用系统分析方法进行水利规划方案的分析工作，以期达到优选规划方案的目的。系统分析方法是把所研究的对象作为一个整体系统来考察。任何系统都是由若干个相互作用、互相联系的单元（或子系统）按一定规律组成具有某种功能的有机整体。系统有不同的层次结构，一个大的系统可以逐级向下分解为若干级子系统，而所研究的系统又和其它系统组成一个更大的系统，即成为上一级系统的一个子系统。水利规划中一个特定的范围，例如流域（或地区）可作为一个单独的水利系统来研究，在这系统下又可按各项水利工程的服务对象划分为防洪、发电、灌溉、航运、工业和城市供水等子系统，在各个子系统下还可以继续分出下一级的子系统；而一个流域（或地区）的水利系统又和其它流域（或地区）的水利系统一起从属于全国的水利系统，或和地区内其它经济部门的系统一起，从属于地区的国民经济系统，成为这些系统的一个子系统。每个系统都具有各种功能和特征。这些功能、特征常可用一些特征指标来衡量。例如水利系统中各项工程、各个部门都分别有其费用效益指标，改善环境质量指标及其它功能指标。整个系统则有其综合的费用效益及其它指标。系统中各项工程布置、工程规模、各部门的水量分配等都和这些指标有密切关系。系统分析的目的在于寻求一个技术上可行、经济上合理的符合系统全局最优的水利规划方案。系统分析的基本方法是通过对系统结构和其组成元素的分析，研究各元素之间的相互联系及其对系统某些特征指标的影响，研究本系统所处的环境和条件以及本系统和外部环境相互联系、相互制约的关系，以明确水利规划的任务目标和各种自然、社会、技术、经济的限制条件，在此基础上对各种因素之间的关系进行定量的分析，并用数学方法对所研究的系统进行数学模拟，建立系统的数学模型，选择合适的计算方法，通过电子计算机运算以寻求优选的结果，作为决策的依据。

在欧美、苏联和某些发展中国家，都已有了不少利用系统分析方法进行水利规划的例子，突出的如美国麻省理工学院和阿根廷水资源部合作制定的阿根廷科罗拉多河规划；巴基斯坦制定的印度河流域规划等。在中国也有许多单位正在进行这方面的研究工作，例如红水河梯级水电站开发规划及开发程序的研究；梯级水电站群参数优化的研究；单一水电站水库和水电站水库群的优化调度的研究；电力系统中电源选择的规划研究以及地区水资源和水利建设资金的最优分配研究等。

水利规划中不仅包括许多工程项目，而且与国民经济许多部门有密切关系，涉及的问题非常广泛。例如一个水利枢纽的规划，往往包括挡水、泄洪、引水、发电、通航等各种建筑物的安排，它的服务对象也常涉及各个国民经济部门，因此，水利规划是一种规模大、结构复杂、影响因素多的大系统规划问题。现阶段，应用系统分析方法来研究这类复杂问题，尚有不少困难，具体的途径、方法正在继续探索中。在已有的一些水利规划案例中，大都是采取多级控制，对系统进行分解协调的研究方法。根据系统结构的特点，首先分解成不同等级的子系统，在上一级系统对下一级子系统进行初步协调的情况下，进行下一级子系统的优化处理，而后反馈到上一级系统进行协调，再将上一级系统优化的结果重新协调下一级子系统的计划。这样逐级向下分解优化和逐级向上反馈，通过多次迭代，综合协调，最后达到总体最优目标。

一个流域（或地区）水利规划中的措施安排常常兼有多种用途，而这些用途又都服务于国家经济发展、地方经济发展、环境质量改善、社会福利等多种不同的社会目标（见水利规划）。这些不同用途和目标如何定量地分析是个很复杂的问题。系统分析中，通常希望采用统一的度量指标（如货币指标），以便建立统一的目标函数。但是，水利规划中各种目标效益的计算原则和方法不同，特别是有些目标的效益不能或不完全能用货币来衡量（如环境质量目标，社会福利目标），这就给分析工作带来了很大困难。此外，在各种目标之间常有一些矛盾，使规划中很难找到一个方案在所有目标方面都优于其它方案，即很难找到其最优解，因此在多目标水利规划中往往只能找出一组可行解（非劣解）。再按其它原则从中选出一个满意解。所谓“满意解”的观点，即不一定要追求实际上难于找到的、严格定量的最优方案，而只求所选择的方案能使各方面都比较满意即可。在实际工作中，常需要采用一些简化方法。例如：对某些价格与价值严重背离的指标采用折算价格，以尽量建立统一的目标函数；针对各种目标的不同重要性，对求得的目标效益先加以不同的权重系数，再综合制定系统的总目标函数；在大量目标中，只对某些主要目标寻求优化，而把其它指标作为约束条件，以减少目标变量近年来，各国学者曾就方案评价问题进行了大量研究，提出了目的规划法，即由规划者与各有关部门协商，对不同目标先拟定一个“目的”，再采用协调分析方法寻求与各“目的”加权偏差最小的方案，作为较为满意的方案。此外，还有人研究采用效用理论方法对不同目标确定出效用函数及比例因子，建立多目标规划的效用评价模型，以选择较好的规划方案等。当前提出的方法很多，但尚没有一种是比较完善和能普遍适用的方法。

