本研究针对以北运河（天津段）为代表的北方农村地区河流水环境面临的村镇非点源污染突出等问题,结合流域治理规划思路,开展了村镇坑塘调研和坑塘非点源污染治理技术开发,以期为北运河（天津段）流域水环境改善提供技术支撑。通过对研究区的景观格局的实地调研与分析,明确了区域内坑塘、沟渠及相关斑块类型的空间分布特征,发现坑塘是非点源污染的主要节点。在此基础上,通过现场调研与监测,分析了典型村镇坑塘的水环境现状。根据调查结果,结合技术经济现状,提出了滤池-塘湿地强化技术,并进行了滤料选择、优化实验,确定了滤料的配比,研究了滤池-塘湿地对污染物的去除效果。并使用QUAL2K模型模拟了坑塘湿地等优化措施对北运河入河污染物削减贡献。论文主要结论如下:（1）研究区域内共14种斑块类型,各类型斑块分布结构较紧凑,形状相对简单,河渠的形状稍复杂。水库坑塘与旱地的比例约为9:1,符合传统水塘分布比例。旱地、农村居民点和水库坑塘是三种主要的土地利用类型,也是边缘效应显著的三种斑块类型,这几种斑块的开放性较强,人类活动较频繁。且与河渠和湖泊斑块有较多的物质能量流动。水库坑塘、河渠和旱地斑块的空间连接性好。（2）研究区域坑塘与沟渠的位置关系类型主要有4类,据此选取了6个与北运河关系紧密的典型村镇坑塘开展水环境调研,发现水质最差月份为冬季11月与夏季7月。其中最具有代表性的坑塘是大王村坑塘。调查表明,代表性塘植物多样性、奇异度高,有一定自养能力但受人为干扰水质波动多,属富营养化水体。周边径流污染物分析表明以SS为去处对象的预沉淀对COD、TP、NH₃-N等污染物也有较好的去除作用。（3）在坑塘湿地优化实验中,滤料吸附实验结果显示粉煤灰、钢渣、无烟煤对TP去除率均较高,对COD去除率一般,对NH₃-N和TN的去除率较差。其中粉煤灰会使出水呈偏碱性;而无烟煤会使出水呈弱酸性。经过优化实验,将粉煤灰、钢渣和无烟煤以1:1:2的比例搭配使用。降雨试验表明,塘湿地SS去除率72.3%,TN去除率约42.49%,TP去除率约43.64%,NH₃-N去除率约46.78%,p H满足农田灌溉水标准。（4）QUAL2K模型对河流改善措施模拟结果显示,坑塘-沟渠湿地对河流污染负荷削减有一定贡献,对NH3-N去除效果优于磷酸盐。与其他改善措施一起可使北运河（天津段）河道全段水质优于V类标准。