南水北调工程是解决我过北方地区水资源严重短缺的重大举措,是关系到我国经济、社会可持续发展的重大水利基础设施建设项目。其输水线路长、扬程大、流量大,涉及到自然科学、社会科学等多个领域,是一项结构复杂、形式多样的多水源、多地区、多目标的高维的复杂系统,通过合理的管理、决策可以产生巨大的经济效益。本文采用科学方法对南水北调的东线的源头江都排灌站的相关模型进行分析,建立特征模型,应用已有的管理科学理论、提出新的优化方法,给出求解过程演示和相关理论证明,并作出总结比较。江都排灌站是南水北调东线一期工程源头泵站,受潮汐影响,受峰谷电价的影响,一天的几个时段内,扬程和电价是变化的。以江都四站为例,考虑要满足水量约束、功率约束、装置效率约束,根据扬程,电价的变化来求出各个时段的对应的优化的叶片角度,是本文所需解决问题的核心。特征建模方面：在已有的单机组叶片角调节日运行优化优化理论的基础上,对应用于分析处理模型的拟合、插值等数值方法进行了阐述、演示,应用已知的江都四站的性能参数、已知的现实数据,对该单变量决策非线性模型进行了分析,提取输入变量、输出变量之间的作用关系,进行特征建模,用费用矩阵和水量矩阵、多段图的形式来表示模型,将水量约束、效率约束、功率约束等及决策变量都在矩阵和网络流多段图中体现出来。在优化方法方面：(1)基于方向导数的概念,以费用-水量的微增率为指示参数,找出费用随着水量增加最慢的方向,找出满足水量要求,而费用最小的一组决策变量。独立提出一种高效的非线性目标函数,离散变量约束的一种求解方法,在文中称为找寻有效可行方向算法。给出了理论的详细说明和提出思路。(2)将一天SN个时段的对应一个SN维的叶片角组合,包含对应的一天24小时的费用、水量等信息,作为一个个体。将遗传算法作适应性调整并应用于求解单机变角优化模型。寻常优秀的祖先个体,采用多个体交叉的方法,采用均匀概率的变异,进行求解。求解过程中将约束条件中的水量约束体现在遗传算法的选择优良个体的函数中,将效率约束、功率约束等条件体现在对个体的处理中,有效地靠近或得到全局最优解。(3)将并行优化的思想成功地应用在该模型中。在全局范围内随机产生的多个个体,选出较优的个体,以这些优良的个体作为出发点,在各自的周围寻优,更优则替换,汇总比较,直到不能找到更优的为止。文中将三种算法的提出思路、求解过程、用C语言进行了程序运行示例,给出了求解结果,对求解过程进行了详细阐述。给出三种算法的收敛证明、求解复杂度分析、数据占用空间和运行时间分析。比较了三种算法的各自特点、优缺点,说明了算法的实质,并提出仍需改进的地方。提出了下一步工作的方向,以及需要解决的问题。