水资源是人类赖以生存的物质基础。近年来,水污染与富营养化问题日趋严重,湖泊水体中水质安全状况显得尤为重要,对水质监测和保护工作刻不容缓。目前,数值模型模拟是研究水体水质参数分布规律的重要方法之一,已经成为研究湖泊水体运动规律和定量评价水污染的有效手段。由于湖泊水动力和水质机制演化过程非常复杂,且数值模型参数较多,数据获取困难,致使数值模型模拟结果存在一定误差,难以精确模拟水体水质变化,而现场实测数据能够得到所监测的水质在监测时刻和所代表的空间上的“真值”,可以较精确的高频次监测水质变化。数据同化方法能够根据现场实测数据对水动力与水质数值模型的模拟过程进行实时校正,使其更加精确体现水动力与水质参数分布规律。基于此,本文利用数据同化方法,结合水体动力学数值模型,开展基于数据同化方法的数值模型模拟研究。以太湖为研究区,以叶绿素为例,将粒子滤波方法与FVCOM模型相耦合,实现太湖叶绿素的时空同化模拟分析。本文的主要研究内容与成果如下:(1)基于粒子滤波的方法研究。粒子滤波方法是通过非参数化的蒙特卡罗采样方法从时域实现递推贝叶斯估计的一种滤波算法,它不用满足系统为线性、噪声高斯分布的限制条件,应用范围较广。因此,本文将粒子滤波方法引入到三维水体水动力与水质模型中,构建了基于控制模型模拟与粒子滤波处理于一体的太湖同化模拟模型,有效的结合了实测数据与模型模拟的结果,实现了太湖水质参数的同化模拟方法研究。(2)太湖同化模拟实验研究。以太湖为研究区,叶绿素浓度变化为实验对象,基于FVCOM水动力模型,以粒子滤波方法,从三角网格构建、FVCOM影响参数、初始浓度场生成、FVCOM模型参数率定、同化模拟影响因子、多线程计算模式六个方面构建同化模拟模型,对太湖叶绿素浓度变化规律及其细节特征进行实时动态模拟。通过对同化模拟结果对比、误差统计分析,可以得出同化模拟效果要优于不进行同化的控制模型模拟结果,同化模拟结果的精度较高。(3)太湖水质同化模拟系统。结合模拟预测的精度需求,基于GIS可视化技术,实现了粒子滤波与FVCOM模型集成的多线程运算模式,构建了模型数据输入、数据预处理、控制模拟、同化模拟及结果可视化等功能于一体的太湖水质同化模拟运行系统,实现了数据同化模拟与准实时可视化,为太湖水体富营养化与水质污染的治理提供决策支持。