Water quality stresses are being increased worldwide, affected by both natural phenomena and anthropogenic activities. The expected natural climate change and the ever-increasing agricultural, industrial, recreational and numerous economic growth activities are having high effects on water quality. Herein in this work, hydrodynamics and water quality problems were investigated in two different water systems: coastal lagoons of El Gouna in Egypt as an example of coastal ecosystems and a reach of the Nile River that represents a river system. In El Gouna lagoons, TELEMAC-MASCARET numerical models using the vertically averaged TELEMAC-2D, TELEMAC-WAQTEL-O2 and TELEMAC-WAQTEL-EUTRO modules were set up to gain an insight into the hydrodynamics, tracer transport and water quality in the lagoons with the aid of high performance computing. The effect of different weather conditions (tide, winds, and water temperatures) on hydrodynamics, dissolved oxygen deficit and the eutrophication were investigated. Also, the tracer transport process from a nearby desalination plant was simulated discussing the effect of different tracer quantities or different injection times and the tracer residence time. Further, a sensitivity analysis was conducted on the effect of polluted effluents from a nearby desalination plant having low DO and high eutrophication levels. Finally, new precautions for better water quality in the lagoons were discussed. To my knowledge, this is one of the first studies investigating hydrodynamics and water quality problems in manmade lagoons. Moreover, no studies on real systems using the EUTRO-WAQTEL module for discussing the eutrophication problem were reported so far. It was found that the flow hydrodynamics and tracer transport were highly affected by the weather conditions. For instance, water depths were controlled by tide fluctuations while the maximum wind increased the flow velocities and the tracer outflow. Also, the mean wind together with tide case decreased the residence time, when compared to the tide without wind case. Moreover, simulations for the operation of the desalination plant suggested that rapid injection of the tracer may enhance a quicker removal of pollution from the lagoons. The dissolved oxygen concentrations and the eutrophication were also affected by different weather conditions. The findings of the water quality simulation are shown hereafter: (1) Dissolved oxygen decreased affected by high water temperatures. (2) Tidal wave induced dissolved oxygen concentrations to increase and decrease following a sinusoidal wave. (3) Other water quality parameters such as phosphate and nitrate were not highly influenced by tide’s fluctuations, except close surroundings of the open boundaries. (4) Different quantities of binary effluent and different injection times had only minor effects on dissolved oxygen concentrations in the lagoons. (5) Low wind speeds highly increased water eutrophication problem leading to low dissolved oxygen concentrations and high nutrients rates. (6) Better water quality was observed beside inflow boundaries when compared to outflow boundaries. (7) The average water quality was not highly deteriorated by the nearby desalination operation, while the area just beside the desalination inflow showed relatively strong effects. (8) Different weather conditions controlled the brine’s propagation inside the lagoons. (9) Increasing the width of the inflow boundaries and injecting tracer during tide and mean wind conditions were suggested as new precautions which may help to preserve good water quality in a future warmer world. The further focus of this work considered the water quality in a section of the Nile River between the Naga Hammadi barrage and the Asyut barrage using EUTRO-WAQTEL