供水网络是工业和城市水系统的重要组成部分。考虑多水源的供水网络设计是优化水系统的水资源配置,增加供水系统抗风险能力的有效途径。常规的供水网络无论是水源水量还是用户端的水需求量都是随时间呈周期性变化的,这对供水网络的设计中水处理过程的选择和整体水网络的结构和运行有直接的影响,因此需要系统地研究多周期供水网络的设计。页岩气大规模的开发过程消耗大量新鲜水的同时也会排放大量的废水,设计出合理的页岩气开发水系统对于优化区域水资源的配置,减少开发过程对环境造成的影响,实现绿色可持续的页岩气开发尤为重要。对于多水源的供水网络设计优化,本文建立了包含常规水源和非常规水源,多种原水处理技术和多种类型水用户的超结构和相应的数学模型。为了考虑设计中不同原水预处理技术的选择以及市政用水阶梯水价对系统的影响,本文采用析取规划建模方法。以沿海某炼油企业的供水系统为基础进行案例研究,通过对不同情景的优化结果进行对比分析发现,最佳多水源供水策略是地表水和市政中水的组合使用,而不是使用单一水源,相应的总年度费用为1,207万人民币,比单独使用市政供水作为供水水源的总年度费用减少了731万人民币。为了解决多周期水量变化情况下的供水网络优化问题,本文建立了多周期的供水网络优化模型,模型中主要考虑了水量多周期变化对原水预处理技术和容量规格选择的影响,并通过引入水处理单元运行费用惩罚系数来定量描述设备运行状态对运行费用的影响。通过对比有无考虑水量的多周期变化两种情景下的优化结果验证了本文提出模型的有效性,例如水价取4 CNY/t,运行费用惩罚系数取0.3时,忽略水量多周期变化的情况下选择一台800 t/h的反渗透脱盐单元,但考虑水量多周期变化情况下选择处理能力分别为500 t/h和300 t/h的两台反渗透脱盐单元。并且本文考察了关键参数(水价,运行费用惩罚系数)对系统设计的影响。对于页岩气开发水系统的优化设计的研究,前人的模型中忽略或简化了系统的污染物平衡和约束,优化的结果有一定的局限性。本文提出了以总溶解固体(TDS)作为关键污染物约束的页岩气开发水系统超结构和相应的数学模型,模型中考虑了在场废水处理,商业废水处理中心和回注井三种废水处理途径,以及井场间的废水回用。对国内四川威远页岩气开发区块三个井场进行案例分析,并对多种情景下优化结果进行对比分析。优化结果显示不考虑井场间废水回用和不使用在场二级脱盐处理,系统的总费用为6.990×10~5$,对应的新鲜水用量为3.132×10~5 m~3,同时考虑井场间废水的回用和在场脱盐处理,总费用为4.702×10~5$,新鲜水用量为2.832×10~5 m~3。结果表明综合考虑在场脱盐处理和井场间的废水回用可以有效的减少威远地区页岩气开发过程水管理的费用同时实现系统的节水减排。通过与国内外页岩气开发区域比较,优化后的四川威远地区的平均单井新鲜水用量最小为15,078 m~3,与美国Eagle Ford地区的单井用水量中位值16,100 m~3相近,远低于四川地区的平均单井新鲜水用量24,415 m~3。