水是生命之源。由于改革开放的深入和经济的迅速发展，江河流域水环境破坏变得越来越突出，水污染越来越严重，已经影响到人类的生产和生活，严重制约着社会经济和生态环境的可持续发展。近年来，由于流域水环境恶化、生物多样性破坏和水上流失，导致流域洪水灾害增多，水资源承载能力减弱，人与自然的矛盾不断升级。因此，流域水污染防治势在必行。　　 本文主要介绍了运用相关分析、因子分析和聚类分析来研究流域水污染成因的数学方法，并以小清河济南段为例，应用spss统计软件进行了成因分析。小清河流域水污染主要是有机污染和氨氮污染，形成原因是生活污水的大量排放和部分工业废水违规或不达标排放。利用因子分析得到污染程度由轻到重依次为睦里庄、马鞍山、辛丰庄、还乡店、五柳闸、大码头、鸭旺口。利用聚类分析最终聚成四类，位于济南历城区的还乡店、大码头和鸭旺口聚成第四类，污染最严重，原因是历城区重点工业分布广泛，生活污水大量排放，以及历城区分布在小清河流域的中下游，污水顺流而下。因子分析和聚类分析得到的结果基本一致---小清河流域（济南段）水污染的总体趋势是沿河流先递增然后又略有下降。　　 本文主要通过生活污水截污处理、工业废水深度处理、引水补源和建立流域生态补偿机制等对策对小清河流域（济南段）进行综合防治。特别是建立流域生态补偿机制是从博弈论的角度进行理性分析，通过引入激励与约束政策，迫使各个参与人达成一致协议，由非合作博弈转变成合作博弈。　　 本文的创新点有两个:一是首次利用聚类分析对流域水污染进行研究，并以小清河（济南段）为例，通过聚类分析找到污染最严重的三个监测断面都位于济南市历城区，从而找到污染的成因并有针对性地对水污染进行防治。二是本文从博弈论的角度分析流域上下游关系，通过引入激励与约束政策，试着建立流域生态补偿机制。