本文以黄河梯级水库水电沙一体化优化调度的理论基础、相关数学模型的建立和求解、优化决策的实现方法为研究对象，系统分析了梯级水库群的功能评价、黄河梯级水库水量调度问题、梯级水库电站发电调度问题、水库排沙调度问题、梯级水库水电沙一体化调度的主要理论和方法、梯级水库水电沙一体化调度管理系统如何实现等重要问题，得出了相应的结论。本文提出建立黄河梯级水库群功能评价体系。明确了指标权重的获取以及指标量化方法，主要就水库调度功能综合评价方法和应用进行了研究。通过对多级模糊综合评价理论的分析，建立了梯级水库调度功能综合评价的模糊综合评价模型，设计了模糊综合评价的流程。结果表明，本文提出的分析方法能较为客观地分析水库对调度运行的贡献和自身的调度运行趋势，为宏观调度决策提供了新的方法和思路。本文通过对黄河水量调度问题进行研究，分析了黄河水资源的特点、水量调度的特点、调度工作的历史发展和调度决策过程。通过介绍目前黄河水量调度主要采用的自适应模型，提出为使水调工作和电调工作不发生大的矛盾，应在自适应模型的求解环节中加入发电指标的改进决策方法。本文通过分析黄河水能利用概况，结合水能的可储备、随机性、灵活性的突出特点，介绍了黄河水能开发的历史以及目前黄河干流己建成的大型水利枢纽工程的主要水能指标。对于梯级水电站优化调度运行问题作了展开分析，介绍了主要的优化调度问题和优化准则。基于水电站最优运行的原则和黄河上重点水电站的特性，本文以黄河上的李家峡电站和万家寨电站为例，主要研究了电站短期优化调度运行问题。本文根据工程实际需求，提出并建立定水量调峰和分时电价下的梯级电站发电模型并优化求解。提出了梯级调峰适应度指标，通过分析影响梯级调峰的主要因素，建立了判断梯级调峰适应性的概化模型。本文通过总结并综合分析多沙河流水库排沙调度的方法，研究了黄河上处于不同淤积阶段的青铜峡、三门峡、万家寨、小浪底四座大型工程，说明多泥沙河流不同淤积阶段的排沙调度运行方式，引入适用的模型和方法对这些水库进行排沙优化调度研究，对多沙河流的大型水利枢纽综合优化运行调度总结出一套较为全面的研究理论和解决方案。本文首次提出了“水电沙一体化”调度的概念，分析了日常所用“一体化”概念的主要特点，针对黄河梯级水库调度的理论和实践，从主体（即调度者）和客体（即调度对象）的不同角度分析了“一体化”概念在梯级水库调度中的内涵和外延。重点对黄河梯级水库调度涉及的流域机构、电网、发电企业、用水部门等作了主体关系分析，对“水”“电”“沙”三项主要指标的相互关系进行了综合分析。同时提出实现一体化调度需要应用的多学科理论体系，研究了黄河梯级电站实行一体化调度的可行性和关键技术。最后，本文提出建立黄河梯级水库一体化调度管理系统。从黄河上游梯级水电群、西北电网和流域机构的日常调度业务出发，研究了一体化调度系统的概念和意义，根据西北电网在黄河上游水调工作中的地位，分析了建设一体化调度系统的现实需求。本章对黄河上游水电沙一体化系统进行了功能和结构设计，包括优化模型设计等重要内容，提出了系统建设方案和系统总体设计方案，最后并对系统的建设和实施方案中的关键技术路线作了阐述。