在气候变化、城市化和工业化背景下,水资源短缺与内涝灾害频发成为城市发展中亟需解决的问题。城市雨水收集利用系统（Rainwater Harvesting Systems,RHS）收集储存雨水资源并加以利用,具有缓解城市水资源危机及减轻供排水系统压力等功能。然而,在降雨和用水变化的影响下,RHS供水和径流调控功能的变化以及由此引起的经济可行性不确定是限制其广泛推广应用的重要因素。本研究以我国不同气候区4个城市（福州、北京、乌鲁木齐和银川）的RHS为对象,基于历史实测降雨数据、全球气候模式（GCMs）集合预测降雨数据、用水量调查数据等,采用CLIGEN和多元线性回归模型预测2021～2050年的降雨量和用水量,设置4种用水情景和3种未来用水量变化约束情景,根据净现值（NPV）、效益费用比（BCR）和投资回收期（PP）3个经济效益指标变化特征开展多目标综合计算RHS蓄水池最优容积,并分析未来降雨和用水变化对最优容积的影响。主要研究结论如下:（1）非线性回归分析空间降尺度和CLIGEN模型时间降尺度能较准确模拟4个城市1960～2005年降雨数据。月降雨量非线性回归方程的R~2变化范围为0.904～0.994,平均值为0.976。各月份实测与模拟降雨量K-S检验结果表明福州、北京、乌鲁木齐和银川12个月份中分别有10、8、9、6个月通过了0.05显著性水平检验,而乌鲁木齐和银川市未通过检验的月份主要集中在11月～4月非雨季时期。（2）以城市居民生活用水价格、城市户均家庭规模、城市居民人均可支配收入、城市节约用水量4个因素为自变量的多元线性回归模型R~2为0.898,模型F检验p值为7.254×10-6,说明模型可以较好模拟用水量与影响因素之间的关系。对影响因素进行预测的评价指标结果也表明,指数平滑法可以较好地模拟未来各影响因素的变化。（3）对21个GCMs集合预估降雨数据降尺度的结果表明,福州、北京、乌鲁木齐和银川2021～2050年的年均降雨量较1989～2018年分别减少1%和增加66%、28%、38%。采用指数平滑法和多元线性回归分析得到2021～2050年用水量低、中、高约束情景下的室内用水量分别增加29%、2%和减少25%,室外用水量将增加7.95%、8.39%和8.82%。（4）RHS在生命周期内的成本和效益同时随蓄水池容积的增加而增加,经济效益指标NPV、BCR、PP随蓄水池容积的增加呈现先变优后变差的趋势,且各指标分别对应的最优容积不同。降雨量越大和用水量越多的情景,RHS的经济效益越好。（5）基于历史（1989～2018年）降雨和用水数据,福州RHS在洗衣、冲厕、绿地灌溉和综合用水时的最优容积分别为7 m~3、10 m~3、33 m~3、14 m~3,北京分别为5m~3、9 m~3、15 m~3、10 m~3,乌鲁木齐RHS仅当用于冲厕和综合用水时经济可行,最优容积均为5 m~3,而银川的RHS在4种用水情景下均经济不可行,无最优容积。（6）未来（2021～2050年）降雨和用水变化将对4个城市RHS的经济可行性产生积极影响,4个城市的RHS在4种用水情景中NPV最大值平均增加了12748.77元,BCR最大值平均增加了0.50,PP最小值平均减少了8年,这表明通过设计合理容积的蓄水池在未来能取得更好的经济效益。结果还表明,在相同城市和用水情景下,未来RHS的经济可行时对应的容积范围将增加,对于乌鲁木齐和银川的RHS,在历史数据下部分无法实现经济可行的情景,在未来降雨与用水变化下可以通过容积优化实现经济可行。最优容积的变化结果表明,在未来需要修建更大容积的蓄水池以取得更好的经济效益。