La eco-compensación es una herramienta política importante para equilibrar el desarrollo económico y la protección ambiental en una cuenca hidrográfica. Este estudio introdujo el sistema de contabilidad del producto ecosistémico bruto (GEP) para identificar al proveedor de eco-compensación (ECP) y al receptor de eco-compensación (ECR) de una cuenca fluvial. Luego, se establecieron un modelo de juego cooperativo y un modelo de juego no cooperativo entre el ECP y el ECR, en el que se incorporó la dinámica de sistemas al análisis teórico del juego para ayudar a seleccionar el esquema de compensación óptimo. El estudio demostró además las aplicaciones del modelo tomando la cuenca del río Tuojiang como caso. Los resultados mostraron que el GEP contabilizado aumentó de 32.2 mil millones de CNY en 2018 a 35.5 mil millones de CNY en 2020, con una tasa de crecimiento del 10.2%. La ciudad de Deyang, como ECP, tuvo una diferencia acumulativa de 11.759 mil millones de CNY entre su GEP contabilizado y la producción real de GEP durante los tres años. Las ciudades de Neijiang, Zigong y Luzhou fueron tomadas como ECR, recibiendo los ingresos del GEP de 11.289 mil millones, 7.661 mil millones y 1.497 mil millones, respectivamente. La ciudad de Chengdu cambió de ECP a ECR y finalmente a ECP. Sin embargo, las ciudades de Ziyang y Meishan cambiaron de ECP a ECR. Las eco-compensaciones aumentaron en diversos grados durante 2018-2020 en ambos escenarios de juego, con pagos del ECP y ingresos del ECR aumentando en un 16.5% y un 4.6% en el juego no cooperativo y en un 5.0% y un 50.8% en el juego cooperativo. En particular, la eco-compensación obtenida por el juego cooperativo tuvo un mejor rendimiento ambiental y económico, ya que se ahorraron un total de 7.049 mil millones de CNY. Sin embargo, no hubo ahorros de compensación en el juego no cooperativo. Se espera que los resultados puedan proporcionar información sobre el diseño del estándar de eco-compensación para una cuenca fluvial.