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生物滞留设施作为海绵城市建设中必不可少的系统,能有效削减雨水径流水量并净化雨水径流污染物,填料在生物滞留设施对雨水调控中扮演着重要的角色,国内外对生物滞留的填料改良研究已经兴起,但对于生物滞留设施的参数优化研究很少,此外,鲜有利用生物炭这一废物利用型材料来对生物滞留设施的填料进行改良的研究。本研究利用玉米秸秆制备了 12种秸秆生物炭CSC,选择其中一种秸秆生物炭作为生物滞留设施的改良填料,以5%的质量比加入传统的生物滞留设施填料BSM(Bioretention Soil Media,BSM)中,搭建了 BSM、BSM+5%WTR(Water treatment residues,给水厂污泥)(w/w)以及BSM+5%CSC(w/w)三根小试规模的土柱,进行了 8场模拟降雨试验,通过对其水量、水质的监测,分析了其对雨水径流的调控效果。根据试验数据对DRAINMOD模型进行率定验证,并设置不同情景进行模拟,以明确不同因素如汇流比、氮素进水浓度、蓄水层高度、填料层厚度以及淹没区深度对其调控效果的影响。利用响应面法对生物滞留设施的设计参数进行了优化,以期为生物滞留设施的建设提供参考。研究取得的主要结论有:(1)随着制备温度由400℃增至600℃,秸秆生物炭的灰分由19.45%增至26.74%,有机碳含量由7.89%降至7.25%,阳离子交换量由120.96 cmol/kg升至127.53 cmol/kg,比表面积由5.32 m2/g升至217.36 m2/g。其阳离子交换量和比表面积普遍高于常见的生物滞留设施改良填料。对三种理化性质表现较好的生物炭进行等温吸附实验,理论饱和吸附量由大到小排序为 CSC600-2>CSC600-1>CSC600-0.5。(2)通过8场模拟降雨试验,发现BSM的峰值流量削减效果不稳定,BSM+5%CSC的峰值流量削减率效果较稳定,均在74%以上。BSM+5%WTR对雨水径流的洪峰滞后效果较好,高于BSM的生物滞留设施。BSM+5%WTR和BSM+5%CSC在8场模拟降水试验中的洪峰时间都滞后了 40min以上。(3)对三根土柱在8场模拟降雨试验中的水质检测,BSM+5%CSC对COD的负荷削减率范围是77.79%～94.51%,平均值为86.96%;对TN的负荷削减率范围是78.57%～92.31%,平均值为86.76%;对TP的负荷削减率范围是89.37%～98.63%,平均值为95.11%;对NH4-N的负荷削减率范围是87.71%～97.86%,平均值为94.24%;对NO3-N的负荷削减率范围是70.55%～90.71%,平均值为82.08%。(4)通过对不同情景的模拟发现,氮素进水浓度越低,去除效果越好,氨氮负荷削减率提高显著;随着汇流比的增大,生物滞留设施填料滞留量不变,水量削减效果和氮素削减效果均有减弱;随着蓄水层深度的增加,水量削减率和氮素负荷削减率均呈现增加趋势。增加填料层厚度,水量削减率由60.54%增大到67.16%,硝氮负荷削减率增加了 4.97%,氨氮负荷削减率增加了 0.52%;在一定范围内设置淹没区可增强硝氮的去除效果,氨氮去除效果也有所增加,但淹没区太高会影响氨氮的硝化去除,氨氮负荷削减率降低,硝氮去除效果也增加缓慢。(5)对生物滞留设施的参数进行优化设计,当仅考虑氮素削减效果最优时,要使氮素去除率高,就需要加深淹没区深度;同时考虑水量和氮素调控效果,淹没区厚度占设施总厚度的比例没有氮素调控效果最优时的比例高。仅考虑氮素调控效果最优时,优化的硝氮削减率在80%-94%之间,氨氮负荷削减率可达100%;同时考虑水量和氮素调控效果最优时,优化的水量削减率在60%-70%之间,硝氮负荷削减在80%-90%之间,氨氮的负荷削减率在75%～100%之间。此结果可为生物炭改良填料的生物滞留设施的建设提供参考。(6)对BSM+10%WTR和BSM这两种改良填料填充的雨水花园进行实际降雨监测,BSM为填料的雨水花园水量削减率为38.1～68.6%(中值=53.4%),以BSM+10%WTR为填料的雨水花园水量削减率为56.5～88.1%(中值=72.8%),以BSM+10%WTR为填料的雨水花园污染物浓度去除率比以BSM为填料的雨水花园提高了 6.2%～36.4%,负荷削减率比以BSM为填料的雨水花园提高了 10.2%～23.4%。当仅考虑吸附机制,以NH3-N为目标污染物时,BSM+10%WTR、BSM和BSM+5%CSC的雨水花园的运行寿命分别为39.6年、27.6 年和 857.6 年;以 NO3-N 为目标污染物时,BSM+10%WTR、BSM 和 BSM+5%CSC的雨水花园的运行寿命分别为3.5年、2.5年和48.4年。