在气候变化与人类活动综合影响下,全球下垫面条件与流域水文循环要素时空演变规律发生了深刻变化,流域极端气候和水文事件特性出现变异,水文节律非稳态性加剧,不确定性增强。21世纪以来,我国洪涝灾害进入了多发、群发时期,1991至2017年间我国洪水造成的直接经济损失以平均每年64%的速度增长,洪涝灾害给社会经济可持续发展带来了巨大威胁。为有效应对流域洪涝灾害,我国在各流域规划建设了一大批防洪控制性枢纽工程,经过近六十年的建设,目前全国已初步形成较为完备的工程措施与非工程措施相结合的水旱灾害防御体系,水利面貌发生了根本性变化。但是,在水文监测、预报预警、联合调度方案制定、动态风险评估等洪水应对措施方面仍然存在明显的短板与不足。因此,迫切需要开展流域水库群防洪系统科学化、精细化、智能化调度研究,以期有力推进水利现代化进程、提升新形势下国家水旱灾害防御能力。然而,大规模混联水库群拓扑结构复杂,防洪控制点众多,防洪标准各异,区域防洪与整体防洪难以协调,河道洪水坦化严重,洪水同步性差,存在来水过程随机性和复杂性;其防洪调度决策是一类多阶段、多目标、多约束、多变量的干支流全景优化问题。尤其是传统水库调度理论与方法难以通用化确定不同来水情景下各水库预留防洪库容大小、拦蓄时机与使用次序,使得水利枢纽工程综合效益难以有效发挥,防洪风险协调控制极为困难。为此,本文针对水库群防洪系统全景调度与风险决策所面临的关键科学技术难题,结合随机水文学、人工智能、库群优化调度、系统风险分析与决策的相关理论与方法,在流域多站径流不确定性随机模拟、随机来水条件下水库群防洪库容全景优化分配、协调区域整体防洪需求全景调度规则提取以及多重不确定性影响下防洪全景调度方案风险评估与决策等方面开展了深入研究。实现了多来水情景、多调度目标、多不确定性扰动、多风险约束等全景视角下水库群防洪调度规则提取与风险决策。研究取得了一些有价值的理论成果,可为进一步完善长江流域水库群防洪体系,提升洪水灾害防御能力提供理论与技术支撑。本文主要研究内容如下:（1）针对流域混联水库群来水过程非平稳、多维度、强相关、非线性等多维耦合特征,以流域干支流多站径流过程自、互相关性为切入点,提出了一种基于谱分解技术的改进拉丁超立方体抽样多站径流模拟（ILHS）方法,并将模拟结果与多站季节性自回归模型（MSAR）模拟结果进行了对比验证分析。进一步,根据下游主要站点的设计洪水资料,通过设置不同采样目标对多站同期模拟径流过程进行重采样,模拟生成具有不同频率、遭遇组合的流域整体设计洪水过程。最后,适应性调节重采样参数的年际变化大小,生成具有不同径流特征长期变化趋势的多站多情景径流过程,并对长江上游九个关键控制站点及水库控制断面的径流过程进行随机模拟。结果表明,相对于传统模型,改进拉丁超立方体抽样方法能在满足径流序列基本统计特征的同时,能更有效刻画各站点径流序列年内高阶自互相关结构;且模型能考虑历史设计洪水资料以及不同可能的径流丰枯变化趋势,生成适应不同工程应用需求的多站点、多情景模拟径流过程。研究成果不仅能为解决水文时间序列高维变量随机模拟提供新的建模思路,而且可为全景调度库容分配与风险分析提供随机来水背景场。（2）围绕水库群防洪库容全景优化分配问题,充分考虑预报信息的可用性,建立了基于预报调度规则的水库防洪优化调度模型。首先,通过对不同典型年优化调度,构建上游水库群投入使用库容与下游防洪控制点削峰量状态集合,拟合得到各水库防洪库容效益曲线。基于此,以防洪库容效益最大为目标,对不同典型来水条件下水库群防洪库容进行优化分配得到最优库容分配方案。进一步,在模拟优化调度过程中考虑设计洪水地区组成不确定性,优化得到防洪库容效益曲线簇,通过特征提取以及曲线修正构造涵盖关键洪水特征向量、上游水库投入使用库容以及下游防洪控制点削峰量的样本集合,并引入多种机器学习算法对样本特征间的非线性映射关系进行拟合。以此为基础,提出混联水库群多来水情景、多标准的防洪库容全景优化分配策略。研究工作以溪洛渡、向家坝、瀑布沟防洪系统为研究对象,验证了所提水库群防洪库容全景优化分配方法的合理性与有效性,阐明了全景调度过程水库群的防洪库容补偿机制,优化得到的防洪库容分配方案可为水库群防洪规划设计、实时调度中预留防洪库容分配决策提供理论指导。（3）针对大规模水库群防洪全景调度规则提取问题,立足于现有水库群联合防洪调度体系,设置预留库容保证上游各区防洪控制点安全。在此基础上,采用调度经验预设的方式以及决策树随机搜索方式,对水库群联合防洪全景调度框架中各水库拦蓄时机、拦蓄方式、拦蓄量等决策变量进行参数化建模。建立了考虑不同复杂典型来水过程、协调上下游各区防洪安全的水库群防洪全景调度规则提取模型,进一步,采用多目标智能算法求解得到防洪全景调度方案集。研究以长江上游水库群防洪调度系统为研究对象,基于系统分解协调的方法研究了上下游区域防洪和整体防洪的动态关系及其优化策略,以各区域防洪需求为优化控制边界条件,建立长江上游十二库多目标联合防洪全景优化调度模型,并对比分析了基于不同调度框架得到的最优调度方案前沿。结果表明,经验预设调度框架下的全景调度方案前沿收敛性更强,并且上游水库联合调度能有效降低三峡防洪压力,均衡流域整体防洪风险。研究成果有助于实现流域水库群防洪调度规则数字化、逻辑化表达,满足新时期水库群防洪精准调度和精细化管理的时代需求。（4）针对不确定性影响下防洪全景调度方案风险评估与决策问题,综合考虑来水过程不确定性、预报误差不确定性的影响,在分析水库防洪能力和承担防洪任务的基础上,建立基于不确定性随机模拟的水库群防洪系统风险分析模型,构建涵盖风险率、条件风险价值、风险熵的调度风险评估指标体系,定量评估多重不确定性耦合作用下水位越限、流量超标等风险,揭示了长江上游全景调度风险对不确定性的响应规律。进一步,推求考虑各水库防洪库容和多年平均径流指标的水库防洪运用优先级判别矩阵,确定各水库权重系数。以此为基础,引入改进加权广义马氏距离的Topsis法对不同调度方案进行风险决策,实现了多重风险约束下防洪全景调度方案的合理决策与优选。最后,多方位、多角度地评估了不确定性影响下金沙江下游溪洛渡、向家坝三峡梯级水库群防洪调度方案风险大小,并根据所提方法对第四章得到的长江流域十二库联合防洪全景调度方案集进行风险决策。研究成果能为解决多重不确定性影响下水库群实时联合防洪全景调度风险量化、评估与决策问题提供理论依据与技术支撑。