为缓解水资源短缺的紧迫性和时空分布的不均匀性,跨流域调水已成为水资源优化配置的重要措施。因此,采用现代决策理论的最新成果,结合工程管理决策的实际情况,开展跨流域调水泵站优化运行理论研究,提出先进、实用的优化运行方法与理论,对于复杂环境下跨流域调水工程的优化运行具有重要意义。本文结合我国南水北调东线源头泵站江都站的工程实例,在已有站内优化理论的基础上,开展了站内不同决策变量非线性优化问题求解方法比较研究,并重点阐述了并联泵站叶片全调节优化、变频变速优化和叶片全调节变频变速组合优化的数学模型、求解方法与优化结果分析,同时初步提出了梯级泵站的建模与求解思路,对跨流域调水工程的经济运行和优化调度决策支持系统的开发具有重要的理论和实际意义。主要内容与成果有：(1)在文献检索与综述方面：在查阅大量国内外文献的基础上,总结了跨流域调水泵站优化运行理论研究的现实意义、研究进展及存在问题,提出了南水北调东线复杂泵站系统优化理论体系与研究技术路线。(2)在优化模型构建与处理方面：针对站间优化问题,考虑长江典型潮位、峰谷电价等影响因素,以提水总量、额定功率等为约束条件,以运行机组耗电费用最小为目标,建立并联泵站变工况优化运行数学模型,确定各站不同时段最优开机台数及叶片角度与机组转速的最优组合方案。针对站间、级间泵站系统优化的复杂性,提出在建模前系统概化与单元重组的处理技巧。根据并联泵站或梯级级点泵站的单站机组型号的不同,进行机组单元重组,形成站间或级点的“并联单元”,既简化了建模与编程计算,又增强了计算结果的实用性。(3)在优化算法研究与选择方面：针对站内单决策变量非线性优化问题,进行了动态规划法与枚举法的比较研究；针对站内双决策变量非线性优化问题,进行了基于动态规划的试验选优法与逐次渐近法的比较研究；针对并联泵站多决策变量复杂非线性系统优化问题,进行了大系统分解聚合法与分解协调法的比较研究。既相互验证了优化结果的可靠性,也分析了不同方法的差异性,丰富了站内、站间优化计算方法的选择。(4)在并联泵站优化计算方法方面：针对并联泵站多决策变量复杂非线性系统优化问题,结合江都站优化的应用实例,采用了大系统分解聚合法进行求解,实现了站间最优化运行的水量调度过程,并运用大系统分解协调法进行了验证,丰富了站间复杂系统优化调度理论。对于大系统分解聚合法,分解层各子系统采用基于动态规划的试验选优或逐次渐近法,寻找关联变量与各子系统目标之间的函数关系,由各子系统回归分析所得相关方程构建聚合模型并求解得到系统目标最优值,再通过关联变量反馈至各子系统,确定相应各子系统在不同时段最优运行方式。对于大系统分解协调法,协调层以空间各子系统为阶段,各阶段水量分配系数为决策变量,阶段提水量为状态变量,采用动态规划法进行各子系统间的水量总体协调；分解层各子系统优化采用前述相同方法。(5)在优化计算过程和编程方面：针对大系统分解聚合法在并联泵站优化中运用,根据关联变量与子系统目标函数之间关系的回归分析,在聚合模型求解编程计算中,寻找到新的水量调配终止或程序收敛时识别量,并从理论上进行了证明,可以适时调整水量调配方向,提高程序收敛速度。同时,采用Compaq Visual Fortran Version 6.5软件平台,实现了并联泵站变工况优化运行、不同优化算法的编程计算,为跨流域调水梯级泵站联合优化运行决策支持系统的开发提供了一条可行途径。(6)在优化计算成果方面：a)以江都站不同型号机组、不同日平均扬程、不同运行负荷组合生成45种方案,按考虑峰谷电价与不考虑峰谷电价两种情况,分别进行了单机组叶片全调节、变频变速优化计算,并比较了不同型号机组的优化效果及各自优化运行相对定角恒速运行的优化效果；b)在不同日平均扬程、不同运行负荷状态下,按考虑峰谷电价与不考虑峰谷电价两种情况,分别进行了并联泵站叶片全调节、变频变速优化计算,并比较了各自优化运行相对定角恒速运行的优化效果；c)分析了相同运行条件下并联泵站叶片全调节、变频变速及其组合优化之间的优化效果。上述优化结论及其分析丰富了并联泵站优化运行理论；同时对考虑峰谷电价、长江潮位等影响因素的大中型泵站更新改造与经济运行具有指导意义。(7)在级间优化运行方面：在并联泵站优化建模与求解的基础上,建立了串联泵站、串并混联泵站变工况优化运行数学模型,并初步提出了模型求解的基本方法,为梯级泵站优化调度过程的实现,以及跨流域调水站内～站间～级间泵站联合优化运行研究奠定了基础。