磷作为引发湖泊富营养化和农业面源污染的主要原因之一,其含量的多少直接影响着湖泊和水系水质的好坏。健康湖泊和水系具备一定的自净能力,但是如果污染物的含量超过其自净能力的上限,湖泊和水系将无法进行自我修复,进而导致湖泊水系水质恶化。研究湖泊中磷的释放和渠道中磷的输移规律,是解决湖泊富营养化和农业面源污染问题的基础。本文以湖泊底泥中磷和渠道中磷为研究主体,围绕其在水动力条件下的释放和运移规律,开展了系列试验及数值模拟研究。在湖泊磷污染方面,本文利用自制试验装置,对随时间改变和不随时间改变的水动力扰动条件下底泥与上覆水界面间磷的交换规律进行了研究,并针对湖泊磷污染提出了一种新的治理办法—多孔管法。在研究农业面源污染方面,针对磷截留效果较好的复式断面生态沟渠进行了更深一步的磷浓度横向分布规律的室内试验和理论分析,并以武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室屈家岭实验基地的生态排水沟渠作为研究对象,在不同水动力扰动条件下,对比不同生态沟渠形式对磷截留的效果,取得了一系列有价值的成果。在恒定剪切流速条件下,随着时间的推移,上覆水中磷浓度的变化普遍呈对数曲线形式。试验前期磷的释放速率最大,中期慢慢降低,到后期上覆水中的磷浓度趋于稳定,且磷的释放速率随剪切速度的增加而增大。在变化的剪切流速扰动条件下,磷的释放特性曲线与恒定水动力扰动条件下不同,剪切速度的逐渐增加对磷的释放有积极的影响,剪切速度的突然降低会导致磷释放速率的降低。本文提出一种结合“引水补源”工程用以解决底泥中磷含量过高的方法—多孔管法。该方法增大了底泥与水的界面面积,加快了底泥与上覆水界面间磷的交换。试验结果证明,多孔管对底泥中的磷向上覆水中的释放有着促进作用。多孔管能加快底泥中的磷释放,减少底泥中的磷含量,“引水补源”工程又能快速稀释水体中的磷含量,二者结合使用可减小底泥二次污染湖泊的风险。复式断面渠道截留农田废水中磷的效果好于单一形式断面渠道,但针对其作用机理的研究较少。已有研究多侧重于复式断面中流速横向分布,而针对悬浮泥沙和营养盐横向分布的理论研究相对较少。本文结合室内水槽试验,分析流速,悬浮泥沙和磷在复式断面中的分布规律,并且基于N-S方程、悬浮泥沙扩散方程和磷扩散方程,结合适当的边界条件给出了复式断面中磷浓度横向分布的解析解。将解析解与试验结果进行对比,解析解的预测效果良好。生态渠道作为新兴的农田排水方式,其对磷截留的重要作用已经得到证实。本文以屈家岭实验基地的田间试验为依据,分析了四种不同护坡生态渠道（包含二阶木桩护坡生态渠道、生态袋护坡生态渠道、空心砖护坡生态渠道和网垫植被护坡生态渠道）对磷的截留效果。试验结果表明,二阶木桩护坡生态渠道对磷的截留效果最为明显。排水量对生态沟渠的磷截留能力也有显著影响,随着排水量的增加,悬浮泥沙、溶解态磷和颗粒态磷的截留效率反而降低。格子Boltzmann方法是一种新颖、有前景的数值方法。近十几年来,很多学者尝试将格子Boltzmann引入计算水力学领域。本文在对流扩散方程中引入了考虑水动力条件影响的附加项,分别采用1～3维格子类型模拟了磷在底泥与上覆水界面间的交换和磷在生态渠道中的运移。测试和结果对比表明,建立的格子Boltzmann数值模型可以成功模拟水动力扰动下湖泊和渠道中磷的运移规律,并具有较高的精度和可靠性。