长距离输水工程是解决区域间水资源分布不均的重要途径之一。为解决压力输水,避免长距离输水过程中的原水二次污染和水量损失等问题,长距离输水工程多采用管道输水。在长距离管道输水工程的总投资中,管道投资比例很大,管道系统的合理设计直接决定着工程投资规模。通过数学方法建立管网的优化模型,得出经济合理的管径组合及水泵组合,往往可以减少工程投资。本文首先阐述了长距离输水工程的研究背景及国内外研究现状,在此基础上分别就长距离输水工程的管径优化及管道水质模型问题进行了探讨,主要包括：(1)长距离输水管网两级优化模型的研究。针对单一的数学模型不能很好解决管径优化的问题,在以往给水管网管径优化设计的基础上,采用线性规划和非线性规划相结合的两级优化模型对主干管很长,支管较短的引水管道的管径进行优化来寻求管网投资最小。(2)两级优化模型及遗传算法在长距离输水管网管径优化设计中的应用。结合南水北调(口门—周口)段工程实例,采用两级优化模型和遗传算法分别对南水北调(口门—周口)段主干管长达146.53km的输水管网进行管径优化。结果表明：基于神经网络的两级优化模型和遗传算法均可实现超长距离大口径引水管道管径的优化,优化后管网中各管段具有标准管径的管段长度,便于直接施工,同时能有效的节约管网投资费用。但两级优化模型的适用范围、求解速度及其精度优于遗传算法及其他单一的数学模型。(3)长距离输水管网一维水质模型的研究。在以往的河流水质扩散模型基础上,综合考虑了管道中物质转换、铁锈的吸附等因素,建立了管道中一维水质扩散模型,并提出了模型求解的方法及具体步骤。此模型对模拟管道中污染物的扩散情况和分析长距离输水管道中污染物浓度的变化有重要的参考价值。