给水管网工程体量大、投资占比大,是城镇供水系统的重要组成部分。给水管网优化设计得是否合理,直接影响整个供水系统的运行效益和经济效益。长期以来,由于给水管网优化设计本身是一个难以处理的不确定性多项式问题,相关研究多行处于摸索状态。当前的研究,多数以管网经济性的单目标优化为主,对直接影响管网后期运性能的管网可靠性关注较少。这就导致现实生活中很多管网在运行期常出现爆管、漏损、局部供水不足、运行管理费用高等问题。我国在“十二五”和“十三五”规划中明确指出“要加大对供水设施的投资力度”、“增强供水管网的建设力度”,但是如果继续延用不够完善的单目标方法优化设计新的给水管网,将会造成大量资源浪费,这与我国水资源短缺的现状、建设资源节约型社会的目标相违背。因此,寻找一种既能实现管网经济性优化,又能实现管网可靠性优化的给水管网多目标优化设计方法具有重要意义。智能进化算法是模拟生物界存在的某些自然过程而提出的一系列具有强大计算能力和寻优能力的新兴算法。差分进化算法(Differential Evolution Algorithm,简写为DEA)和改进型非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II,简写为NSGA-II)是智能进化算法中性能较为优异的两种算法,但其在处理给水管网多目标优化问题时均存在不足。因此,本文从给水管网优化设计的理论和特点出发,对DEA和NSGA-II算法进行混合和改进,提出了一种新的算法——非支配排序-差分进化算法,并利用EPANET和MATLAB软件,建立了既考虑经济性又兼顾可靠性的给水管网多目标优化设计模型,为实际管网的工程设计提供了可供参考的有效办法。本文研究的主要工作如下:(1)对给水管网优化设计的理论进行研究和分析,针对水力计算一直是设计难点这一现状,将能快速完成水力计算的EPANET软件引入到管网的优化设计中。从EPANET的源程序入手,通过编程实现优化过程中各备选管径组合方案的动态水力模拟,并在模拟结束后,将管网各节点处模拟的水压值取出,以判断违反约束情况,再以得到的违反约束值作为后续算法优化的判断依据,即违反约束值越小,对应的管径组合方案越好。(2)对DEA和NSGA-II的原理进行研究,针对两种算法在处理管网多目标优化设计中存在的不足,从算法框架、多目标优化机制、精英策略及多样性四个方面,提出了一种建立于两种算法之上的、新的、更适合于给水管网多目标优化设计的算法——非支配排序-差分进化算法。非支配排序-差分进化算法对决策变量的连续性和离散性无限制,可直接以离散的市售管径作为决策变量进行优化;采用非支配排序策略,可对多个相互矛盾的优化目标进行最优筛选;采用基于全局的精英策略和排重策略,最大限度保留性能更优解的同时,保证种群的多样性,提高算法的寻优能力。(3)建立基于非支配排序-差分进化算法的给水管网多目标优化设计模型。以管网成本和管网弹性及多种约束条件建立数学模型,以EPANET建立水力模型,以非支配排序-差分进化算法建立算法模型,借助MATLAB平台,结合管网优化设计的诸多要素,编程实现三者的融合。最终得到能够根据输入管网的具体信息,快速寻找到在满足约束条件下,既符合管网成本最低,又符合管网弹性最高的一系列Pareto最优解的管网多目优化模型。(4)利用双环管网(TLN管网)对基于非支配排序-差分进化算法建立的给水管网多目标优化设计模型进验证,结果表明本模型科学有效。利用上述提出的模型处理河内管网(HAN管网)“管网成本最低-管网弹性最高”的优化问题,成功得到了一系列性能最优的管径组合方案,给实际工程提供了参考。