制定合理的水库汛末提前蓄水方案,对于提高水库兴利效益有积极作用。由于处于汛期到非汛期的过度阶段,涉及到防洪、兴利等多方面因素,考虑水库调度管理体制要求,采用二层规划理论描述和解决水库汛末调度问题,制定合理、科学地调度方式,为此本文作了如下研究:(1)从水资源充分利用出发,评述了关于提前蓄水和二层规划的研究现状,概述了本文的研究思路和研究内容。(2)通过阐述我国水库管理体制的复杂性,包括水库管理主体及利益相关方、水库调度运用、调度决策结构化特征,指出水库管理存在多个决策者和多个调度目标,各决策者和各调度目标之间存在主从性,水库调度决策具有层次性、博弈性和两者兼顾的混合性的结构化特征。现有的水库调度模型中主要以单决策主体模型为主,有少量针对多个决策者建立的水库调度模型。针对本文研究的水库提前蓄水问题,应结合水库调度决策结构化特征,建立满足水库调度管理体制的水库提前蓄水调度优化模型。(3)介绍了二层规划的基本理论,针对下层解不唯一情况,采用考虑上下层偏好的整体满意度作为合作系数建立部分合作模型,并综合考虑上下层的决策机制,提出了协调解的优选模型。通过对算例进行求解,证明了该合作系数形式和优选模型的可行性。(4)以丹江口水库为研究对象,分析了丹江口水库的提前蓄水问题,指出丹江口水库提前蓄水的必要性;对汛期径流分析指出,丹江口水库秋汛期洪水量级较夏汛期小,可采取提前蓄水策略,但仍要注意防洪安全;基于对水库调度的主从递阶结构的分析,建立以防洪为上层、蓄水为下层的丹江口水库提前蓄水的二层规划模型,采用部分合作思想求解模型,给出衡量防洪与蓄水的协调解;并按照优化调度规则进行调洪演算,结果发现,汛末平均蓄水位提高了 0.5m左右,防洪风险有所提升,但对于不同等级洪水均未降低防洪标准,认为该优化调度方案可行。(5)本文通过分析三峡水库提前蓄水建模背景,从防洪、发电、蓄水等方面,指出有必要根据三峡水库下游荆南四河地区的防洪需求调整汛末防洪调度规则,且应充分利用汛末水资源,提高水库综合效益。通过对1882～2012年入库径流分析,指出三峡分期特性明显,汛末水量较主汛期少,可采取提前蓄水。通过对现有调度方式分析研究,指出现有防洪调度方式对于中小洪水几乎没有调控作用,这就可能使得防洪能力较低的荆南四河地区的水位长期处于超警戒状态,不利于该地区的防洪减灾。(6)基于上述分析研究,建立了以防洪为上层目标、发电为下层目标的三峡水库提前蓄水的二层规划模型,并针对乐观、悲观、部分合作模型分别进行求解分析。根据部分合作模型协调解,建立三峡水库汛末防洪蓄水调度规则,并对131年9月10日～10月31日入库径流进行调洪演算,分析在本文优化调度方案下的防洪蓄水效果,并与多目标优化结果进行对比。结果显示,当防洪或兴利目标相等时,多目标优化结果较本文优化调度方案的兴利或防洪效果更佳。但二层规划能够还原实际调度决策过程,确保各决策主体的地位,保障各调度目标的效益。本文优化调度规则能够有效拦蓄入库洪水,对中小洪水加强了调控,减轻了下游荆南四河的防洪压力,较《09优化调度方案》和《梯级调度方案》年均发电量分别提高了 9.1亿度和1.6亿度,年均弃水量分别减少了 11.7亿m3和5.4亿m3,提高了水资源利用率。