我国水资源总量丰富,但时空分布十分不均,降水集中在汛期,导致洪水灾害频发。在我国洪灾受灾范围广,一旦成灾损失惨重。随着我国近年来对各大流域的规划和开发,各大河流上修建的水利设施数量急剧增长,继续建设的空间较小;且修建工程不仅需要大量投资还会改变流域的水文径流特性和节律,可能对流域生态环境等带来不利影响。此外,水利水电工程设计与运行间长期存在着脱节现象,常规调度规程过于强调工程安全而忽视了对工程的科学运用。因此,研究防洪非工程措施具有重要的现实意义。水库群防洪优化调度是重要的防洪非工程措施,本文研究工作围绕水库防洪优化调度问题,从水库群联合防洪优化调度和考虑来水不确定性的水库防洪优化调度两方面展开。首先研究流域水库群联合防洪优化调度方法,以期发挥水库间水文补偿、库容补偿效益,探究流域水库群联合防洪潜力。然后进一步考虑水库入库径流的不确定性,应用随机径流描述模型科学描述入库径流,建立水库防洪显随机优化调度模型,研究基于随机动态规划算法的水库防洪随机优化调度求解方法,优化求解水库防洪调度规则。本文主要研究内容和创新成果如下:(1)针对水库入库径流的不确定性,应用马尔柯夫链描述流域水库群入库径流,分别采用水文随机模拟方法和Copula函数方法推求径流状态概率转移矩阵。对于满足水文模拟模型中正态变换条件的入库径流,建立了MSAR模型,模拟出大量符合历史径流统计特性的径流序列。以模拟径流序列为样本,统计分析得到水库入库径流状态转移概率矩阵。对于不满足MSAR模型中正态变换条件的入库径流,采用Copula函数建立了水库时段间径流的联合分布,由时段径流边缘分布函数与时段间径流联合分布函数关系,求解时段间径流状态条件分布函数,从而得出径流状态概率转移矩阵。(2)针对水库群与区间河道组成的流域防洪系统,依据已有水库群联合防洪调度研究中水库群和防洪控制点的空间分布和实际防洪要求抽象出流域通用防洪系统的结构特征,建立了满足水库安全约束条件和水库调度期初末水位约束下以保障下游地区安全为目标的流域水库群联合防洪调度通用模型。针对防洪控制点的来水组成中区间来水不可控而水库泄流可控、水库泄流量在防洪控制点的响应随水库泄流的增大而增大的现象,设计了一种基于DP-POA嵌套算法的流域水库群联合防洪优化调度算法对模型进行求解,在利用DP算法对单库泄流高效削峰的基础上,运用POA算法对流域水库群联合优化调度实现水库泄流对于控制点区间来水的补偿调度。以长江上游混联水库群为实例进行研究,结果表明,所建立的流域水库群联合防洪优化调度通用模型适用性高,DP-POA嵌套算法应用于求解流域水库群联合防洪优化调度可行有效。(3)针对径流的随机特性,本文将显随机优化调度方法应用于水库防洪场景,采用本文径流状态概率转移矩阵研究成果对水库入库径流进行随机描述,在保障水库自身防洪安全,满足水库泄流能力,且调度期末余留充足库容抵御未来可能洪水的条件下,以削减水库泄流洪峰为目标,建立了水库防洪随机优化调度模型,设计了基于SDP算法的水库防洪随机优化调度求解方法。以长江上游水库群为研究实例,先按所提方法优化求解出各库防洪优化调度规则,再选取两场典型洪水作为径流输入模拟调度。水库模拟运行结果表明,按照本文优化规则运行,各库能较好发挥对入库径流的调蓄作用,同时基本控制水库调度期末水位为汛限水位,为后期可能来水充分预留库容,但由于模型中未考虑水库泄流演进至控制点的过程,使得按本文调度规则运行时,可能出现下游地区防洪效果不如各库现有优化调度规程的情况。