海洋拥有着丰富的资源,是人类生产生活重要的支持系统。近年来,随着经济的快速发展,大量污染物排入到海洋中,对海洋,特别是近海环境造成了严重的影响。为了评估海洋环境容量,保障海岸带开发和生态环境保护的协调,有必要研究污染物在水体中的迁移转化规律,分析海域的水交换能力。本文综述了水交换研究的箱式模型、质点跟踪模型、随机游动模型、对流扩散模型,交换矩阵模型以及年龄模型的研究进展。重点介绍了随机游动模型在海湾水交换研究中的原理及方法。并根据所建立的模型求解了二维瞬时点源和连续点源扩散的经典算例,二者的模拟结果都与解析解符合得很好,表明本文所建立的随机游动模型能正确模拟对流扩散问题。在对解析解验证良好的基础上,利用随机游动模型模拟了矩形海湾各分区的水交换,统计得出了各分区粒子交换关系。与对流扩散模型统计结果的对比,表明总体趋势一致,但在个别分区有一定差异。在随机模型的参数中,选取不同时间步长进行了模拟,结果显示本文所选时间步长可以使得随机游动模型的模拟结果正确反映粒子的扩散现象。通过渤海海域实测资料对本文所建立的数学模型进行了验证,结果显示,数值模拟结果与实测结果吻合较好。用平面二维水动力学模型及平面二维对流扩散模型对渤海湾天津近岸海域进行了水交换研究,结果表明渤海湾近岸海域水交换的特性是污染物主要在近岸随沿岸流运动;渤海湾中部和北部有一逆时针环流,不利于水体交换出去。最后用随机游动模型研究了近岸点源排污的影响,得出了点源排放污染物的迁移特性。