中国是世界上13个缺水最严重的国家之一，资源性缺水原本就十分突出，而随着经济的高速增长，富营养化已成为我国湖泊的普遍性问题，肆虐的水华造成的水质性缺水更是雪上加霜，严重威胁着区域饮用水安全。水华预警是水华防治的重要基础工作，只有在准确预测预报水华的基础上，才能科学合理地规划对应措施，有效地防范水体由富营养化向水华的演变，为湖泊的水环境管理提供科学依据。但由于发生机理异常复杂，水华预警一直是水环境管理的难题。此外在实际的水环境管理工作中，水华还只是个定性的概念，界定水生态系统是否处于水华状态尚缺乏专门的指标和定量的标准。 本文对湖泊富营养化与水华的模型研究进行了全面的综述，总结了单一营养物质负荷模型，浮游植物与营养盐相关模型、生态动力学模型以及灰箱和黑箱等4类主要模型的建模思路、应用实例及其优缺点，重点分析了这些方法在应用于水华预警时其自身难以逾越的技术瓶颈。通过深圳水库的案例研究发现，富营养化状态存在明显滞后于富营养化压力的现象，同时TP指标的演变规律符合突变理论的模型特征。我们进而从整个水生态系统的角度出发，综合考虑TP、N：P、Chla和DO等4个对该水库富营养化影响最为突出的因子，构建了水华突变的尖点模型。经检验模型的相对误差控制在5％以内，具有较好的拟合精度。根据模型的突变判别，水库的水生态系统在1997年发生了突变，这一模拟结论与TP指标的突变判别结论相呼应，并与该水库1997年首度暴发水华的实际情况相一致。深圳水库的研究初步论证了本文的一个重要结论，即水华是水生态系统中营养物质长期累积的结果，是系统经富营养化长期演化后的极端状态，是一个由量变到质变、由渐变到突变的状态阶跃过程。该研究同时给了我们一个重要启示，即水华突变模型可以较系统地勾勒出富营养化状态下水生态系统各要素间的动态响应模式，为水华问题的研究拓展了一条新的思路。本文据此提出了全新的水华预警的策略与方法，即集成化模型模拟的技术路线：在水文流场模拟的基础上运用神经网络进行水质模拟，最终运用突变理论，实现对水华暴发的判定和预测。在集成化模型模拟技术中，水文模拟是水质模拟的基础，而水质模拟又为水华机理的研究提供参数，整个技术路线前后呼应、环环相扣。运用该技术路线，本文开展了针对巢湖的案例研究。通过数据拟合，本文构建了巢湖水华突变模型，模型的相对误差控制在10％左右，具有较好的拟合精度。根据模型的突变判别，巢湖水生态系统2003年7月在西半湖断面发生了突变，这一模拟结论与该断面2003年8月爆发水华的实际情况相一致。巢湖的案例研究再一次表明，水华突变模型能准确地反映湖泊富营养化引发水华的实际情况，系统地勾勒出富营养化状态下水生态系统各要素间的动态响应模式，揭示了水华爆发的突变机理。通过构建水华的突变模型，能够对湖泊水华实施有效的预测和预报。 本文运用巢湖水华突变模型，开展了引江济淮对巢湖水华影响的模拟与预测，结果显示，西半湖断面在引江济淮的次年将不会暴发水华，工程的实施对缓解湖体富营养化与水华情势具有积极意义。同时，本文以突变判别式B=8u3+27v2为母版，提出“水华突变度”、“水华风险度”两项水华评价专项指标，并进一步规范指标的集成技术，细化其定量标准，构建了巢湖水华专项评价体系。此外，以本文提出的集成化模型为技术内核，开展了对巢湖EDSS的设计研究，从“大环境”和“大生态”的高度，将巢湖EDSS定位为集“水环境、水生态、水资源、水健康、水安全、水经济”六位一体的统筹调度系统，并就系统的结构、功能、数据库、模型库、接口等内容的设计进行了细化展开。本文的研究初步揭示了水华现象的突变数理特征，首次提出通过构建突变模型实施水华预警的技术路线，系统地提出了面向水华预警的集成化模型的技术方法，并据此首次提出水华专项评价体系，并建立了指标、量化了标准、规范了方法。本文是创新水华研究方法的一次初步尝试，类次的研究目前在国内外尚未见报道。诚然，文中的结论尚有待于得到在其他湖泊进行对比研究的进一步验证。此外由于数据收集等方面的条件所限，本文所建立的水华突变模型也仅考虑了Chla、TP、TN：TP、T和DO等几个对深圳水库和巢湖富营养化影响作用较为突出的几个因子，而光照、pH、水文以及其他水质参数等参量尚未考虑其中，还有待于进一步丰富和完善。