城市化过程改变了城市下垫面特性，导致城市水文环境发生变化，径流系数增大，汇流速度和效率增加，使流域雨洪总量、洪峰流量增加，峰现时间也相应提前，加剧了城市内涝的风险。山地城市因其地形坡度起伏明显，致使径流特性改变更为显著，径流过程、雨水管网设计参数也与平原地区不尽相同。为优化城市排水系统，国内外学者进行了一系列的暴雨径流数值模拟研究，建立了很多水量、水质模拟的模型，取得了广泛的应用，但关于山地城市的研究还较为鲜见。山地城市雨水系统数值模拟及优化设计工作亟待解决，该项工作对改善山地城市雨水系统防洪排涝能力、提高雨水设计系统的科学合理性具有重要的现实意义。本文主要研究以重庆为代表的典型山地城市雨水系统数值模拟及优化设计，包括以下几方面：①基于降雨资料，确定了重庆市的典型降雨过程线，建立了降雨子模块。设计了历时为120min，重现期为2年的中前锋型降雨过程线。②基于产流物理过程和理论（地面径流量等于降雨量扣除植物截留量、填洼量和下渗量），分为三种类型下垫面（透水、不透水、综合）模拟计算流域综合产流量，采用基于非线性水库的变动单位线法模拟汇流过程，建立了产汇流子模块。率定子模块参数，参数率定结果：最大填洼量U max，最大植物截留量S max、初始含水量W0、最大含水量Wm、含水量变化系数、稳定下渗率f c、下渗衰减系数分别取值3.5mm、7.0mm、44mm、136mm、1.3min-1、0.476mm/min、0.330min-1，参数的值可以为研究山地城市地表特性和城市径流模拟提供参数参考。③基于描述雨水管网一维流动的圣维南方程，概化山地城市管网汇流过程，建立管网汇流子模块。把降雨子模块、产汇流子模块、管网汇流子模块组合，建立山地城市雨水管网数值模拟模型，应用2场实验对模型进行参数检验，检验结果为：径流总量模拟值与实测值的误差分别为：7.5%与8.3%，径流峰值模拟值与实测值的误差分别为：5.56%与9.4%，误差在可接受的误差范围内，证明了模型的合理性。④基于降雨-径流实验优化了集流时间t1：对规范规定的5~15min进行了分类细化，得到坡度0°~5°、5°~10°、10°~15°下，水泥道路的集流时间为1~5min；天然绿地的集流时间分别为：35~85min、30~70min、20~60min；0°~5°沥青屋面的集流时间为4~10min；0°~5°绿色屋顶的集流时间为20~40min。⑤基于降雨-径流实验优化了径流系数：对规范规定的道路、屋面径流系数0.85~0.95进行了分类细化，得到坡度0°~5°、5°~10°、10°~15°下，水泥道路的径流系数分别为0.88~0.99、0.84~0.99、0.85~0.99；天然绿地的径流系数分别为：0.08~0.2、0.09~0.26、0.12~0.42；0°~5°沥青屋面的径流系数为0.89~0.92；0°~5°绿色屋顶的径流系数为0.54~0.59。⑥基于降雨-径流实验优化了折减系数m值：分析得折减系数使用与否、使用不同的值，将会使城市雨水设计流量降低10%~40.5%。利用小流域2场降雨-径流实验，推导并验证了折减系数的值，得到折减系数的值为1.05和1.1，可以作为重庆地区雨水设计的参考。本文通过研究，建立了适合山地城市的雨水系统数值模拟模型，率定了模型的参数，验证了模型的合理性，并应用实测数据优化了山地城市雨水管网设计的主要参数，对指导城市雨水管网规划、设计具有积极的指导意义。