城市排水主要指城市居民生活污水、工业废水、降雨径流(含雨、雪水)和其他废弃水的收集、输送、净化、利用和排放。城市排水系统被称为“城市生命线系统”之一,是衡量城市现代化水平的重要标志,是保证城市生活正常运转最重要的基础设施,任何环节滞后或失灵都可能导致整个系统的瘫痪。我国城市污水处理厂的发展很快,排放标准也日趋严格,为改善水环境起到关键作用。但目前国内城市排水系统运行调度、泵站维护、污水排放管理、防汛指挥等仍停留在人工阶段,系统的自动化程度低、应变能力差,同时又缺乏对突变或灾害天气情况的应急处理能力。因此,如何实现城市排水综合自动化,提高城市排水综合运行效率,同时又能为防灾减灾提供紧急预案和辅助决策已成为一个亟待解决的问题。城市排水系统的运行控制建立在对排水系统准确建模的基础之上,本文以城市排水系统管网为研究对象,旨在建立城市排水系统数值计算模型和状态空间模型,以实现对排水系统的自动控制,以便为城市排水系统运行状态分析和实时控制研究提供参考,同时,管网水力学模型也可以比较准确地模拟各种工情、雨情、调度方案的排水管道系统的运行状况,可以为城市排水及水资源调度、灾情评估、洪水预警等提供决策依据。本文主要内容集中在对城市排水系统管网进行水力学建模这一方面,具体可分为三个部分:首先,以排水管网水流运动状态为研究对象,根据管网水力学模型,使用Preissmann隐式差分格式,对模型进行离散化,建立起排水系统数值计算模型。其次,从管网水力学模型出发,结合系统主干管道运行的条件,使用泰勒级数和有限差分法对控制方程进行离散,建立起城市排水系统状态空间模型。并结合管网实际运行要求,设计系统状态反馈控制器,用来对管网运行进行实时控制。最后,针对城市排水系统管网渗漏问题,结合圣维南方程组,分析渗漏发生时管网内水的运动状况,提出基于渗漏模型的改进圣维南方程组形式,并对系统进行稳定性分析和H∞状态反馈控制器设计。