自古以来,洪水灾害就是我国发生最频繁、损失最严重、受灾人数最多、影响范围最广的自然灾害。其中,长江流域干支流众多,江湖关系复杂,特殊的季风性气候导致降水主要集中在夏季且暴雨活动频繁,汛期巨大的来水和有限的河道泄流能力之间的矛盾十分突出,导致洪水灾害频发,给人民生命财产安全造成了巨大危害。随着流域防洪体系的不断规划、建设与完善,长江上游建成了世界上规模最为庞大的水库群,其巨大的防洪库容可以有效拦蓄洪水、错洪削峰,极大减轻沿线城市群和重要防洪保护对象的防洪压力。然而,因其流域拓扑结构复杂、洪水遭遇组合多样、水力关系耦合紧密、水库群规模庞大、业主归属不一、运行目标各异、防洪控制点数量众多、复杂时空高维等特征,给流域水库群联合防洪调度建模求解和方案制定等带来极大挑战,目前尚未建成一套完整的流域联合防洪调度规则及方案,限制了水库群防洪潜力的充分发挥。为此,本文以长江上游水库群为研究对象,以降低整体防洪压力为目标,围绕新形势下联合防洪调度运用过程中面临的科学问题和技术瓶颈,在流域暴雨洪水特性与防洪需求分析的基础上,采用层层推进的研究策略,对流域陆气耦合径流预报、水库群联合防洪优化调度建模与求解、常规调度规则提取与风险管控、流域防洪调度系统集成开发等进行了深入的研究。研究的主要内容和创新性成果如下:（1）搜集了长江上游干支流水系的基本数据资料,分析了流域内暴雨特性和洪水特征;进而理清了由工程措施和非工程措施组成的整体防洪体系,逐级分析了各防洪保护对象的防洪能力及防洪需求,探明了流域防洪形势、主要矛盾和关键挑战,明确了以三峡水库为核心,其它干支流水库相配合的防洪调度原则;此外,推求了以李庄、朱沱、寸滩、宜昌和螺山为控制的整体设计洪水,为水库群联合调度建模与求解提供输入数据。研究成果可为长江上游大规模水库群联合防洪调度提供有力的数据支撑和决策依据。（2）针对流域径流预报的精度和预见期尚无法满足实际应用要求的问题,引入了WRF模式数值降水预报系统,并采用多属性决策方法筛选出模式最优方案组合;另一方面,构建了区间关键断面短期径流预报模型库,并实现了模型参数多目标率定与预报误差实时校正;进一步使用预报降水数据驱动水文模型,研发了一套自适应陆气耦合径流预报体系,为溪洛渡～宜昌区间提供高精度长预见期的径流预报。结果表明,WRF模式基本能够把握实测降水的空间分布与雨量等级,可为流域高精度径流预报提供重要的降水预报信息;多目标参数率定和实时校正方法能全面刻画流域径流特性,切实提高流域径流预报精度;相较于无降雨模拟预报,陆气耦合预报能较好地模拟洪水过程趋势和峰现时间,尤其对洪峰的预报精度较高,对流域水库群防洪调度具有重要意义。（3）围绕大规模水库群联合防洪优化调度建模与求解面临的诸多挑战,在分析流域防洪调度需求的基础上,构建了水库群联合防洪多目标优化调度模型,设计了结合不同算法优点的DP-POA-PSO混合优化算法及改进策略,实现了调度模型高效求解。此外,采取层层递进的研究策略,先后开展了以川江河段剩余防洪库容最大、三峡入库流量平方和最小、三峡最高调洪水位最低为策略的联合防洪优化调度,分析了不同调度策略对防洪关键指标的影响。结果表明,建立的调度模型具有较强的灵活性和适应性,能够全面反映流域真实调度场景;相较于传统优化算法,改进的混合优化算法的收敛性、计算速度、优化效果等关键指标均有明显优势;采用三峡最高调洪水位最低的调度策略,能够统筹长江上游综合防洪体系,充分发挥水库群防洪调度潜力,三峡水库最高调洪水位明显降低,长江中下游防洪形势得到了显著改善。（4）针对防洪优化调度难以应用于工程实际防洪的问题,构建了以水库群联合防洪优化调度结果为输入的常规调度规则优化提取模型,采用MOSCDE算法和TOPSIS决策方法实现了模型求解与方案优选,并应用于长江上游水库群联合防洪调度规则提取。结果表明,相较于现行方案,研究拟定的调度规则参数在各项调度指标上均表现出明显优势;通过多场典型设计洪水优化调度结果优选出的方案八,能够统筹各种来水情况,达到整体最优防洪调度效果;风险控制调度能够有效避免防洪控制点突破防洪标准的风险,提高流域防洪调度的冗余度。研究提出的模型方法显著提高了长江上游水库群联合防洪调度水平,具有较高的工程应用价值。（5）围绕当前水利信息化研究与应用的热点问题,探索实现流域防洪调度信息化系统开发与应用的技术手段,梳理了防洪调度工作流程,厘清了系统业务需求及相关功能,开发了服务化封装的专业模型库,实现了模型服务的高效解耦、复用和交互,并设计了符合应用需求的系统软硬件结构,选择了主流的前端、后台和数据开发架构,进而整合本文预报、调度和规则相关研究成果,开发了一套适合流域运行管理需求的综合信息化系统,并在三峡水利枢纽梯级调度通信中心部署运行。