Запропоновано математичне моделювання сценаріїв проведення водообміну в системі каналу Дніпро - Донбас. Канал наповнюється дніпровською водою з Кам'янського водосховища з метою покращання стану Краснопавлівського водосховища, з якого вода подається для питних потреб м. Харків. Ставиться задача вибору найбільш економічно ефективного варіанта водообміну за забезпечення доброго екологічного стану водних ресурсів в Орільському та Краснопавлівському водосховищах. Для вибору структури системи управління водообміном запропоновано метод сценарного аналізу. Розглянуто підхід, в результаті реалізації якого критерій економії водних ресурсів необхідно спрямувати до максимального значення. Критерій якості води розглядається як обмеження згідно чинних нормативів. Для екосистемного оцінювання якості води вздовж каналу використовуються нейронні мережі. Системний просторово-часовий аналіз якості води за ансамблем нейронів персептронного типу надає змогу співставляти зміни якості води в каналі за окремими показниками та групами показників. Це надає змогу виявити найбільш перспективні варіанти прийняття рішень. Запропоновано балансові моделі водообміну, що базуються на рівняннях динаміки та збереження мас забруднюючих речовин. Спочатку розраховуються потоки води, а потім концентрації забруднюючих речовин в результаті змішування. Математичне моделювання надає змогу відслідковувати щодобові зміни гідрологічних і гідрохімічних показників у водосховищах за різних варіантів проведення водообміну, процеси транспортування та перемішування водних мас різної якості в Орільському та Краснопавлівському водосховищах. Варіанти сценаріїв визначають добу настання запланованого результату якості води та тривалість водообміну. За результатами сценарного аналізу найбільш економічно доцільним і при цьому екологічно безпечним є варіант виключення спрацювання та наповнення Орільського водосховища. У цьому варіанті тривалість проведення водообміну зменшується до 45 днів, не здійснюються безповоротні скиди води та лише на 5,6 % підвищується жорсткість у Краснопавлівському водосховищі протягом перших 12 діб.