流域水污染物减排总量的合理分配对保障流域水环境质量以及推动流域范围内的经济发展具有重要影响。但目前总量分配在原则和方法上尚不完善，得到的分配方案往往实施困难。本文首先在总结分析流域水污染物总量分配现有基础理论和技术方法基础上，以“公平第一、兼顾效率”作为基本原则；以层次分析法作为初次分配模型，构建了包含社会、经济、环境、技术与管理等因素的指标体系，确定了15个指标；以人口、GDP、行政区面积、新鲜水消耗量等作为评判指标，选择基尼系数法作为对初次分配公平性的判断模型。接着，针对分配结果不公平的三种表现确定了对分配结果优化的技术路线，建立反馈优化模型。最后，依据所建模型，选择COD和NH3-N为控制指标，“流域-行政区”为分配主线，以东莞市东引运河流域为实例进行削减总量分配研究。得到人口-削减量μ1、GDP-削减量μ2、行政区面积-削减量μ3、新鲜水消耗-削减量的环境基尼系数μ4分别为0.262、0.262、0.289、0.330，均小于0.4，在分配公平的范围内。但μ2较小，违背了效率原则的基本内容。经过反馈优化后：①μ1、μ3、μ4均减小，公平程度增加；②μ2变大，一定程度上弱化了GDP对削减量的影响；③μ4降低为0.029，公平程度较高，优化的结果有利于促进区域提高污水治理水平。流域“十二五”期间污染物削减量最终分配结果为：南城、莞城、虎门、东城、厚街COD削减量分别为1705.6t、1705.6t、1619.7t、1568.8t、1488.4t，氨氮量分别为210.3t、210.3t、199.7t、193.4t、183.5t、151.5t，约占整个流域“十二五”削减总量的46.9%，其他8个镇街（沙田、茶山、寮步、石排、桥头、横沥、企石、东坑）削减比例相对较小。实例证明，本文建立的分配原则指导方法、评价指标体系和分配模型具有一定实用价值，对解决其他领域的相关分配问题也有一定的参考意义。