随着我国经济社会持续发展,城市和工农业发展的用水需求不断增长,部分地区甚至出现牺牲农业用水以满足城市生活和工业用水,经济、社会、环境的正常运行和保障已经受到缺水的严重限制,水资源短缺问题愈发突出。因此,国内建设了多项大型调水工程,此类工程的建成运行,对水资源时空分布不均衡的问题有很大的缓解作用,促进了水资源合理配置,有效保障了社会经济发展需要。南水北调东线一期工程输水干线长1467km,从长江下游的江苏扬州抽引长江水,利用京杭大运河及与其平行的天然河道逐级提水北送,并依次连接洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖等调蓄湖泊。出东平湖后分两路输水:一路向北,穿过黄河,输水到天津;另一路向东,通过胶东地区输水干线输水到山东半岛。全线共设立13个梯级34座泵站,总扬程65m,总装机台数160台套,总装机容量36.62万kW。工程主要装备低扬程调水泵站,年调水运行时间长,单机流量大,年运行能耗较高。现状实际调度运行过程中,通常根据运行管理经验确定工程调度运行方案,当上下游水位变化、提水时长和提水总量多变时,一定工况下机组运行方案不能及时响应,导致调水泵站整体运行效率偏低。在当前双“碳”背景下,开展节能降耗为目标的泵站系统优化运行研究至关重要。同时,相关研究表明,泵站优化运行过程中,水泵机组为适应上下游水位变化实时调节叶片安放角（或机组转速）,由此导致时段间、机组间出水流量差异较大,易在泵站出水池形成较大的回流区或折冲水流,产生一定壁面冲刷,不利于泵站稳定安全运行。此外,目前大型可变角运行调水泵站的水泵机组在实际运行过程中并不能完全实现按任意角度调整叶片安放角,使得在以往的优化计算中同一时段内站内水泵机组的叶片安放角不能完全一致,难以真正运用于泵站的实际运行中,如果完全按照各时段各机组叶片安放角完全一致则会导致调水期内实际提水量高于目标提水量,引起提水耗电费用的上升。针对跨流域调水单泵站和并联泵站群多目标优化运行问题,本文主要开展了以下几个方面的工作:（1）针对单泵站多目标优化运行,以泵站运行周期内提水耗电费用最低和机组间流量差异最小为目标函数,以泵站提水量、电机功率等为约束条件,构建考虑跨流域调水泵站多目标优化运行复杂非线性数学模型,使用快速非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）求解方法。同时,考虑到算法直接输出的Pareto解集中包含多个运行方案,无法直接应用的问题,提出了一种Pareto解集中各方案的评价方法。以南水北调东线源头江都四站为研究实例,获得不同日均扬程、不同提水负荷下的优化运行方案。结果表明,在日均提水扬程分别为3.8m、4.8m、5.8m、6.8m及7.8m时,优化运行单位提水费用较常规运行在100%、80%和60%提水负荷下分别平均节约12.44%、14.26%和3.69%,相应的流量不均匀度较常规运行平均上升9.67 m~3/s、8.56 m~3/s和8.36m~3/s,但较Pareto前沿中费用最小点对应的运行方案在100%、80%和60%提水负荷下平均分别下降64.82%、58.12%和56.27%,为实现并联泵站群优化运行提供理论支撑。（2）对于由多座泵站承担联合调水任务的跨流域调水并联泵站群,构建了以泵站群一个运行周期内提水耗电费用最低和各站机组间流量差异最小为目标,以泵站群提水量、各站机组电机功率等为约束条件的大系统数学模型,提出了基于子系统多目标优化的大系统分解-动态规划法聚合方法。以江都并联泵站群为研究实例,在典型日均扬程7.8m的情况下,各站单位优化运行单位提水费用较常规运行单位提水费用均有下降,分别下降3.16%、3.16%、0.48%和5.90%。在满足提水总量约束的前提下,相较于常规运行方案,江都一、二站提水量均由473.07×10~4m~3上涨到482.65×10~4m~3,增加9.57×10~4m~3,上涨2.02%;江都三、四站提水量分别由常规运行的1009.64×10~4m~3和 1908.85×10~4m~3下降到741.09×10~4m~3和 1868.24×10~4m~3,下降幅度达到26.6%和2.13%。同时,各站的流量不均匀度虽相对常规运行分别增加2.16m~3/s、2.16m~3/s、0.60m~3/s和14.10m~3/s,但增量较小,可以有效的保证各站的长期安全运行。（3）利用MATLAB中的App Designer开发工具,开发了调水泵站多目标优化运行决策支持系统模块。通过输入泵站性能的曲线拟合参数和提水目标、时段划分等数据,利用本文所述模型求解算法进行求解,可输出各时段各机组的叶片安放角或各机组转速、优化的Pareto解集、各时段泵站提水流量和提水量等优化成果。可实现具有叶片全调节机组或变频变速调节机组泵站的多目标优化计算,可为大型跨流域调水泵站管理运行部门提供决策支持参考。