当前,人工湿地技术作为一种能够高效去除多种污染物的水污染治理方法,迅速成为水环境工作者研究的热点问题,在实际工作中也得到了广泛应用,但水力学参数通常基于过去的工程经验,不可避免地存在滞留和短流现象,使净化效果和水处理效率大大降低。研究人工湿地的水力条件可以为人工湿地的工艺设计参数提供参考和依据,并确保其发挥高效的去污和净化功能,这对于该技术的深入开发和应用至关重要。本文设计并建设了一处小型人工湿地实验场,进行不同水力条件下人工湿地对有机物、氮和磷的去除效果实验和NaCl脉冲示踪实验,在实验研究的基础上,利用计算流体力学(CFD)技术构建上下折流式潜流人工湿地系统二维简化水动力模型,分析挡板设置和基质铺设方式对系统水力性能的影响。主要结论如下:(1)总体上垂直流人工湿地拥有更高的污染物去除率,各类型人工湿地增大水力停留时间和减小水力负荷都能在一定程度提高去除率,而挡板只有在相对适中的水力停留时间和水力负荷条件下增设才能够发挥提高去除率的作用。(2)实测六种类型人工湿地TN、TP和COD的去除率分别在水力停留时间为72h、48h和48h时达到最大,NH3-N较为复杂,其中垂直下行人工湿地NH3-N的去除率与水力停留时间无明显规律,水平潜流和垂直上行人工湿地在水力停留时间为24h时达到最大值,表面流、含挡板表面流、含挡板水平潜流人工湿地在水力停留时间为48h时达到最大值。六种类型人工湿地水力负荷为15cm/d时COD的去除率达到最大值,5cm/d时TN、TP、NH3-N的去除率达到最大值。(3)六种类型人工湿地中含挡板水平潜流人工湿地水力学参数表现最为优秀,示踪剂回收率达到43.67%,水力效率达到0.81。挡板的增加减缓了流速,平均停留时间和峰值时间增大,使短流现象得到改善,虽然会新增一定程度的死区,但内部水流在水平折流和上下折流中流速增大,可以很好地避免因复杂的流动状态而导致的滞留现象,从而提高了水力效率。(4)实测得到的RTD曲线转化为基于体积流量的无量纲时间变量后与CSTRs+PFD并联模型进行拟合,得到6块小型人工湿地各自的参数取值,拟合曲线的倾斜度、峰值时间、平均停留时间等与实测值具有较好的匹配度,模型取得较好的拟合效果。(5)挡板的数量对人工湿地水力效率的影响并不明显,第一块挡板位于基质底部的模型水力效率大于第一块挡板位于基质顶部的模型,并且随着挡板数量的增加变得更加明显;在基质层铺设方式上,增大中层基质厚度,上层小孔隙度基质区域引起的低流速现象和下层基质的快速出流现象能够得到一定的改善,增加了中间基质层的利用率,水力效率因此增大。