module. The first aim was to set up a water quality model with high accuracy using automatic calibration and high performance computing. For that purpose, the Dual-Annealing optimization method together with a sensitivity analysis was applied to calibrate the dissolved oxygen and biological oxygen demand in the river section in a winter and summer season. With the calibrated model, impacts of lateral polluted inflows from irrigation drains and factories on water quality were discussed. Also, impacts of the expected future climate change and low flow discharges on water quality were investigated. Using automatic optimisation and computationally intensive sensitivity analysis, the maximum average error in the calibrated model did not exceed 0.24 mg/l for dissolved oxygen and 0.27 mg/l for biological oxygen demand. It was also found that the simulated scenarios of lateral drains’ inflow did not highly affect the water quality in the whole domain and only concentrated in a short distance to the inflows. Moreover, it is recommended to specifically investigate the impacts of the lateral polluted inflows on the water quality in the low flow discharge periods as in the high flow discharge the river is capable to refresh its water more rapidly. Further, lower biological oxygen demand and dissolved oxygen concentrations were observed in higher water temperatures. Finally, low water discharges had minor effects on biological oxygen demand and dissolved oxygen in the investigated river section., Die Belastung der Wasserqualität nimmt weltweit zu und wird sowohl durch natürliche Phänomene als auch durch anthropogene Aktivitäten beeinflusst. Der erwartete Klimawandel und die ständig zunehmenden Aktivitäten in den Bereichen Landwirtschaft, Industrie, und Freizeitgestaltung und Wirtschaftswachstum haben starke Auswirkungen auf die Wasserqualität. In dieser Arbeit wurden hydrodynamische und Wasserqualitätsprobleme in zwei verschiedenen Wassersystemen in Ägypten untersucht: in den Küstenlagunen von El Gouna als Beispiel für ein Küstenökosystem und in einem Abschnitt des Nils als Beispiel für ein Flusssystem. Für die Lagunen von El Gouna wurden numerische TELEMAC-MASCARET Modelle mit den Modulen TELEMAC-2D (vertikal gemittelt), TELEMAC-WAQTEL-O2 und TELEMAC-WAQTEL-EUTRO erstellt, um ein umfassendes Verständnis zur Hydrodynamik, zum Tracertransport und zur Wasserqualität in den Lagunen zu gewinnten. Dazu wurden die Auswirkungen verschiedener Wetterbedingungen (Gezeiten, Winde und Wassertemperaturen) auf die Hydrodynamik, das Defizit an gelöstem Sauerstoff und die Eutrophierung untersucht. Außerdem wurde der Tracertransport aus einer nahegelegenen Entsalzungsanlage simuliert, wobei die Auswirkungen unterschiedlicher Tracermengen und Injektionszeiten sowie Tracerverweilzeiten diskutiert wurden. Außerdem wurde eine Sensitivitätsanalyse zu Auswirkungen von verunreinigtem Abwasser aus einer nahe gelegenen Entsalzungsanlage mit geringem Gehalt an gelöstem Sauerstoff und hohem Eutrophierungsgrad durchgeführt. Schließlich wurden neue Vorkehrungen zur Verbesserung der Wasserqualität in den Lagunen erörtert. Nach meinem Kenntnisstand ist diese Studie eine der ersten, die sich mit der Hydrodynamik und Wasserqualitätproblemen in künstlichen Lagunen befasst. Darüber hinaus wurden bislang keine Studien an realen Systemen unter Verwendung des EUTRO-WAQTEL-Moduls zur Diskussion des Eutrophierungsproblems veröffentlicht. Es wurde festgestellt, dass die Hydrodynamik und der Tracertransport stark von den jeweiligen Wetterbedingungen beeinflusst wurden. So wurden beispielsweise die Wassertiefen durch Gezeitenschwankungen maßgeblich beeinflusst, während der maximale Wind die Strömungsgeschwindigkeiten und den Tracerausfluss erhöhte. Außerdem verringerte mittlerer Wind zusätzlich zu