近年来随着全球气候变化和我国城市化进程的加快,城市暴雨灾害和内涝频繁发生,给社会经济发展和人民生命财产安全造成严重危害。暴雨强度的不断加大和降雨量的极度集中,给城市排水带来很大压力,加之城市化过程中城市天然蓄水区的不断减少,从而造成很大一部分排水压力要有城市地下排水管网来缓解,因此掌握城市地下排水管网的水动力过程和地表积水的发展过程,对科学合理地规划和设计地下排水管道,提高城市暴雨灾害预警和防范能力,有效降低因暴雨灾害而造成的损失具有重要的现实意义。本文在以往相关研究的基础上,结合对管网水动力和暴雨积水问题的认识分析和工程需要,基于管网水动力模型和水量平衡原理建立地下雨水管网排水和地表暴雨积水两个问题的数学关系,模拟暴雨侵袭情况下地下雨水管网的水动力过程和相应排水能力条件下地表的积水深度、淹没面积以及积水历时等相关要素,为防范和降低暴雨带来的灾害提供便利。管网水动力模型以圣维南方程为基础,采用Preissmann窄缝假设将管道无压自由表面流和有压管流模型统一为可同时模拟有压和无压及其过渡流的明渠流形式。模型方程采用变量交错定义隐格式离散的方式,保证数值离散格式的守恒性和稳定性,对流项采用一阶迎风插值处理方法,提高模型模拟复杂流态的能力。模型计算采取分级联解的方法进行求解,通过管段的递推关系将求解变量集中到汊点和边界点上,有效地提高了模型的计算效率。此外,模型采用四阶龙格库塔方法求解水量平衡方程。通过对恒定环状管网、理想化溃坝模型、珠江三角洲河网、水击计算、非恒定枝状管网和非恒定明满过渡流模型一系列算例的验证,最后,将模型应用于某填海区域地下雨水排水管网排水能力的计算,分析暴雨和下游潮位组合工况下,管网内水动力过程和地表积水深度、淹没面积以及积水历时,为管网的设计和相关部门的决策提供依据。