城市给水管网是城市供水系统的重要一环,在保障经济建设和人民生活中发挥着重要的作用。随着经济的持续发展、城市现代化建设的加快,用户对用水要求不断提高,而城市给水管网由于使用年限的增加而导致水质变差,带来了许多影响正常供水的问题,因此各发展中城市普遍面临着进行给水管网系统改扩建优化问题。由于给水管网投资大、费用高,合理进行管网改扩建优化能够节省大量投资,获得良好的经济效益和社会效益,本文结合某市给水管网改扩建实际工程进行研究。从给水管网改扩建的实际出发,进行城市用水量中长期预测是给水管网系统改扩建优化的基础。首先对传统的用水量预测方法进行了分析,然后介绍了灰色系统用水量预测模型及其实现过程,并针对灰色模型的缺点提出了改进的预测模型,即等维新息灰色递补动态预测模型。通过实际资料对灰色模型和改进的灰色模型进行了预测效果对比分析,结果表明:改进的灰色预测模型能够在数据较少的情况下提高预测精度,可用于城市给水系统中长期用水量的预测。接着,介绍了给水管网改扩建优化模型的经济效果指标及其经济评价的一般程序,分析管网改扩建优化模型建立过程,并建立符合实际工程的管网改扩建优化模型,将模型分解为管径优化、加压泵站扬程和流量优化、扩建水源流量分配优化三个子系统,并对优化设计相关参数的确定方法进行了介绍。针对给水管网改扩建优化问题为复杂非线性规划问题,其决策变量为离散变量及其目标函数为多峰值函数的特点,采用了一种新型的仿生模拟算法—蚁群算法进行求解。并针对基本蚁群算法有收敛速度慢、易陷入局部最优解的缺点,结合遗传算法中杂交、变异操作和自适应思想提出一种改进的蚁群算法,即具有杂交、变异特征的自适应蚁群算法。将基本蚁群算法与改进的蚁群算法分别应用于某小区给水管网改扩建优化问题,优化结果表明:改进的蚁群算法更容易实现全局最优解,且运算时间较短,优化效率高。最后,通过工程实例来检验所采用的数学模型和求解算法的合理性。针对某市给水管网改扩建实际工程,分别用传统设计方法和改进的蚁群算法进行优化,结果表明:采用优化方案要比传统方案节省管网造价。