Для анализа многомерных необработанных данных состояния водных экосистем зачастую требуется применение современных аналитических инструментов, способных выявлять скрытые закономерности. Цель настоящего исследования —анализ многолетних данных мониторинга качества воды р. Преголи (г. Калининград) для выявления основных факторов, определяющих изменчивость гидрохимического режима, и оценки их временной динамики. Для анализа данных по показателям азотного и фосфорного циклов были применены методы многомерной статистики: иерархический кластерный анализ (метод Уорда), факторный анализ (метод минимальных остатков с вращением «varimax») и анализ временных рядов (LOESS-сглаживание). В результате кластерного анализа было выделено три группы наблюдений, отражающих различные периоды поступления биогенных элементов. Факторный анализ позволил идентифицировать два латентных фактора: азотную нагрузку от органических источников и соотношение органических и минеральных форм азота. Анализ временных рядов факторных оценок выявил нелинейную динамику и долгосрочные тренды в изменении качества воды. Продемонстрировано, что комплексное применение хемометрических методов является эффективным инструментом для диагностики состояния городских водных объектов, идентификации источников загрязнения и обеспечивает научную основу для разработки управленческих решений в области охраны водных ресурсов.