给水系统是连接给水厂与用户的桥梁,其建设成本往往耗资巨大。在给水系统建设总投资中,有50%～80%的费用用于给水管网的建设。其中,环状给水管网因具有供水可靠性高、供水压力均匀等优点,在城镇给水系统中得到了广泛应用。因此,对环状给水管网进行科学合理的优化设计以减少管网的建设投资费用具有重要的现实意义。随着计算机技术及其应用软件的快速发展,基于智能优化算法对环状给水管网进行优化设计已成为管网设计领域的主要研究方向之一。其中,布谷鸟算法(CS)由于其具有逻辑思维独特、全局寻优能力强、收敛速度快、求解精度高、控制参数少、易于实现等优点,近年来,得到优化设计领域研究人员的广泛关注。但环状给水管网优化设计问题是一类离散型、强约束、高度非线性的优化问题,难以直接应用CS等智能算法直接对其进行优化。因此,本研究对CS算法进行了离散化、耦合EPANET和参数优化等一系列改进,使其能够快速有效的应用于环状给水管网的优化设计中。论文主要的研究内容如下:(1)基于环状给水管网优化设计数学模型,对CS算法中随机数生成方式和通过Levy飞行生成的新巢进行改进,实现算法离散化。以管网建设最小总投资为目标函数,以管段管径为决策变量,以节点连续性方程、环能量方程、节点最小水头约束、管径约束等作为约束条件,构建环状给水管网优化设计的非线性数学模型。在该数学模型中,决策变量(管径)为离散型变量,而CS算法通常用于求解连续型优化设计问题,故需对CS算法进行离散化处理。本研究利用R语言中sample函数放回抽样的方式来生成初始随机数,对通过Levy飞行生成的新巢进行求模计算并取整,进而实现CS算法的离散化处理,使其能够用于求解离散型优化设计问题。(2)基于离散布谷鸟算法(DCS),耦合了水力模拟软件EPANET,将之应用于两个经典算例(Two-loop给水管网、Go Yang给水管网)和一个具体工程实例(溧阳市某给水管网)的优化设计中,并测试了该优化方法的性能。为解决环状给水管网优化设计数学模型中的强水力约束问题,本研究在R语言操作环境中,基于EPANET 水力计算引擎“epanet2toolkit”包进行了返回信息的改进。舍弃不满足约束条件的解,并生成相应数量新解替代被舍弃解,直至每一代所保留的候选解均满足约束条件,最终实现DCS算法与EPANET的耦合。随后,本研究将耦合EPANET的DCS算法成功用于两个经典算例(Two-loop给水管网、Go Yang给水管网)和一个具体工程实例(溧阳市某给水管网)的优化设计中,其中,溧阳市某给水管网根据《室外给水设计规范》确定的管网投资费用为87895723.51元,优化后该管网投资最小值为68307492.61元,投资费用优化后节省了 22.3%。优化结果表明,耦合EPANET的DCS算法不仅能获得较优的管网设计方案,同时能使优化后管网满足所有约束条件,这证明了该算法在环状给水管网优化设计领域的切实可行性。(3)对DCS算法进行动态改进,将其用于两个经典算例(Two-loop给水管网、Go Yang给水管网)和一个具体工程实例(溧阳市某给水管网)的优化设计,提升了算法的计算时间和收敛速度。随着算法迭代次数的不断增加,候选解的质量会逐步提高,故本研究采用动态舍弃概率(Pfa)替代原本的固定概率(Pa=0.6),以适当增加算法搜索后期的种群进化数量,这大大提升了算法的计算速度。其次,对该算法中的搜索机制进行了动态改进,使Levy飞行步长(Levy(λ))的取值随着迭代次数的增加而逐渐减小,以保证该算法搜索前期的全局寻优能力和搜索后期的收敛速度。通过比较改进前后的算例优化结果发现,在Two-loop给水管网的优化设计中算法搜索时间约缩短了 42%,算法收敛速度约提高了 35%;在Go Yang给水管网的优化设计中算法搜索时间约缩短了 13%,算法收敛速度约提高了 40%;在溧阳市某给水管网的优化设计中算法搜索时间约缩短了 32%,算法收敛速度约提高了 35%。综上,本研究在R语言操作环境中,针对给水管网中管径的离散取值问题,对传统CS算法进行离散化处理;针对环状给水管网中强水力约束问题,将DCS算法与水力模拟软件EPANET进行了耦合;为进一步提升算法的计算和收敛速度,对该算法中的舍弃机制和搜索机制进行了动态改进。本研究为环状给水管网的优化设计研究提供了技术支撑,进一步丰富和发展了环状给水管网的优化理论。