渤海湾位于渤海西部，是一个半封闭淤泥质浅水海滩，陆源污染严重，水交换能力较弱。伴随着经济和人口的迅速增长，渤海湾水质日趋恶化，赤潮频发，水生态环境受到了日益严重的威胁。为了保护渤海湾水生态环境的安全，本文基于确定性、非确定性模型及其耦合的模型对渤海湾水动力学环境和水生态环境进行研究。　　本文首先利用确定性模型对渤海湾的水动力特性进行了研究。分析了渤海湾的余流场特征以及岸线变迁、风场等对余流场的影响；研究了四季风场对渤海湾水交换的影响；利用水交换矩阵对渤海各海湾之间的水交换进行分析；为了应对实际应用中可能缺少风场资料的情况，本文以渤海湾的实测数据为基础，研究了风场数据的处理方法。　　利用确定性模型研究了陆源排放对水环境的影响。分析陆源污染的种类以及陆源排放的分布特征；研究了渤海湾对于陆源污染的响应特征；在对渤海湾入海径流流量统计分析的基础上研究了四季风场的变化以及丰水期、平水期和枯水期径流注入的变化对渤海湾各功能区响应特征的影响。　　建立了支持向量机和元胞自动机耦合的非确定性叶绿素浓度预测模型，并进行了优化。通过九组不同影响因素组合方案的模拟结果的对比分析，得出最佳的影响因素组合，建立了非确定性叶绿素浓度预测模型。根据生物耐受性定律及其补充，对海水表面温度和叶绿素浓度这两个关键的影响因素，按照适宜、较适宜和不适宜三种状态进行划分，建立不同组合状态下的优化预测模型。结果表明，优化后的模型的预测精度得到了提高。　　将基于过程的确定性模型与元胞自动机和支持向量机的非确定性模型进行耦合，建立了耦合的叶绿素浓度预测模型。充分利用确定性模型和非确定模型两者的优势对叶绿素浓度的变化趋势进行预测。结果表明耦合模型的预测精度相比非确定模型得到了提高。同时，本文又对耦合模型进行了扩展，使模型可以实时的输入其它影响因素，从而提高模型的精度。　　最后，针对渤海湾水生态环境污染的防护问题，基于渤海湾陆源排放的现状分析，从总量最优控制出发，利用确定性模型和总量控制方法，提出排污口的优化配置方案。