随着社会经济和城镇化的迅速发展，洪水对社会环境的破坏及人生安全的威胁日渐凸显，加之近年来极端天气频发，城市洪水的预报及其防灾减灾成为亟待解决的关键问题。一直以来，数学模型在城市洪水预报中发挥着关键作用。然而，城市建筑的存在使得模拟网格尺寸小且数量多，成为城市洪水快速预报的瓶颈。
　　本论文研究以已有三角形非结构网格框架下的水深平均二维传统浅水模型为基础，建立了各向异性孔隙率浅水模型，并结合局部时间步长和OpenMP计算机并行技术，为城市洪水的快速准确预报提供了技术支撑。各向异性孔隙率浅水方程通过单元孔隙率和边界孔隙率将微小地形和建筑的影响体现出来，有效减小了网格数量，实现了大网格下的城市洪水模拟。值得注意的是，建筑附加阻力作为量化建筑与水流之间相互作用的影响项在孔隙率浅水模拟中起着关键作用，但目前对此认识尚浅，建筑阻力系数一般率定为常数，由此带来的流场计算误差会随着城市建筑群的复杂度和计算网格尺寸的增加而逐渐扩大。为解决这一问题，本文建立了随时空变化的建筑阻力经验公式。在综合考虑建筑布局和流态影响的基础上，通过网格对建筑群进行分割从而实现基于网格独立的建筑动量耗散计算。此外，实际城市洪水中还可能涉及降雨、地表溢流及不同下垫面渗透等复杂情况，本论文也对上述问题进行了适当考虑和处理。
　　本文建立的各向异性孔隙率浅水模型通过了一系列室内实验和物理模型的验证，并应用于实际城市洪水的计算。结果表明，本文模型能精确模拟洪水传播过程的复杂流动现象并显著提升计算效率：采用孔隙率方法降低了建筑物附近对网格尺度的精细要求，能使计算效率提升一个数量级；使用局部时间步长技术让每个网格采用尽可能大的时间步长，减少了循环次数，可进一步提升约2~3倍计算效率。随空间变化的阻力经验公式的应用使得在复杂城市建筑群中，大网格下的流场计算精度大幅提高，且并不显著增加计算时间。在实际城市洪水的应用中，本文模型展现了快速准确的计算特点，在考虑降雨、溢流、下渗、山地复杂地形等一系列复杂情况下，均表现良好。
　　本论文工作可为城市洪水的快速预警预报提供技术支撑，为城市洪水的防灾减灾决策和部署提供理论参考。