梯级水库作为开发与利用水能资源这一清洁可再生能源的重要工程措施,通过对一段时期内入库径流实施有计划调蓄,梯级水库可实现洪旱灾害的防范抵御、水电企业的效益增长、电网的安全稳定运行、生态环境的保护修复等多方面重大任务。并且近年来我国出台了一系列清洁能源消纳的鼓励政策,水能资源支持的水电行业已成为我国能源结构转变的关键。目前随着乌江、雅砻江、金沙江等十三大水电基地建设的逐步完成,我国各个流域内梯级水库系统的规模不断扩大,水电事业发展的重心由工程建设转至运行管理,而智慧水利这一概念的提出及先行先试工作的开展,更是凸显了强化以梯级水库为代表的水利工程设施的调度管理工作的重要意义。因此亟需开展梯级水库的多目标优化调度及决策方法的研究,以期在复杂的外部环境与工程背景下,编制以最大化梯级水库系统的水资源利用率为目标的调度方案,有效协调梯级系统的防洪、供水、发电、航运等多个目标,满足新形势下各行业部门对水资源的相关诉求。本文充分考虑梯级水库优化调度的理论研究与实际生产这两方面,针对短期单目标与中长期多目标的优化调度问题,重点考虑精细化调度、“维数灾”处理、多目标调度及多属性决策等难题,基于数学规划、概率统计、智能优化、并行加速等方面的理论方法,对短期和中长期优化调度的模型构建、求解算法改进及调度方案决策进行深入研究,取得了如下的主要成果:（1）梯级水电站精细化日发电计划制定。针对传统模式下水电站的优化出力计算不够准确,进而导致调度方案在实际实行中出现偏差的不合理情况,将各时段各电站内投运机组的台数、组合及负荷与流量的优化分配纳入考虑,构建厂间-厂内一体化调度的精细优化调度模型,实现梯级电站间与各个电站内的水能资源优化分配方式的统一;在此基础上,提出求解嵌套优化模型的嵌套多维动态规划算法,并通过雅砻江流域的锦西-锦东梯级系统的实例研究,验证所构建的精细优化模型与求解算法的优越性。（2）基于内存占用缩减和GPU并行加速的求解算法性能优化。针对嵌套动态规划在求解精细优化调度模型中出现的严重“维数灾”—计算任务与内存占用量均呈指数型增长,利用数据压缩与数据库技术实现程序占用内存的有效缩减,通过OpenACC标准下的GPU并行大幅提升算法的计算效率;在此基础上提出针对“维数灾”的改进嵌套动态规划,监测优化策略引入前后的程序运行的内存占用量与计算时长的变化以验证改进策略的效果。（3）构建新型多目标进化算法LMPSO并应用于实际梯调问题。针对多目标降维成单目标这一处理方式的缺陷,以及经典MOEAs在处理大规模高维多目标问题上性能不足的问题,引入算法的性能评价指标—超体积指标作为个体选择标准,采用问题变换策略降低搜索空间维数;由此有效降低多目标优化调度模型的求解难度,并以SMPSO为基础设计LMPSO,将改进后方法运用在雅砻江的三库联合调度,由此验证算法在面对多目标优化调度的高维难题上相比于其它方法的计算优势。（4）对传统区间数灰靶模型进行改进并应用于最佳均衡方案决策。考虑到梯级水库入流过程的预报存在误差,通过区间数表示调度方案的各维指标值更为合理,故选择引入区间数理论的灰靶决策模型进行调度方案决策;在传统区间数灰靶模型的基础上,设计基于集值理论的权重向量确定方式与基于多维度联合抽样的期望贴近度计算策略,并由此提出相应的改进模型;分别利用标准决策模型与改进模型实现雅砻江梯级水库系统的多属性方案决策,通过结果对比验证改进方法对区间数的处理更为合理,能有效避免计算过程中的信息失真。