现代工农业生产导致的环境污染问题日趋严重，特别是水质污染，在许多地区已经成为制约经济持续发展和阻碍人民生活水平提高的突出问题。无线传感器网络集计算机技术、通讯技术和传感器技术于一体，凭借其组网灵活、成本低、覆盖范围广等特点，非常适合在水质监测系统中应用，已经成为许多水质监测应用平台的重要组成部分。论文基于水质监测的应用背景，从数据感知、数据传输、数据处理三阶段分别研究无线传感器网络中的关键技术，研究涉及节点结构组成、无线通信方式、网络拓扑结构、WSN路由算法、数据融合策略。结合无线传感器网络的特点，以及水质监测的应用需求，本文分析与研究在水下环境中进行数据采集的传感器节点，分析水下无线传感器网络采用水声通信的可行性，以及水面以上Sink节点与远程数据中心采用GPRS通信的可行性，并在此基础上设计适合水质监测应用需求的网络拓扑结构。结合水下无线传感器网络的拓扑结构，本文对网络的路由策略进行了相关研究。介绍了一种比较适合水质监测网络的平面路由协议:涟漪(Lipper)路由协议，并在该协议基础上，对其进行相应的改进，提出了基于梯度的多路径平面路由算法。在NS2中的实验仿真结果表明，改进后的算法在节点平均能耗、网络生存时间方面，明显优于Lipper路由协议。本文探讨了一种两级数据融合策略，对同类传感器节点的监测数据采用自适应加权理论，减少网络中的数据传输量、提高监测精度；对不同类型的传感器节点的监测数据采用模糊综合评价理论，消除监测数据间的信息孤立性，以期提高监测系统可靠性和监测结果可信度。应用Matlab工具软件对实验数据进行处理，实验结果表明，这种两级融合策略，能够有效降低监测数据误差、避免单因素的局限性引起的误判和错判。