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洪涝灾害是我国最常见的自然灾害,已成为社会经济可持续发展的重大障碍。防洪工程措施和非工程措施相结合是流域洪涝灾害防治的有效途径。在国家提出“共抓大保护、不搞大开发”的新形势下,为提高水库群整体防洪能力,研究水库群联合防洪调度,成为流域防洪工作中亟须解决的核心技术问题。本文围绕水库群防洪库容高效利用的关键技术问题展开深入研究,探究变参数非线性马斯京根模型及其参数优选,研究提高流域整体防洪效益的防洪库容优化分配策略,构建防洪库容优化分配模型,探讨各水库防洪库容利用的相关性和有效性,实现水库群防洪库容的高效利用,本文的研究成果具有重要的科学理论意义和实践应用价值。本论文的主要工作及创新性成果归纳如下:(1)针对传统线性马斯京根模型演算精度较低的问题,分析水库下泄流量在河道内的非线性传播规律,提出变幂指数非线性马斯京根模型(DVEP-4PNL-L模型)和变参数非线性马斯京根模型(DVP-3PNL模型),两模型参数随河道入流断面流量变化,能准确模拟洪水在河道内的非线性运动过程,提高了河道洪水演算的精度。(2)为解决变参数非线性马斯京根模型的参数优选难题,基于优势互补的思想,将自适应遗传算法(AGA算法)和下山单纯形法(NMS算法)混合,提出一种混合优化算法(AGANMS算法),并利用6个不同类型约束测试函数验证了AGANMS算法较强的优化能力,同时,将AGANMS算法用于DVEP-4PNL-L模型和DVP-3PNL模型的参数优选,验证了两模型的优良性能。(3)围绕水库群联合防洪调度中水库群防洪库容的高效利用问题,探究合理使用各水库防洪库容,降低流域整体防洪风险的方法,提出两种水库群防洪库容优化分配策略:(1)变权重预留防洪库容最大策略,该策略计算的水库预留防洪库容权重随调度时段变化,解决了预留防洪库容权重因人而异的问题;(2)系统非线性安全度最大策略,该策略计算的水库安全度随水库防洪库容的使用逐渐降低,且降低速率逐渐增大。以长江川渝河段5座水库(溪洛渡、向家坝、紫坪铺、瀑布沟和亭子口)为应用实例,防洪调度结果表明,系统非线性安全度最大策略能使各水库防洪库容的使用更加科学合理,降低了水库群防洪系统的整体防洪风险,提高了水库群的整体防洪效果。(4)为了研究水库群联合防洪调度中各水库防洪库容利用的相关性和有效性,定义水库防洪库容等效比的概念,并提出了定量研究水库群防洪库容等效性的方法,探讨了研究区域干支流水库之间防洪库容的等效性,为水库群防洪库容高效利用和提高流域水库群综合防洪效益提供提供理论支撑作用。