因用水需求增加所导致的地下水超采问题与因极端降雨导致的城市内涝问题已形成鲜明对比,二者之间矛盾日渐突出。如何有效利用冗余城市雨洪水人工回灌补给地下水,近年来受到越来越多的关注。然而,在实际人工回灌工程中,由于介质堵塞而导致回灌效率极大降低甚至报废的案例频繁发生。生物堵塞是介质堵塞的一种主要类型,其堵塞物质以微生物生长及其分泌的胞外聚合物（EPS）为主。但现有研究关于生物堵塞的研究主要关注的是饱和渗流且营养充足的单一微生物堵塞的发展过程,对于营养物质含量低的城市雨洪水且通常为变饱和入渗补给条件的情况,介质内微生物及其EPS累积和迁移特征仍不明晰,其生物堵塞的形成与演变规律尚有待进一步研究。因此本文针对雨洪水人工回灌特有的水动力和水环境条件,开展了系列渗流模拟试验,系统分析雨洪水渗流条件对微生物与EPS生长、形态、运移等特征的影响,进而明确多孔介质内部微生物堵塞形成发展的主控机制和影响因素,构建入渗剖面生物堵塞形成演变过程模型。本研究取的主要成果如下:1.雨洪水入渗补给过程中,介质垂向剖面水动力学条件、水化学环境和微生物组成三者呈现显著的协变演变规律。介质表层渗流状态逐渐随入渗由非饱和转变为饱和,但下部则因表层微生物生长而始终处于非饱和渗流状态,介质剖面整体渗透性变化趋势与微生物生长过程基本一致;入渗剖面p H分布因微生物生长而逐渐降低,并在微生物生长达到稳定、介质渗透性不再降低后也逐渐趋于稳定;整个回灌过程中介质内部始终处于氧化环境;微生物在近地表、近地下水面处会大量富集,回灌后近地表内微生物的群落丰富度和群落多样性显著降低,且其优势菌属与下层存在着明显差异。2.回灌水源营养物质含量及温度均会对堵塞的发展产生影响。寡营养环境中,微生物形成的生物膜量均较低,且主要为细菌菌体,EPS含量极低;低温度会一定程度延缓微生物的生长且可降低某单一细菌的生物量,但对混合菌体的总生物量基本不会造成影响,而且相同生物量中低温条件下EPS分泌更多。所以,生物堵塞需以混合菌体系的生长过程作为评估对象,靠单一模式微生物的发展情况可能会显著低估微生物作用下的堵塞程度,且低温的预估误差更大。3.非饱和渗流条件会显著影响微生物分泌的EPS形态及其组分含量。在形态上,非饱和渗流条件会导致EPS发生卷曲,促使生物膜在介质表面分布不均,且相对含水率越低,EPS卷曲和生物膜团聚现象越明显;在成分和含量上,非饱和渗流条件会促使微生物分泌更多EPS,且EPS中LB-EPS和多糖含量均显著增加,生物堵塞程度更为严重。4.非饱和渗流条件下微生物堵塞物在多孔介质内的迁移沉积受介质含水率、酸碱环境条件、回灌水离子强度和回灌入渗速度的控制。当介质含水率降低、介质内p H下降、入渗水离子强度增加或流速降低时,微生物迁移均会变慢,在介质上的沉积增加且层间沉积非均匀程度降低。5.微生物及其EPS在介质内的累积会在宏观上影响介质渗水性、水分吸持能力和溶质弥散能力。菌体大量增殖期,介质渗水性降低,溶质运移以对流作用为主导;之后,微生物分泌EPS阶段,介质渗水性降低加快,水分吸持能力逐渐增加,溶质运移也会逐渐以弥散作用为主导。6.构建了入渗剖面上微生物堵塞形成演变模型,识别了不同位置微生物堵塞的主控机制。近表层,生物堵塞主要为菌体累积作用导致,主要受营养物质的影响,演变主要包括四个阶段:菌体作用下快速发展阶段、菌体与EPS作用下加速发展阶段、EPS作用下缓慢发展阶段及堵塞稳定阶段;下部变饱和渗流区域以及靠近地下水面区域,生物堵塞主要为EPS作用,主要受到非饱和渗流作用的影响,生物堵塞演变主要包括两个阶段:EPS作用阶段和EPS与菌体共同作用阶段。