数学模型是用数学方法定量地描述系统各组成部分之间的相互关系，系统与所处环境的关系，所受到的限制条件以及系统的某些特征和功能。一般包括：①变量：包括状态变量与决策变量，其中状态变量是对系统所处状态的数量描述，例如运行中各时段的水库水位、入库径流量等；决策变量是规划中需要确定的未知量、例如水库的库容、水电站的装机容量、灌区的面积、给水的流量等。②约束条件：描述系统中各变量应满足的限制条件如资源约束、设备能力约束、自然条件和社会条件的限制等，约束条件在数学模型中以约束函数方程的形式表示。③目标函数：是描述系统的决策变量与规划目标值间函数关系的数学表达式。

水利规划中常用的数学模型，可按不同的模型构造和分析方法分为两大类：即解析模型与模拟模型（仿真模型）。有时，也按规划中对径流的不同描述或对时间因素的不同考虑来划分。即忽略径流的随机性，把径流过程作为已知的确定过程，其数学模型称确定性模型；考虑径流的随机性及其它随机因素，其数学模型称随机性模型。当规划考虑的经济发展条件是某一固定的规划水平年时，则属静态模型；如考虑的经济条件是一个随时间而变的动态过程，则属动态模型。

水利规划中所用的模型，是对水利系统的抽象。各种因素间的关系不可能在模型中完全反映出来，规划所用的如来水、用水、电力系统负荷、各部门及各地区的经济发展等预测资料精度不一，因此，建立数学模型时应允许作适当简化。

有关寻求最优方案的技术方法，已有不少成熟的经验。如采用电子计算机模拟技术，模仿实际系统的各种活动，并进行运算，再使用优选技术对提供的信息进行分析，以求得最优解答。或采用线性规划、整数规划、非线性规划、动态规划多种数学规划法，通过建立目标函数和约束条件，求解变量，以得出优选成果。

不同的规划阶段采用的数字模型有：

筛选模型 一般用在水利规划的初期阶段，其目的是对规划中大量可供选择的方案进行初步筛选，以大体确定各项水利工程的布局和规模。由于这一阶段比较方案多，在筛选模型中可以作较多的简化。如采用确定性的径流过程和时段平均的水文输入；采用分段线性函数代替非线性函数；对于多目标问题常以某些目标当作约束条件来简化处理，以及采用整数变量表示工程投资等。

模拟模型（或称仿真模型）是用以对筛选模型所确定的初步方案作进一步的评价检验，估计规划中各项工程建成后的效益，并研究方案的改进。模拟模型的目标函数和约束条件等和筛选模型是相似的，但要求对系统作更接近于实际情况的模拟和在某些问题上采取较详细的处理方法。如采用模拟的人工径流序列，对不同的工程规模，决策变量进行模拟计算分析，以选出进一步的优化方案。

序列模型 是用以对模拟模型中优选方案的工程组合进行优化排序，以选定各项工程的最优开发程序。在实际工作中，各工程的规模参数选择与各工程的最优排序选择相互有一定影响，有时需要进行综合研究或多次选代，才能选定各工程的最优规模和最优开发次序。

①阐明问题。首先要弄清水利系统开发的任务，弄清各部门对该系统的规划要求。各种任务之间常有不同程度的矛盾，需要通过调查研究，分清主次，明确协调的原则。其次还需要对该系统所处的环境和条件作周密的调查了解。如对地形、地质、水文、淹没等情况的调查，对资金、材料、劳力、工期等条件的了解，以弄清各方面的约束条件。②选择规划目标。据此选定规划准则，其准则可以是反映系统某个特征的特征指标最优或某几个特征指标的组合最优。③系统综合，拟定各种可供选择的可行的规划方案。④建立数学模型。通过对水利系统组合结构的分析，弄清各组成部分之间、各种决策变量与系统规划目标之间的关系及约束条件，建立系统数学模型。⑤选择适合的优化方法，运用电子计算机运算，提出优化方案。当存在某些不确定因素时，需要作一些灵敏度分析，研究这些因素的变化对优化方案的影响。⑥选定方案。对优化方案进行分析研究。由于水利规划系统分析中采用的任何数学模型都有一定局限性，因此得出的优选方案解，只能供决策者参考。最后方案的选定还需要由有关领导部门对各方案的经济效益及有关的政治、社会、环境等各方面影响进行综合分析研究，在多个可能的最优方案中作出决策，并作出方案实施计划。