气候变化的大背景下,极端降雨事件频繁发生,内涝灾害成为影响城市安全、宜居环境及城市可持续发展的重要因素之一,其社会关注度越来越高。降雨事件发生后,地表径流通过雨水排水管网流入河道,将地表径流、地下管网、地表河网、排涝泵站及海绵设施作为一个整体考虑,系统模拟分析极端降雨条件下地表淹水和河流水位,对城市尤其是对雨水入河排口常为淹没出流的圩区城市的内涝预警、防灾减灾对策制定和排水系统规划设计,都具有重要的理论意义和实际应用价值。本文建立了城市地表二维水动力学模型、管网-河网一维无压有压交替流模型,在此基础上建立了二维、一维相耦合的水动力学模型,提出了相应算法,进行了算例验证,并开展耦合模型的实际应用研究。主要工作内容及成果如下:建立了城市地表二维水动力学模型及其算法。以Navier-Stocks方程在水深方向上简化后得到的二维浅水方程组作为控制方程,用非结构任意三角形划分计算网格;提出了Roe格式的黎曼求解器进行水流微元数值通量求解、MUSCL-TVD格式对空间进行二阶精度数值重构、Runge-Kutta格式进行时间方向二阶离散的三步骤数值计算方法。采用经典算例（斜水跃算例、恒定流算例、对称溃坝算例、Stocker溃坝算例、城市地面流场算例）,通过Python编写计算程序,对二维地表非恒定流水动力学模型进行了验证,该模型能很好地处理复杂计算边界,有效避免数值震荡。建立了管网-河网一维无压有压交替流模型及其算法。以连续性方程、动量守恒方程和Preissmann窄缝假设得到的圣维南方程组为控制方程,既可以模拟明渠流形式存在的地表河网状态,也可以模拟明渠流、压力流,明满流三种形式交替存在的地下管网状态;提出了四点隐式离散、三级解法求解、矩阵识别法简化相结合的数值计算方法。采用经典算例（恒定有压流算例、树状管网算例、环状管网算例、有排涝泵站的树状环状混合河网算例）,通过Python编写计算程序,对一维管网-河网无压有压交替流模型进行了验证,对于节点数量庞大的平原圩区,模型及其解法具有存储空间小、计算精度高、收敛速度快等优点。建立了带有滞蓄型海绵设施的地表-管网-河网耦合水动力学模型,提出了耦合计算的网格契合方法。采用经典算例（正面耦合算例、侧面耦合算例和垂直耦合算例）,通过Python编写计算程序,对耦合模型进行了验证,对于地表、管网、河网的全过程水动力模拟,宽顶堰流公式为理论基础的全过程耦合方法可行、计算网格的契合方法有效。将建立的耦合模型应用于江苏省昆山市江浦圩区,对2场降雨事件进行水动力模拟,积水点位置、积水范围和积水深度的计算结果与实际调查结果吻合较好,并用耦合模型预测了降雨重现期为50年、降雨历时为1小时条件下圩区的易淹易涝点。