洪灾是我国发生频繁、造成损失巨大的主要自然灾害之一。为实现防洪减灾目标,我国规划并修建了大量水利工程设施,其中长江流域已建成以三峡水库为核心、数十座水库相配合的巨型水库群系统。若在防洪工程措施的基础上实行科学有效的统筹调度等非工程措施,可进一步深入挖掘巨型水库群的防洪潜力,有效减轻长江流域的防洪压力。然而,流域各水库归属业主、建成时间、防洪需求和防洪任务不同,导致水库群尚未形成统一的联合防洪调度管理机制,难以充分利用水库群巨大的防洪补偿库容,获取更大的防洪效益。因此,本文围绕长江上游控制性水库群联合防洪调度的统筹机制和库容合理分配与运用的关键科学问题与技术难题,运用优化理论、调度方法和系统科学等理论,开展了长江上游控制性水库群联合防洪调度和库容分配研究,本文主要的研究内容和创新性成果包括:(1)为统筹协调川江河段局部防洪需求和长江流域整体防洪需求的矛盾,在分析流域防洪形势和洪水遭遇的基础上,选取溪洛渡、向家坝和瀑布沟水库构成的混联水库群为研究对象,构建了以剩余防洪库容最大为目标的联合防洪优化调度模型,采用SOS2特殊序列集和0-1整数规划方法对模型进行线性化求解;通过模拟不同初始水位下的联合防洪调度过程,分析水库群被动拦洪问题,求解保障川江河段防洪安全所需最小消耗库容,推求得到了联合防洪调度水库群剩余最大防洪库容。(2)围绕水库群在保障防洪控制站点安全下的库容分配利用问题,创新性地定义了单位库容对下游防洪控制站点削减洪峰流量作用的防洪库容效益概念,并提出了以防洪库容效益最大为目标的库容分配方法。以川江河段宜宾市防洪控制站点(控制站点李庄)为实例研究,建立了在保证防洪控制点安全下的以上游水库群防洪效益最大为目标的库群联合防洪调度模型,验证了所提方法的合理性和有效性。(3)为充分发挥水库群联合防洪调度效益,分别针对三峡防洪调度,溪-向梯级配合三峡防洪调度,以及溪-向梯级、瀑布沟、亭子口、构皮滩和三峡联合防洪调度水库等不同运行情形,建立了以三峡最高调洪水位最低为目标的联合防洪优化调度模型,运用改进POA算法对模型进行求解,解析了不同典型来水情形下对三峡入库、三峡最高调洪水位和长江中下游地区的分洪量影响。结果表明,联合防洪调度可充分发挥上游水库群防洪潜力,减轻长江中下游地区的防洪压力。为保证各水库完成本流域防洪任务并进行联合防洪调度,进一步提出了不同预留库容方案,对比分析了不同预留库容方案的影响,结果表明,预留防洪库容方案对联合防洪调度具有积极的作用。(4)结合工程实际运用需求,以三峡最高调洪水位最低为目标,综合考虑各水库防洪任务和调度需求,建立了长江上游控制性水库群模拟-优化防洪调度模型,提取水库群调度规则集。对比分析了不同典型来水情形下的调度规则方案得到的调度结果,推荐了合理的可用防洪调度规则方案,并将所提调度规则方案得到的调度结果和优化调度结果进行对比,结果表明,所提联合防洪调度规则方案的调度过程和调度结果合理有效,可为长江上游水库群联合防洪调度工程运用提供参考。