描述多个水质项目（组分）相互作用的数学表达式。水体中各有关的水质项目一般均有密切关系，要全面描述水体的水质，就需要对多组分的综合体系建立水质模型。

综合水质模型是随着人们对水污染的认识不断提高和大容量计算机的出现而发展起来的。1925年美国学者H.W.斯特里特和E.B.费尔普斯建立的生化需氧量（BOD）和溶解氧（DO）的耦合方程式，其源与汇项（∑S）只考虑了大气与水中的氧交换项和BOD总的耗氧，未区分出碳化阶段生化需氧量（CBOD）和硝化阶段生化需氧量（NBOD）。此后，发现BOD应分为CBOD和NBOD，水质方程组的个数就由2个增至3个，在源与汇项中分别考虑CBOD与NBOD的耗氧。随着认识的深入，又发现NBOD应分为氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮等3项，水质方程组个数便增至5个。20世纪60年代末又发现，水质模型计算的结果与实测值仍有较大误差。究其原因，是未考虑植物对营养物质氮的吸收和太阳照射下的藻类光合作用产氧。于是，又计入了浮游植物和浮游动物的氧平衡，水质方程组个数也由5个增至7个，源与汇项中增加了藻类光合作用产氧率和呼吸耗氧率。随后发现浮游植物的生长，不仅与3种含氮物质有关，而且与磷的含量有很大关系。因此，又计入有机磷和磷酸盐这两种物质，水质方程组个数增至9个。

1971年美国建立了QUAL—Ⅰ模型，相当于5个水质方程的情况，应用较成功。在此基础上，1973年又提出了QUAL—Ⅱ模型，并于1976年作了修改。此模型可以模拟13种物质。1977年美国又提出了一种包括15种物质在内的综合水质模型RMA—12。1987年以来，中国学者运用QUAL—Ⅱ模型解决了大量河流水质规划、水环境容量计算等问题，并结合国内实际情况，对该模型进行了改进。

QUAL—Ⅱ模型模拟的13种物质为：溶解氧、生化需氧量、温度、藻类—叶绿素α、氨氮、亚硝酸氮、硝酸氮、溶解的正磷酸盐、大肠杆菌、1种任选的可衰减组分、3种难降解的惰性组分。QUAL—Ⅱ模型可以研究入河污水负荷（包括数量、质量和位置）对受纳河流水质的影响，也可用来研究非点源问题。此模型既可作为稳态模型使用，也可作为动态模型使用，并适用于枝状河流。假设河流中的平流和离散作用只在主流方向上，便可建立一维的河流综合水质模型。此模型适用于沿河有多条支流和多个排污口、取水口，并允许入流量有缓慢变化的情况；也可用于计算靠增加河流流量来满足预定溶解氧水平时所需要的稀释流量。

下图是QUAL—Ⅱ作为综合水质模型的一个例子，它描述了主要水质组分之间的相互联系。图中箭头所表示的方向是受到一般污染的常规水质系统的运行方向。大肠杆菌和任选的可降解组分与其他组分无关。3种难降解组分与图中所示的组分没有任何关系。图中各个箭头所代表的相互关系是：①为复氧作用；②为河底生物（包括底泥）耗氧；③为碳化BOD降解耗氧； ④为光合作用产氧；⑤为氨氮氧化耗氧；⑥为亚硝酸氮氧化耗氧；⑦为碳化BOD的沉淀；⑧为浮游植物对硝酸氮的吸收；⑨为浮游植物对磷（磷酸盐）的吸收；（10）为浮游植物呼吸产生磷（磷酸盐）；为浮游植物的死亡、沉淀；（12）为浮游植物呼吸产生氨氮；（13）为底泥释放氨氮；（14）为氨氮转化为亚硝酸氮；（15）为亚硝酸氮转化为硝酸氮；（16）为底泥释放磷。

QUAL—Ⅱ模型描述的主要水质组分之间的联系图

QUAL—Ⅱ模型的13个变量的偏微分方程的前几项（对流、扩散等）均相同，所不同的是∑S项；其基本方程为

式中，M为所考察物的质量；x为纵向坐标；t为时间；C为所考察物质在河水中的浓度；A_x为x坐标处河流断面积；

QUAL—Ⅱ模型一般不宜在一开始就采用，而应根据实际问题的最主要症结，先用简单的模型进行分析计算，然后再用QUAL—Ⅱ模型进行全面详细的计算。