水质模型是研究水环境模拟、预测和评价的重要方法,是进行水环境规划管理、水污染综合防治等工作的重要一环。本文从水质模型的研究综述出发,介绍了水质模型的发展历程和几种主要的非机理性水质模型及应用研究进展,认识到水环境系统中不确定性的客观事实和机理性水质模型在对我国水环境系统应用时的限制。目前国内水质模型的研究主要集中于内陆水域（河流、湖泊和水库等）,针对海洋水质模型的研究较少,且已有的实际应用成果仍然局限在较为理想化的机理性水质模型,对海洋环境系统的复杂性和不确定性考虑不足。因此,本文基于灰色系统的不确定理论尝试构建具有科学性、实用性及符合客观实际的海洋水质模型,对海州湾海洋牧场水环境进行模拟、预测与评价的应用。主要的研究工作如下:（1）水质评价实际上是一种评价指标不相容的多指标决策问题,本文将灰色关联法与加以改进的熵权法相结合,并充分考虑海洋水质评价的非线性问题和不确定因素,建立了海洋水质评价模型,应用于2019年秋季海州湾海洋牧场人工鱼礁区、近岸对照区及远岸对照区共19个监测站点的水质综合评价,运用改进的熵权法确定水质评价因子的权重,在此基础上利用灰色关联分析评价海州湾各监测站点和区域整体的水质等级。结果显示,2019年秋季海州湾人工鱼礁区域各站点的水质大多为II类,而近岸对照区水质为III类的站点居多,远岸对照区各站点水质均为II类,可知2019年秋季海州湾海域内整体的水质较好;根据不同评价区域水质优劣比较原则得到3个区域的整体水环境质量排序为人工鱼礁区>远岸对照区>近岸对照区,表明人工鱼礁建设对海域水环境状况有一定的修复作用;基于改进熵权灰色关联法的海洋水质评价模型构建简单快捷,评价结果客观合理,可应用于海洋水质评价的研究。（2）为了探究海州湾海洋牧场区域海水透明度与环境因子的关系,同时考虑到海洋环境因子内在联系的复杂性、数理统计分析的局限性以及海洋环境信息的不确定性等问题。本文运用灰色关联分析方法的斜率关联度模型作为分析工具,对2014年春季（5月）、夏季（8月）和秋季（10月）海州湾海洋牧场的环境数据进行关联分析并筛选出6个主要相关因子;基于灰色GM（0,N）模型构建不同季节海水透明度与主要相关因子的水质模型,并采用2015-2016年海州湾环境数据加以验证。灰色斜率关联分析结果显示,灰色关联排序为水温>DO>水色>水深>叶绿素>Si O₃-S>SS>COD>PO₄-P>DIN,水温、DO、水深呈正相关性,水色、SS、叶绿素、COD、Si O₃-S、PO₄-P、DIN呈负相关性。海州湾4个区域的灰色关联排序大体相同,但近岸对照区则是水色为关联程度最高的环境因子;通过GM（0,N）模型针对海水透明度与主要相关因子的模拟具有良好的模型精度,实际检验中海水透明度估算值与2015-2016年实际监测数据相对误差均在20%以内,验证了该模型的可信程度和泛化能力。（3）本研究分别采用残差修正的GM（1,1）模型和灰色拓扑预测方法对2007-2017年春（5月）、秋（10月）海州湾人工鱼礁区的溶解氧（DO）、化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD₅）及溶解无机氮（DIN）4个指标的监测数据建立水质预警预报模型并选择精度较高模型预测2018-2022的水质浓度变化趋势,最终利用2018年的调查数据对预测结果进行检验。结果表明,灰色拓扑模型相较于残差修正的GM（1,1）模型针对水质数据具有更好的预测精度,预测结果与2018年的调查结果较吻合,可信度较高;预测结果显示,DO和COD在2018-2022年内可以保持良好的水质状态,可见人工鱼礁建设对海域水环境状况具有一定的修复作用,但BOD₅和DIN存在一定的超标风险;针对灰色拓扑模型的改进仍具有很大的研究空间,有待进一步挖掘。