近年来,随着我国政府加深和重视对水资源保护问题的认识,特别是对湖泊水库等饮用水源地保护的逐步完善,湖泊水库水源的外源污染已经或正在逐步得到有效地控制,于是内源污染正逐步演化为影响水源水体水质的主导因素。扬水曝气技术能有效解决大水深湖泊水库的内源污染问题。因此,研究扬水曝气器的曝气充氧性能对扬水曝气技术的工程应用具有重要的理论价值和重大的现实意义。通过对黑河金盆水库水温、溶解氧、pH和底部水质的监测和分析表明:黑河金盆水库属于大水深稳定分层型水库,水体分层阻碍了上下层水体之间的物质交换,加之在水体耗氧和底泥耗氧的双重作用下,溶解氧浓度从表层水体的8mg/L左右降低到底部的0.1-0.2mg/L左右;在厌氧条件下,底部沉积物中氮、磷、铁和锰等污染物大量释放,导致底层水体的高负荷污染:NH₃-N、TN、TP、Fe、Mn和COD分别达到2.22mg/L、2.30mg/L、0.05mg/L、0.13mg/L、2.53mg/L和74mg/L。针对水体分层对底部水质产生的不利影响,分析探讨了现行水源水质改善技术,而扬水曝气技术具有混合上下水层、直接充氧和混合充氧等多重作用,表明了扬水曝气技术对大水深水库的水质改善和内源污染控制方面具有很大的优势。在气—液两相流体所受推动力和曳力平衡条件下建立了一维水力提水性能数学模型,利用Matlab计算软件和文献资料对模型进行解析和初步验证,为曝气室结构设计和加工提供一定的依据,验证结果表明模型不同的压降损失系数选择会在很大程度上影响数学模型的模拟精度。最后利用小试实验,测定其液体流速和气含率,确定了本实验模型的漂移通量模型公式,同时得到该提水性能模型对气含率的估计值与实测值之间的误差限为±20%,对表观液速的误差限为±15%,这说明建立的模型对该实验模型的流体特性模拟具有适用性,并验证了所建提水性能数学模型的可行性和合理性。同时理论分析和实验结果还表明:当气量保持一定时,上升段高度越大,水体上升流速就越大;只改变下降段高度Hd不会对系统上升段的流体特性产生影响;在气量较小的情况下,改变降升段截面积比（Ad/Ar）对流体特性影响较小;在气量较大的情况下,Ad/Ar接近于1时,水体上升流速趋于最大,提水性能越佳;气泡大小影响曝气室提水性能,气泡直径越小,液体上升流速反而越大,提水能力越强。综合考虑曝气室曝气运行时包括气泡—水界面氧传质与空气—水界面氧传质两部分的气液传质过程,在单个离散气泡模型和Higbie浅渗理论基础上建立了含氮传质在内的曝气区氧传质微分方程,用解析法或数值法求解微分方程,得到曝气区氧传质数学模型,用于计算曝气区的充氧量。