受到规划设计、施工建设与运行管理等多方面因素的制约,我国城市排水系统在内涝防治和溢流污染控制方面普遍存在一定的问题。面对排水系统空间复杂性和水力过程动态性特征,以及降雨不确定性的影响,如何诊断识别系统中的薄弱环节,如何为建设相应的工程措施以改进系统性能提供科学合理的决策依据,是当前亟需解决的技术难题。本研究旨在建立一套具有一定普适性的城市排水系统内涝与溢流控制性能评价与优化方法,为削减城市排水系统内涝和溢流,提高系统雨季运行绩效提供支撑。本研究构建了基于指标体系的城市排水系统内涝与溢流控制性能评价方法。从管段、片区、全系统不同层次出发,综合考虑降雨过程中的平均性能和高危时段,形成由4个溢流指标和8个内涝指标构成的评价指标体系。通过不确定降雨条件下排水系统动态模拟对指标加以量化,计算结果可用于表征内涝、溢流、调蓄潜力的大小、空间分布和时间特征。在此基础上评估系统性能,进而识别重点控制区域和关键控制时段,确定系统内部挖潜、管段更换、增设调蓄设施等典型控制措施的合理位置及其布局优先序。针对排水系统内涝和溢流控制性能改善需求,在考虑降雨随机性对系统性能影响的前提下,建立了排水系统调蓄设施优化设计方法,并开发了调蓄设施多目标优化设计模型用于辅助设计。该模型以多种降雨情景下溢流量加权均值最小化、内涝量加权均值最小化、系统成本最小化为目标,采用分步优化与并行计算相结合的优化策略和NSGA_II算法予以求解,实现设施数量、规模与布局的同步优化。利用所建立的评价方法和优化模型,在昆明市城北排水片区开展案例研究,评估了案例区域排水系统的内涝和溢流控制性能,识别出急需改善的重点区域,提出不同过载控制水平下的管段更换建议,并给出新增调蓄设施的优化设计方案集合。案例研究验证了城市排水系统内涝与溢流控制性能评价方法的可行性与实用性,优化方法的有效性和模型工具的可靠性。