随着城市化进程的加快,城市面积急剧膨胀,使得中心城区及周边的自然、文化和生态系统都发生了显著的改变,同时也对城市流域的水文过程造成了很大的影响。水文过程的变化使城市暴雨灾害带来的威胁越来越大,由城市内涝导致的交通、电力、生产以及人民生命财产损失也越来越严重。城市雨洪计算模型是描述城市雨洪水文过程、分析雨洪形成机理、评估雨洪灾害损失的重要手段,能够为城市排水工程规划和设计提供数据支持,现实意义重大。近年来,国内外学者已经提出了一系列的城市雨洪计算模型,并不断从水文学的角度改进现有模型的原理与算法,使其更加适应特定城市流域的特征。目前,城市雨洪计算方法和理论体系已比较成熟,但从实际应用效果来看仍存在一些问题。比如,产汇流模拟计算单元的划分缺乏合理性,各类模型参数的采集和率定方法没有很好的结合城市流域水文信息的空间异构性特点；积水模拟的计算方法代表性不足,难以反映城市暴雨积水过程的特征；在基础水文资料相对匮乏的地区,现有的雨洪计算模型缺少有效的建模手段。本文将空间信息多级网格技术与城市雨洪计算模型进行深度交叉和耦合,提出了基于雨水多级网格的城市雨洪计算模型与方法。该方法利用空间信息多级网格技术在流域水文信息时空分析、资源整合和充分利用方面的优势,旨在解决目前城市雨洪计算模型中存在的问题,同时扩展空间信息多级网格思想在城市灾害防治研究中的应用范围。应用结果表明,该方法能够优化现有雨洪计算模型的应用效果,并对空间信息多级网格技术在小尺度空间范围内的专题型应用研究进行了补充,具有良好的理论创新和集成创新价值。本文主要研究内容及特色和创新如下：(1)面向城市雨洪计算的专题型雨水多级网格的提出和构建：根据城市流域汇流过程的特征,提出了面向城市雨洪计算的专题空间信息多级网格——雨水多级网格,并作为城市雨洪模型的计算单元。本文明确了雨水多级网格的理论框架与核心内容,设计了多级网格体系的构建方法和编码方案,确立了各级网格的数据模型和存储结构,实现了以城市流域多层次产汇流过程为基础的流域多级剖分,解决了目前城市雨洪模型中计算单元划分缺乏科学依据的缺陷。为城市流域水文信息采集与利用以及城市雨洪计算模型的构建提供了有力支撑。(2)基于雨水多级网格的城市产汇流计算改进SWMM模型和方法：利用雨水多级网格在流域特征表达与水文信息利用等方面的优势,以网格为载体采集和管理城市流域多源异质异构信息,并作为计算单元与SWMM模型进行深度耦合,改进了以SWMM模型为代表的城市产汇流计算模型对水文资料组织方法落后、利用率低、模型参数采集和率定没有合理的标准等问题,提出了基于雨水多级网格的产汇流计算改进SWMM模型及构建方法,实现了流域各类水文信息空间分布式、图属一体化的综合管理和高效利用。(3)基于雨水多级网格的城市暴雨积水“图椎体”计算模型：根据城市暴雨积水淹没与产汇流过程的相关性,结合雨水多级网格与城市产汇流特征的密切联系,提出了依托于雨水多级网格的城市暴雨积水“圆锥体”计算模型。该模型将城市雨水二级、三级网格与暴雨积水计算原理耦合,全面反映了城市流域积水过程的特点。利用空间信息技术解决了传统淹没算法在城市流域适应性差,地形数据精度要求高,计算效率低下等问题,为城市暴雨积水淹没过程提供了高效率、低要求的模拟方法。(4)基于雨水多级网格的城市雨洪计算应用研究：选取了某城市流域作为试验区对城市雨水多级网格进行了实际应用,在流域水文实测资料相对不足的条件下,利用3S技术结合网格空间分布信息获取了流域各类参数,并以之为基础完成了试验区产汇流与积水计算模型的构建和应用,通过对试验区雨洪过程模拟结果的分析与对比,证明了雨水多级网格能够使城市雨洪模型更具代表性,构建方法更具合理性,在不同流域中更具适应性。城市雨水多级网格作为空间信息多级网格思想在城市雨洪计算中的专题应用和扩展研究,体现了空间信息技术和城市流域水文模拟之间的多学科交叉,为城市雨洪计算模型提供了全新的改进思路,使模型计算结果在城市洪涝灾害应急决策和标准制定过程中更具参考价值。