中国洪灾最集中频繁的区域是长江中下游地区,对长江流域乃至全国的社会经济发展都具有重大的影响。其中,又以荆江河段受洪灾威胁最为严重,在特大洪水发生时避免荆江河段出现毁灭性灾害是长江防洪的重中之重。三峡工程能直接控制荆江河段95%以上的洪水来量,在保证中下游防洪安全中扮演着重要的角色。自三峡大坝建成以来,长江上游又陆续兴建了乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝等一大批防洪库容大、调节能力强的大型水库,极大地改变了三峡水库入库洪水原有形态,也对下游荆江地区的防洪风险造成了显著的影响。因此,在三峡上游多个大型水库陆续建成和新版调度规程出台的背景下,对特大洪水条件下三峡水库及上游梯级水库群的防洪能力进行研究,对于增强水库及下游河道的防洪安全,最大化的实现水库的防洪效益意义重大。本文基于水文随机模拟、一维水动力学计算、动库容调洪演算、梯级水库群联合调度等理论技术,综合考虑不同设计频率、不同入库洪水形态、不同调洪调度规则、不同梯级水库群组联合调度等多个因素的影响,系统性地对三峡水库独立运行或与上游梯级水库群联合调度时的最高坝前水位、最大下泄流量、对荆江及城陵矶地区的防洪补偿时间、荆江地区的分蓄洪量、三峡上游梯级水库群需要预留的最小拦蓄库容量进行了计算,主要研究内容及成果包括:（1）考虑水文随机性的三峡水库入库洪水生成。基于三峡库区主要入库站点长系列日径流数据,采用分期平稳自回归方法建立了三峡水库入库洪水随机模型,定量检验结果表明该模型模拟精度及效果符合要求,可以实现对三峡水库随机入库洪水的有效模拟。在百年一遇（1%）、千年一遇（0.1%）、万年一遇（0.01%）及万年一遇+10%（0.01%×1.1）共四种设计频率下,采用寸滩、宜昌（或枝城）峰量同频率组成法将历史典型入库洪水过程和随机入库洪水过程放大为不同频率下的入库设计洪水。（2）对传统一维水动力学模型进行改进,有效实现了对三峡库区洪水演进的准确模拟。基于三峡库区2.5m分辨率的DEM数据,考虑河道两岸河湾和支流对水流演进的槽蓄作用,对传统一维水动力学模型无法考虑河道真实地形的问题进行修正,构建了三峡水库动库容调洪模型。采用三峡水库在正常蓄水运行时期的实测洪水数据对模型的计算参数进行率定验证,保证了模型对库区高水位洪水演进的准确性。对模型进行敏感性分析,结果表明计算河道型水库洪水演进时,考虑河道两岸支岔槽蓄量可极大地提高传统一维水动力学模型的计算精度。（3）在千年一遇、万年一遇、万年一遇+10%三种设计频率下,系统性地探究了三峡水库独立运行时的防洪能力。当遭遇千年一遇的入库设计洪水时,仅依靠三峡水库独立拦蓄洪水,在保证坝前水位不高于175m的前提下,必须启用荆江分蓄洪区,才能有效地保障荆江河段的防洪安全。当遭遇万年一遇或万年一遇+10%的入库设计洪水时,三峡水库即便配合启用荆江分蓄洪区也无法有效拦蓄洪水,必须通过上游梯级水库群联合调度防御洪水来保障荆江河段的防洪安全。（4）系统性地给出了三峡水库与上游梯级水库群联合运用时的防洪策略。为避免启用荆江分蓄洪区,在千年一遇设计频率下,三峡上游乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝梯级水库群需要预留的最小拦蓄库容为72.11～94.74亿m3,占总防洪库容量的46.5%～61.1%。在万年一遇设计频率下,三峡上游乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝、梨园、阿海等14座重要大型水库,需要预留的最小拦蓄库容为149.57～177.71亿m3,占总防洪库容量的71.1%～84.5%。若遭遇万年一遇+10%频率来水,即便将三峡上游已建和在建的水库群全部启用,仍需开启下游荆江分蓄洪区,才能保障荆江河段的防洪安全。（5）论证了入库洪水形态和防洪调度规则对三峡水库防洪策略及荆江地区防洪安全的影响。对计算结果进行分析表明,相同设计频率下入库洪水的形态对动库容调洪后三峡水库可控制的最大下泄流量影响巨大。在防洪设计中,通过洪水随机模拟方法,寻求三峡水库在某一设计频率下最危险入库洪水过程,对于探究三峡水库的防洪能力是确有必要的。在三峡水库调度规则方面,在保证城陵矶地区不超过保证水位的前提下,尽可能加大三峡水库的补偿下泄流量,为后期预留更多的防洪库容,不仅有助于从整体上增加对城陵矶地区的补偿保护时间,还可以大幅减少遭遇特大洪水时荆江地区的分蓄洪量。