生物滞留池是一种重要的低影响开发措施,通过采用植物和自然土壤或人工填料共同作用达到区域雨水径流水量和水质的控制,是一种建设难度低、处理高效的雨洪管理设施。在我国大力推进海绵城市建设的背景下,生物滞留池的研究和应用越来受到重视。本文结合农业废弃物利用的背景,在通过实地取样对北碚区原始绿地土壤进行了海绵性能相关的基础性质试验研究的基础上,选取了几种生物炭和常用的改良材料河沙一起应用于改良土壤的蓄渗性质以用作滞留池填料,并就使用最佳改良填料的滞留池雨水径流水量控制性能、总体设计和设施参数优化设计等做了有益的探索,具体研究内容如下:(1)对北碚城区8个区域、24个取样点的不同用地类型、植被情况的绿地土壤进行取样分析,以此探究绿地原生土壤的海绵体性能。从取样土壤的参数分析来看,24个取样点中,83.3%的取样点土壤容重超过《绿化种植土壤》规定的小于1.35g/cm~3的限值,但仅有20.8%的取样点达到最低50%总孔隙度的限值,而各点的田间持水量差距较小,基本介于20%左右。另外对渗透系数的测定表明,79%的取样点能达到《建筑与小区雨水控制及利用工程技术规范》规定的滞留设施土壤渗透系数0.06cm/min的最低限值,然而渗透能力处于优等级的取样点仅占所有取样点数量的12.5%。总体来看,采样绿地土壤的性质受到用地类型、植被结构和人类活动等多重因素的影响,土壤压实较为严重,孔隙结构不良,渗透能力有待加强,难以直接用作海绵城市填料,仍然需要进一步人工改良。(2)通过设计4因素、3水平的正交试验,考察了不同种类、比例的生物炭以及河沙的加入对混合填料的渗透系数、饱和含水量的影响,发现生物炭和河沙的合理加入可以提升填料蓄水和渗水性能,这其中影响最大的是生物炭的加入占比。通过标准化处理方法,综合考虑材料的易得性和成本,最终从11种组合中选择采用4%稻壳炭+40%土壤+56%沙子的混合填料作为最优组合用于下一步研究,此时渗透系数为0.348 cm/min,是原土的17.4倍,远大于生物滞留设施土壤要求的最低限值0.06cm/min,饱和含水量为43%,在原土基础上蓄水能力能提升32.7%。(3)基于最优填料组合构建了2种填料结构的小型生物滞留池装置,对两装置分别进行2次重现期为2年,历时为120min的模拟降雨,考察添加内部蓄水层和二次降雨情况下对滞留池径流处理能力的影响。试验发现,相同填料厚度下,添加稻壳炭作为独立内部蓄水层有助于提升滞留池的雨水径流水量控制能力,第一次降雨条件下,添加蓄水层的滞留池2径流水量削减率为23.9%,是未添加内部蓄水层的滞留池1的1.7倍,而洪峰流量削减率基本持平;而二次降雨情况下,两个滞留池的雨水径流水量控制能力均出现明显下降,此时滞留池1有厚度更大的混合土壤填料层,具有更好的雨水控制能力,在径流雨水水量削减和洪峰流量削减上均优于滞留池2。最后通过对比实际试验和软件模拟的装置出水曲线,验证了使用SWMMH5.1进行单个生物滞留池水文模拟的可行性。(4)对生物滞留池的整体设计思路进行了简要总结,包括前期调查与勘测、选址、形态设计、规模计算和运行情况评估等一系列流程,然后基于SWMMH5.1和Design-Expert,介绍了基于响应面法的滞留池的结构参数响应面优化流程,最后简要分析了生物滞留池的建设成本和社会效益。