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应用现代的决策理论、数学方法和计算技术，对水利规划进行科学和高效的方案优选。系统分析方法的主要特点是整体性、综合性、协调性、定量性和最优（或满意）性，它比一般常规的决策方法具有显著的优点。其要点是把各项水利规划看作一个系统，从整体出发，按照系统本身的特性和功能，研究各因素之间以及周边环境的相互联系和制约关系，从而建立数学模型，再应用数学规划法、模拟技术及其他决策方法，通过定量、定性分析，寻求水利规划的优化方案，提出一定时期内水利开发的方向、任务、主要措施的布局和规模及其分期实施步骤等。分析的核心内容：①模型化，即对所研究的水利规划问题用一系列有机组合的数学方程进行科学描述，作为优化决策的基础。②最优化，即应用各种优化技术对水利规划数学模型寻求最优解（或最佳均衡解）。不同的数学模型有相应的优化技术。 系统分析在水利规划中的应用，国际上可追溯到20世纪50年代初，中国则开始于60年代末，至70年代后才得到较广泛的研究和应用。随着社会经济的发展，水利规划系统分析研究的问题越来越复杂，既含有自然科学和社会科学，又包括确定性和非确定性的问题，对提高决策的现代化和可操作性的要求越来越高，建立数学模型及其求解的难度也越来越大。中国水利规划系统分析就是经历了由简单到复杂、单目标到多目标、确定性到随机性和不确定性、定量到与定性相结合的过程，并在不断化解优化决策难度、克服维数障碍、减少计算机时和存储量以及解决大型水利规划问题中逐步发展起来的。现今在数学规划、数学模拟技术、多目标规划分析、大系统优化技术等方面都取得了长足的进展。 数学规划 水利规划系统分析中最基本的优化方法。主要包括线性规划、非线性规划、整数规划、动态规划和随机规划等。 线性规划理论及其单纯形算法已广泛应用于水利规划中。为求解大型线性规划问题，曾先后提出了丹齐克沃尔夫（Dantzig-Wolfe）分解方法和卡马尔卡（Karmarkar）多项式算法等，取得了进展；中国在20世纪80年代以来，也有人提出了一些新算法，如分解筛选法和大系统线性规划试验择优法等，简化了计算。 非线性规划适用于水利规划系统分析中目标函数和约束条件存在非线性函数的情况，求解方法一般有解析法和数值法两类。对这两类研究，世界各国都曾提出过许多方法。由于其模型较复杂，且不适用于水利系统存在随机入流的情况，其求解过程又需要大量的计算机存储容量和机时，因此非线性规划在水利规划中至今未得到广泛应用。 动态规划是用以求解多阶段决策过程最优化策略问题的方法。水利规划中的许多问题，如水资源优化分配、工程布局和规模优化、工程最优开发顺序等都可用其求解。为了克服方法存在的“维数障碍”，曾提出过许多改进途径，如在确定性动态规划方面的状态增量动态规划法、离散微分动态规划法、微分动态规划法、逐次逼近法、逐次优化算法（POA）和在随机动态规划方面的参数迭代法等。中国学者提出了一种状态极值逐次优化算法（SEPOA）和多维动态规划试验选优法等，使高维动态规划问题的求解成为可能。动态规划应用于水利规划时存在的另一障碍，是研究对象中的状态往往存在后效性。例如在海涂促淤围垦优化规划中，促淤决策影响着围垦决策，围垦决策也影响着促淤决策；在除涝排水系统规划中，作为状态变量的河网规模与排水闸尺寸也是相互制约的。针对这两种情况，中国已分别提出了试误迭代法和建立河网规模与排水闸尺寸的关系方程作为约束条件来加以克服，从而扩大了动态规划的应用范围。在随机动态规划方面，也提出过一些多维随机动态规划算法和多目标随机动态规划算法等，均有所创新。 数字模拟技术 水利规划中又一类系统分析方法。它与数学规划法相比，一般具有较好的仿真性，且应用中不受变量的限制，较适用于大型复杂水利规划问题的研究。但模拟技术没有一定格式的数学模型，程序设计工作量大，且不具备使输出趋于最优目标的功能，往往需要通过多次模拟计算，从中选出优化方案。为了克服这一缺点，1985年中国学者在进行南水北调东线工程优化规划时，研究提出了一种自优化模拟技术，将输出结果反馈到输入端，并嵌入一个在线识辨环节，自动生成对系统进行控制的反馈控制量，引导模拟结果趋向最优化目标值。自优化模拟模型具有计算速度快、存储量少等优点，已推广应用于水库规划以及灌溉、除涝系统的优化规划中。基本属于模拟技术的系统动力学方法，在水利规划中也得到了研究与应用。 