空气和水与人们的生活息息相关,随着环境保护工作力度的加强,传统的对污染源进行定期检查和应付污染事故的手段已不能有效的、及时的满足社会的需要,利用现代技术来武装环保执法队伍,改进环保手段是提高环保能力的重要途径。为了确保环境最大安全,有必要对监测布点、预警应急、污染处理等管理的理论和方法进行深入系统地研究。本文的具体内容如下：介绍了论文工作背景,对后面几章中重点讨论的优化布点、水质评价、预警与应急、环境污染预测、污水处理控制和再利用等目前国内外的研究现状进行了分析和研究,为后面几章打好基础,并给出了论文的研究目的和将要解决的主要问题。研究了一种新颖的蒙特卡罗估计选择办法(MCES)。采用多宇宙并行量子遗传算法对MCES方法进行优化,使其具有更快速的收敛能力和更好的搜索效率。该方法用于环境监测优化布点,具有简便、快速、结果合理稳定、易于推广等优点。另外用一种新的TSK模糊系统CTSK (Central TSK Fuzzy System)进行地下水质的评价取得了很好的效果。对于大样本数据集,设计出了CCMEB-CGBR(CCMEB-based Constrained GBR)算法。通过建模来实现环境污染预测系统。通过引入进化学习方法提出了视觉TSK模糊系统新的进化学习训练算法。新的基于进化学习的算法不但具有更好的全局收敛能力,同时依然能继承视觉模糊建模方法的原有优点。另外,大气污染物浓度的变化具有较强的非线性特性,本章研究了自适应神经模糊推理系统(ANFIS)方法基于Sugeno模糊模型,在此基础上给出了网络权值的修正算法。用共轭梯度法提高其前提参数的学习速度。结合国内外应急管理的现状,制定了预警应急体系的工作原则,系统设计了预警应急管理体系的总体框图。并且探讨了预警与应急管理体制的未来发展趋势。采用粒子群优化算法对一种新的级联MLP神经网络CATSMLP进行优化使其鲁棒性增强,具有更快速的收敛能力和更好的寻优能力。将其用于藻类污染预警取得了很好的效果。针对具有凸多面体参数不确定性的污水处理控制系统,研究其鲁棒H_∞保成本控制器的设计问题。应用所设计的鲁棒H_∞保成本控制器进行研究,结果表明了本章方法的可行性及有效性,并且系统最终的稳态误差较小。并且提出污水等可作为可再生能源的有效建议和方法。对论文作了总结,提出了本文的主要创新点,针对论文研究工作中的不足提出了对未来研究发展前景的展望。