乡镇供水工程是农村水利和乡镇建设的重要组成部分，对改善居民生活条件、提高居民健康水平、促进水资源统一管理以及加强水利基础地位等方面具有重要意义。研究管网供水系统的优化问题，可以有效减少管网造价和管网后期的运行及管理费用。目前我国对于城市供水管网优化的研究较多，而针对村镇的供水管网优化问题较少。因此本文针对村镇管网系统，从村镇供水管网优化设计角度，以管网的建造费用以及运行管理费用之和定义经济性，以节点平均富余水头定义可靠性，建立经济性和可靠性多目标优化模型，基于MATLAB编程，应用改进遗传算法和NSGA-Ⅱ算法，结合工程算例，对比单目标和多目标优化结果，对比多工况下管网年费用，给出较优方案。主要开展的研究与取得的成果如下：
　　（1）建立基于经济性和可靠性的多目标管网优化模型，并分析供水管网系统的水力特性，以达到确定水源总流量和各个节点的水压，从而满足管网优化过程中满足用户对水量和水压的要求。在管网优化求解过程中的水力计算主要为每个节点的连续性方程、能量方程，以及各个管段之间的压强方程。
　　（2）本文以改进的遗传算法和NSGA-Ⅱ作为管网优化的基础，以LM算法作为非线性方程组的求解算法，基于MATLAB编程，进行管网优化。其中，改进遗传算法的基本步骤包括编码和初始群体形成、适应度值评估、选择操作、交叉操作和变异操作。
　　（3）以两个乡镇供水管网为工程算例，采用十进制遗传编码，种群数设置为100，最大迭代次数设置为200代，分别采用遗传算法和NSGA-Ⅱ算法。其中，NSGA-Ⅱ算法运行次数设置为50次进行优化，分别进行不考虑事故工况时的单目标管网优化和多目标管网优化，以及考虑事故工况时的单目标管网优化和多目标管网优化。
　　（4）工程算例一为一个单水源供水管网，在不考虑事故工况时，仅考虑经济性的单目标优化所得到的管网年费用为200.75万元，节点平均富余水头为14.94m；同时考虑经济性和可靠性的多目标优化后所得的管网年费用为246.10万元，节点平均富余水头为4.65m。多目标优化比单目标优化年费用多了45.35万元，即费用增加22.59%。在考虑事故工况时，针对仅考虑经济性的单目标所得管网年费用为227.07万元，节点平均富余水头为8.38m；同时考虑经济性和可靠性的多目标所得管网年费用为258.87万元，节点平均富余水头为5.34m；多目标优化比单目标优化年费用多了31.8万元，即费用增加14.0%，富余水头有明显减少。
　　（5）工程算例二为双水源供水管网，中在不考虑事故工况时，仅考虑经济性的单目标优化后所得到的年费用为43.49万元，节点平均富余水头为8.99m；同时考虑经济性和可靠性的多目标优化后所得的管网年费用为50.80万元，节点平均富余水头为8.57m。多目标优化比单目标优化年费用多了7.31万元，即费用增加16.81%并且富余水头减少；在考虑事故工况时，仅考虑经济性的单目标所得管网年费为53.26万元，节点平均富余水头为12.13m；同时考虑经济性和可靠性的多目标所得管网年费为56.63万元，节点平均富余水头为10.11m。多目标优化比单目标优化年费用多了3.37万元，即费用增加6.33%。综合来看，多目标考虑事故工况，虽然年费用较高，但其充分考虑了节点富余水头，并且可以有效降低事故发生率，在实际工程应用中更为可取。从多目标管网优化所得Pareto前沿图可以看出：当年运行费用逐渐增高时，富余水头就逐渐减少，当年运行费用较低时，富余水头则较大。实际工程中应同时兼顾经济性和可靠性。算例研究表明，本文提出的方法可以解决综合考虑经济性和可靠性环状供水管网优化问题。