我国自古以来深受洪涝灾害的袭扰,以长江中下游地区洪灾最为频繁、严重,历来是中华民族的心腹之患,由洪水引发的灾害给我国人民生命财产造成了巨大的损失。此外,随着经济社会的发展,对能源的需求逐年增大,而水电作为一种清洁能源,在我国国民经济发展能源供应中占据重要地位。水库电站通过拦蓄径流实现了水资源的重新分配并利用水能发电,可达到兴利除害的作用,其通常肩负着防洪、发电、航运、供水等多重任务需求,其中防洪、发电的重要性尤为突出。现阶段我国已建大型流域梯级水库群具有系统联系复杂、装机规模大、运行约束多等特点,使得系统优化运行和管理中面临的复杂现象和技术难题日益凸显,如何通过水库群联合优化调度运行与管理,提升梯级水库群防洪、发电等效益,一直以来都是水资源研究领域的重点和难点。本文以优化梯级水库群联合调度方式、挖掘水库群整体效益潜能为目标,通过引入系统建模理论、智能优化理论等,围绕梯级水库群联合防洪补偿优化调度与发电优化调度关键技术进行了深入研究,主要工作和创新点包括:（1）针对高维、非线性、耦合及强约束的复杂优化问题以及现有差分进化算法的缺点,基于进化中进化的思想提出了改进的参数自适应差分进化算法。提出了基于“current to pbest/1”改进的突变策略“current to pbest/2-rand”,扩大了寻优搜索范围,提出了阻止个体重复进化失败策略,避免了算法陷入局部最优陷阱,引入了自适应参数分配方法,并对其进行了改进。通过改进差分进化算法分别对低维和高维优化问题进行模拟计算,结果表明,与其他差分进化算法相比,该方法均具有稳定收敛和高效求解的特性。（2）针对巨型梯级水库群中长期发电计划优化问题,建立了巨型梯级水库群中长期发电优化模型,对模型约束处理进行了改进,在处理水库梯级运行中的流量、水位和电量约束时引入了ε约束法,并运用本文提出的改进差分进化算法实现巨型梯级水库群中长期发电优化求解。应用实例结果表明,采用提出的发电优化调度模型和求解方法得到的优化方案,在丰水、平水和枯水年都能获得更多的发电效益,提高了梯级电站整体发电效益。（3）针对三峡水库特点,采用了动库容调洪演算方法,并用三峡出库流量、槽蓄量变化定义了入库流量的概念,建立了三峡水库调洪演算模型。对河道洪水演进典型模型进行了梳理,基于研究对象的特点和模型适用性,分别对三峡水库下游河道和上游库区的洪水演进模型进行了选型、求解,并在河段划分、支流汇入、区间洪水等方面进行了有针对性的改进。实例验证表明,模型在三峡水库下游河道和上游库区的洪水演进模拟中均表现出了较高的模拟精度。进而基于前述河道和库区洪水演进模型,构建了耦合多模型的面向多区域、长距离的水库防洪调度模拟系统,该模型可为防洪调度模拟及调度方案的选择提供可靠的技术支撑。（4）采用长系列历史数据,深入分析了长江上下游洪水发生时间、洪水类型、洪水量级及组合遭遇规律,并根据流域洪水特点选取了洪水典型年,采用洪量倍比放大的方法计算得到整体设计洪水,以作为水库防洪优化调度的边界条件;提出了上游水库群配合三峡防洪调度方式以及三峡水库对城陵矶防洪补偿调度优化方法,对城陵矶地区的防洪形势进行了分析,提出了基于调度目标转换水位的精细化调度方法以及三峡水库对城陵矶地区的防洪补偿控制水位方案,并对三峡水库防洪补偿调度方案进行了模拟、分析和影响评判,基于协调上下游防洪风险,提出了三峡水库对城陵矶防洪补偿控制水位适宜范围以及相应库容细分方式和风险控制措施。1954年典型洪水模拟结果表明,研究提出的金沙江梯级配合三峡水库对城陵矶地区防洪补偿优化调度方式,可明显减少中下游城陵矶、武汉、湖口地区的超额洪量,进一步提升了三峡水库对下游地区的防洪补偿能力。