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城市洪涝是指在连续高强度降雨条件下,由于城市较大的不透水地面面积和排水管网的排水能力有限,造成的城区积水现象。近年来由于气候变化,城市下垫面条件改变等原因,城市洪涝发生频繁,造成严重损失,人民的生命财产安全时刻处于威胁之中。为了研究城市洪涝的形成机制和演进过程,对洪涝灾害进行预警、预报和防范,构建城市洪涝模型进行数值模拟十分必要,但大多数数学、物理模型方程参数众多,计算过程复杂,模拟时间较长,无法得到解析解和较为精确的模拟结果。本文基于元胞自动机,构建一种洪涝模型进行城市洪涝的数值模拟,且对模型进行了参数的全局敏感性分析和率定。从另一个角度研究了城市洪涝的实际特征和演进规律,为城市洪涝模拟新方法、新技术的研究提供了相应的借鉴。研究成果如下:1.构建了基于元胞自动机的城市洪涝模型。基于元胞自动机的方法,结合城市洪涝的特点,从胞空间、元胞状态、邻域关系、转化规则、时间步长和边界条件6个方面进行扩展,构建了基于元胞自动机的城市洪涝模型,并详细介绍了如何利用数学编程软件Matlab和Arcgis来实现该模型。3.对城市洪涝元胞自动机模型进行参数的全局敏感性分析。以济南市主城区为例,利用两种全局敏感性分析方法偏秩相关法和互信息法,对模型参数进行敏感性分析,并对两种方法的结果进行对比。得到如下结论:对于积水水深平均值,稳定下渗率f1是敏感性最大的参数,其他参数的排序为W>K>f0>β>C>Sd-Imperv>Sd-Perv>N-Imperv>N-Perv;对于积水水深的标准差,不透水区域的曼宁系数N-Imperv和透水区域的曼宁系数N-Perv是最敏感的参数,其他参数的排序为f1>β>Sd-Imperv>N-Perv>f0>K>W>C。4.人工神经网络与人工试错法相结合的模型率定方法。以济南市7.18特大暴雨洪水为实测资料,利用人工神经网络构建仿真模型得到自动率定的参数,再根据敏感性分析结果,利用人工试错法得到最后的参数率定结果。5.城市洪涝元胞自动机模型的应用分析。利用所构建的模型模拟济南主城区发生10年、50年和100年一遇的强降雨时城区的积水区域、流速、深度和时长,为城市洪涝灾害的预警、预报、应急反应和防灾对策提供了科学的指导和依据。