供水系统是城市中最重要的基础设施之一，需要巨大的资金投入。而作为供水系统最主要的部分——给水管网，占到了整个供水工程建设投资比例的绝大部分。对给水管网进行优化设计，可以在保证用水安全性、可靠性的前提下，降低工程造价，具有巨大的经济效益和现实意义。然而，给水管网优化设计作为一类高度非线性、强约束、多峰性的离散组合问题，求解难度大，近年来许多优化算法被引入到该领域对其进行了求解。差分进化算法机制简单，具有并行计算能力强、全局寻优能力强、收敛鲁棒性能好等特点，文中将差分进化算法应用到给水管网优化设计问题中。论文的研究创新工作如下：1.针对差分进化算法传统变异策略在求解优化领域内全局收敛鲁棒性和搜索效率上不能达到一个很好的折衷，导致搜索效率低、易早熟收敛等问题。文中在对差分进化算法变异策略性能分析的基础上，提出了一种基于锦标赛选择的变异策略，该策略采用―锦标赛选择‖对随机选取的变异向量排序选出基向量，差分向量选择有利于搜索的方向并对其―强化‖，以提高收敛速率和维持种群多样性；利用四个典型Benchmarks测试函数对改进算法进行测试。实验结果表明，基于锦标赛规则的差变异方案相比传统变异方案能较好的解决收敛鲁棒性和收敛速率无法平衡的矛盾。2.锦标赛变异策略在优化给水管网这类维数高的问题，依然不能有效平衡全局搜索和局部搜索，并且算子固定，导致算法出现在求解高维复杂问题时收敛缓慢，精度较差的问题。文中在锦标赛变异方案的基础上，提出一种混合变异策略，力图平衡算法探索和开发能力，使得前期增强全局搜索，保持种群多样性；后期偏重局部搜索，使算法尽快收敛到全局最优值。同时操作算子采用随机正态缩放因子F和时变交叉概率因子CR，进一步改善算法性能。几个典型Benchmarks测试函数实验表明：基于混合变异策略及可变操作算子的改进差分进化算法能有效避免早熟收敛，较好地提高算法的全局收敛能力和搜索效率。3.给水管网约束条件复杂，文中引入一种自适应惩罚函数法进行处理并弥补算法自适应能力的不足。通过借鉴算法前一代迭代的优化信息时变调整惩罚因子，自适应调整算法在可行域内有目的搜索寻优，弥补改进差分进化算法自适应性的不足。最后，为了便于比较，文中选取两个相关文献常引的管网基准模型：双环给水管网和Hanoi给水管网进行求解优化。并与其它求解方法进行比较，仿真算例表明，文中提出的优化方案能以较小的计算代价找到求得最优的工程造价。论文围绕给水管网优化设计问题特点，针对其计算复杂度高，易导致差分进化算法出现陷入早熟收敛、搜索效率不高的问题，从差分进化算法的变异策略、操作算子着手进行改进，提升了算法寻优能力。在满足供水要求的前提下，实现了对管网优化的经济性目标。