Los sistemas de distribución de agua (WDSs) están diseñados para suministrar agua segura en condiciones anormales. Por lo tanto, el diseño óptimo de los WDSs debe presentar un plan que satisfaga la restricción hidráulica, la presión en el nodo y la velocidad de flujo de la tubería. La restricción de calidad del agua, es decir, el estándar de cloro residual, también debe ser satisfecha. Sin embargo, existe un problema de presión insuficiente o ausencia de agua para el aumento rápido de la demanda y situaciones anormales causadas por la destrucción de tuberías resultantes de la creciente urbanización. Este problema difiere en la presión del nodo y el tiempo de residencia, dependiendo del tipo de WDSs (es decir, bucle, híbrido y rama). Por lo tanto, en este estudio, el diseño óptimo de los WDSs se determinó considerando la forma del WDS y la concentración de cloro residual. Para construir el diseño de los WDSs, se construyó y clasificó el tipo utilizando el índice de rama, el índice de clasificación y las características hidráulicas de calidad del agua, que se analizaron en consecuencia. Además, se establecieron los objetivos de los WDSs en términos hidráulicos (es decir, presión nodal) y de calidad del agua (es decir, valores de referencia de concentraciones de cloro residual) para derivar diseños óptimos que estabilicen y satisfagan simultáneamente el agua. Para suministrar agua de manera estable al cliente incluso en situaciones anormales, se llevó a cabo un diseño multipropósito óptimo estableciendo la suma de la cabeza excedente y el costo de diseño como una función objetivo. Estos análisis pueden mejorar la calidad del agua al considerar simultáneamente la concentración de cloro residual. Mejoraron las características hidráulicas al considerar solo la presión en la etapa de diseño existente. Además, al derivar un plan de diseño óptimo en términos de calidad hidráulica según las características topológicas, podemos obtener un diseño óptimo que ayude al diseñador en la toma de decisiones mientras se mejora el aspecto económico y la usabilidad para el consumidor.