南水北调东线工程是缓解我国水资源空间分布不均的特大基础设施项目。作为东线工程的重要输水通道和调蓄湖泊,南四湖的水质状况关系到山东省及整个东线工程的调水安全。近年来,随着南四湖水质的逐渐改善,周边的水环境安全防控体系建设已初见成效。然而,水污染事故的突发性和不确定性仍是防治工作的难点。特别是水污染事故发生时,仍存在一定的反应滞后性。为此,亟待建立完善的水环境预警系统,保证在预知事故发生的同时,使得应急系统充分发挥其作用,从而为南四湖突发性水环境事件的预防和应急处置提供有效保障和衔接手段。论文在对南四湖流域现状调研和资料分析的基础上,运用数学方法和现代计算机模拟技术,建立了南四湖水环境安全预警体系,体系涵盖预警指标体系、预警模型以及预警监测系统。论文主要进行了以下几方面的工作。(1)提出了南四湖水环境安全预警体系的结构框架。分析了预警体系的组成要素,主要包括警源、警情、警兆、警限、警度；确定了预警的实现流程,包括警情确定、警源识别、警度判定和警患排除；基于南四湖流域环境特征,提出了南四湖水环境安全预警体系总体框架,重点包括预警指标体系建立、预警模型选择以及预警监测系统优化等方面。(2)构建了南四湖水环境预警指标体系。①基于南四湖水环境事件特点,识别了水环境事件的各种诱因,分析了社会经济、企业生产、环境水体、自然生态、河道防控五个方面的相互作用关系,在此基础上构建出水环境预警系统的结构模型；②运用德尔菲法、SPSS主成分分析法,分别筛选了定性指标、定量指标,基于层次分析法构建了包含四个结构层次的南四湖水环境预警指标体系；③利用已构建的水环境预警指标体系,采取综合分数预警的形式,建立水环境预警指数模型,计算预警总指数Ⅰ,通过界定预警总指数的取值区间来确定预警警限,从而确定警度,本研究中共将预警警度分为红、橙、黄、蓝四个等级,并对应每个等级给出了事件描述。(3)利用EFDC模型对南四湖的水体环境迁移过程进行研究,成功模拟出污染物随水流的时空迁移过程。首先介绍了多参数有限差分模型EFDC的模拟原理和关键方程,以EFDC_Explorer对南四湖下级湖进行区域网格剖分,在此基础上,构建了下级湖水动力模型和水质模型。①采用2011年12月实测逐日流量、水位值拟定边界条件,最后经多次率定后得出微山站水位模拟值,经与实测值对比显示拟合效果良好,成功建立了水动力模型。②在水动力模型设定的参数基础上进行水质模型的构建,对高锰酸盐指数、氨氮、溶解氧三个参数进行模拟,输出微山站水质参数模拟值并与实测值对比,对产生的误差进行归因分析,结果表明EFDC对这三种物质随水流迁移规律模拟结果与实际拟合效果良好。③基于水动力与水质模型的成功构建,模拟污染物随水流的迁移过程,确定了污染物随水流迁移的时空分布规律,进而做出详细准确的预警,为应急方案的制订和优化提供理论支撑。(4)优化了南四湖水环境预警监测系统。对原有监测网络的布点应用先进水质自动在线技术、数据采集、传输和管理技术进行优化改进,新设定监测点位时要严格遵守布点原则；分别从强化监测网络功能和作用、提高数据综合分析能力以及组织机构和人力资源保障等方面,提出了南四湖水环境预警监测系统改进措施。