城市化的快速发展对区域水文循环规律造成很大影响,使水文循环要素在时空上发生明显改变。近年来,我国城市暴雨洪涝灾害次数愈加频繁,受灾的城市也越来越多,城市暴雨洪涝灾害已成为我国城市发展面临的严峻水问题之一,充分认识并分析城市化发展对暴雨洪涝的放大效应显得尤为迫切。分布式城市雨洪模型是研究城市水文循环过程和洪涝灾害放大效应的有效手段,然而,城市复杂的下垫面情况以及城市雨洪资料的短缺,限制了分布式城市雨洪模型的构建。随着卫星遥感(RS)数据、雷达数据和地理信息系统(GIS)技术在流域水文模型中得到越来越多的应用,构建一个基于遥感数据和地理信息系统的分布式城市雨洪模型研究城市水文过程模拟以及城市雨洪放大效应具有十分重要的科学意义和应用价值。本文以武汉市为研究区域,运用统计学手段和不透水面积提取方法分析了城市雨洪放大效应驱动因子的演变规律,利用遥感影像和地理信息系统分析技术构建了分布式城市雨洪模型,并在十里铺汇水区进行验证和应用。通过此数值模型结合径流实验场对比实验研究,从降雨、产流和汇流三个方面揭示城市化对暴雨洪涝的放大效应,旨在为城市的暴雨洪涝灾害的应急管理、城市管网排水能力设计和土地利用规划提供技术支撑。论文的主要研究工作包括：(1)从降雨、产流和汇流三个方面凝练出城市雨洪的放大效应驱动因子：降雨强度、不透水面积比例和排水管道密度。并采用多种统计检验方法,分析武汉市驱动因子时空变化规律,结果表明：1960年以来发生大雨或暴雨的天数呈增加趋势,连续降雨大于100毫米及150毫米的次数明显增加,且根据《短时临近降雨强度等级划分》暴雨(1小时降雨量介于8毫米和20毫米之间)和大暴雨(1小时降雨量大于等于20毫米)等级的年降雨总量和总历时也呈增长趋势；武汉市不透水面积从90年代以来呈增加趋势,以长江为轴不断向外扩张,湖泊水域面积明显减小；武汉市排水管道长度逐年增长,在2007年出现跳跃式增长,一年增加了238.5%,目前管道长度已是1990年的将近7倍。(2)构建了基于遥感数据和地理信息系统技术的分布式城市雨洪模型,该模型对地理信息系统有良好支持,可以直接输入多个栅格数据和矢量数据,具体包括：高精度DEM图层、土地利用分类图层、归一化植被指数图层、建筑物高度图层和地下管网图层等基础地理信息图层；和时间序列的降雨空间分布图层、日气温空间分布图层以及初始土壤含水量空间分布图层等水文信息图层。除地下管网图层,其它图层均由多源卫星遥感影像数据和雷达数据通过多种卫星遥感和地理信息系统分析技术获取。根据栅格的覆盖类型,其产流过程选择树木冠层截留、蒸散发、土壤下渗、地表产流等水文过程的不同组合。模型的汇流包括三种不同形式,分别是建筑物的非线性水库汇流、地表二维水动力坡面汇流和地下管网一维水动力汇流,三者通过检查井节点紧密耦合,形成“屋顶-地面-管网”的汇流模块。(3)选取汉阳十里铺汇水区为计算区域,利用遥感数据处理得到模型输入需要的图层数据,对构建的分布式城市雨洪模型进行了率定和验证,模拟结果表明,本文所构建的模型在十里铺汇水区模拟性能良好,率定期和验证期的平均Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.78和0.67。将模型对十里铺汇水区进行了暴雨积水情景分析应用,结果表明,当超过“五年一遇”设计降雨时,汉阳大道百灵路口周围和百合街金龙花园附近会出现地表积水,“二十年一遇”设计降雨时最大积水范围为13950平方米,最大积水深度为18厘米。(4)在武汉大学降雨径流实验场进行人工降雨径流实验以及对实验场建立数学模型,进行多种情景分析模拟,得到洪水径流系数放大倍数、洪峰放大倍数对降雨强度、不透水面积比例、排水管道密度的响应关系,结果表明,当雨强一定时,不透水面积比例与径流系数放大倍数、洪峰放大倍数呈抛物线增长关系；排水管道密度与洪峰放大倍数呈线性增长关系；雨强则与径流系数放大倍数、洪峰放大倍数呈幂函数关系。基于此关系分别构建了径流系数放大倍数、洪峰放大倍数对三个驱动因子的响应函数,确定性系数分别为0.76和0.83,拟合较好。将响应函数在武汉市十里铺汇水区进行验证,通过与数学模型的440种情景模拟结果对比,两者计算的径流系数放大倍数和洪峰放大倍数较为接近,变化趋势也较为一致。(5)将响应函数推广应用到武汉市主城区,结果表明,随着武汉市不透水面积和排水管道密度不断增加,武汉市的城市雨洪径流系数和洪峰放大倍数是逐年增加的,例如在现有排水管网设计标准下,即“一年一遇”设计降雨时,2011年的洪水径流系数较1991年放大了1.36倍,洪峰则放大了1.83倍。