当前,全球变暖、能源短缺、环境污染等问题成为全社会关注的焦点,大力推进新能源、可再生能源开发,成为解决能源问题、缓解环境危机的关键。水电作为占有率大、利用率高、技术成熟的清洁能源,承担着防洪、发电、调峰、航运、供水、生态调节等各项重任,在我国能源战略发展中具有重要的地位。随着大规模水库群相继群投产运行,如何在保障防洪安全的前提下实现水资源在各水库间的合理分配与高效利用、协调各调度目标效益均衡优化,成为当前学术研究和工程应用中的关键科学问题。本文以金沙江下游水库群实际调度运行现状为背景,结合水资源优化配置理论、系统科学方法以及多目标效益均衡优化方法,深入研究了水库群优化运行建模的理论及其模型求解方法。提出的研究思路和方法可为保障流域用水安全、提高水资源利用率提供理论支撑。相关研究成果已在金沙江梯级调控中心“金沙江梯级水调管控一体化平台”上集成应用。论文的研究内容和创新性成果如下:(1)以高效求解金沙江下游水库群多目标优化调度问题为切入点,本文引入了非支配排序遗传策略改进并完善万有引力算法[1]框架,提出了基于非支配排序遗传策略的改进万有引力算法(MGSA-NSGA-Ⅲ)。该算法从非支配排序遗传算法[2]中提取非支配排序策略和参考点选择机制来保证种群多样性,并结合混沌变异策略,改进种群进化过程。通过标准测试函数对算法性能进行测试,测试结果表明,MGSA-NSGA-Ⅲ算法能够高效求解多维度、非凸、非线性、非连续以及复杂约束下多目标优化问题。(2)以充分发挥枯水期梯级水库群综合经济效益为目标,本文在分析历史径流数据基础上,提炼出不同水平年来水变化规律,构建了梯级水库群枯水期联合优化调度模型,并将该模型运用于金沙江下游梯级水库群枯水期水位消落方式优化调度研究。此外,研究工作在本文提出的优化算法框架基础上,引入了并行计算工艺进行算法实现和模型求解,提出了不同来水频率下,梯级水库群最优水位消落方式。研究表明,本文提出的水位消落方式能显著提升梯级总发电量,提高流域水资源综合利用效率,可为金沙江下游梯级水库群枯水期消落运行提供参考和借鉴。(3)为保障下游防洪对象安全度汛,本文在深入分析流域洪水演进规律和防洪补偿需求的基础上,针对两类具有代表性拓扑结构的流域,分别建立了动用总防洪库容最小的单目标、多目标梯级水库群联合防洪补偿调度模型,并结合本文提出的优化算法以及并行计算工艺,进行金沙江下游溪洛渡-向家坝梯级联合防洪补偿调度实例研究,通过分析梯级下游川江沿岸城市(宜宾、泸州、重庆)的防洪需求,分别针对警戒和保证两类防洪标准,提出了溪洛渡-向家坝梯级以及岷江大渡河瀑布沟水库防洪补偿调度方案。研究成果有望为流域规划和水库制定防洪补偿计划提供有效参考。(4)为充分发挥流域水库群综合运行效益,本文通过深入分析溪洛渡-向家坝梯级下游至宜宾段航运历史和现状,结合现行向家坝航运调度规程,研究了航道流量、水位对航运效益的影响,提出了向家坝下游航道航运效益评价方式,构建了兼顾防洪效益和航运效益的梯级水库群多目标优化调度模型,并将该模型运用到金沙江下游溪洛渡-向家坝梯级的防洪-航运调度的实例研究中。进一步,分析了岷江大渡河瀑布沟水库的防洪能力对下游防洪和航运的促进作用,得到的最终方案在发挥梯级防洪补偿效益的同时,兼顾梯级航运效益。研究工作可有效促进溪洛渡-向家坝梯级防洪、航运综合效益的发挥。