本文调研了大量国内外文献，紧跟国内外在天然气管网系统优化及仿真技术方面的最新研究成果，结合川西地区天然气管网系统，在管网系统布局优化、结构参数优化、运行优化以及仿真方面进行了一系列深入研究。 根据气田开发阶段的不同，以管网投资为目标，提出了管网布局优化模型，由于该模型中既有连续变量又有离散变量，采用分步优化计算方法进行求解。 在管网布局的基础上，以管网投资净现值为目标，建立了管网结构参数优化模型，充分考虑了输气量、管径、输气压力、管长、增压比、压缩机数目之间的关系，采用离散混合变量优化方法进行求解。 以系统工程的观点，综合考虑天然气生产部门、经营部门和用户之间的关系，以天然气经营部门的最大经济效益为目标，通过对天然气管网系统采、输、配过程中各种影响因素的分析，建立了管网系统运行方案优化的数学模型，并采用可行方法和线性逼近法进行求解模型。 针对天然气集输配管网系统的特点，建立了能适用于各种结构形式的等温输气管网和一般输气管网系统稳态仿真数学模型，并采用节点压力法进行等温输气管网系统稳态仿真，采用松弛法进行一般输气管网系统稳态仿真。 针对天然气集输配管网系统及其运行的特点，建立了能适用于各种结构形式的等温输气管网和一般输气管网系统动态仿真数学模型。利用泛函分析理论和算子级数法进行等温输气管网系统动态仿真，采用中心隐式差分法进行一般输气管网系统动态仿真。 根据本文研究成果，编制了天然气管网系统优化及仿真软件包。该软件包具有适用性广、操作方便、计算精度高等特点，并成功应用于指导川西地区天然气管网的建设。同时该软件也能适用于其它气田天然气管网的优化分析和仿真。