日益增长的城市人口和规模决定了城市水文研究的重要性,而降雨、下垫面和人工基础设施三项城市异质性条件决定了城市水文过程的复杂性。本论文选择清华园作为典型城市区域,通过应用多元高精度数据、开展精细水文气象观测、构建强化汇流过程的精细城市雨洪模型,系统研究了降雨时间分辨率、下垫面空间分辨率和人工基础设施对于城市水文过程的影响。论文对于认识城市复杂条件及其水文影响、支撑我国海绵城市建设,具有重要的科学意义和实践价值。本论文研发了强化汇流过程的精细城市雨洪模型(REDUS)。REDUS模型采用了地表–路网–管网–河网的四层结构,具有能精细反映城市复杂汇流路径、便于应用高精度数据、便于推广应用的优势。针对清华园,基于多元高精度数据识别了复杂下垫面和人工基础设施的拓扑关系,实现了城市洪水过程的精细计算。通过比较多场次、不同降雨时间分辨率的模拟结果,揭示了分辨率降低将导致区域径流峰值减小,减小幅度与降雨形态的改变程度、区域面积、区域不透水率有关。应用降雨真实指数,提出了能够综合考虑降雨特征和下垫面特征的降雨时间分辨率影响表征方法。为控制径流峰值变化率,对于面积小于1 km~2的区域至少需要5 min的降雨,对于面积超过1 km~2的区域至少需要15 min的降雨。通过比较不同下垫面空间分辨率的模拟结果,提出下垫面空间分辨率通过改变洼地蓄水量和入渗量影响城市水文过程。机制上,下垫面分辨率通过改变微地形的刻画程度和洼地与路网的连接度,使得洼地蓄水量随着分辨率降低而减小,通过改变地表汇流长度和地表汇流复杂度,使得入渗量呈双向变化趋势。提出了考虑汇流路径特征的模型参数调整方法,可以补偿分辨率引起的入渗量变化。通过比较不同道路、排水管网和雨水口分布的模拟结果,揭示了人工基础设施对于暴雨洪水过程的影响。道路可以在排除超标雨水的过程中发挥重要作用;道路排水作用与最大30 min累积降雨量有较好的相关关系,纵坡对于道路排水作用的影响与地下管网结构有关。排水管网主要起到快速、定向的排水作用,管网结构概化会低估洪水过程的洪峰及洪量。在总排水能力一定的条件下,沿管线的雨水口分布对主要出口的流量过程基本没有影响,对于局地的洪水过程则有较为明显的影响。