南四湖是我国北方最大的淡水湖群之一,也是南水北调东线工程的必经之路,其水质安全直接关系到南水北调东线工程的成败。薛城小沙河是一条污染较严重的南四湖入湖河流,治理和保障其水质是南四湖水质安全的关键环节之一。根据南水北调东线工程的治污方案,按照小流域污染控制思路和“治、用、保”并举策略,拟在薛城小沙河入湖口处建造5375亩的人工湿地水质净化工程,以确保薛城小沙河水质稳定达到南水北调地表水Ⅲ类水的要求。本课题针对薛城小沙河人工湿地工程占地面积大、水流均匀性差的特点,为避免湿地进、出水形成“短流”会引起水质净化效果差的问题,采用水环境二维数学模型进行薛城小沙河人工湿地的水力优化研究。在对目前国内外常用的水环境数学模型进行仔细筛选之后,课题确定选用深度平均的平面二维水流—水质模型,借助SMS软件,利用有限元法对薛城小沙河人工湿地系统内的流场、浓度场进行模拟研究。通过对人工湿地系统内不同的进出水方式进行模拟,得出以下结论:1、水流的流动状态和水力学特性是维持人工湿地系统正常运行以及充分发挥净化效果的一个重要因素,人工湿地系统内水流流态介于推流式和完全混合式之间。2、人工湿地系统内存在滞留区和短流现象,湿地局部区域未被充分利用。出水口位置的选择对水力流态有较大影响,出水口位置设计合理有利于充分利用湿地面积,可避免“短路”现象。3、通过数学模拟计算和分析,从六种进、出水方案中得出:均匀进水、2#出水口单独出水的方案2以及均匀进水、1#和2#出水口同时出水的方案4是相对较好的两种优选方案。对薛城小沙河人工湿地的水力流态进行模拟研究,可以为人工湿地的合理设计和运行提供理论依据。本研究的数据和结论,对实际人工湿地工程的运行和管理也有一定的指导意义。