当前,我国水资源供需压力趋于增大,水环境污染问题日益严重,水资源和水环境超载问题已经成为部分流域、局部地区社会经济可持续发展的双重制约因素。工业化进程加快,社会经济发展方式粗放和产业结构重型化是导致水资源和水环境超载的根本原因。在单纯依靠调水工程和末端治理措施并不能解决水资源和水环境超载的前提下,合理调整和优化产业结构,并采取节水改造、污染控制等技术措施逐渐受到人们重视。本文在系统梳理和总结国内外关于水资源、水环境承载力和产业结构调整相关研究成果基础上,研究了水资源、水环境和产业结构之间的耦合关系和作用机制,建立了基于情景方案设计、以系统动力学模型为模拟仿真的产业结构优化方法,并以典型的水质型缺水区域常州市为例进行了案例分析。主要研究结果如下：(1)本论文基于库兹涅茨曲线模型,分析了产业结构与水资源和水环境的耦合关系。研究认为,水资源、水环境和产业结构之间存在着复杂的耦合关系,产业结构的变动直接影响水资源、水环境状况,而由于水资源和水环境的承载阈值,对产业发展具有一定的约束作用。工业化的程度会增强经济与环境之间的关系,表现为EKC曲线向右上方移动,EKC的峰值会推迟到来。而第三产业的发展会导致水资源消耗与经济社会发展之间关系的削弱,经济增长给水资源带来的压力将会减小,EKC的峰值会提前到来。(2)本论文在研究水资源、水环境和产业结构耦合机制基础上,构建了“产业结构优化情景方案设计—基于系统动力学的情景方案评估模型—情景方案模拟与优选—产业结构调控对策”的产业结构优化方法学框架：①设计了由产业结构方案,节水方案和污染物控制方案三类单要素情景方案排列组合形成的情景方案集；②基于水资源、水环境和产业结构的耦合关系,构建包含资源环境子系统,经济社会子系统和治理费用子系统的产业结构优化系统动力学模型。③建立以可利用水量和最大允许排放入河量为约束条件的情景方案比选判据,以此为依据进行情景方案比选,确定符合约束条件的情景方案；采用投影寻踪法对比选所得的情景方案进行优选,确定最优化的产业结构优化情景方案并进行可行性评估。(3)本论文以常州市为例进行了实证研究。在最优方案下,常州市2020年的经济总量达到7400亿元,年均增长率为7.1%,三次产业结构调整为2：44：54。单位GDP用水量有明显下降,中水回用率和工业用水重复利用率得到提高,分别达到了40%和85%,与基准年相比分别增长了10%和15%。城市生活污水处理率达到100%,农村生活污水处理率达到80%,畜禽粪便综合利用率达到95%,主要工业行业COD和氨氮排放量均呈下降趋势,下降区间分别为2.7%-9.8%和1.8%-12.1%。并依据产业结构方案,节水方案和污染物控制方案中的调控指标提出相对应的调控对策。