水生态补偿是协调流域生态保护主体与经济发展主体之间竞争用水关系的重要手段。在水生态补偿机制的实施过程中，存在着补偿量化、多主体定额分配比例确定等一系列问题。目前，我国三主体以上流域的水生态补偿案例较少，本文构建了流域多主体水生态系统服务价值核算模型。考虑到流域内各主体人均生态服务价值的水平和水平比较，利用S型Pearl生长曲线函数确定各主体的人均水生态补偿系数，然后计算各主体的水生态补偿总量。该模型已在汾河盆地进行了实证应用，基于水资源和水生态与社会经济模拟计算了各城市的年度生态补偿量。结果显示，2013年，忻州市和晋中市的赔偿金额分别为1185万元和45万元，太原市、临汾市、吕梁市和运城市的支付金额分别为423万元、393万元、291万元和123万元。2013年至2017年，太原市已支付水生态补偿金，其中2015年支付比例最高，为59%。2016年至2017年，支付金额减少，2017年支付比例降至6%。基于人工神经网络流域多主体水生态补偿核算模型，可以实现补偿的动态核算，为流域补偿提供参考