供水系统是城市基础建设的重要组成部分,我国目前山地城市供水系统因其具有地形复杂,人居分散,供水泵站扬程高、能耗大,给水管网的敷设、调度复杂,建设成本高的特点,发展仍很滞后,而对山地城市给水系统进行改扩建设计难度将会更大,因此,研究山地城市供水系统改扩建优化设计对于完善供水系统设计理论,改变山地城市的落后局面有着重要的理论意义和现实意义。本论文结合陕西府谷县城供水系统改扩建工程的实际,从供水现状出发,针对山地城市供水系统改扩建的特点,从多个角度进行探索和研究。在查阅国内外给水系统优化设计研究成果的基础上,对山地城市供水系统的特点和优化节能潜力进行分析,确定改扩建优化设计的方向和内容。通过山地城市用水人口分布的调查统计,对传统的沿线流量计算方法的利弊分析,提出适合山地城市的人口密度比流量法计算沿线流量的方法。在对适合本地区输水方式的组合进行系统分析的基础上,建立以初投资和运行费为目标的年费用优化模型,通过费用模型优选,确定最佳的输水方式。根据给水管网改扩建优化的目标,建立优化数学模型。针对求解管网优化问题的难点在于管网基本方程的非线性与管径变量的离散性的矛盾的问题。本文采用遗传算法,以目标函数值为搜索依据,通过群体优化搜索和随机执行基本遗传运算实现遗传群体的不断进化,解决离散组合优化问题。经过对计算结果的分析校核比较,优化效果显著。应用泵站优化理论对给水泵站进行改扩建优化设计。结合工程实际采用时间序列分析法确定用水量的变化。通过水泵组合的优化方法,分析并优选水泵使水泵组合更优。然后建立泵站年费用优化数学模型,采用枚举法从优化组合后的水泵组中确定最优的水泵组。对于泵站运行的优化,采用最小轴功率法,对含有调速泵的最小轴功率模型这一复杂优化问题,采用了遗传算法求解,结果证明了泵站最小轴功率优化运行的可行性。