随着社会经济的高速发展,伴生了种种环境问题。生态环境破坏与承载力持续超载、垃圾围城、大气污染与温室效应加剧、水资源短缺与水体环境恶化、能源过度消耗等环境问题已成为制约我国经济发展的重要因素。因此,迫切需要开展生态系统承载力评价,并对主要的环境要素进行合理规划,从而实现区域经济的可持续发展。然而,各个环境系统中存在诸多不确定性与层次性。所以,本研究引入不确定优化方法和双层优化理论,并应用到环境系统规划中以处理系统的复杂性和不确定性。在本文中,首先将经济学中的AD-AS模型与生态系统评价方法相结合,建立了北京市生态系统承载力评价的综合总需求—综合总供给模型(SAD-SAS模型)。其次,结合灰色理论,建立变权重组合模型对北京市未来的固体废物产量进行预测,在此基础上,建立固体废物管理和温室气体控制的不确定双层优化模型。再者,针对北京市丰台区水资源管理系统的不确定性和层次性问题,构建了能够反映水资源管理者和使用者之间层次关系的双层优化模型。最后,本文运用变权重组合预测模型对丰台区未来的电力需求进行了科学分析,在科学预测的基础上,建立以最小化污染气体排放量为上层目标,以最小化管理成本为下层目标的不确定双层优化模型。研究结果表明：(1)北京市生态系统承载力水平总体上呈上升趋势,系统自身现状生产能力充足,具有较大的发展潜质；(2)北京市的固体废物产量增幅不大,但处理设施依然存在缺口；固体废物未来的处理方式以焚烧和生化处理为主；填埋场是温室气体的首要排放源,而生化处理厂和焚烧厂是管理成本的主要贡献单元；(3)在南水北调工程正式开通后,丰台区水资源基本可以达到平衡,本地地表水和南水北调水源将是丰台区主要的供给水源：城市生活是用水量最多、经济效益最大、污染物排放量最大的部门；(4)当pi=0.01时,整个规划期内丰台区电力-环境系统的系统成本和大气污染物排放量分别为RMB￥[105.86,161.,50]×108和[20490,26190]tonnes;当pt=0.05时,整个规划期内的系统成本和大气污染物排放量分别为RMB￥[105.85,159.75]×108和[20275,25917]tonnes;当pi=0.1时,整个规划期内的系统成本和大气污染物排放量分别为RMB￥[104.00,158.70]×108和[20030,25320]tonnes;这说明随着风险水平的增加,放宽模型的约束条件,从而削减系统成本和污染物排放量,但系统稳定性却下降。研究结果可以为北京市的可持续发展提供科学的决策依据。