调水工程是缓解我国局部地区水资源严重短缺问题的重大战略措施,而梯级泵站则是调水工程中最常见的调水方式。而梯级泵站输水工程一般总装机容量大、运行时间长、泵站耗能较大,在运行过程中存在部分泵站开关机较频繁;部分泵站运行效率不在运行效率峰值区间等问题。为实现梯级泵站的安全有效运行,需针对梯级泵站输水系统优化运行问题进行研究。本研究以水力学仿真为手段,对两湖段梯级泵站输水过程中的水力特性进行研究;对长沟、邓楼、八里湾各级泵站进行优化研究,求解效率最优的泵站开关机组合及机组流量组合;重点研究了梯级间水位和梯级间输水流量优化,求解效率最优的输水流量、梯级间水位组合等。其优化结果可为南水北调东线工程安全有效运行提供科学指导,具有一定的理论和实践意义。取得的成果包括以下几个部分:(1)搭建两湖段梯级泵站水力仿真模型,对恒定流状态下各梯段流量~水位~蓄量关系进行了分析;对非恒定流状态下各梯段自平衡能力大小进行了研究;重点分析了上下级水位存在一定流量差时,泵站达到自平衡状态的流量差范围。(2)以长沟、八里湾和邓楼泵站为研究对象,建立单级泵站模型,求解各泵站效率最优的开关机组合及各机组的流量运行方案;以邓楼泵站为例,求解出的最优方案较次优方案,优化效率提高了0.12%。(3)以长沟~邓楼~八里湾泵站调度为例,基于单级泵站优化成果,以梯级泵站运行效率为目标,以各级站水位为约束条件,搭建梯级间水位优化模型,求解输水流量为110 m3/s,净扬程为9 m时的梯级间水位组合、各级泵站开关机组合等,与次优方案效率相比提高了0.08%;与其他净扬程优化方案比,净扬程为10 m时的运行效率最大,比净扬程6 m的最优方案增长了31.95%。(4)以长沟~邓楼~八里湾泵站调度为例,基于单级泵站优化成果及梯级间水位优化,以梯级泵站运行效率为目标,各级泵站输水流量为约束条件,搭建两湖段梯级间输水流量优化模型,求解净扬程为7 m时效率最优输水流量对应的梯级间水位组合、各级泵站开关机组合等,与次优方案相比提高了0.08%;与其他净扬程输水流量优化方案比净扬程10 m的运行效率最大,比净扬程6m的优化方案增长了25.99%。(5)同一净扬程,梯级间输水流量优化方案效率大于梯级间水位优化方案效率,且净扬程与运行效率为正增长关系,扬程越大,效率增长趋势变缓。(6)两级泵站联合调度方案优于三级泵站联合调度方案,净扬程为7 m时,梯级间水位最大优化率为5.25%,梯级间流量优化率最大为18.2%。因此在满足调度要求的条件下,可优先考虑两级泵站调度。