面向美丽中国生态文明建设所需，亟待有效实现流域精细治理的科学决策，以根据流域综合治理愿景目标，优化流域管理措施（BMP）的空间布局方案（即BMP情景）、制定符合实际需求的实施路线图。对此，“流域系统模拟—情景优化”方法框架近年展现出广阔应用前景。本文介绍了该框架在应对实际应用需求中尚存的一系列问题，开展了体系性的方法研究：(1)提出新的流域过程建模框架，以兼顾建模灵活性和高性能计算、高效实现流域系统模拟；(2)提出以坡位单元作为BMP空间配置单元、并在情景优化过程中可进行单元边界动态调整的BMP情景优化方法，可有效考虑流域综合治理的经验知识，保障优化结果合理性；(3)提出考虑分阶段投资约束的BMP情景实施次序优化方法，可推荐出符合实际落地需求的实施路线图；(4)设计研发用户友好的参与式流域规划系统，供各方利益相关者协商决策。通过典型小流域应用案例验证了上述新方法、工具和原型系统的有效性和实用价值。