长江流域大型水利枢纽工程的陆续建成运行,大幅度地提高了长江流域水资源的开发利用效率,并通过水量调蓄、电力调度、输水供水、蓄水增容等方式实现了防洪、发电、供水、航运等目标,取得了显著的社会效益。但是,大型水利枢纽建成后改变了河流地理边界以及流域水文过程等自然特性,形成了一个新的动力系统,对流域生态等方面产生了诸多不利影响,甚至会缩短河流的生命周期。可见,水资源的开发利用与河流自然系统之间存在矛盾,与社会需求之间也存在不和谐因素。本文在对研究区供水安全、防洪安全、能源安全、生态安全以及航运安全等方面进行时间尺度和空间尺度问题识别的基础上,进一步分析了长江上游梯级水库群联合调度的需求,提出了长江上游大型梯级水库联合调度的关键技术问题。在开放的复杂巨系统理论基础上,诠释了开放的梯级水库群联合调度复杂巨系统的内涵、特点、以及和谐性,基于综合集成方法论提出了一套长江上游梯级水库群多目标联合调度技术框架。应用多种分析方法对长江上游流域降水和径流等水文气候要素的特征进行均一性、趋势性以及突变点分析,研究各水文气候要素的变化趋势对长江上游梯级水库群联合调度的影响,并进一步分析了降水径流时空变换对大型水库群汛后蓄水产生的重大影响。以通用的水库群联合调度模型系统为依托,构建了长江上游梯级水库群联合调度模拟模型,并按长江上游大型水库已建、在建和拟建的情况,将模拟方案分为天然情况、近期方案、中期方案和远期方案等进行了大型水库群联合调度,对供水、防洪、发电、生态等的影响进行了分析,通过远期情景下三峡水库不同蓄水时期的方案设置,分析了对长江中下游水资源开发利用的影响,分析了不同方案下长江上游大型水库群对三峡水库调度应用的影响。针对影响分析中的问题和需求,对长江上游特大型梯级水库群进行联合优化调度,分别采用基于多目标进化算法的调度函数显式优化技术和基于柔性约束的非线性优化的调度函数隐式优化技术,优化了长江上游特大型梯级水库群的调度函数,基于多目标进化算法的调度函数显式优化技术可以给出联合优化调度的非劣解集,通过多目标调度方案评价指标体系的构建和调度方案多级模糊优选方法,从非劣解集中选出多目标均衡解。研究认为优化调度的根本是通过寻找更优的调度方案解决实际问题,而不是单纯地追求优化结果的效益最大。基于调度函数的隐式优化不能直接指导水库调度,需要通过基于调度函数隐式优化的调度模拟结果才更有说服力。通过基于多目标进化算法的调度函数显式优化技术和基于柔性约束的非线性优化的调度函数隐式优化技术的结果对比,认为调度函数隐式优化更适用于单纯追求发电效益的联合调度。而基于多目标进化算法的调度函数显式优化技术,在统筹发电效益、供水效益和生态效益等各方面均达到了较优的水平,运用这一技术的调度方案可以作为梯级水库群联合优化调度的推荐方案。