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水环境的管理和保护对人类生活和生存具有重大意义，为防止地下水的过度开采，有必要掌握地下水的水位动态变化;为防止地下水水质恶化、获取地下水水质的变化趋势，有必要对地下水质量进行综合评价;为保护水环境系统，有必要熟知气候变化下地下水和地表水的交互影响;为提高水环境事件的处理效率和质量，有必要对决策方法的选择和使用进行研究。结合以上亟待解决的问题，本论文开展了以下研究内容: (1)建立人工神经网络、支持向量机和自适应神经模糊推理系统三种数据驱动模型，对美国佛罗里达州奥基乔比湖(Okeechobee Lake)附近的地下水水位进行预测和比较。 地下水水位预测的准确性和可靠性在水资源管理和发展方面是极其必要的。为了测试人工神经网络(ANN)、支持向量机(SVM)和自适应神经模糊推理系统（ANFIS）三种非线性时间序列数据驱动模型的有效性，将三种模型应用于美国佛罗里达州奥基乔比湖(Okeechobee Lake)附近监测井的地下水水位预测，并考虑了地表水和地下水的交互影响。将研究区域10年的水文气象数据集，如降水量(P)、温度(T)、过去的地下水水位(G)和湖泊水位(L)作为输入数据预测监测井的地下水水位。五个定量标准统计性能评价指标包括相关系数(r)、归一化均方误差(NMSE)、均方根误差(RMSE)、Nash-Sutcliffe效率系数(NS)和Akaike信息准则(AIC)用于评估这些模型的有效性。研究结论有助于水资源管理，并证明了预测地下水水位时考虑地表水地下水交互影响的必要性。结果表明这三个模型适用于地表水附近区域（例如湖泊区域）的地下水水位预测。三种模型使用P、T、G和L的模拟结果均比使用P、T和G更精确。同时，ANFIS和SVM模型得到的结果均比ANN模型得到的结果精确。 (2)提出了三种新的地下水水质评价模型，并对研究区域进行了地下水质量综合评价。 针对水质评价中指标多样性的特点，提出了三种地下水水质评价模型，分别是基于萤火虫算法的投影寻踪模型、基于萤火虫算法的投影寻踪和模糊物元组合模型和基于萤火虫算法灰色关联投影寻踪模型，并将这三种模型用于实例研究对比分析，解决了水质评价中的模糊性和指标的不相容性等问题。 (3)建立了湖泊和地下水交互模型，量化了在气候扰动下湖泊和地下水交互系统的响应时间。 响应时间，描述如何快速地在扰动后系统达到一个新的平衡，这有助于水文地质学者描述和理解水文地质系统。对气候扰动下湖泊与地下水交互的复杂响应时间关系进行了研究，以3D-MODFLOW模型为基础进行建模，模拟了水头值，并计算了地下水与湖泊系统的响应时间。尽管是地下水和湖泊的耦合交互系统，但是它们的响应时间各不相同，地下水水位达到平衡状态时要比湖泊水位更快;受阶段性瞬态响应缓慢的影响，湖泊附近地下水的响应时间受湖泊的控制;由于敏感参数控制地下水系统响应时间的变化（例如:补给量）不同于控制湖泊响应时间的变化（例如:湖床渗透系数），湖泊对地下水响应时间的影响由湖泊至盆地边界呈下降趋势。 (4)提出了基于案例推理的多属性决策(CBR-MADM)方法，用于水环境解决应急决策问题。 基于案例推理方法(Case-Based Reasoning，CBR)提出了一种新的基于案例推理的灰关联投影寻踪动态聚类模型，该模型运用了基于熵权G1法的案例推理(CBR)方法进行了有效案例的筛选和相似案例的匹配;从历史案例库中匹配相似案例后，将专家给出的相似案例语言变量转化为区间三角模糊数，建立了区间三角模糊数的多属性决策（MADM）模型对相似案例集进一步排序和择优，在这一过程中，运用了投影寻踪动态聚类法建立了多目标优化模型，引入人工智能领域最新萤火虫算法优化目标模型，获得了灰关联最佳投影方向矢量，求得了灰关联投影值，通过计算方案集的排序向量对各备选方案进行排序择优，最终可选取目标水污染事件的最佳应急处置技术。实例应用表明了该方法的可行性和有效性。 (5)建立了水环境应急决策支持系统(Emergency Decision Support System of Water Environment，EDS S-WE)理论框架体系，阐明了(1)至(4)中提出的水质评价方法、多属性决策方法，预测水位的数据驱动模型、地表水地下水交互影响模型丰富并发展了水环境突发事件应急决策支持系统框架中的方法库和模型库。 以决策和应急决策的概念理论为基础，分析了常规决策和应急决策在决策时间和决策信息、决策目标和决策模式、决策主体、决策约束条件、决策方法等多个方面存在的显著差异;以应急决策体系及决策支持系统理论为基础，构建了水环境应急决策体系，提出了水环境应急决策支持系统框架，明确了水环境应急决策支持系统框架体系中方法库和模型库的重要性，阐明了(1)至(4)中对水环境方法和水环境模型的创新性研究丰富并发展了水环境突发事件应急决策支持系统框架中的方法库和模型库，从理论上拓展了决策支持系统在水环境领域中的应用，也为后续建立水环境应急决策支持系统提供了技术支撑和保障。