针对城市建设改变了原先的陆面系统，水循环路径发生较大的变化，雨水下渗量减少，地表径流增加，洪水洪量增加，洪峰形成时间缩短，频繁出现“城市看海”现象，我国提出了海绵城市建设，即把城市建成像“海绵”一样的区域，下雨时能及时吸水、蓄水、渗水，雨期过后又能将蓄存的水“释放”并加以利用，增加下渗水量、减少洪量、延迟洪峰形成时间，有利于城市雨水利用、地下水补给和防洪除涝。
海绵城市建设的根本点是“水”，期望通过海绵城市建设解决城市洪水、面源污染问题，回归自然水功能，可能会遇到一些水科学难题。
(1)海绵城市建设水文效应与水系统模型
由于人类活动的加剧、研究区人工化、研究单元小尺度化，因此，要科学揭示海绵城市建设水文效应。须更加细致、更加注重微观水循环变化和机理。
(2)水资源高效利用机理及方案优选
海绵城市建设带来的水资源转化关系复杂。在建设海绵城市后，增加了雨水下渗，把雨水留下来，既增加了土壤水、地下水的补给量，又减少形成城市雨洪的风险。而实际上并非这么简单，如，有些地区地下水埋深浅，雨水渗不下去;即使渗下去，也会导致地下水位过高，并不适合增加雨水下渗。对于适宜建海绵城市的地区，情况也不那么简单，需要对海绵城市建设带来水资源量的变化和利用效率进行研究。
(3)面源污染物通过土壤渗虑消减机理及效应
要摸清楚面源污染物通过土壤渗虑消减的机理以及土壤渗虑和地下水质变化的效应，在此基础上研究土壤、地下水污染治理问题。
(4)“渗、蓄、滞”作用机理与城市雨洪计算
海绵城市具有显著的“渗、蓄、滞”作用。城市雨洪计算如何考虑海绵城市的“渗、蓄、滞”作用。
