近年来,由气候变化和城市化引发的城市雨洪事件频发,给人民群众的生命财产造成巨大损失。开展变化环境对城市雨洪径流的影响研究,有助于从本质上了解城市雨洪发生原因、演变过程,为最大限度降低城市雨洪影响提供重要技术支撑。本文以西安市城区为研究对象,采用了数据分析与模型模拟的方法,探究了变化环境演变规律和极端降水变化特征,阐明了城区地表径流对变化环境的响应机制,通过构建城市雨洪模型全过程模拟分析了现状条件和未来变化环境下城市雨洪特征,制定了不同适应措施并评估措施控制效果,形成了一整套城市雨洪形成、演变及控制的研究体系,为科学应对未来变化环境下城市雨洪提供依据。本文做出的主要工作和得到的主要结论如下:(1)变化环境演变及其对降水影响规律研究。从气温变化、汛期短历时极端降水演变规律和城市化演变规律三个方面分析变化环境演变规律,首先利用西安市城区气温资料分析城区气温演变的趋势性和突变性规律,然后在解译1984年至2017年西安市城区遥感影像数据的基础上探究了城市扩张时空演变规律,最后利用西安市城区汛期逐小时降水资料,分析汛期短历时极端降水演变规律,并基于双累计曲线采用城乡对比法分析城市化对极端降水影响。结果如下:西安市城区年、汛期及四季平均气温均呈现出显著增长趋势且发生突变,突变后气温显著增长;不同历时的极端降水强度和极端降水频率均呈现出增加趋势,以主周期为21年的周期性交替变化,变化趋势上虽无明显突变情况出现,但序列波动性增加;中心城区耕地面积急剧减小,建筑用地面积迅速扩张,土地利用强度由低强度的土地利用向高强度的土地利用转变;城市化进程对短历时极端降水强度和频次有显著放大作用。(2)变化环境对城区地表径流特性影响研究。基于降雨径流模型,以曲江新区为研究对象,通过控制下垫面和降雨输入条件变化分析城区地表降雨径流特性。得到结果如下:不透水面积的扩张对城市降雨径流有明显的放大作用,降雨量的增加对径流深、洪峰流量、径流量具有线性放大效果,对原本径流深较高区域变化幅度的放大效果最明显,雨峰位置是影响地表径流峰值流量出现时间的关键因素。(3)城市雨洪模型构建与现状雨洪过程模拟。根据现状下垫面、高程和雨水管网条件,构建了城市雨洪模型,对城市雨洪过程中的地表降雨径流形成、雨水管网中的水流运动以及城市地表水流的演进情况进行全过程的模拟分析,并以实测降雨作为输入条件进行模型的参数与率定,以1年、5年、10年、20年重现期条件下设计降雨作为输入条件分析现状条件下城市雨洪特征。结果如下:模型模拟误差均在10%以内,说明模型在该地区具有较好适用性;管网溢流节点数量随着降雨重现期的增加呈现出非线性增加;超负荷状态下排水的管网比例随着降雨重现期的增加而增加,降雨重现期从1年一遇增加到20年一遇后,管道负荷比例从77.94%增加到了 89.92%,积水深度、积水面积和道路路积水点数量随降雨量增加而增加,积水面积从0.199 km2增加到了 3.194 km2。(4)未来变化环境下雨洪过程模拟及控制研究。基于气候变化模型结果生成未来A2、A1B、B1温室气体排放情景下的降雨事件序列,全过程模拟未来变化情景下城市雨洪情况,结合实际情况按照源头削减、过程控制、源头削减和过程控制相结合的原则分别制定了方案A、方案B、方案C调控措施组合,并评估不同控制措施组合的控制效果。结果如下:不同排放情景下溢流节点数量分别增加了 0.22%、0.89%、0%,超负荷管道长度分别增加了 0.14 km、0.86km、0.14 km,积水面积分别增加了 0.416km、0.508km、0.336km;不同控制方案的溢流节点削减率分别为2.25%、35.33%、38.36%,超负荷管网削减长度分别为 0km、10.55km、10.65km,积水面积削减量分别为 0.406km2、0.012km2、0.873km2。基于灰绿耦合措施方案更能够有效应对未来变化环境给城市内涝带来的危害。