随着城市化的发展，土地利用和覆盖的变化改变了城市下垫面条件，破坏了原有的自然水文循环过程。不透水地表阻碍了降雨入渗，加快了汇流过程，导致暴雨径流总量和峰值流速增加，引起城市地区内涝和管网溢流事件频繁发生。同时随着城市人口的增加和经济发展，城市区域水资源的供需矛盾日益加剧。如何有效控制和解决城市地区的内涝和缺水问题，关系到城市居民的健康安全以及可持续发展，成为城市规划和管理者面临的重要挑战。绿色基础设施和低影响开发作为新兴的雨洪消减和利用管理策略，其利用自然和生态的措施模拟和恢复自然水文过程，可以有效缓解城市内涝和实现雨水资源的收集利用。本研究基于水量平衡和城市水文过程，开发了社区尺度绿色基础设施暴雨径流消减模拟的模型，模拟比较了绿色基础设施配置和设施规模大小对暴雨径流消减效果的影响，评价了北京城区雨水可利用潜力，分析了绿色基础设施雨洪消减利用的成本和效益。主要研究结果如下:　　(1)基于水量平衡，耦合城市水文循环过程和绿色基础设施径流调控机制，构建了社区尺度绿色基础设施暴雨径流消减模型。模型综合了产流计算的准确性和参数的简化，注重了模型的可操作性和实用性，更方便城市规划和管理者对模型的理解和操作应用。利用野外监测的北京某典型社区一汇水区的降雨径流数据对模型做了验证，验证的结果显示良好，表明模型是可靠的。模型参数敏感性分析表明透水面积比例和土壤水力性质参数是影响暴雨径流产生的重要参数。对降雨径流过程的水量平衡分析得出不透水地表对社区总的暴雨径流贡献最大。　　(2)以北京市一典型小区为例，模拟研究了4个暴雨重现期下5种绿色基础设施情景对社区暴雨径流流量和峰值的消减效率。与无绿色基础设施配置的基本情景相比，从1年、2年、5年到10年的暴雨重现期下，增加绿地面积的情景下暴雨径流量减少11.77％～6.67％，径流峰值减少2.79％～0.65％;绿地下凹式改造情景下暴雨径流量和峰值分别减少5.28％～16.00％和24.15％～28.63％;修建雨水调蓄池情景下暴雨径流量减少96.97％～21.76％，径流峰值减少96.64％～0％;路面透水铺装情景下暴雨径流量减少46.18％～42.00％，径流峰值减37.93％～35.68％;综合措施（包含以上4种单一措施）情景下暴雨径流量和径流峰值分别减少100％～85.58％和100％～93.12％。研究结果表明单个设施的径流消减效果较好，但是消减作用有限，效果单一;综合绿色基础设施配置不仅具有良好的径流消减效果，而且可以实现雨水下渗和收集利用的环境经济效益，是社区消减雨洪和雨水资源利用的最优实践措施之一。　　(3)对5年一遇的暴雨条件下绿色基础设施规模大小对暴雨径流消减效果的影响研究表明:随着设施规模的增加，4种类型的绿色基础设施都可以有效地消减暴雨径流，但是单个设施除了调蓄池不能完全控制5年一遇的暴雨。在综合的绿色基础设施情景下，透水面积比例增加到50％，或者调蓄池体积增加到1800 m3，都可以100％的消减5年一遇暴雨的径流;绿地改造成下凹深度4 cm，或者50％的不透水地表用单位面积储水能力为8mm的透水砖铺装改造，最大能够消减95％的5年一遇暴雨径流。总的来说，单一情景下，设施消减能力有限，高的消减效率需要大的设施规模来实现或难以实现。综合情景下，小规模的设施配置可以实现高的径流消减效率。组合合理规模的绿色基础设施是社区暴雨径流管理的最优控制策略。　　(4)利用10分钟步长的降雨数据和水量平衡耦合城市水文循环过程的方法，评价了北京城区不同下垫面的雨水可利用潜力(RAP)。估算的2013年总的雨水可利用潜力为1.54亿m3，这相当于五环内居民年生活用水量的64.33％。大约53％的雨水可以有效地收集利用，其中屋顶的雨水可利用比率最大，达到70％，而且贡献了约一半的总RAP。屋顶雨水收集设施的存储能力需达到43.6 L/m2来收集90％的屋顶可利用雨水。通过渗透设施补充地下水可间接地利用雨水，下凹式绿地和透水砖铺装能够分别增加18.89％和55.69％的雨水入渗到土壤。降雨量和降雨强度对雨水可利用潜力的影响较大，需要多年短时间步长的降雨数据提高雨潜力估算的准确性。　　(5)利用开发的模型和2013年降雨数据，结合文献资料数据，计算不同绿色基础设施雨洪消减利用的成本和效益，比较各个设施的成本效益指数特征。结果显示:社区绿色基础设施雨洪消减利用的年总效益为2.74万元～13.14万元，每立方米雨水效益为3.69元～8.34元之间，绿色基础设施雨洪消减利用的综合效益比较显著，具有较高的经济效益，但是生态效益和社会效益相对较少。然而，绿色基础设施雨洪消减利用的成本较高，调蓄池单位雨水成本为3.95元，透水砖铺装和综合设施的单位雨水成本分别达到27.57元和20.56元。调蓄池的年效益与年成本比值为1.64，其它3种设施的比值在0.13～0.41之间，表明多数的雨洪消减利用工程投资回报效益低于成本。因此，政府应当运用收费、补贴、奖励和罚款等经济手段，培育并开拓雨水利用市场，提高落实雨洪消减利用措施的积极性。