多目标规划分析 主要应用于水利规划中治理开发任务复杂，涉及经济、社会、环境等方面的多个目标的决策问题。多目标规划的主要特点是目标间大多不可公度，且其权益相互矛盾，不存在惟一的最优解，只有最佳均衡解或称满意解。如果多目标问题涉及多个决策者或决策群体，则为多目标群体决策问题，这在水利规划中是经常出现的。多目标规划的理论基础有两个，即向量优化理论与效用理论。根据向量优化理论，可以将多目标问题转化为单目标问题，并按一般的优化方法求出非劣解集，而后按照决策者的偏好、价值观和对风险的态度，从中选出最佳均衡解。其求解技术大致可归纳为3类。 （1）全部非劣解生成技术。其特点是：在求解非劣解前，并不明确决策者的偏好，只是在求得全部非劣解后，决策者才按其偏好进行决策。这类方法有约束法、多目标线性规划法和多目标动态规划法等。 （2）结合偏好的决策技术。其特点是：决策者的偏好已知，且一次给出，这类方法有权重法、目的规划法、理想点法以及替代价值权衡法和字典法等。 （3）结合偏好的交互决策技术。其特点是：决策者的偏好只是部分明确，并以之导向生成非劣解，如决策者对之满意，则为满意解；否则，要根据决策人的改进偏好，再行计算，直至求出满意解为止。这类方法有步骤法、均衡规划法等。 以上3类方法各有特色与适用条件，在水利规划中均广为采用。中国大型复杂的水利规划，如华北宏观经济水资源问题的研究等，已进一步开展了多目标群决策的研究与应用。此外，针对水利规划中带有明显的模糊性的某些目标，如社会福利和环境质量等，也有人提出了多目标群决策的模糊数学方法，为多目标决策的求解开辟了新的途径。 大系统优化技术 中国水利规划系统分析中发展得较快的学术领域。大系统优化的基本学术思想是把一个大型复杂的水利规划问题，根据规划要求和水文与自然地理特征、行政区划或功能与目标等，分解成若干规模较小、影响因素比较简单的子系统；再分别建立数学模型进行择优；而后根据整个规划的总目标，调整和修改各子系统的输入和输出，实现整个系统的优化。水利规划中现有的大系统优化模型可归纳为3类。 （1）大系统递阶模型。即规划系统分多层组成，其最上层为整个水利规划问题的协调优化模型，以下各层则为暂时割断彼此联系的各子系统的优化模型，上、下层之间各由协调变量联结，通过反复修改协调变量和交替进行上、下层优化模型的迭代计算，以获得整个水利规划的优化决策。这一模型具有降低维数、便于优化运算和仿真性好等优点，已广泛应用于中国各类水利规划中。 （2）大系统组合模型。又称模型系统，根据大型复杂水利规划问题建立由一组单一模型（如各种数学规划模型、模拟模型等）构成的组合模型。但模型本身不具有一定的结构模式，而由多个模块组成，如各项工程布局和规模的优选模块、工程排序模块和经济社会和环境评价模块等。这些模块通常都按各项水利规划优化决策要求，以一定的顺序和层次进行有机组合，使其具有多种决策功能且仿真性能好又能便于求解。20世纪80年代以来，它已成功地广泛应用于中国水利规划中，如将包括多维随机动态规划、多目标规划和大系统分解协调等模型在内的多目标多层次组合模型用于库群电站优化规划；将包括线性规划、动态规划、整数规划、模拟技术以及大系统分解协调等模型在内的组合模型应用于地区水资源优化规划等。 （3）大系统广义模型。把数学模型和知识模型融合于一体的优化决策模型，可用以求解水利规划中难以定量的半结构化和非结构化决策问题。广义模型的建模途径一般有：①将人的知识和经验，利用专家评分法、层次分析法以及专家系统等与数学模型结合构成。②将知识和经验组合到不同于一般数学规划模型的模糊决策模型、灰色系统模型和人工神经网络模型中。③运用交互作用原理，将人的知识和经验，借助专家系统，在计算机上实现与数学模型的结合，形成一种人机协调的模型。开展广义模型的研究和应用既是近10年来大系统优化理论中的重要进展之一，也是今后的重要发展方向。 随着水利规划系统分析技术的不断发展和计算机信息系统的广泛应用，决策支持系统在中国水利系统的规划和管理中都已得到了多方面的研究和应用，如黄河防洪决策支持系统和京津唐地区水资源规划决策支持系统等。决策支持系统是基于计算机完成信息收集、处理、提供和实现分析、推理、选择优化决策的人机交互系统，它为决策者和系统分析人员创造了一种完善和高效的决策环境，为求解水利规划中结构化和非结构化等各种决策问题，提供了有力支持。
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