Transients are commonly triggered in urban water distribution networks (WDNs) due to daily system management and operation. While these transients are unlikely to cause catastrophic consequences immediately, frequent occurrences can result in prolonged deterioration of infrastructure safety and life cycles in the long term. To account for such impacts in the design of WDNs, a multi-objective optimization method coupled with the Non-dominated Sorting Genetic Algorithm III is proposed in this paper, where two transient-based objectives are incorporated into the WDN design process. Additionally, an engineering design constraint in the decision space is developed to ensure that the sizes of upstream pipes are not smaller than those downstream, thereby improving the engineering practicality of the optimal design solutions. Two WDN cases with transient conditions triggered by pump switching are applied to demonstrate the effectiveness of the proposed method. The results show that the widely used reliability metric based on steady-state conditions is unable to fully represent the transient impacts and that upsizing pipes can reduce transient impacts but at the expense of high economic costs. It is also found that optimally designed pipe diameters can be effective to mitigate transient impacts, in addition to the use of traditional protection devices. The proposed method represents the first step in investigating the underlying relationships between WDN design and unsteady flow effects and is a supplement to current WDN design criteria.

由于日常的系统管理和运行，瞬态通常在城市供水网络（WDN）中触发。尽管这些瞬变不太可能立即造成灾难性后果，但从长远来看，频繁发生可能会导致基础设施安全性和生命周期的长期恶化。为了解决WDN设计中的这种影响，本文提出了一种结合非主导排序遗传算法III的多目标优化方法，其中将两个基于瞬态的目标纳入WDN设计过程中。此外，在决策空间中开发了工程设计约束条件，以确保上游管道的尺寸不小于下游管道的尺寸，从而提高了最佳设计解决方案的工程实用性。以两个由泵切换触发的瞬态条件引起的WDN情况为例，证明了该方法的有效性。结果表明，基于稳态条件的广泛使用的可靠性度量不能完全代表瞬态影响，管道的大型化可以减少瞬态影响，但以高昂的经济成本为代价。还发现，除了使用传统的保护装置之外，最佳设计的管道直径还可以有效减轻瞬态影响。所提出的方法代表了调查WDN设计与非稳定流动影响之间潜在关系的第一步，并且是对当前WDN设计标准的补充。结果表明，基于稳态条件的广泛使用的可靠性度量不能完全代表瞬态影响，管道的大型化可以减少瞬态影响，但以高昂的经济成本为代价。还发现，除了使用传统的保护装置之外，最佳设计的管道直径还可以有效减轻瞬态影响。所提出的方法代表了调查WDN设计与非稳定流动影响之间潜在关系的第一步，并且是对当前WDN设计标准的补充。结果表明，基于稳态条件的广泛使用的可靠性度量不能完全代表瞬态影响，管道的大型化可以减少瞬态影响，但以高昂的经济成本为代价。还发现，除了使用传统的保护装置之外，最佳设计的管道直径还可以有效减轻瞬态影响。所提出的方法代表了调查WDN设计与非稳定流动影响之间潜在关系的第一步，并且是对当前WDN设计标准的补充。还发现，除了使用传统的保护装置之外，最佳设计的管道直径还可以有效减轻瞬态影响。所提出的方法代表了调查WDN设计与非稳定流动影响之间潜在关系的第一步，并且是对当前WDN设计标准的补充。还发现，除了使用传统的保护装置之外，最佳设计的管道直径还可以有效减轻瞬态影响。所提出的方法代表了调查WDN设计与非稳定流动影响之间潜在关系的第一步，并且是对当前WDN设计标准的补充。