近年来随着我国城市化进程的加剧,城市内涝以及径流污染等问题日趋严重,使得海绵城市得到了广泛的关注。但目前海绵城市建设往往侧重绿色理念的实践,忽视了传统灰色设施的优势,对一些特定区域的城市水环境问题仅靠绿色设施并不能得到很好地解决。本研究针对寒冷地区城市的气候特点及城市发展情况,选择东北S市新城区和老城区作为研究区,通过组合绿色设施和灰色设施,以灰色、绿色和灰绿结合三种不同方案对研究区新老城区进行海绵城市改造。基于InfoWorks ICM对改造前后的水量及水质控制情况进行了模拟,并比对不同方案的建设成本、维护费用和占地情况,借助信息熵法和TOPSIS法建立了适应灰绿结合体系的评价方法,以用于海绵城市建设不同方案的综合评估。模型模拟得出新老城区的三种改造方案均可在不同程度上起到削减径流和改善水质的效果。降雨重现期小时绿色方案和灰绿结合方案对水量和水质均有较好的控制效果,当降雨重现期大时灰绿结合方案的效果明显优于纯灰色或纯绿色的方案,其中灰绿结合方案对径流总量控制率、管道峰值流量削减率、管道超负荷控制、内涝积水控制的效果最佳,而绿色方案对污染物的削减能力最强。用TOPSIS评价体系对新老城区灰色、绿色、灰绿结合三种方案进行评估,评价指标包括建设成本、维护成本、占地面积、水量和水质控制效果等。最终确定新城区以下凹式绿地、生物滞留池、透水铺装组成的绿色方案为最佳,在P=2a降雨时可达到84.8%径流总量控制率。老城区综合效益最好的是灰绿结合方案,该方案将在绿色措施和调蓄池的基础上将现状管的网设计重现期由0.5a升级到2a,在P=2a降雨时可达到83.1%的径流控制率。灰绿结合方案改造后新老城区内的积水点明显消失,管网超负荷情况得到改善,洪峰流量和污染物也得到了有效削减。通过联立模型模拟和TOPSIS评价方法对S市新老城区海绵城市改造中灰色设施和绿色设施搭配进行效果模拟以及成本-效益的评估,得到新老城区综合效益最优的方案,可为寒冷地区新老城区海绵城市规划与建设提供参考以及决策依据。