高速城市化进程导致区域下垫面条件发生巨大变化,以及不完善的排水管网系统,导致城市暴雨径流洪量增加、洪峰增大、峰现提前,使得我国诸多城市,如北京、上海、深圳、广州等,洪涝灾害频繁,已经严重威胁到人民的生命财产安全。另外,随着人类活动的增加,城市河湖水质污染日趋严重。随着点源污染逐渐得到有效控制,非点源污染逐渐成为城市水环境保护面临的首要问题。要有效防治城市洪涝灾害,前提要准确把握城市化背景下降水径流过程的时空特征。而制定城市非点源污染控制管理措施,也需要准确了解城市非点源污染的时空特征及负荷大小。因此,作为主要工具和手段的城市降水径流及非点源污染模型的研究成为研究热点。已有的降雨径流及非点源污染模型对于自然流域已能够很好的模拟。而对城市化地区的研究尽管已有很多成果,但已有的城市降雨径流模型由于其影响因素复杂,适用范围狭窄,且存在诸多问题,主要体现在:建模困难、对包含自然流域、平原及城区等复合下垫面流域无法处理、参数提取需要借助多种第三方工具、排水管网的处理能力不足、参数率定困难、模拟可靠性不足等。本文以TOPAZ水文处理方法、SWMM模型为基础,建立复合下垫面条件下半分布式、参数自动率定的城市降雨径流及非点源污染模拟系统。系统包含地形数据处理、初始参数提取、水文参数率定、水质参数率定、模型验证、模型应用及结果查看七个模块。系统采用TOPAZ作子产汇流区初步划分,结合城市排水管网对子产汇流区作进一步细化;提取子区域基本参数、模型参数设置;采用遗传算法在参数解空间中寻找最优模型参数,并对率定结果进行验证。率定与验证后的模型可用于研究区城市降雨径流及非点源污染模拟与特征分析。以深圳石岩水库为案例区,利用监测数据对模型进行了率定和验证。不确定性模拟结果显示,实测数据均落在模型90%置信度下预测范围。对非点源污染模拟结果显示,COD、TN及BOD5存在明显的初期冲刷特性,并随着雨型、雨强的不同而异。可溶性污染物NH3-N的初期冲刷时间短,冲刷迅速,在径流中后期以点源污染(城市污水)来源为主。