河流水质模拟预警技术是水环境安全的有力保障，对处于中国北方寒冷地区（简称“寒区”）的牡丹江而言，每年有近一半的时间处于冰封期，要基于软件构建一套实用的水质模拟预警系统，利用有限的河流断面实测数据，既能在非冰封期模拟预测河流的水污染时空分布，又能在冰封期监控河流水污染传播情况，达到准确掌控河流水质空间分布状况，预测水质变化趋势，预警常规监测污染指标超标和突发污染事故发生的目的，构建过程将面临诸多挑战。挑战之一是用什么方法可以仅仅利用有限的断面监测数据，就能够掌握整条河流的水质时空分布状况，监控排污口污水对河流水质造成的影响;挑战之二是当污染事故发生时，如何提高水污染时空传播模拟的效率，以缩短污染事故应急响应的时间;挑战之三是如何对河流的水质进行预测，以提前对可能造成的水污染做好准备，避免水污染事故的发生，减少水污染造成的损失。　　本论文以构建中国北方寒冷地区水质模拟预警系统研究为目标，针对以上三个方面的挑战内容，研究了牡丹江水质现状、水质机理模型构建技术、水质机理模型与GIS的集成技术、模型的分布式计算和水质模拟预警系统相关核心技术的实现等内容。研究成果如下:　　①牡丹江二维水质模拟预警模型:该模型考虑了冰封期和非冰封期水污染在水体中传播的差异性，通过污染指标COD和NH3N的模拟预测来验证不同水期水质模型构建所需的对流扩散系数、河床糙率及综合衰减速率，因此可以利用牡丹江有限的断面监测数据，开展溶解氧、总磷、总氮等类似污染因子的水质时空模拟预警研究。②一种分布式的水质模型计算方法:提出并且构建了水质模拟预警模型的分布式计算架构，实现了水质模型模拟方案的分布式存储、共享和下载，实现了水质模型的动态弹性计算，提高了水质预警系统的分布式动态计算能力和应急处置反应效率。③分布式水质模拟预警原型系统:该系统可以对污染物在水体中的对流扩散趋势和变化状态进行定量化描述和可视化分析，结合水质评价、水质趋势分析、常规和应急水质模拟预警等功能，实现了水质时空动态分析和预测预警，提升了流域水环境质量精细化监控管理能力。