城市水問題的本質(zhì)是城市水循環(huán)的失衡，表現(xiàn)為城市內(nèi)澇、城市水污染和城市缺水等方面的問題，海綿城市建設就是要通過一系列措施實現(xiàn)城市良性水循環(huán)，使水與人類社會相適應，從這個角度出發(fā)，把海綿城市科學內(nèi)涵概括為“水量上削峰、水質(zhì)要減污、雨水資源要利用”三大方面。從城市水問題本質(zhì)出發(fā)，解決城市內(nèi)澇、城市水污染和城市缺水三大問題，通過海綿城市建設做到小雨不積水，大雨不內(nèi)澇，水體不黑臭，熱導有緩解，形成良性的水循環(huán)。
    海綿城市第一個科學內(nèi)涵，水量上削鋒。城市內(nèi)澇的自然屬性是大量降雨徑流難以排除導致積水。社會屬性是積水對生產(chǎn)和生活產(chǎn)生影響而治災，因此要減少城市洪澇災害影響，核心減少城市的雨洪積水，坦化并延緩洪峰極值，本質(zhì)是要減少由洪水繼續(xù)而對人類帶來的損失。
    第二個海綿城市的內(nèi)涵，水質(zhì)上要減污。城市水污染的來源主要大氣干濕沉降，合流制管網(wǎng)溢流，初雨沖刷等面源污染和生活污水，工業(yè)污水等點源污染，我國城市水污染、水生態(tài)惡化現(xiàn)象十分嚴重。
    第三個科學內(nèi)涵是雨水資源要利用。城市缺水是制約我國經(jīng)濟社會發(fā)展的重要瓶頸，海綿城市改變了過去快速排干的觀念。把雨水視為資源，盡可能把更多的雨水滯留在當?shù)?，補充生態(tài)用水和社會經(jīng)濟用水。但是要個別注意，對南北方、東西部這些不同的城市，應當區(qū)別對待，采用不同的雨水利用策略。
    根據(jù)三大內(nèi)涵，利用分布式的城市水文模型，對海綿城市主要問題進行系統(tǒng)診斷，對各部門存在的問題作出總體估計，為海綿城市的總體設計提供基本的依據(jù)。工具就是分布式的城市水文模型，做海綿城市的三大診斷，包括內(nèi)澇積水的診斷，產(chǎn)污積污的診斷，雨水控制的診斷。
    首先是內(nèi)澇積水的診斷，要建立分布式的城市雨洪模型，進行多種情景模擬，分析不同量級暴雨情景下，特別是超標準降雨條件下，城市雨洪積水的分布狀況，分析城市不同區(qū)域的積水深、積水歷時。模擬城市雨洪對城市生產(chǎn)生活的影響，進行風險評估，提前制定不同量級雨下的城市內(nèi)澇應對預案。這是利用模型做的上海市超標準和內(nèi)澇積水的診斷。這是濟南市超標準降雨城市內(nèi)澇模擬和積水的診斷。