环境水力学是形成和建立不久的一门水力学的分支学科，它的主要任务是研究污染物质在水体自然过程中的浓度变化规律及其应用。这些过程可以分为两大类：迁移和转化。迁移指通过物理方法在大气圈和水圈中运输物质的过程。类似于邮政快递，运输就是一封信从一个地方到另一个地方，流体就类似于邮政运输车，而信本身就类似于被运输的化学物质。环境水力学中两种基本的运输是对流（与流体流动相关的运输）和扩散（与流体随机运动相关的运输，包括分子扩散、紊动扩散、剪切流离散）。第二个过程转化，指的是将一种物质转化成另一种物质的过程。仍以上例作为例子，转化就是废旧回收厂将信转化为鞋盒的过程。转化的两种基本模式是物理变化（由物理规律引起的转化，如放射性衰变）和化学变化（由化学反应或生物反应引起的变化，如溶解和呼吸）。转化过程不是本课程的主要内容，本课程主要研究的是示踪物质（在水体内扩散和输移时不发生转化的物质），其存在不影响流场特性的改变。
污染物浓度在水体的分布状况，是进行水质评价的基本依据。过去一段时间内，人们在研究水资源的利用和开发时，多着眼于对水量进行预测和规划。可是目前水污染现象比较严重，只对水量进行研究显然不能满足国民经济发展的需要，环境水力学的研究成果将会在水质评价、水质规划与水资源保护等工作中得到广泛的应用。
环境水力学的主要研究及应用领域涉及：
（1）海洋水体：包括污水排海工程的设计规划、冷却水取、排水工程设计、事故情况下溢油的运动规律、河口盐水入侵问题等。
（2）河流流域：包括污染带计算、排放口形式及位置、射流理论、分流比、湍流理论、河口盐水入侵问题等。
（3）湖泊、水库：包括水库建库前后的水质变化、水环境预测，水温变化、富营养化问题等。
（4）其他领域：包括氧化塘的优化设计、沉淀池的沉淀效率、过滤池的过滤机理、氧化沟的水力模拟等。
这里，我们介绍几个典型问题及其与环境水力学的关系，用以激发后续学习的兴趣，并给接下来的学习做一个引导。
例1－1 室内空气污染 在“9·11”事件后不久，美国邮电业面临着炭疽热问题，关于武器级别的炭疽热会在空气中扩散的讨论有很多。典型的炭疽孢子由于质量较大因而很难发生远距离传播。然而，若炭疽能由气溶胶颗粒（体积足够小，没有明显沉降速度的颗粒）传输，则会带来更大的威胁。扩散，尤其是在第三章将会讲到的紊动扩散，对密闭空间内气溶胶的扩散起着非常重要的作用。实际上，扩散是人们闻到湿油漆、烟气或者香水的主要原因。若炭疽能在空气中扩散，则也会在密闭空间中充分扩散，这也提高了进入这个空间中的人被感染的几率。
图1－1 在封闭空间内的混合过程图
图1－1为在房间的左下角有一点源释放，通过通风系统和气体的随机运动，使得进出房间的气流达到混合。当工程师设计室内通风系统时，他们要使室内空间空气充分混合和快速更新（避免污染物质集中的死角），环境流体力学为计算空气混合速率及设计更有效的空气系统提供了研究手段。(www.xing528.com)
例1－2 河流排放污染物 河流接受污染物质且能将其向下游输送，是大量的工业废水和市政污水最主要的接纳水体（见图1－2）。而且，社区污水处理厂很可能将处理后的污水直接排至当地的河流或者水库，尽管水已被处理过，但是仍有可能含有营养污染物质从而导致下游藻类和细菌滋生，这也反过来会影响水体的溶解氧水平，促进湖泊水体富营养化。
图1－2 工业副产物通过点源输送至天然河流中的示意图
为了控制点源污染物排放产生的影响，工程师们必须对点源附近的区域（近区）和下游不受排放点驱动力影响的较远区域（远区）的影响进行评估。近区污染物质与环境水体快速混合，主要受扩散过程影响。远区则主要受离散和随流输移过程影响。在后面的章节中，会对以上每一个专题进行详细讨论。
图1－3 氧气通过气水交界面扩散到水体中的示意图
例1－3 氧交换 环境流体力学所研究的物质并不都是有害物质。我们将要研究的另一种重要的物质为氧气，是呼吸所必需的物质。通过水体的生物降解可降低其中的氧气浓度，这主要是因为水体和空气之间比较缓慢的交换速率无法弥补由于生物降解所消耗的氧气。当污染物浓度降低时，氧气则会从空气中溶解到水中进而扩散到水体，如图1－3所示。
扩散的重要特征之一是，它能使污染物质从高浓度区向低浓度区迁移。在图1－3中，深色部分表示氧气的高浓度区，浅色部分则表示氧气的低浓度区。
例1－4 气体混合 污染物质释放到环境中的最主要的途径是通过化工厂和电厂排放烟气（如图1－4所示）。污染气体由于自身的冷凝，会形成烟气或者云的可见形式排放。寒冷的冬季，汽车尾气也以可见的形式排出。在夏天，汽车尾气均不可见，我们很少在夏天会注意到汽车四周的污染物质。然而，一旦受到冷空气的作用使废气可见时，其效果是令人吃惊的。环境流体力学被用来预测夏季和冬季气体浓度，辅助设计汽车尾气和工业废气系统，以使其达标排放。
图1－4 工业排放副产物通过烟囱释放到大气中的示意图
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