城市群在我国经济发展过程中起着引领作用，粗放式经济发展也导致了环境污染、生态破坏等问题。当前，水质恶化是我国公众和决策者关注的一个重大问题；超过3/4的城市人口呼吸着超过国家空气质量标准的空气，大气环境污染呈现出区域性特征。同时，区域性、复合型大气环境问题给我国的社会、经济与环境的协调可持续发展带来了巨大的挑战，区域或城市群系统角度出发，社会、经济与环境的协调性是决定着可持续发展的关键因素。随着经济的快速发展，京津冀地区的环境形势变得更复杂、更严峻。因此，研究京津冀地区典型城市的环境污染特征、变化规律及影响机制对京津冀地区的可持续发展具有重要的理论意义和实践意义。本论文选取京津冀地区典型城市（北京、天津、石家庄及保定），基于Origin8.0、ArcGIS10.0等平台展开相关研究。首先，利用主要大气污染物排放数据对比分析典型城市的污染排放特征及趋势；利用API、AQI及首要污染物分析典型城市大气污染特征；利用Daniel趋势分析法及PM10、NO2、SO2年均值探索典型城市大气环境质量的变化趋势；利用回归分析研究不同气象因素（平均气温、相对湿度、降水量、日照时数）对典型城市大气环境质量的影响，同时，基于大气污染排放数据与大气环境质量数据进行回归分析，探索二者之间的相关性。其次，利用主要水体污染物排放数据分析典型城市的污染排放水平及趋势；利用地表水体水质分析典型城市地表水体水质变化特征；基于信息熵权改进的综合水质标识指数法并应用于海河水质的评价；利用回归分析方法探索水污染物排放水平与经济发展水平的相关关系；系统分析2004～2013年海河“国控”水质监测点水质特征（CODMn、DO、pH、NH3-N），分析水质变化趋势。再次，通过汇总水污染物排放数据及经济发数据，基于聚类分析、回归分析，提取了典型城市地表水污染的主控因子；通过总结大气污染物排放数据、产业结构数据、人口数量等数据，利用聚类分析、因子分析方法对不同类型城市大气污染的主控因子。最后，在分析既有的环境综合质量评价模型的优缺点的基础上，本论文提出“环境效益度”评价模型，并选取京津冀地区环境、经济、社会方面的数据指标，对模型的有效性进行验证分析。在综合分析典型城市大气、地表水环境污染特征、变化趋势及主控因子及比较京津冀各地区污染排放特征的基础上，总结了环境污染防治过程中存在的突出问题，提出京津冀地区环境改善及污染控制的建议。