在极端气候变化和强烈人类活动的影响下，城市洪涝灾害愈演愈烈，已成为影响我国经济社会发展和城市水文安全的重要因素之一。作为城市雨洪管理和暴雨防范的主要技术手段，城市洪涝模拟是当前城市水文学的研究热点。虽然经过多年发展，城市洪涝模拟技术得到了不断完善，但仍存在一普遍问题，即忽视雨水口泄流作用对于全过程水循环模拟的影响。例如在世界范围内广泛应用的SWMM在地表产汇流模拟中，直接将地表汇流量当作管道进流量处理，忽略了雨水口泄流过程的影响。针对以SWMM为代表的城市洪涝模拟中对于雨水口泄流过程考虑不足的问题，本研究在该模拟技术的基础上改进地表产汇流模块，嵌入现阶段常用的雨水口泄流公式，完善全过程城市洪涝模拟系统，其中地表产汇流计算采用非线性水文方法，管道水流运动计算采用水动力方法。基于改进后的洪涝模拟技术构建了西安市沣西新城和武汉市南干渠游园城市洪涝模型，说明并验证了模型在城市规划区和建成区的应用情况和适用性，同时根据模拟结果开展了不同重现期暴雨情景中雨水口泄流量变化、低洼区积水深度变化、淹没区人车失稳程度变化等洪水分析及风险评估工作。主要研究成果如下：
　　(1)改进城市洪涝模拟技术，完善水循环模拟中雨水口泄流过程计算。原始SWMM通过非线性水库原理计算地表产汇流过程，在此基础上通过修改SWMM源代码改进了雨水口泄流模块，以地表产汇流计算得到的径流量和水深为基础参数嵌入雨水口泄流公式，完善城市水循环过程模拟。二次开发了SWMM动态链接库DLL文件，使得改进后的模型仍然能够基于SWMM平台软件执行模拟计算。改进后的模型能够计算降雨期间雨水口泄流量大小并将其作为排水管道实际入流量处理，考虑了地表径流通过雨水口下泄到管道这一环节，模拟过程更符合实际情况，提高了模型模拟精度。
　　(2)比较雨水口泄流试验及公式差异，探索雨水口泄流科学机理。在系统整理现阶段雨水口泄流研究的基础上，分析了泄流量大小的主要影响因素，其中道路坡度、雨篦子类型、雨水口型式等都会对泄流能力产生影响。根据所用基本参数的不同，泄流公式主要分为考虑水深影响的堰流、孔口流公式和考虑来流量影响的经验公式。比较不同泄流公式计算结果差异，发现浅水时泄流量计算值与国标值平均相差19.9%和29.9%，深水时相差41.4%和106.3%。由于泄流工况复杂，不同公式计算结果差异较大，在执行城市洪涝模拟时需要选择能够准确反映该区域雨水口泄流特征的泄流公式。
　　(3)开展规划区洪涝模拟及风险评估，验证模型在城市规划中的适用性。依据规划区土地及管网资料概化西安市沣西新城研究区域，采用改进后的城市洪涝模拟技术开展模拟，分析不同重现期暴雨情景中的洪涝问题及风险分布。计算结果表明暴雨期间雨水口泄流能力不足以及时下泄所有雨水来流，T=10年暴雨中泄流量仅占降雨总量的38~48%，且不同泄流公式对于泄流量峰值的计算差异较大；泄流公式之间的差异会在洼地积水深度计算结果上进一步放大，例如Noh公式和姚飞骏公式中流量系数相差18%，但在最大水深模拟结果中相差55%；对于低洼区洪水积聚引起的人车失稳风险，T=20年风险程度最高可达0.8。
　　(4)开展建成区洪涝模拟及风险评估，分析模型在实际城区的应用情况。由于规划区缺乏实测资料支撑，进一步将改进后的模型应用在城市建成区验证其适用性。根据实测降雨和水位数据验证，模型模拟结果较为准确。同样在不同重现期设计暴雨情景中开展洪涝模拟，结果表明T=50年暴雨溢流节点占总节点数的17.4%，溢流比较严重；雨水口泄流能力仍不足以排除所有来流，另外相较于西安市，武汉市暴雨强度更大，雨水口发挥的效益更为有限，洪峰来临时刻泄流量仅占降雨量的50%左右；积聚于低洼区的水深最大可达0.42m；洪水会给行人和车辆分别带来最高为0.55的中风险和0.33的低风险，与沣西新城研究区不同的是，风险最高时刻没有发生在降雨末期，而是在降雨60min，原因是武汉市雨峰时刻雨强更大，洪水流速更快。