城市化进程快速发展在一定程度上改变了区域水系统的水质演化规律。本文以北京市北运河流域为例，在分析整理流域内地表水、地下水等水质监测成果的基础上，综合利用多变量统计分析、MK(Mann-Kendall)趋势分析、同位素技术等多种方法开展了城市化进程下区域水系统的水质演化规律研究，借助Feflow软件建立了典型河段地表水和地下水水质耦合模型，利用层次分析方法进一步分析探讨影响城市水系统水质演化的主要指标和主控因素。　　结果表明，在城市化进程下，近三十年来北运河流域地表水水质演化与城市水环境保护认识发展历程基本吻合，经历了先变差又逐步改善的演化过程。在1985-2005年间，对城市水环境保护认识不足，受污染物排放和水环境治理改善力度不足等因素影响，水质呈现恶化趋势，Na+、Cl-等水化学指标及NH4+、CODMn等污染指标浓度均不同程度的升高;在2005-2015年，随着对城市水环境保护认识不断增强，水环境保护和治理力度全面提升，水质呈现出好转趋势，主要水质参数浓度均有不同程度的降低。受不同补给水源条件以及污染源的影响，地表水水质空间差异特征显著，尤其是CODMn、NH4+、TP等人类活动污染指标更为显著。地表水水质季节变化特征也较为显著，温度、pH值和EC是判别水质季节变化最显著的3个水质指标，EC、CODMn等主要水质参数均呈现出从汛期前向汛期及汛后逐渐降低趋势。不同补给水源条件下的河流之间水化学特征表现出显著的差异性，清水补给源河流水化学类型以HCO3-Ca-Mg型为主，而再生水和混合水补给源河流水化学类型以Cl-SO4-Na-K型为主。　　研究区地下水水位动态变化显著，总体呈下降趋势，近十年来年均下降0.35m，且空间变异系数较大，局部地区下降幅度显著。南水北调通水后，区域地下水水位呈逐步回升趋势。浅层地下水水质总体相对稳定，可达水质优良水平，受水位动态变化、降水补给等多因素影响，年际间各水化学参数浓度均略有变化，且变化趋势基本一致。研究区地下水主要来源于大气降水补给，同时也一定程度上受蒸发浓缩作用影响。地下水水质呈现出较为显著的空间和季节变化特征，整体上看，北部地区水质优于南部地区，丰水期优于枯水期。总硬度是可反映城市化进程的重要水质指标，在地下水过量开采和污染物入渗等因素综合作用下，局部地区地下水总硬度浓度呈升高趋势。　　作为北运河流域的典型河段，土沟河段地表水与地下水水质耦合程度较高，地表水污染物入渗负荷是影响区域地下水的重要因素。模拟预测在地下水持续开采以及现状河水条件不变的情况下，河水入渗将会对地下水水质产生一定程度上的影响，10年后河道周边埋深在20m和60m的含水层水平方向受Cl-的影响范围分别可达到447.5m、332.8m，受NH4+的影响范围可达到275.1m、106.9m。　　判定识别出CODMn、BOD5和NH4+是影响区域水系统地表水水质状况的主要指标，权重依次可达到0.104、0.101、0.074;NH4+、NO3-是影响区域水系统地下水水质状况的主要指标，权重均可达到0.097。地表水污染物入渗负荷、生活污水直排入河量、水环境治理工程、地下水防护性能、垃圾填埋场数量及规模、上游来水水质是城市化进程下影响区域水系统水质演化的6个主控因素，权重分别为0.118、0.097、0.097、0.094、0.085、0.079。其中，生活污水直排入河量、水环境治理工程和上游来水水质是影响区域水系统地表水水质演化的主控因素，而地表水污染物入渗负荷、地下水防护性能和垃圾填埋场数量是影响区域水系统地下水水质演化的主控因素。　　本研究建立了多变量统计、MK趋势分析、层次分析、同位素技术和数值模拟等相结合的方法体系，有助于深入认识城市化进程下区域水系统的水质演化过程，为城市水资源的合理开发利用和保护管理提供科学依据，不仅对保护和改善北京的水资源环境以及维持城市持续健康发展有着深远的意义，同时也为其它地区研究区域水系统的水质演化规律提供了科学示范。