在全球城市化快速发展的背景下,开放空间逐渐被不透水表面取代,改变了自然的水文循环机制,带来一系列水环境问题,如雨水径流水质污染严重、径流总量和峰值流量急剧上升、径流峰值比降雨峰值的延迟时间逐渐缩短等。低影响开发(Low Impact Development,LID)是一项旨在减小这种变化、恢复自然水文循环过程的新兴土地开发利用理念,对于促进区域良性水文循环具有重要意义。生物滞留措施被证明是行之有效的LID措施之一,可以减轻径流污染、减少地表径流总量和峰值流量、缓解径流热污染、减轻土地开发对区域水文循环的影响。本文模拟了生物滞留设施对径流水质改善、水量削减、温度削减和蒸发蒸腾的实验,并运用暴雨管理模型(Stormwater Management Model,SWMM)对区域内生物滞留设施的水文效应进行模拟,结合实验所得结果,对生物滞留设施的碳减排能力进行分析,并基于上述分析,探讨生物滞留设施的生态水文效应。本研究主要内容及结论如下:(1)生物滞留单元对径流水质控制效果研究生物滞留设施可有效去除径流中的多种污染物,是一种有效缓解水环境问题的工程措施。生物滞留单元对化学总需氧量(COD)、总磷(TP)、氨氮(NH4+-N)的去除效果均较好,而对总氮(TN)、硝氮(NO3--N)的去除效果较差。生物滞留单元对锌(Zn)的去除率及其去除效果的稳定性均优于其他四种重金属,对铜(Cu)、铅(Pb)和铬(Cr)的去除率较高且较稳定,而对镉(Cd)的去除率较低且不稳定。生物滞留单元除了对萘的去除效果较差外,对于其他多环芳烃的去除率均在60%以上,其中,芴、菲、蒽、荧蒽、屈、苯并[ghi]芘的去除率相对较稳定。细沙对污染物的去除效果优于其他介质。(2)生物滞留单元对径流水量控制效果研究不同介质深度的生物滞留单元对不同重现期下的降雨径流总量、峰值流量及峰值延迟时间的控制有明显效果,且对峰值流量的削减效果较好,对径流总量的削减效果较差,削减率均低于40%。同一重现期下,总量削减率随着介质深度的增加而增加,峰值削减率随着介质深度的增加无明显变化,峰值延迟时间在较小重现期下随介质深度增加而增加,在较大重现期下随介质深度增加变化不明显。当降雨重现期小于三年时,生物滞留单元对径流可以实现较好的控制;当降雨重现期大于等于三年时,生物滞留单元开始出现溢流,且重现期越大,溢流量占径流总量的比例越大,因此控制重现期大于等于三年的降雨事件,不能完全依靠生物滞留单元的控制,需要其他调蓄设施的辅助。同一介质深度条件下,径流总量削减率随重现期增大而增大,峰值削减率随重现期增大而减小,峰值延迟时间随重现期增大而减小。细沙对降雨径流的控制效果较好。(3)生物滞留单元对缓解径流热污染、促进蒸发蒸腾及碳减排的贡献当径流温度在20~35℃之间时,生物滞留单元的出水温度维持在14~18℃。生物滞留单元对径流温度有明显的控制效果,且随着介质深度的增加,生物滞留单元对温度的控制效果越明显;进水温度越高,滞留单元对温度的削减幅度越大。生物滞留单元表层土壤在温室条件下24h湿度变化明显,且每隔24h总质量减少明显,即生物滞留单元可以增加区域蒸发蒸腾量。从径流水质净化角度分析,每平方米生物滞留单元一年平均可减少甲烷排放量约0.14kg。从径流水量控制角度分析,每平方米生物滞留单元一年平均可减少二氧化碳排放量约0.81kg。细沙的碳减排效益优于其他介质。(4)生物滞留单元的生态水文效益分析生物滞留单元可以较好促进区域水量平衡、热量平衡,具有可观的经济效益,对于恢复已开发区域的生态水文平衡有一定的贡献。