城市水文学（urban hydrology）研究发生在大中型城市环境内部和外部，受到城市化影响的水文过程，为城市建设和改善城市居民生活环境质量提供水文依据的学科，又称都市水文学，是水文学的一个分支。

城市水文学有两个主要特点：①综合性。城市水文学涉及水文科学、水利工程科学、环境科学和城市科学，是一门综合性很强的交叉学科。②动态性。由于城市地区的人类活动十分频繁，随时而变，因此城市水文学不能只研究较长时间内的准平衡状态，还须着重考虑随时间变化的动态过程。

1851年T.J.摩尔凡尼提出的计算洪峰流量的合理化公式可看作是城市水文学的开始。1851~1967年为城市水文学的早期发展阶段，主要沿用一般的水文学方法来处理城市水文学问题。1967年以后城市水文学发展较快，逐步建立了一些具有城市水文特点的分析方法，先后提出了多种能统一考虑防洪、排水、供水和水质控制的城市水文学模型。

城市水文学研究的基本问题是：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。着重探讨的具体课题有：①城市防洪、排水规划中的设计标准问题（含设计洪水流量或设计暴雨）。在城市防洪和排水工程的规划设计中，首先需要解决安全性和经济性的关系。以往都用超过某一量级的洪水流量发生的频率或重现期作为设计标准。近年来的研究认为,设计标准不仅要考虑重现期,而且要考虑风险率和可靠度。风险率是某一重现期的水文要素在工程运行期间可能出现的概率。可靠度可用安全因素来反映，安全因素为设计值与实际观测值之比值。由于局部短历时大强度的暴雨是形成洪水的主要原因，因此，城市区域设计暴雨一般只须研究超过短历时（5~60min）点暴雨规律。但对于较大的城市集水区，或研究城市非点污染源的迁移扩散，则还应当确定计算暴雨的时空分布。②城市流域暴雨径流模拟。城市中的道路、屋面和飞机场跑道都是不透水的，因此处理这些地区的降雨损失比较简单。城市排水系统一般由管网和排水河网组成。城市面积上产生的暴雨洪水通常先排入管网，然后排入河网，排水系统较为优良。用于城市流域暴雨洪水计算的模型可分为三类。第一类只给出洪峰流量，如合理化公式。第二类既给出洪峰流量又给出洪水过程线，如芝加哥方法。第三类是多用途模型，如美国环保局暴雨径流管理模型（SWMM）。③城市供水及优化调度。城市中工业和居民用水量很大，用水规律有自身特点，对水质也有一定要求。城市供水水源来自地表水和地下水。有些城市依靠单一水源供水，也有不少城市依靠两种水源联合供水。无论利用何种水源供水，都存在水资源量的估算、质的评价和供需平衡分析等问题，还要考虑如何重复使用水资源和探求最优的供水方式。④城市污水排放及处理。城市中工业排放的废水和居民生活垃圾都是水污染源。城市中的污染源分为点污染源和非点污染源两类。点污染源是在离散点上的废水的集中排放，污水处理厂的出流就是点污染源的实例。非点污染源是由人类活动产生的污染物堆积于街道上再由暴雨径流沿程运送到河流、湖泊而形成。非点污染源是城市污水处理中要着重研究的问题。