城市水文学（urban hydrology），也称都市水文学，是水文学的一个分支，专门研究大中型城市环境中受城市化影响的水文过程。这门学科旨在为城市规划、建设、环境保护、市政管理和居民生活质量提升提供水文基础。城市水文学涵盖的内容广泛，包括城市化对水文过程的影响、城市水文气象的观测实验、城市供水与排水、城市水环境、城市的防洪除涝、城市水资源、城市水文模型和水文预测以及城市水利工程经济等方面。它是一门综合了水文科学、水利工程科学、环境科学和城市科学的边缘学科，对于城市发展和社会生活的各个方面都有着重要的影响。

城市水文学是一门综合性极强的交叉学科，融合了水文科学、水利工程科学、环境科学和城市科学等多个领域的知识。

由于城市地区的人类活动频繁且不断变化，城市水文学不仅关注长期的稳定状态，更强调随时间变化的动态过程。

城市水文学的历史可以追溯到1851年，当时T.J.摩尔凡尼提出了一种计算洪峰流量的合理化公式，标志着这一领域研究的开端。直到1967年，城市水文学主要采用传统的水文学方法来解决问题。此后，随着城市化进程的加速，城市水文学逐渐建立了适应城市特性的分析方法，并开发出了多种能够同时考虑防洪、排水、供水和水质控制的城市水文学模型。

城市水文学的研究内容主要包括城市水文气象、城市暴雨径流及防洪、排水，城市水资源及供需平衡，以及城市水质评价及水污染控制等基本问题。此外，城市水文学还探讨了一系列重要课题，如设计标准问题、城市流域暴雨径流模拟、城市供水及优化调度、城市污水排放及处理等。

在城市防洪和排水工程的设计中，安全性与经济性之间的平衡至关重要。传统上，设计标准常以洪水流量的发生频率或重现期为基础。然而，现代研究指出，除了重现期外，还应考虑风险率和可靠度等因素。风险率反映了特定重现期水文要素在工程运行期间出现的可能性，而可靠度则通过安全因素体现，即设计值与实际观测值的比例。针对城市区域，设计暴雨时尤其需要注意短历时（5至60分钟）的点暴雨规律。而对于较大城市集水区或研究非点污染源的情况，还需要考虑暴雨的时空分布。

城市排水系统的构成通常包括管网和排水河网。城市面积上的暴雨洪水会先流入管网，随后进入河网。为了模拟城市流域的暴雨径流，已经开发了几种不同的模型。其中，有的仅提供洪峰流量，有的还能提供洪水过程线，还有一些则是多功能模型，能够同时处理多个方面的问题。

城市供水需求庞大，且具有自身的规律和特殊要求。城市供水来源多样，可能包括地表水和地下水。无论是单水源还是双水源供水，都需要评估水资源量、水质并进行供需平衡分析。此外，还需探索水资源的循环利用和最优化供水方案。

城市中的工业废水和生活垃圾都是水污染的重要源头。污染源可分为点污染源和非点污染源两类。点污染源指集中排放的废水，而非点污染源则由人类活动产生的污染物经雨水冲刷后形成的。后者是城市污水处理中亟待深入研究的问题。