本发明公开了一种级联泵站非稳态流动过程的多目标优化调度方法，属于泵站调度建模技术领域。本发明所述多目标优化调度方法包括如下步骤：（1）构建明渠一维水动力模型及模型求解；（2）构建使平均单位提水成本最小化和使水位平均变化最小的目标函数；（3）采用多目标粒子群优化算法求解梯级泵站多目标优化控制模型。本发明通过结合明渠一维水动力模型及模型求解，构建考虑成本和安全的串级泵站多目标优化控制模型，并使用多目标粒子群优化算法进行多约束多目标优化求解，可有效降低平均提水成本和水位变化，在不同需水条件下考虑成本和安全提出最优方案。