20世纪80年代以来，非线性科学（nonlinear science）和复杂性研究（complexity study）的兴起对系统科学的发展起到了很大的积极推动作用。
非线性是数学概念，是相互作用的数学表达形式。由于人们逐步认识到系统不仅仅是其部分的总和，这就意味着线性叠加原理的失效，即系统的非线性，系统的内部结构和外显的系统功能及系统演化的过程都是非线性作用的结果。通过系统非线性的研究发现，任何系统都是一种稳态，这种稳态大体有平衡（不动点）、振荡（极循环）和混沌，比过去只讨论平衡有了根本性的拓展，这就为研究系统的复杂形态提供了科学依据和方法。因此，非线性科学的成果极大地丰富和深化了系统科学和系统工程定量化的发展，使得系统科学的研究达到了一个新的高度，同时为后来复杂性问题的研究起到了积极的推动作用。
1984年圣菲研究所（Santa Fe Institute，简称SFI）的成立是复杂性研究兴起的标志，其宗旨是开展跨学科、跨领域的复杂性问题研究。他们认为事物的复杂性是从简单性发展起来的，是在适应环境的过程中产生的，涉及社会、经济、生态、免疫系统、胚胎、神经及计算机网络等的系统，都是复杂适应系统（complex adaptive system，简称CAS），在这些进化系统中存在一般性的规律控制系统的行为和演化。1994年，美国霍兰（Holland J.H.）正式提出复杂适应系统理论，对圣菲研究所的理论和研究方法进行了总结。
随着人们对复杂系统的研究不断深入，尽管对复杂系统和复杂性的形成机理还有很多争论，但是从方法论的角度来看，以线性叠加为基础的还原论方法已经很难适应复杂系统的研究。美国《科学》杂志1999 年4 月发表了题为“超越还原论”的复杂系统研究专辑，邀请了物理、化学、生物、经济、生态环境、神经科学等方面的8 位科学家，撰写了这些领域复杂系统的研究进展。虽然当今复杂性研究和系统科学在研究范围和研究方法上有所不同，但是在方向上是基本一致的，即超越还原论。
系统科学已经进入了一个新的时代，对于复杂系统的定量分析方法已经有了长足的发展，本书研究的对象是一个典型的复杂系统，因此采用先进的复杂系统理论方法进行研究是必须的。
“受限生成过程”是复杂适应系统理论建模的基本方法。“过程”是指模型为动态的，描述的对象本身就是一个过程；“受限”是指系统具有一定的规则进行约束。
“受限生成过程”的基本元素如下：
（1）主体：构成系统的最小单位，它们可以产生一些行为，即根据一个输入状态产生一个输出状态，形成主体间的相互联系，在系统中传递物质、能量或者信息。
（2）规则：主体的行为要受到一定规则的约束。
（3）状态：主体在规则的约束下产生各种不同的状态，这些状态的组成决定了系统演化的各种不同方向，即系统演化的状态。(www.xing528.com)
（4）对策树（转换函数）：主体或系统在不同状态之间的转换机制通过对策树（转换函数）描述。这一特征简化了研究的过程。
“受限生成过程”的基本步骤如下：
首先，要定义机制的概念，机制是由系统的规则决定的，是根据行为（或信息）作出的反应，对输入进行处理并产生最终输出的行为。
其次，要将定义的多种机制连接起来形成网络，这种连接的方法产生了受限生成过程的基本框架。
第三，建立对策树（转换函数），用来描述系统状态变化的各种可能性。
第四，使用已经完成的基本机制建立更复杂的机制，从而实现对层次产生的描述。
由于水利和国民经济的相互作用关系涉及到国民经济其他部门的投资分配、水利投资的效益和生态环境变化等众多问题，因此必须对整个复杂系统按照建模的基本方法进行分析和描述。
总的来说，可以将整体模型分为两个层次：①上层为国家主体，主要行为包括对宏观的经济指标、生态环境指标等进行协调和控制，其行为的优化目标是整体的社会福利最大；②下层为流域主体，主要行为包括对各项水利投资的合理配置和利用，其行为的优化目标是流域的各种与水相关的损失最小。
在此基础上，用相应的模型或者函数关系描述这两个主体的行为机制，并将各种行为连接成为动态的网络，就可以完成基于复杂系统理论的整体分析模型。建模的详细过程将在本章的后续内容中进行表述。
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