研究环境污染问题，人们最关心的是污染物在空间的分布。水体中污染物浓度场是衡量水体被污染程度的重要指标，因此成为当前环境工作者研究的热点之一。本文通过水槽物理实验和数值模拟相结合的方法，对水体中污染物浓度场的扩散特征进行研究。物理实验部分，用示踪粒子模拟水体中的污染物，利用PIV流动显示技术和MATLAB图像处理技术实现了对图像粒子浓度的测量。同时，结合PIV同步测量的速度信息，可以实现对浓度场的水动力分析。该成果可为污染物浓度场扩散规律及其机制研究提供一种方法。首先，配置不同浓度的液体，利用PIV技术和MATLAB技术依次测量其图像粒子浓度，绘制实际粒子浓度和图像粒子浓度的关系曲线，实现对两者的标定。考虑到恒流泵对流经液体浓度的影响，特对经过恒流泵后原液的实际浓度进行了测量，以提供准确的实验数据。接着，设计了不同水槽进口流量和水位条件下污染物浓度场的水槽实验，从PIV图像、平均浓度和浓度等值线三个方面，分别分析了水流动力条件对浓度场扩散的影响。结果显示：①保持水槽内水位不变，加大水槽进口流量，会加大水流流速，增强水动力对粒子的冲散作用，使得粒子分布范围扩大、整个区域平均浓度减小、浓度等值线数值减小；②在水槽进口流量一定的情况下，抬高水位，会减小水流流速，减弱水动力对粒子的冲散作用，使得粒子分布范围减小、整个区域平均浓度增大、浓度等值线数值增大。同时，利用PIV测得的速度等值线图与计算的浓度等值线图对照发现，在同一个纵断面，由于水流流速的不同，浓度值也不相同，在速度大的区域，粒子浓度小；反之亦然。从而实现了对浓度场扩散内部机制的分析。然后，根据MATLAB统计出的粒子面积，求出粒子粒径。对不同阈值时粒子粒径的分布结果进行对比发现，二值化阈值的不同，不仅造成粒子粒径范围的不同，而且也造成相应粒径范围内粒子个数的不同，再次证明二值化阈值的重要性。对不同实际浓度液体粒子粒径频数分布以及粒径统计参数Dv0.5和Dv0.9的统计发现，随着液体浓度的加大，粒径变化范围逐渐缩小，粒子更加集中分布于小粒径范围内。最后，利用MIKE3的水动力模块和水质模块对水体中污染物浓度场进行数值模拟，并用水槽实验结果对模拟结果进行验证，拟合较好。在此基础上，分别模拟了不同工况下测量纵断面上浓度的变化情况，得出水动力增强，污染物扩散范围增大，浓度减小的结论。