水是社会经济发展的重要自然基础,也是人类生存的重要保障性资源。随着社会经济的快速发展,水资源短缺和水环境恶化等问题日益显现出来。可利用的水资源分布不均匀以及水资源的不合理使用,全国乃至全球都面临严峻水资源问题的挑战。而水污染造成的水体功能丧失、生产废水中排放污染物浓度超标、废水未经处理直接排放等进一步加重水资源危机的形势。本文首先运用基于GIS辅助下的半分布式TOPMODEL水文模型进行降雨径流模拟。分析了TOPMODEL模型的物理机制、基本方程与假设以及地形指数的计算等,并将其运用于香溪河流域,确定性系数在65%以上,模拟结果符合水文模拟精度要求,从而验证了在研究流域采用TOPMODEL的合理性。为区域水资源开发利用、水资源保护、城市规划、面源污染评价、土地利用变化等多方面提供了必要的决策支持。其次针对天津市滨海新区化工区在经济发展的同时面临的水资源短缺和水环境污染等问题。构建了基于区间线性规划与随机鲁棒优化的混合区间随机鲁棒优化模型(HIRO)。HIRO加强了模型的鲁棒性与解的鲁棒性,通过计算不同环境水平下的产业规模不仅能解决以随机概率分布形式与区间形式存在的不确定信息,而且还可以为决策者提供水环境风险与区域经济效益之间的权衡关系,从而给出合理的经济与环境可持续发展方案。