩散效应的精度更高,结果更光滑。拉格朗日模型计算水体对流效应的精度更高,更适合模拟固壁边界附近的水体流动。数值模型的网格精度与两种模型的计算精度都成正相关。欧拉模型染色剂初始浓度对结果无影响,拉格朗日模型粒子初始数量与模型的计算精度成正相关。对于辽东湾水交换能力的定量计算得到如下结论:辽东湾水体平均浓度的半交换时间,拉格朗日模型计算结果为0.62a,欧拉模型计算结果为0.72a。水体最大浓度的半交换时间,拉格朗日模型结果为2.05a,欧拉模型为2.16a。水体转运时间,拉格朗日模型结果为0.81a,欧拉模型为0.84a。海水年交换率,拉格朗日模型结果为69.83%,欧拉模型为70.48%。对于湾内水体的流动特征,辽东湾冬季交换能力强于夏季。大部分外海海水通过旅顺附近海域进入,原有海水大部分凭借西岸沿岸流流出。海湾中部存在逆时针的封闭环流,该处水体交换不畅。潮汐始终是影响辽东湾水交换能力的主要因素,温盐效应和风场可提升水交换能力。在冬季风场的影响更大,在春季温盐效应的影响更大。在应用中两种方法存在如下差别:拉格朗日模型能清晰反映水体环流的形成。当水交换作用主要靠扩散效应实现时,欧拉模型的计算结果更为合理。在水交换能力计算中,应该考虑主导因素是对流效应还是扩散效应,依此选择不同的计算方法。当重点关注的是河口、岸滩等边界附近水交换现象时建议使用拉格朗日方法,当重点关注的是大面积海域水交换现象时建议使用欧拉方法。