近些年来,随着社会经济的快速发展,水资源短缺和水体污染现象日益严重,已经成为制约我国可持续发展的重要因素。在此背景下,开展水资源和水环境管理规划能够有效解决面临的水危机问题。然而,管理规划是涉及社会、经济、环境、技术、政策等众多因素的复杂过程,系统内存在大量的不确定性信息,使得传统确定性规划方法的应用受限。因此,本文引入先进不确定性优化方法,应用到流域水资源和水环境管理规划中,以反映并处理这种不确定性和复杂性,为决策方案的生成提供技术支撑。首先,针对漳卫南流域面临的农业水资源短缺问题,深入分析系统中存在的不确定性因素,构建了基于区间相对遗憾分析方法的农业水资源优化管理模型(IMRA)。其次,针对三峡库区香溪河流域严重的水环境问题,综合考虑沿岸主要的点源及非点源污染排放,兼顾库区蓄水的影响,构建了基于区间机会约束方法的污染负荷分配优化模型(ICWA)。结果表明,]IMRA模型能够有效的处理表现为区间数和概率信息未知的随机不确定性问题,并能获得较优和较劣情景下的最优配水方案；ICWA模型可以获得不同违约风险水平下的工业发展、城镇供水和农业生产的最优决策方案,同时反映经济收益与违约风险的复杂权衡关系。总之,IMRA和ICWA模型能够为不确定性条件下的流域综合管理提供决策依据,为实现社会、经济和环境的协调发展提供新思路。