第一章 引言

随着城市化进程加快，城市硬化地面面积持续扩大，雨水下渗量减少，径流系数显著提升，降雨时地表累积的氮、磷、悬浮物等污染物随雨水径流汇入自然水体，加剧城市面源污染，破坏水生态平衡。海绵城市建设旨在通过低影响开发设施实现雨水调蓄与净化，其中生物滞留设施因成本低、生态性好，成为控制雨水径流污染的关键技术。然而，生物滞留设施的净化效果受多重因素制约，其净化机制与实际应用中的效能优化仍需深入研究。因此，本文围绕生物滞留设施对雨水径流污染的净化效果展开探讨，通过分析其理论基础与影响因素，为提升设施净化能力、推动海绵城市建设落地提供科学参考。

第二章 生物滞留设施净化雨水径流污染的理论基础

2.1 生物滞留设施的结构组成与水流运动特性

生物滞留设施通常由表层植被层、覆盖层、填料层、过滤层及排水层自上而下分层构建，各结构层功能协同，共同实现雨水净化与渗透。表层植被可减缓雨水冲刷速度，拦截部分大颗粒污染物；覆盖层多采用碎木屑、树皮等材料，能过滤悬浮物并减少填料层冲刷；填料层是净化核心，通过孔隙吸附、截留污染物；过滤层与排水层则保障雨水顺畅下渗，避免积水。其水流运动特性表现为雨水进入设施后，先经表层下渗至填料层，在重力作用下缓慢渗透，部分雨水通过排水系统排出，部分下渗补充地下水，该过程延长雨水与填料、植被的接触时间，为污染物净化创造条件^[1]。

2.2 雨水径流中典型污染物（氮、磷、SS等）的赋存形态

雨水径流中的典型污染物赋存形态多样，直接影响生物滞留设施的净化效率。悬浮物（SS）主要以颗粒态存在，包含泥沙、有机碎屑、微生物等，粒径分布较广，大颗粒易被设施表层拦截，细颗粒则可能随水流渗透至深层。氮素主要有颗粒态氮、氨氮、硝态氮、亚硝态氮等形态，其中颗粒态氮附着于SS表面，溶解态氮（氨氮、硝态氮）则存在于径流水中，不同形态氮的迁移转化规律差异显著。磷素分为颗粒态磷与溶解态磷，颗粒态磷与SS结合，溶解态磷包括正磷酸盐、聚磷酸盐等，溶解态磷更易穿透设施填料层，成为净化难点，明确这些污染物的赋存形态是针对性设计净化方案的基础。

2.3 生物滞留设施净化污染的核心作用机制（物理、化学、生物）

生物滞留设施通过物理、化学、生物三重机制协同净化雨水径流污染。物理机制主要包括过滤、截留与沉淀，雨水流经填料层时，填料孔隙拦截SS及附着的污染物，重力作用使颗粒态污染物沉淀，降低水中悬浮物浓度。化学机制以吸附、离子交换为主，填料中的黏土矿物、活性炭等成分通过表面吸附作用固定磷、重金属等污染物，填料中的阳离子与径流中阴离子发生离子交换，进一步去除溶解态污染物。生物机制依赖微生物与植被的作用，微生物通过硝化、反硝化作用转化氮素，将氨氮转化为氮气释放，植被根系吸收氮、磷等营养物质，同时根系分泌物为微生物提供生存环境，三者共同构成高效的污染净化系统。

第三章 生物滞留设施净化效果的影响因素与分析方法

3.1 设施自身参数（填料配比、植被类型、水力负荷）对净化效果的影响

设施自身参数直接决定净化能力。填料配比方面，砂、土壤、有机质的比例影响孔隙结构与吸附能力，砂含量过高易导致污染物穿透，有机质过多则可能引发堵塞，合理配比可提升氮磷去除率。植被类型上，深根、耐涝植物（如鸢尾、菖蒲）根系发达，能增强土壤渗透性，且对氮磷吸收能力更强，相比浅根植物净化效果更优。水力负荷是关键参数，负荷过高时雨水在设施内停留时间缩短，污染物未充分净化即排出，负荷过低则易造成设施积水，抑制微生物活性，只有控制适宜水力负荷，才能平衡净化效率与雨水排放需求。

3.2 外界环境条件（降雨强度、前期干旱期、污染物负荷）的作用规律

外界环境条件对净化效果的影响呈现明显规律。降雨强度大时，雨水冲刷力增强，携带的污染物浓度与颗粒粒径增大，设施表层拦截压力增加，部分细颗粒污染物易穿透填料层，导致净化效率下降；降雨强度小时，雨水下渗缓慢，与填料接触充分，净化效果更优。前期干旱期过长会使填料层干裂，降雨初期雨水携带的地表累积污染物浓度高，易突破填料吸附饱和点，干旱期过短则污染物累积少，净化压力小^[2]。污染物负荷过高时，填料吸附与微生物转化能力达到上限，净化效果趋于稳定甚至下降，需根据环境条件动态评估设施净化能力。

3.3 生物滞留设施净化效果的监测指标与评价方法

监测指标需覆盖关键污染物与设施运行状态，水质指标包括SS、氨氮、总氮、总磷、COD等，通过测定这些指标的进出口浓度，计算去除率评估净化效果；水文指标如渗透速率、径流削减量，反映设施对雨水的调蓄能力；生物指标包括植被覆盖率、微生物群落结构，体现生物机制的作用效果^[3]。评价方法以对比分析法为主，对比设施运行前后的污染物浓度变化，结合统计学方法分析数据可靠性；同时采用综合评价模型，将水质、水文、生物指标纳入评价体系，量化设施整体效能，为设施优化提供数据支撑，确保评价结果全面反映净化效果。

第四章 结语

本文围绕海绵城市建设中生物滞留设施对雨水径流污染的净化效果展开研究，系统阐述了设施的结构组成、污染物赋存形态与三重净化机制，明确了自身参数与外界环境条件对净化效果的影响规律，并梳理了相应的监测与评价方法。研究发现，合理设计设施参数、适配环境条件，可有效提升生物滞留设施对氮、磷、SS等污染物的去除率，验证了该设施在面源污染控制中的有效性。但研究仍存在局限，如未充分考虑极端天气下的设施稳定性，对长期运行中的填料老化问题研究不足。未来可聚焦极端工况适配性设计与填料再生技术，进一步提升设施的实用性与耐久性，为海绵城市水生态治理提供更有力的技术支持。

参考文献

[1]郭姗.海绵城市建设中雨水资源化利用施工工艺研究[J].中文科技期刊数据库（全文版）工程技术,2025(1):081-084.

[2]周健舟.海绵城市设计中生物滞留系统的性能研究与创新应用[J].中国厨卫,2025,24(2):204-207.

[3]张伟,唐一凡,王晨,柴森友,左其亭.海绵城市生物滞留设施中土壤换填介质研究进展[J].环境工程,2023,41(8):277-285.