El objetivo de almacenar agua en las temporadas húmedas y liberar agua en las temporadas secas, así como mejorar el rendimiento de los embalses, es de gran importancia. Dadas las disparidades en el desarrollo entre regiones y la precipitación desigual dentro de un año, la transferencia de agua podría ser una solución eficiente. Aquí, formulamos un marco de toma de decisiones en tres etapas para simular posibles parámetros hidrológicos, meteorológicos, económicos y demográficos en escenarios futuros y propusimos un modelo de optimización dinámica de múltiples objetivos basado en el mercado, que optimizó la asignación de agua ajustada y las estrategias de transferencia de agua entre regiones. Se realizó un estudio de caso en la cuenca del río Yiluo para evaluar la proporción óptima del uso de agua local y las transferencias de agua para verificar la aplicación y sus efectos. Los resultados indicaron que el estrés por el uso del agua y el estrés ambiental podrían aliviarse en cuatro escenarios futuros simulados, lo que aceleró aún más la sostenibilidad a nivel regional y de cuenca. Los resultados también proporcionaron valiosas ideas sobre las opciones óptimas de uso del agua y su transferencia para maximizar los beneficios económicos, sociales y ambientales, así como la mitigación del clima.