随着人口的增长、社会经济的发展，一方面对水资源的需求量不断增加;另一方面水资源短缺和水环境污染问题日益突出，其中流域水环境污染尤为严重，制约着流域社会经济和环境的可持续发展。针对流域主要水环境问题及科技需求，开展流域水环境管理及水污染控制决策技术迫在眉睫。本文以污染严重河段—汾河(运城段)及入黄口为背景进行水环境模拟，分析水质现状，模拟水质变化的发展趋势，建立交汇口处二维水动力、水质模型，探讨汾河入黄口处水流和污染物输移扩散规律以及对取水口影响;以河流水环境容量为基础，考虑综合污染治理费用最小的同时允许排污者在环境质量目标控制下充分利用水环境容量，构建汾河(运城段)排污权多目标优化分配模型，实现环境与经济协调发展;针对水环境管理中出现的诸多问题，研究开发出汾河(运城段)水环境管理决策支持系统，辅助决策者做好水环境管理事务，从而为保护河流水质、恢复人类赖以生存的生态环境提供科学依据。本文主要结论如下:　　(1)根据汾河(运城段)河流实际变化的复杂性，考虑水流条件、断面特征及河道形态等因素影响，对汾河(运城段)代表河段的纵向离散系数进行了计算;采用自制人工脉动循环装置研究汾河(运城段)底泥耗氧速率(SOD)的分布及变化特点，揭示了SOD与化学需氧量(COD)的相关性规律，并分析底泥颗粒特性，解释底泥与河水污染物交换现象。　　(2)采用水质标识指数法对污染较严重的河段—汾河(运城段)进行水质评价，全面、科学合理的对V类水、劣V类水不黑臭、劣V类水黑臭进行了分析;以85％的污染分担率为限计算河流的主要污染因子，根据水质污染状况定义劣V类水标准，构建基于混合型Pi-Sigma模糊神经网络的汾河(运城段)水质评价模型，并对汾河(运城段)2005-2010年水体的总体变化趋势、水质级别及污染程度进行分析评价。　　(3)Dobbins-Camp模型能够较好反映天然水体的实际情况且复杂程度适中(主要参数—底泥耗氧速率是经过试验获得)，模拟结果与实际相符。　　构建基于灰色关联度分析的汾河(运城段)BP网络水质预测模型，应用马尔科夫链，通过缩小预测区间提高BP网络预测结果的精度。同时建立马尔科夫链改进灰色神经网络模型，并对河津大桥监测断面枯水期水质进行预测及误差残值修正，使得相对误差从4.69％～25.36％降低到2.23％～5.36％。　　构建汾河(运城段)二维水动力水质模型，模拟其二维流场、水质和排污口污染物扩散情况，计算了污染带的范围。考虑河滩，壅水、倒灌等因素的影响，构建了汾河入黄口水域二维水动力、水质模型，探讨了50％、75％频率年汾河入黄口处水流和污染物输移扩散规律以及对取水口的影响。50％、75％频率年交汇口处下游由于江心洲的阻碍了污染物的扩散，形成狭长区域的浓度场，分别流经约2.3km左右、2.9km左右，COD浓度才能稳定在Ⅲ类水标准以内;50％、75％频率年北赵取水口的水质分别为Ⅳ类、V类。　　(4)从水环境系统多种不确定性的角度出发，以盲数理论为基础，将水文、水质盲数化，构建盲信息下的汾河(运城段)水环境容量模型，以河流实际的COD、氨氮水质浓度作为初始浓度，计算出新店—入黄口段主要污染物COD、氨氮的水环境容量，其结果均为负值，表明该段污染严重，已成为接受废水的纳污河，水环境治理迫在眉睫。同时采用段首控制方法确定汾河(运城段)V类水目标，90％保证率下的COD、氨氮水环境容量，以此计算结果作为污染物总量控制和污染物合理分配的依据。　　(5)针对污染严重的北方河流，根据汾河(运城段)当地的实际情况，在考虑综合污染治理费用最小的同时允许排污者在环境质量目标控制下充分利用水环境容量，以期达到环境与经济协调发展，采用多目标优化模型计算的各排污者排污权之和为1944.019t/a，污染物综合处理费用为10204.76万元，相比排污口处理最优化规划模型的污染物综合处理费用少，因此，多目标优化模型能够很好的协调经济发展与环境保护。　　(6)为了解决目前汾河(运城段)水环境管理系统中亟待解决的问题，辅助决策者做好水环境管理事务，研究开发出汾河(运城段)水环境管理决策支持系统。该系统针对汾河(运城段)河道管理的特点，以汾河(运城段)的GIS地图为基础，进行空间数据处理、图像和空间分析;根据污染物的排放规律，建立水质评价与预测模型，以便决策者能够及时了解水质现状及其发展趋势;通过水文资料分析，构建水环境容量计算模型，计算流域水环境容量，确定污染物允许排放量;采用排污优化模型，对污染物进行合理分配及治理，该系统的建立可为水环境管理决策者、规划部门提供高效的辅助决策工具。