本发明涉及地下水监测技术领域，具体涉及地下水多参数实时监测与污染预警系统，包括水质监测单元、自适应采样控制单元、数据传输单元、中心处理单元以及预警发布单元，水质监测单元配置传感器，实时监测地下水污染指标，自适应采样控制单元实时分析收集的初步数据，数据传输单元将数据通过无线网络传输至中心处理单元，中心处理单元接收数据并进行分析处理，预警发布单元根据指令，向管理部门发布污染预警信息。本发明利用多输出高斯过程回归模型，系统不仅可以处理单一污染物数据，还能有效利用不同污染指标之间的相关性，通过统一的概率模型进行综合分析和预测，显著提高监测数据的利用率和预测的准确性，能够提供更为精确的风险评估和预警。