表面流人工湿地因其造价较低、维护简单、适用性强等特点,被广泛应用于农村等欠发达地区的农业污水处理及水环境修复,但其运行效果受到多种设计参数和环境因素的影响,缺乏准确的预测手段,在实际工程应用中难以规范化。因此,需要探究表面流人工湿地水力性能和净化效果的变化规律及其相关关系,进一步分析污染物在湿地系统内的反应过程。本文以正交设计为基础,于武汉大学灌排试验场开展了不同设计因素水平下表面流人工湿地示踪试验及养分运移试验,通过对试验结果的分析,得到了表面流人工湿地的主要设计参数及不同指标之间的相关关系,刻画了氮素的主要去除路径,验证了不同污染物去除动力学模型用于预测污染物去除效果的准确性,可为表面流人工湿地的优化设计提供理论及技术支撑。主要研究结果如下:（1）水深和流量是影响水力性能指标的重要因素。低水位和高流量条件下水力性能有更好的表现;植物类型对各类水力性能均有较明显影响,试验所选取的三种不同类型水生植物中,菖蒲对水力性能指标的改善效果最佳;渗漏因素影响不大。根据正交试验极差分析结果可以得出,表面流人工湿地水力性能最优因素水平组合为种植菖蒲,水深20 cm,无渗漏,流量1 L·s-1。（2）水深对总氮百分比去除率ηTN具有一定影响,流量对总磷面积负荷去除率NTP有一定影响,其余设计参数对于处理效果指标的影响不显著。在试验所选取的三种不同类型水生植物中,睡莲对污染物的净化效果优于苦草和菖蒲。湿地系统内合适的水力条件对生化反应具有促进作用,植物类型等设计因素可通过影响水力性能间接影响净化效果。（3）夏秋季节水力性能指标平均值差别很小,在相同设计参数组合下,不同季节湿地水力性能指标数据存在较好的一致性,水力性能指标对于季节变化的响应不敏感。夏秋季节的净化效果指标变化明显,不同湿地指标变化趋势基本一致,但TN和TP去除百分比由7月份的15.9%和23.4%下降至10月份的8.2%和10.2%,单位面积削减量也分别由1.489 g·m-2·d-1和0.489 g·m-2·d-1下降至0.727 g·m-2·d-1和0.222 g·m-2·d-1。秋季湿地去除能力明显低于夏季,主要原因为外界温度的变化和植物生长期的不同。（4）氮素迁移转化试验表明,表面流人工湿地中氮素的去除路径包括反硝化作用、土壤吸附作用、氨挥发和植物吸收等。其中,土壤吸附作用和氨挥发是湿地内氮素去除的主要形式,去除比例分别占到总削减量的34.17%和44.49%;反硝化作用占湿地除氮量的4.55%左右,占比偏小;植物吸收作用和其他未观测到的去除路径约占去除量的16.74%。（5）分别采用不同方法对TN和TP去除率常数进行计算,结果表明三种k值呈现出显著相关性,其中TIS-k值最高,其次为PFR-k,且二者相差不大,RTD-k值最小;通过三种不同污染物去除动力学模型对秋季试验出口数据进行模拟并与实测结果对比,得出不同模型对TN去除模拟结果平均误差分别为9.8%、10.6%和3.9%,对TP去除模拟结果的平均误差分别为20.8%、19.8%和7.2%;采用卷积积分计算所得不同湿地TN和TP出口浓度的误差范围在20%以内的比例分别占100%和85%以上,具有最为准确的模拟效果。原因为前两者都对湿地内水流流态做了理想化假设,而RTD曲线反映了实际的水流流动情况。