雨水下渗是城市降雨流向中所占比例和变化程度最大，而合肥地区又坐落于膨胀土的特殊地质条件，其遇水膨胀，蒸发失水的特性导致裂隙发育明显，对土壤的渗透性也产生不同的影响，并且随着城市的不断扩展，不透水下垫面越来越多，对降雨的汇流也产生了一些不利因素，城市降雨主要分流为水体蓄集、管网排流、以及土壤下渗三大方面，特别在南方短时间强降雨情况下，城市硬化路面的增多以及道路坡度、绿化、管网等因素造成了局部内涝的现象。本文首先利用了合肥地区膨胀土下渗性能与膨胀土独特的胀缩性、裂隙性紧密相关，了解清楚膨胀土在干湿循环条件下，土体裂隙的发育规律以及对膨胀土渗透性能的影响，对样品进行规范制备，采用数码相机定点拍摄裂隙图，采用MATLAB处理矢量化裂隙图，定量描述其裂隙变化。接着采用自行设计并经率定符合试验标准的人工降雨模拟装置，应用此装置完成了对城市硬化不透水路面与城市开发前裸膨胀土的两种不同下垫面的径流、渗流等研究。最后对比了城市硬化增加的不透水面对表面径流的改变。针对试验全过程和MATLAB最终处理得到的裂隙频数和分析，得到在裂隙发育初期，各段裂隙未形成贯穿体，此时土体吸水可增加渗透能力，并且保持一定其蓄水能力，但是当干湿循环次数继续增加，会导致土体内部形成贯穿裂隙并且不断增加裂隙宽度和长度，最后导致土体失去稳定性，也失去了对降雨蓄水的能力。因此，在夏季干湿交替较多的天气，适当在连续晴热干燥时提高城市的裸土、绿化等的含水率可保持其蓄水能力，也可以缓解突遭暴雨时径流峰的峰值和形成时间。自行设计装配的简化实验室小型多喷头、下喷槽式人工降雨模拟装置对降雨特性、降雨雨滴大小以及均匀性等的分析，基本满足试验试验研究的需求。对比城市短时间暴雨情况下，不透水下垫面与裸膨胀土的径流变化，发现不透水下垫面使得暴雨初期雨水产流时间短，汇流时间快，形成稳定径流量速度快、径流量值大，而且在降雨停止后消减曲线与裸膨胀土相差不大，这种变化在降雨强度相对较小和坡度较缓时，体现的更加显著。因此，城市不透水路面的增多在一定程度上造成了强降雨下城市局部内涝的产生，适当保持土体原状或在适当的区域使用透水下垫面，都可以在形成径流峰时间上和峰值上有所缓解管网的排水压力。本文通过使用MATLAB处理实验裂隙图像，运用矢量化处理定量分析表面裂隙的发育以及与其稳定渗透系数的关系，更加清楚的了解在干湿循环过程中，土体渗透性能的变化，并且结合研制的简化实验室小型多喷头人工降雨模拟装置探究不同雨强、历时、土壤初期含水量等条件下膨胀土和不透水下垫面的径流与下渗能力，建立典型实验区径流系数的关系曲线，为定性定量分析膨胀土下渗对降雨的截留，降低排水管网的排水压力提供依据。