自改革开放以来,中国经济高速增长的同时带动了中国城镇化的快速发展。根据国家统计局资料显示,在2017年,中国城镇化率由改革开放初期的20.1%增长至58.5%。城市作为人口、社会与经济发展的集聚中心,同时也是自然灾害易发生和高危害区域。近年来,全球气候变化、极端降雨等诱因下频发的城市内涝灾害已经严重的影响到人民的生产生活。雨水本身作为资源的一种,如今却变成了城市的一大安全隐患。为解决这一问题,城市的发展需要更为合理的,具有可持续性的雨洪管理系统。低影响开发(LID)作为雨洪控制的新策略在国外社会已经得到普遍认同,我国在生态文明建设上也大力推行低影响开发的理念。而将低影响开发理念融入城市规划及雨洪管理中需要有力的技术支撑,可靠且及时的降雨径流过程模拟具有重要的价值。城市降雨致涝模拟是产流与坡面漫流等多个过程相互作用下的复杂过程,现在普遍应用的水文学模型、水动力学模型在进行模拟时表现欠佳。针对现存问题,本文在前人研究及工程实践的基础上,针对城市内涝这一问题,通过对我国首批海绵城市建设试点城市(陕西省西咸新区)进行为期三年的实地测量及调研,获取了大量的相关资料和第一手监测数据。以此为基础,建立了高分辨率城市内涝过程数值模型,并将该模型应用于模拟西咸新区内涝积水过程。研究结果以期为指导海绵城市建设和可持续性雨洪管理提供科学依据。本文主要研究工作和结论如下:1.建立了一套基于GPU加速计算技术的高分辨率城市内涝过程数值模型。在输入高分辨率地形数据(DEM)以表征实际地形的基础上,通过图形处理器(GPU)并行计算技术加速运算,进行城市尺度的内涝过程模拟。通过对2016年8月25日发生的50年一遇降雨模拟结果与实际该区域各路段的积水程度进行比较,发现该场次降雨中研究区域内所有的内涝积水位置(共5处)均被准确模拟,内涝最大淹没范围与实际测量数据相对误差小于10%。并且在微机上运行3.2小时即可完成持续8小时的高分辨率降雨致涝过程模拟。表明模型具有较好的准确性和较高的计算效率。2.模拟分析了西咸新区在不同建设阶段(自然状态、未进行海绵城市建设、海绵城市建成)的内涝积水情况。选择5年一遇和50年一遇两种重现期的设计降雨,根据历史影像资料和地形数据,对西咸新区海绵城市建设前后的致涝过程进行模拟。模拟结果显示在不同的土地利用条件下,模拟结果差异显著。在不进行海绵城市建设时,研究区域能够抵御2年一遇的暴雨,基本等同于管网排水能力,而海绵城市建设完成后,排水排涝标准达到不低于50年一遇的要求。3.以典型居民区为例,对该研究区域的流速分布进行模拟计算。通过对内涝积水来源的分析,不仅可以对LID措施的精确布置提供指导,计算结果还可以直接反映城市内面源污染物及水体污染物的迁移和扩散过程。结合实地情况,可进一步改善城市可持续性雨水管理。4.对于缺少高分辨率资料的城市地区,提出新的摩阻力计算方法,通过曼宁系数的变化来表征建筑物对城区地表汇流过程及内涝积水情况的影响。在传统曼宁公式下添加了一个各向异性且与水深相关的校正系数,使得模拟精度有较大的提高,实现了无资料城市地区的模拟高分辨率化。