随着我国水电能源的大规模开发利用,已经形成了十三大水电基地。梯级水库群优化调度不仅受到负荷、径流、用水需求差异等众多因素限制,还需要协调多个调度目标效益的均衡最优,是水资源管理领域科学研究和工程应用研究的热点问题。本文围绕三峡梯级水库调度需求,以实现水电能源开发利用的综合效益最优为目标,运用水力学模型和栖息地模型,研究了水库生态调度目标和航运目标的量化方法,进而运用代理模型和多目标优化算法对梯级水库群多目标精细化调度问题进行高效求解,获得关于各目标的非劣调度方案集,为水库群多目标调度提供一定技术支撑。本文主要研究内容以及创新点如下:（1）针对长江流域三峡、葛洲坝梯级水库调度的生态、航运需求,建立了二维水动力学模型,模拟了鱼类产卵场流速、水深等水力学要素的时空分布,同时引入栖息地模型和适宜度曲线法,计算水力学要素与适宜栖息地面积的映射关系,从而实现生态调度目标量化;通过统计过闸船舶数量及种类,结合航运调度规程,建立了三峡下泄流量和梯级通航保证率的近似关系曲线,实现航运调度目标量化;进而建立了综合考虑生态、航运和发电需求的多目标调度模型。（2）针对生态调度目标量化计算频繁调用水动力学模型面临的计算高耗时问题,引入基于高斯过程回归的代理模型描述水力学要素与水动力过程的响应关系;同时,为了有效求解优化模型,提出一种基于自适应策略的改进NSGAⅡ算法（INSGAⅡ）;该算法加入高斯分布交叉算子和新型拥挤距离公式,提高了其搜索能力和解集的分布性。函数测试计算结果表明,INSGAⅡ算法可以有效处理具有复杂非劣前沿特性的多目标优化问题,具有良好的收敛性和分布性。在此基础上,提出了耦合代理模型和多目标算法的多目标模型高效求解算法INSGAⅡ-GPR,为梯级水库多目标精细化调度模型求解提供技术支撑。（3）以三峡梯级为研究对象,运用提出的INSGAⅡ-GPR算法,实现多目标调度模型的高效求解,获得关于发电、生态、航运的非劣调度方案集,并量化分析了不同调度目标之间的竞争与协同关系。进而,采用基于组合熵权法的灰色关联分析方法,对径流具有代表性的来水年份的调度方案集进行决策评价,给出了综合最优调度方案。梯级水库多目标精细化调度决策为三峡梯级优化调度提供理论依据和技术支撑。