城市给水系统是由取水工程、水处理工程、泵站、输配水工程(输水管道、配水管网、调节构筑物)等组成的一整套工程设施。给水管网是城市给水系统的重要组成部分,其投资往往占整个给水系统工程总投资的60%-80%,而且运行期间每年还需投入庞大的运行动力费及管理维修费。目前各城市给水管网一般均具规模,由于管网系统运行到一定年限出现了供水效益低、管网二次污染严重、管道爆管漏损率高、运行管理不科学等一系列问题。针对这些问题,需对现有给水管网进行改扩建优化设计。改扩建优化设计就是在改造现有旧管网、挖掘旧管网的输水能力基础上,决定如何经济合理的增敷新管,协调新旧管网功能,使新旧管网在满足用户要求的水量、水压、水质的前提下保证安全性、可靠性,并使改扩建的费用最低。通过对已有的管网改扩建优化模型的研究,本文建立了一种更全面的管网改扩建优化设计模型,并对模型中涉及的各个经济技术参数进行了研究。建模时,将系统可靠性定义为节点可靠度及管网可靠度进行衡量,并作为约束条件；并考虑水击及水质的定性约束；在管网改扩建优化设计基础上进行供水设施的优化改造,以期得到最经济的管道建设费用及管理运行费用下的管网布置方案。由于所建模型为非线性模型,通过对常用的给水管网优化模型算法如非线性规划法、动态规划法、神经网络、遗传算法、蚁群算法等的分析比较,提出了采用基于整数编码的改进遗传算法对所建模型求解。在进行环状管网的遗传优化设计过程中选择用节点水头法进行水力平衡计算,直接利用所计算出的节点压力来确定个体适应度的高低,提高了计算速度,减少了计算工作量。最后,以一个具有代表性的给水管网改扩建工程实例进行优化设计,对所建模型采用基于整数编码的改进遗传算法求解,并将优化结果与传统模型得到的结果进行比较,充分说明了该模型及算法在工程实际中有重要的理论和应用价值。在管网改扩建优化设计基础上对水厂加压泵站进行优化选型及调度,进一步减少了改扩建运行费用,节省了能耗。