热分层是湖库水生态系统的重要特征之一,它会限制湖库水体溶解氧在垂向上的混合与补充。在耗氧反应的作用下,湖库底部水体溶解氧的浓度将持续稳定地降低,最终导致水体缺氧区的形成。近年来,随着人类活动影响的加强,不论是在海洋还是内陆湖库,水体缺氧现象均呈不断上升趋势。从国内外大量的研究成果可以看出,缺氧区的存在将严重影响湖库底层水体水质,同时破坏底层水体生物栖息环境,导致湖库整体水质及生态环境质量的下降,因此,缺氧区的形成、发展已成为影响水体水质的关键要素和重要环节之一。本文在水库热分层、缺氧区形成过程及演化机理、缺氧区对水体水质影响等理论研究的基础上,以引滦入津源头水库—大黑汀水库为研究对象,系统性的研究了大黑汀水库热分层的形成机理、时空变化特征、垂向水温结构特征及热分层的主要驱动因素。分析了大黑汀水库缺氧区的演变机理、时空分布情况,对缺氧区开展了定量化评价,分析了缺氧区的发展趋势、主要驱动因素及水质响应特征。构建了大黑汀水库DO及缺氧区数学模型,讨论了强对流条件对水库缺氧区稳定性的影响,分析并给出了抑制大黑汀水库缺氧区的调度阈值条件。论文的主要研究成果及结论如下:（1）大黑汀水库热分层时空变化特征及形成机理研究。大黑汀水库热分层呈现出明显的时间变化特征,水体表底水温、混合层及温跃层的深度、厚度、垂向水温结构、水体热稳定性指数等均随着季节的变化而呈现明显的时间规律性。热分层状态在年内非冰封季节可分为4个主要时期,其中4月为混合期、5月～6月为形成期、7月～8月为稳定期、9月～11月为消退期。在分层季节,热分层现象由库尾至坝前愈发显著。气温、风速、地形条件及动力学条件是大黑汀水库热分层形成及规律性变化的主要驱动因素,在这些因素中,气温条件是热分层形成的基础性条件;风力条件是促进热分层形成与消亡的辅助性条件;地形条件是影响热分层格局的空间条件;水动力学状况是影响热分层结构的干扰性条件。（2）大黑汀水库缺氧区形成、演化机理研究及驱动因素研究。本文首先根据水库溶解氧沿水深分布特征,将溶解氧垂向结构由上至下划分为混合层、氧跃层及滞氧层,同时提出了用于定量描述缺氧区演化、分布及程度的缺氧指数（Anoxic Index,AI）概念及计算方法,结合实测溶解氧数据对大黑汀水库缺氧区时空演变特征进行了研究。认为大黑汀水库的氧分层现象主要发生在年内5月至10月,缺氧现象主要发生在年内6月至10月。水库缺氧区在年内非冰封时段的演化过程可划分为四个主要阶段,4月～5月为混合期,无缺氧现象发生,6月～7月为缺氧现象的形成发展期,8月为稳定期,9月～11月为消退期。大黑汀水库缺氧程度总体呈现由库尾至坝前逐渐增加的规律。水库在年内的缺氧现象较为严重,不论是缺氧区的延伸长度还是发生缺氧的库区面积在稳定期的8月份均达到了 60%左右,即在最为严重的时段,大黑汀全库约有2/3的区域出现了缺氧现象。本文研发了高频水库垂向溶解氧监测技术,提出了分层面积均化水体溶解氧消耗速率（S-AHOD）的概念,修正了传统的单位面积氧消耗率（AHOD）计算方法,定量化的研究了水体耗氧特征的垂向差异,识别了大黑汀水库滞氧层内溶解氧消耗因素的影响比例。研究认为,底质耗氧量在大黑汀底层水体溶解氧消耗中所占比例相对较大,可以达到41.4%（滞氧层内平均占比约30%）。水库水体内部较高的营养化程度及较重的底质污染使得水体内溶解氧消耗速率相对较高,有机质分解耗氧及沉积物耗氧是驱动大黑汀水库缺氧区形成的关键因素,其中沉积物耗氧过程产生的影响不可忽视。大黑汀水库的缺氧区是在气象、水温、水质、地形及水动力学等多种因素共同影响下产生的。其中,气象、热分层结构及水库地形条件为缺氧区的产生提供了重要的外边界条件,水体内部的营养化程度及污染型沉积物是导致缺氧区形成的重要内在驱动因素。水动力学条件既是缺氧区稳定性的保障又是抑制缺氧现象的重要手段,是人为干扰缺氧问题的主要途径。（3）大黑汀水库缺氧区水质响应特征研究。目前大黑汀水库总体水质无法满足水功能区的相关要求,水体的富营养化程度较高,总磷、总氮是其主要的超标水质因子。受水库周边污染源及历史上网箱养殖活动的影响,水库底质污染程度相对较高。在网箱养殖活动被取缔后,库区表层水体水质有了较为明显的改善。但是由于底质污染严重,在年内热分层及缺氧时段底质污染的释放仍然是水库水质安全的重大威胁。在热分层期间,底部的缺氧状态导致了磷、铁、锰等元素的加速释放,使水体内氨氮浓度的明显上升,其中底层水体总磷浓度在缺氧最严重时期可达到表层总磷浓度的约5倍,底层水体氨氮浓度可达到表层氨氮浓度的约4.4倍。缺氧现象是水库底部区域水质变化的主要驱动因素之一。（4）强对流条件对大黑汀水库缺氧区的抑制效果及阈值研究。本文通过数学模型对三种不同情景共18种调度工况下的大流量调度过程对水库缺氧区的抑制效果进行了定量分析,认为大流量调度是大黑汀水库可行并且有效的抑制缺氧区的技术手段。在此基础上,提出了分级的大黑汀水库缺氧区抑制阈值条件。认为在大黑汀水库缺氧最为严重的时期（7月中旬至8月下旬）,当大流量调度水平达到300m3/s并持续30天或达到600m3/s并持续15天时为大黑汀水库缺氧区抑制的良好阈值,当调度水平达到达到500m3/s且持续时间达到30天时为大黑汀水库缺氧区抑制的完善阈值。