连续体结构拓扑优化是近年来结构优化研究领域中难点和热点的问题。拓扑优化属于结构优化的概念设计阶段，其优化结果使得复杂结构在概念设计阶段即可获得方案优选。目前将拓扑优化理论应用到水工结构设计中的例子还不多，但是随着拓扑优化理论的进一步发展和完善，拓扑优化理论应用于工程实践的条件也日趋成熟。本文在阅读大量外文文献和国内相关论文的基础上，以连续体结构拓扑优化的基本理论和方法为基础，对拱式渡槽系统结构优化设计提出了一些建议和方法。本文主要探讨和研究的工作有：1、对连续体结构的拓扑优化方法作了较为深入地研究，对均匀化方法、变密度方法以及变厚度方法等拓扑优化方法的数学模型分别做了探讨和分析，并且对各个方法的优缺点也进行了分析和讨论。2、根据水工建筑物结构设计的具体情况，以ANSYS中APDL语言为基础，二次开发出拓扑优化程序；应用HYPERWORK中OPTISTRUCT的拓扑优化功能，探索性地利用结构拓扑优化设计技术进行水工结构的优化设计。3、利用开发的拓扑优化程序对拱式渡槽系统结构优化设计做了大胆的尝试。以东深供水改造工程中旗岭渡槽为例，对渡槽拱轴线进行了拓扑优化设计。将拓扑优化所得的拱轴线与传统常用设计方法而得的拱轴线进行比较，表明了拓扑优化方法在渡槽拱轴线设计上的可行性和优越性。接着对拱轴线进行拱截面的尺寸优化，得到了较为满意的结果。4、比较了U形和矩形渡槽的断面过水能力，以及结构受力状况。为解决矩形渡槽底板因拉应力较大而产生裂缝的问题，应用变密度法对矩形渡槽槽身底板下梁的布局进行拓扑优化设计，以及应用狭长结构拓扑优化理论对梁结构进行拓扑优化设计。通过对拓扑优化而得梁的轮廓布局进行应力分析，验证了该拓扑优化方案的可行性和优越性。