城市化发展切断了天然雨水入渗的通道。无论是采用合流还是分流模式，城市大部分地区的降雨径流均不能按其自然方式，通过蒸发、径流、入渗参与到流域的水文循环之中，而是以种种方式被强行纳入城市的人工排水系统。　　本论文选择位于中国中西部地区规模最大的城市——西安中心城区为研究区域，从生态学、水文学及环境学的交叉视角，采用定性和定量分析、理论与实践相结合的方法，以城市化地区长时间尺度气候特征和演变过程为切入点，围绕气候变化及土地利用变化造成降雨径流过程变化为主线，利用水量平衡模型-DRAINMOD进行了理论计算，并通过实例研究验证分析，探讨了西安中心城区城市化及气候变化的环境水文效应。本论文还尝试使用一种基于“生态排水”理念的城市化地区土地利用的新方案，以西安理工大学校园的雨水管理为例进行了应用分析。主要研究成果如下:　　(1)根据水量平衡模型-DRAINMOD的水文计算原理，确定了其在研究区域应用的主要输入参数，并利用观测试验结果进行了模型适用性检验，然后采用西安市57年的日降雨和气温等资料进行了逐日水量平衡计算，分析了城市地面硬化对降雨入渗、蒸发及地表径流过程的影响，结果发现DRAINMOD模型可用于城市下垫面降雨径流深度的计算，对硬化地面降雨径流的计算值与试验计算结果吻合较好。且城市化土地利用变化对区域水文情势的影响显著，计算结果显示，硬化地面产生的地表径流量是以黄土为下垫面的透水地面的7倍，表明西安城市化大大增加了地表径流量。　　(2)为了探讨城市雨水花园及下凹式绿地等生物滞留措施对暴雨径流凋控的作用，分析了透水面积比例以及蓄水深度变化对降雨径流的影响。利用DRAINMOD模型计算的结果表明，加大城市透水面的下凹深度，可以显著改善降雨的就地蓄渗，可以有效调控城市化使地表径流增大的影响。对短历时暴雨和连阴雨产生的径流深度预测结果表明，下凹式绿地对连阴雨产生的地表径流削减效果较好，对短历时暴雨径流的削减作用则是有限。　　(3)根据研究区土壤的水力特性以及降雨径流过程探讨了城市化及气候变化对西安中心城区水文过程的影响机制。并以“生态排水”的典型设施“雨水花园”为研究对象，对其入渗能力、汇水面积比以及蓄水深度等进行了计算，结果发现，“雨水花园”对于降雨径流的削减具有显著的环境水文效应。　　(4)在城市低冲击开发(LID)的基础上提出了雨水停车场的设计构想，并以西安理工大学金花校区为其服务对象，利用RG-pipe模型计算了修建雨水停车场后地面水文的变化过程。结果表明该设施对于径流量的削减以及地下水回补具有很显著效果，根据计算结果提出了雨水管理新方案。　　(5)从生态环境、社会效益、资源、工程技术、经济等五个方面作为雨水停车场综合评价的依据，确定了其评价指标体系，建立了综合效益评价模型，评价了其整体综合效益状况。将雨水停车场与普通停车场和普通雨水花园进行比较，发现雨水停车场，能够有效改善城市生态环境状况，提高水资源利用综合效益。