den Gezeiten die Verweilzeit im Vergleich zum Gezeitenfall ohne Wind. Die Simulationen für den Betrieb der Entsalzungsanlage ergaben außerdem, dass eine schnelle Injektion des Tracers eine schnellere Entfernung der Verschmutzung aus den Lagunen bewirken kann. Auch die Konzentrationen an gelöstem Sauerstoff und die Eutrophierung wurden durch unterschiedliche Wetterbedingungen beeinflusst. Die Ergebnisse der Wasserqualitätssimulation werden im Folgenden dargestellt: (1) Der gelöste Sauerstoff wurde durch hohe Wassertemperaturen beeinträchtigt. (2) Die Konzentration des gelösten Sauerstoffs stieg durch die Gezeitenwelle an und sank wieder ab, jeweils in Form einer sinusförmigen Welle. (3) Andere Wasserqualitätsparameter wie Phosphat und Nitrat wurden von den Gezeitenschwankungen nicht stark beeinflusst, mit Ausnahme von Punkten in der Nähe der offenen Ränder. (4) Unterschiedliche Mengen von Abwasser aus der Entsalzungsanlage und unterschiedliche Injektionszeiten hatten nur geringfügige Auswirkungen auf die Konzentrationen an gelöstem Sauerstoff in den Lagunen. (5) Niedrige Windgeschwindigkeiten verstärkten das Eutrophierungsproblem erheblich, was zu einer niedrigen Konzentration an gelöstem Sauerstoff und hohen Nährstoffgehalten führte. (6) Es wurde eine hohe Wasserqualität an den Zuflussrändern im Vergleich zu den Ausstromrändern beobachtet. (7) Die durchschnittliche Wasserqualität wurde durch den nahe gelegenen Entsalzungsbetrieb nicht stark beeinträchtigt, während das Gebiet direkt neben dem Entsalzungszufluss relativ starke Auswirkungen zeigte. (8) Unterschiedliche Wetterbedingungen beeinflussten die Ausbreitung der Sole innerhalb der Lagunen. (9) Die Vergrößerung der Breite der Zuflussränder und die Injektion von Tracern während der Gezeiten und des mittleren Windes sind neue Vorsichtsmaßnahmen, die dazu beitragen können, eine gute Wasserqualität in einer zukünftigen wärmeren Welt zu erhalten. Der zweite Teil dieser Arbeit befasste sich mit der Wasserqualität im Nil zwischen der Staustufe Naga Hammadi und der Staustufe Asyut unter Verwendung des EUTRO-WAQTEL Moduls. Das Hauptziel war die Erstellung eines Wasserqualitätsmodells mit hoher Genauigkeit unter Verwendung einer automatischen Kalibrierung und mit Hilfe von Hochleistungsrechnern. Dazu wurde die Dual-Annealing-Optimierungsmethode in Verbindung mit einer Sensitivitätsanalyse für die Kalibrierung des gelösten Sauerstoffs und des biologischen Sauerstoffbedarfs im Flussabschnitt in der Winter- und Sommersaison eingesetzt. Mit dem kalibrierten Modell wurden Auswirkungen von seitlichen kontaminierten Zuflüssen aus Entwässerungskanälen und Fabriken auf die Wassereigenschaften diskutiert. Weiter wurden die erwarteten künftigen Klimaänderungen und Niedrigwasserabflüsse auf die Wasserqualität untersucht. Durch automatische Optimierung und rechenintensive Sensitivitätsanalysen betrug der maximale durchschnittliche Fehler des kalibrierten Modells nicht mehr als 0.24 mg/l für gelösten Sauerstoff und 0.27 mg/l für den biologischen Sauerstoffbedarf. Es wurde auch festgestellt, dass die simulierten Szenarien zu seitlichen kontaminierten Zuflüsses die Wasserqualität im gesamten Gebiet nicht stark beeinflussten und sich nur in der Nähe der Zuflussstellen auswirkten. Es wird empfohlen, die Auswirkungen der kontaminierten seitlichen Zuflüsse auf die Wasserqualität in Zeiten mit geringem Abfluss zu untersuchen, da der Fluss bei hohem Abfluss sein Wasser schneller auffrischen kann. Außerdem wurden bei höheren Wassertemperaturen ein niedrigerer biologischer Sauerstoffbedarf und geringere Konzentrationen an gelöstem Sauerstoff festgestellt. Schließlich hatten niedrige Abflüsse nur geringe Auswirkungen auf den biologischen Sauerstoffbedarf und den gelösten Sauerstoff in dem untersuchten Flussabschnitt.