本文首先将水资源系统的内涵扩展到生态经济环境的范畴,利用系统工程的思想,引入脆性理论,介绍了脆性激发度、脆性熵和脆性关联度的概念及意义,将其与城市系统结合,从城市社会系统、经济系统、生态环境系统的水资源保障影响的角度,结合模糊层次分析理论,从量上分析了影响整个城市生态系统用水安全的各个因子对城市生态系统在现状条件下的影响,并预测未来发展条件下的影响趋势。另外,还从水资源保障的角度,研究社会、经济、环境三个子系统的脆性熵值以及各个子系统之间的脆性联系对城市可持续发展的影响,从而能够对脆性关联度不同的子系统进行不同的控制,以便依照客观规律采取正确的分析判断和适当的措施。其次,定义城市这个特殊的生态系统的生态环境需水,扩展了传统的生态环境需水的范畴。归纳合理的城市自然生态环境需水的组成,并进行计算。然后,分析了城市水系统的供需平衡,包括各类用水的水质要求和各类供水来源的水质情况,以确定需水用户以及各种供水来源。在对城市生态系统用水安全的脆性分析的指导下,以社会协调、经济效益、生态环境改善三者为目标,以水源可供水能力和需水能力为约束,建立多目标规划模型,在缺水程度严重、缺水程度缓解两种情景下,从近期效益分析和远期效益分析两种角度,采用matlab程序包进行求解,研究了从不同的角度考虑所得规划结果的差别。最后以天津市为例对模型合理性进行验证,结果得出从长远利益的角度考虑,供水方面发展海水和再生回用水的利用比外调引水能更有利于城市的可持续发展,用水方面从长远效益考虑需要尽量改善城市生态环境用水,虽然这种水资源配置会增加当前的投资,但是可以增加未来的收益和有利于整个城市生活、经济、生态环境子系统更好的协调。并计算出了在不同缺水情况下应该采取的方案,有利于对未来水资源变化的不同情况能够做出更为准确、及时的响应,制定更为合理的决策。