水利模型根据物质守恒原理用数学的语言和方法描述参加水循环的水体中水质组分所发生的物理、化学、生物化学和生态学诸方面的变化、内在规律和相互关系的数学模型。
水利模型的目的主要是为了描述环境污染物在水中的运动和迁移转化规律，为水资源保护服务。它可用于实现水利模拟和效果评价，进行说理预报和预测，制订污染物排放标准和水质规划以及进行水域的水质管理等，是实现水利设施建设控制的有力工具。
水利模型至今已有70多年的历史。早的水利模型是于1925年在美国俄亥俄河上开发的斯特里特－菲尔普斯模型。它是一个DO－BOD模型。之后，经诸多学者改进，逐步完善。1977年美国环境保护局发表的QUALll型，是这类模型的代表。它的版本 QUAL2E（1982）能模拟任意组合的15种水质参数。80年代之后，随着水利模型研究的深入，另一类描述水中有毒物的模型应运而生。由于考虑了泥沙的作用，使这类模型变成了一个描述水流、泥沙和其他水质组分相互作用的气、液、固三相共存的复杂体系。它的代表作是美国环境保护局推出的WASP5模型（1994）。它能模拟有毒物质在水中发生的酸碱平衡、挥发、沉淀、溶解、水解、生物降解、吸附和解析、氧化还原、生物聚集、光解等过程以及大气的干、湿沉降物。与此同时，以食物链和能量传递为主线的生态学模型也有了长足的发展。现代水利模型因其复杂性一般要采用各种数值解法，应用计算机来完成。
一个好的水利模型需有水文学、水力学、化学、生物化学、水质、数学以及计算机等方面的专家通力合作。