近年来,随着国家对农村饮用水安全问题的高度重视,我国村镇供水事业得到迅速的发展,村镇供水工程建设项目越来越多。与平原地区相比,山地丘陵农村地区供水工程规模小、用户分散、地形高差大,往往需要加压和局部加压,造成工程投资大和水费偏高,这与农村的经济水平发展不相适应。本文以经济性为目标,分别建立山地丘陵地区村镇输水管网和配水管网优化数学模型,对山地丘陵农村地区输水管网加压泵站的设置,管径、管材耐压等级选择和配水管网布置及管径组合方式进行优化研究,以期达到减少工程投资和提高供水安全性的目的。首先,本文根据山地丘陵农村地区供水工程的特点,从工程设计角度,对工程水源地选择、管材选择、加压泵站类型、输配水管网定线原则等基础理论知识进行梳理和分析,为工程设计提供参考。接着,根据山地丘陵地区地形高差大的特点,建立多级加压的输水管网优化数学模型。以经济性为目标,考虑了管材耐压等级对管道造价和泵站扬程的影响将加压泵站作为管段和节点划分的依据,提出耐压等级存在系数的概念,建立关于管径、中途加压泵站数量、管材耐压等级的年折算费用目标函数。通过对目标函数的分析,选择人工免疫算法对优化模型进行求解,并且应用于工程实例,得出经济管径、加压级数和泵站位置以及管段耐压等级的优化方案。然后,根据工程设计和管网优化中多采用的分阶段优化的思想,建立配水管网两级优化模型。第一阶段是对配水管网进行优化布置,针对村镇配水管网用户节点与管网交叉节点的不同,采用改进Kruskal算法求解最小生成树,以距离作为边权,得出管网距离之和最小的最小生成树管网布置方案,在此基础上,进行第二阶段管径组合的优化设计。同时,本文建立了将管网布置与管径组合优化同步进行的直接优化模型,以节点作为管段选择的依据,建立管网年折算费用目标函数,根据树状管网的结构特性和水力特性,确定模型约束条件。最后,论文以重庆市渝北区某村镇配水管网工程为例,运用两级优化模型和直接优化模型对工程进行求解。结果表明,采用直接优化法求解更接近工程方案的最优解。