随着国民经济发展对电力需求的快速增长,水能资源开发与利用脚步逐渐加快,长江上游现已建成一大批调节库容大、调蓄能力较强的大型水利枢纽,流域大规模混联水库群调度运行格局已逐步形成。然而,梯级水库投产运行在产生巨大经济效益和社会效益的同时,改变了下游河道水文情势,给下游水库防洪发电带来了新挑战。梯级水库上下游水力联系紧密,上游水库群调度运行导致下游径流内在随机性和水力要素的不确定性加剧,中长期时间尺度影响下游水库发电、消落、蓄水和汛期调度,短期时间尺度影响下游水库水位控制、水位越限、汛期限水等运行安全。目前我国水利工程已步入规划建设到运行管理的关键转型期,如何在摸清流域水库群调度运行规律的基础上,定量解析梯级水库群调度运行对下游水库防洪发电影响是亟待解决的关键科学和工程技术问题。为此,本文以长江上游水库群为研究对象,综合运用水库调度、水电能源学、运筹学、人工智能等理论体系和新兴技术,采用问题抽象和数学建模、模拟和优化分析与工程实践验证相结合的研究思路,分别以防洪风险与发电能力为切入点,深入系统地开展了上游水库群调度运行对下游水库防洪发电的影响研究。研究成果在三峡梯级枢纽调度通信中心等相关生产调度系统中得以成功应用,为其它水库群调度决策提供了借鉴参考。论文主要工作内容和创新性成果如下:（1）以水库群历史调度运行数据为基础,结合水库调度原理及运行特征,挑选时段数、前期水位、入库、出库以及当前时段入库作为影响因子组建输入因子集,综合考虑运行数据特性及决策树原理确定时段末水位作为模型输出,同时提出相应基于水库调节库容的模拟水位评价指标,进一步,针对输入因子难以选取和模型超参数难以率定的难题,采用相关系数和互信息作为模型输入因子相关性评定指标,并引入树形Parzen评估器对输入因子个数和算法超参数进行优化,在此基础上,建立了基于决策树及其集成模型的水库调度规则提取模型,形成了融合历史调度过程和专家经验的水库调度规则,实验结果表明,决策树及其集成模型在水库调度规则提取应用时具有较强的能力和适用性。（2）针对水库群模拟调度时空累积误差问题,引入分位数回归森林算法并结合水库调度特征,提出了一种融合预测区间全信息的水库调度滚动模拟方法,有效降低了水库滚动模拟时间累积误差;同时分别基于多输出随机森林和多输出集成器,建立了梯级整体模拟调度模型,探明了梯级逐级模拟空间误差累积规律;进一步,通过梯级逐级滚动模拟分析了时段累积误差与空间累积误差间的耦合作用;在此基础上,建立了基于机器学习算法的长江上游巨型水库群模拟调度模型,实验结果表明,构建的水库群调度模拟模型模拟精度较高,可为其它流域水库群模拟提供参考。（3）围绕不确定性条件下水库防洪调度风险分析问题,综合考虑预报误差、下泄流量和水位库容曲线等不确定性,提出了一种基于随机微分方程理论的防洪风险分析方法;同时,结合长江上游水库群模拟调度模型,推求了三峡入库流量各阶原点矩递推式,实现了分位数回归森林理论和水库调洪演算随机微分方程的无缝衔接,进而推导了三峡水库调洪水位各阶原点矩递推式,给出了各时刻水位最大熵分布,提出了一种考虑模拟模型不确定性的水库群防洪调度风险分析方法,克服了传统随机微分方程理论中不确定性因素正态性假设的缺陷;在此基础上,分析了不同区间预报精度、不同起调水位情景下上游水库群防洪调度对三峡水库调洪水位、防洪风险影响,实验结果表明,受上游水库群模拟调度模型不确定性及区间预报误差不确定性影响,三峡水库调洪水位围绕均值过程波动,且不确定性随时段逐步累积,水位分布范围逐渐增大。（4）以上游水库群调蓄水量-下游梯级增发电量为主线,采用上述基于互信息理论、贝叶斯超参数优化算法和分位数回归森林算法的滚动模拟方法,建立了旬尺度长江上游水库群模拟调度模型,分析了上游水库群调蓄对溪洛渡及三峡入库水量的年内分布变化规律,进一步,以模拟调度模型输出作为来水输入,以发电量最大为目标,综合考虑水位、流量、出力等约束,建立金沙江下游-三峡梯级水库群中长期发电优化调度模型,在此基础上,定量解析了不同典型来水条件下金沙江中游梯级、雅砻江梯级、岷江梯级、嘉陵江梯级、乌江梯级水库群调度运行对金沙江下游-三峡梯级调蓄水量、调蓄电量、联合调蓄电量指标的影响,实验结果表明,各典型来水条件下,长江上游各子流域梯级调蓄水量基本与调节库容趋势一致,雅砻江梯级由于本身调蓄能力强且位于干流梯级上游,其调蓄水量和调蓄电量能力均强于其它子流域梯级。