注入同一海湾的多河流或同一流域的多支流在水质过程及管理上相互关联,共同决定地区的环境状况。因此,有必要借助先进水质过程模拟模型、水质过程不确定性分析方法及数学规划方法分析流域污染物迁移转化过程,并开展单一流域及跨流域综合管理,以统筹海湾与流域水质目标,深挖系统治理效果,提高决策科学性,从而实现最优水质管理。多流域综合管理系统涉及流域水质管理、污染物迁移转化和社会经济等子系统,每个子系统相互影响且均包含大量不确定性因素,如气象的不确定性、下垫面异质性、营养物流失的随机性等。如何在复杂性和不确定性条件下对水质过程进行预测并开展多流域水质规划是流域水质综合管理工作中的关键问题。本文选取中国大沽河和墨水河两个农业流域为研究区域,将重点污染物TP和NH3-N作为水质因子,并将构建的基于贝叶斯模拟的多流域排污权交易设计模型（BS-METM）系统应用于两流域的水质管理中。主要研究内容包括:（1）基于SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型,开展大沽河流域非点源污染物迁移转化过程模拟,并基于MCMC（Markov Chain Monte Carlo）方法开展模型参数的贝叶斯推理,开展非点源污染物不确定性模拟预测,其结果能够为排污权交易模型提供随机水质输入。（2）引入数学规划方法构建多机制排污权交易模型,在流域内交易、跨流域交易和非交易三种机制下处理交易系统中的参数随机性。本文运用多交易机制排污权交易模型分析了关键因子（即环境容量总量控制程度和不确定性来水量）对排污权交易系统的影响,深入探讨了交易机制与不确定性来水量的交互影响,研究结果有助于决策者获得多种不确定性及系统风险条件下的流域最优产业规划和最优排污权交易规划方案,从而为多流域管理提供决策依据。具体研究结果表明:（1）环境容量的提高能够使TP和NH3-N的总超排量和总交易量减少,从而使系统净收益增加。（2）高来水水平下存在对TP和NH3-N的排污权需求,同时存在更多剩余排污权供应,使得TP和NH3-N排污权总交易量增加及对应的TP和NH3-N总超排量减少,从而产生高水平的系统净效益。（3）在低来水水平下,两流域的污染源几乎没有剩余排污权,无需开展排污权交易;在中、高来水水平下,交易机制的系统净收益高于非交易机制,系统适合实施交易机制（即流域内交易机制、跨流域交易机制）。（4）在中、高来水水平下,跨流域机制下的系统净收益高于流域内交易机制,因此在中、高来水水平下推荐跨流域交易机制,但跨流域交易机制下退出市场的NH3-N排污权较少,应缩减NH3-N环境容量,实行严格管理。研究结果能够在多种不确定性及风险条件下探索最优流域管理方案,最终回答该不该进行跨流域排污权交易及如何开展交易的科学问题。