本文以具有连续弯道的大柳树-沙坡头河段和地形复杂的鸭子荡水库为研究对象,基于RNGk-ε紊流数学模型,结合实测结果进行二维和三维数值模拟,对这两个典型研究对象进行了水流运动、泥沙输移、河床变形和水质对流扩散等问题的研究。首先,利用图像拼接算法、边缘检测算法结合CAD软件和Google Earth软件对水岸边缘进行精准检测,高效地获取研究区域经纬度信息,结合实测高程信息编程生成所需地形文件。其次,通过Bowyer-Watson算法对初始地形进行Delaunay三角化的网格剖分,构造不规则三角网模型TIN,由离散高程点生成不规则三角网,实现网格剖分后的三角形网格地形插值。再次,建立三维水沙水质数学模型和平面二维水沙水质数学模型,并将数学模型的控制方程通过瞬态项、对流项、扩散项和源项写成统一的通用形式。在此基础上,采用有限体积法中的五种格式对通用控制方程进行离散,使用基于非结构网格的SIMPLEC算法结合欠松弛技术对离散后的控制方程进行求解,利用GMES算法结合初始条件和边界条件实现离散方程组的求解。最后,对大柳树-沙坡头河段和鸭子荡水库进行了 RNG k-ε紊流数学模型的验证,对大柳树-沙坡头河段进行了四种工况的平面二维和三维水流运动、河床变形数值模拟,对鸭子荡水库进行了四种类型八种工况的平面二维水流运动数值模拟和三维水质对流扩散数值模拟。对实测的大柳树-沙坡头河段断面高程和断面泥沙粒径进行分析之后,将该河段的平面流场、断面流场、横向流速和河床变形的模拟值与实测值进行了对比,两者结果符合较好。结合实测资料,对该河段的水流运动、河床变形进行了数值模拟,得到该河段水流的流场、泥沙的运移和河床的变形会根据入口流量、悬移质含沙量、k值、ε值和出口水位的不同而产生变化。对实测的鸭子荡水库库底高程、水库等高线和水库三维地形进行分析之后,将该水库的水流流场和断面垂线平均流速的模拟值与实测值进行了对比,两者结果符合较好。结合实测资料,对该水库的水流运动进行了数值模拟,得到该水库中水流的流场和流速受进水量、取水量、风速和风向的支配。对实测的鸭子荡水库取水塔附近的七种水质指标进行采样和分析之后,将该水库中CODCr和TN浓度分布的模拟值与实测值进行了对比,两者结果符合较好。结合实测资料,对该水库的水质对流扩散进行了数值模拟,得到该水库中水质浓度的分布受进水量、取水量、风速和风向、水库中水质的初始浓度分布、入水口进水水质浓度的不同等因素的变化而改变。上述研究结果为研究类似连续弯道和类似水库的水沙运移规律和水环境治理提供了技术支撑和理论依据。