大型输配水工程是缓解我国水资源时空分布不均这一矛盾的重要工程手段。但由于其输水距离长、流量大,输水线路往往需要跨越山沟、河谷等复杂地形,因此需要修建譬如倒虹吸等管渠结合的交叉建筑物,输水系统的水力模拟与实时控制的效果是工程安全、高效运行的关键。然而明渠水流重力波数米每秒的缓慢波动与管道系统压力波近千米每秒的高速波动如何进行联合调度是当前领域内的难点,尤其是当管道长度较长时,两者的调度不匹配轻则产生剧烈流量波动、局部渠道漫顶,严重时可能产生断流甚至压力管道爆管等后果,故需研究管渠联合调度的数值模拟方法及其实时的控制算法逻辑。因此,本文以管渠结合输水系统中的闸阀组合为研究对象,从管道和渠道的水力特性差异出发,探索管道—明渠控制模型、闸阀联合调控的控制逻辑及调控方式,建立了适用于管渠结合系统的控制方式、逻辑与算法。首先,本文分析了管道和明渠的水力响应特性和控制目标差异,以此为基础提出了一种新的内边界处理方式,并建立了管道—明渠控制模型。内边界处理方式是指将短管道视为明渠的子渠段,用明渠控制方程直接处理;对长管道则建立管渠衔接点处的水位流量相关关系,对交界面的上下游流量进行求解。采用该内边界处理方式可以将独立的管道控制模型和明渠控制模型在边界处进行耦合,建立统一的管渠结合输水系统控制模型。而后,本文对管道—明渠控制模型进行了综合验证,结果表明该控制模型的计算结果与HEC-RAS仿真结果基本吻合,而相较HEC-RAS的简化建模,控制模型的建模过程更为精细且采用了内边界处理方式,因此具有更好的精度和稳定性。其次,本文从水力响应特性差异的角度出发,探索了管渠结合输水系统中闸阀联合调控的控制逻辑差异,并提出了闸阀联合调控的控制逻辑,而后在控制算法层面对比例积分（PI）控制和模型预测（MPC）控制进行了对比。在该控制逻辑的框架下,前馈逻辑采用阀门无前馈+闸门前馈控制,阀门非连续两阶段控制+闸门线性控制;反馈逻辑方面,闸阀均采用反馈控制,尤其是考虑到实际系统的流量偏差,闸阀若无反馈控制会导致各项控制指标出现大幅劣化（NIAW增大13%,IAE增大27%,NIAQ增大1倍,NST增大82.5%,GI增大62%）;反馈控制算法方面,闸门需采用完整的PI控制,阀门则可根据管道特性选择P控制、I控制或PI控制;MPC控制时,系统耦合了反馈控制和前馈控制,使得控制点的水位在较小的幅度内波动（最大水位变幅不超过0.12m）,加快了系统的稳定速度。最后,本文对管道—明渠控制模型和闸阀联合调控控制逻辑进行了综合应用,从韩江粤东灌区实际工程出发,对多种不同的工况进行了仿真。对管道—明渠控制模型进行应用的仿真结果表明:常规工况的水位波动更小、稳定时间更短;非常规工况的性能指标有所劣化（水位波动增大11%,稳定时间增大13%）但仍能保证稳定运行。对闸阀联合调控控制逻辑进行应用的结果表明:闸阀在该控制逻辑下根据不同的情况选择合适的控制条件能使各项性能指标均达到最优。本文的主要创新点为:建立了管道—明渠控制模型及其对应的内边界处理方式,该控制模型可以建立一套明满流衔接动态过程的简化数学表述;开发了闸阀联合调控控制逻辑,该控制逻辑要求在控制过程中对闸阀采用不同的控制方式,旨在指导各种情况下管渠结合输水系统的控制过程;设计了一种基于管道—明渠控制模型的MPC控制算法,该算法统一了管道和明渠控制建模,耦合了反馈控制和前馈控制,相对PI控制具有更稳定的优势。本文对管道—明渠控制模型和闸阀联合调控控制逻辑进行的应用结果显示:该控制模型具有精度高、适用性强、可信度高的优势,该控制逻辑具有鲁棒性好、调控响应快、稳态偏差小的优势。本文的主要研究方法和结果对长距离管渠结合输水系统具有借鉴意义,可为灌区及输配水工程中的无压-有压系统的控制器设计提供理论基础,以实现输配水系统的安全、高效及自动化运行。