本发明涉及生态工业区水资源环境管理技术领域，公开了一种煤化工园区集成水资源和排污权分配的二层决策优化方法，解决工业园区的水资源和污染排放权分配问题。本发明首先对相关不确定因素采用模糊数进行描述并计算对应的期望值；然后根据上述期望值及上下层决策变量，构建二层多目标决策优化的上层模型和下层模型；再根据二层多目标决策优化的上层模型和下层模型构建二层多目标决策优化全局模型；再将二层多目标决策优化全局模型转换为二层单目标决策优化全局模型；最后对二层单目标决策优化全局模型进行求解，从而获得水资源和污染载荷分配结果。本发明适用于煤化工业区水资源环境管理。