随着我国城市化进程加快,经济高速增长,资源能源消耗大幅度增加,污染排放强度加大、排污负荷高,主要污染物负荷远远超过了受纳水体的环境容量,导致流域水生态系统结构和功能的完整性不同程度地遭到破坏,一方面使水生态系统能够承载的服务于社会经济的功能受到极大的削弱,另一方面对流域应该正常保护的权益造成了巨大的损害,致使整个流域社会环境关系矛盾十分突出。因此,如何实现在保证流域合理社会经济总量的同时对超出水生态系统所能承载的的污染物进行有效控制,对流域整体协调可持续发展有重要意义。针对我国复杂的流域水环境问题,本文构建了以保护流域水生态系统结构和功能的完整性为目标,以流域社会经济-排污-水质响应的水环境模型为工具,以流域承载力为约束,以保证流域社会经济服务功能为前提,实现流域社会经济生态环境协调发展为结果的流域污染物总量控制的理论体系,提出了平衡经济发展和生态系统保护的污染物分配准则,为流域水环境管理提供一定的技术支撑。主要研究内容如下：(1)结合当前流域社会经济-水文-水环境-水生态耦合的水生态系统特征,从自然属性和社会属性相结合的角度提出了水生态承载力的概念。(2)对自然资源、人类压力要素与水生态承载力之间关系进行分析的基础上,提出了以驱动力、压力、抵抗力、状态、响应作为准则层的水生态承载力评价指标体系框架。详细介绍了水生态承载力系统动力学模型构建的基本原理与流程,并且在此基础上系统介绍了系统动力学模型和指标体系评价相结合的水生态承载力评估方法。(3)针对排污口众多、水动力条件复杂及污染物迁移转化复杂的流域,构建了基于污染物贡献率模型的TMDL (Total maximum Daily Load)核算方法；针对水生态环境较好的湖泊流域,结合流域面源模型和湖区水动力水质模型,构建了基于历时负荷曲线的流域TMDL核算方法。(4)根据流域污染物总量分配的“整体和区别、公平和效率”原则,综合考虑水生态承载力的自然属性和社会属性,提出了体现水生态承载力的自然生态价值和社会经济服务价值的流域污染物分配方法,即以TMDL为基础的初始分配、以流域水生态可承载的人口和经济规模为依据的次级分配。(5)应用污染物贡献率模型和动态水环境容量计算模型,计算了长系列水文条件下汉江中下游流域的动态水环境容量,根据提出的基于流域水生态承载力的污染物总量分配方法,确定流域各控制单元水污染物总量控制目标以及削减量,并提出相应的总量控制措施。(6)应用历时负荷曲线,结合流域面源模型和湖区水动力水质模型,计算了梁子湖流域水环境容量,根据提出的基于流域水生态承载力的污染物总量分配方法,确定流域各控制单元水污染物总量控制目标以及削减量,提出保障总量控制方案顺利实施的相关措施。