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近些年我国城市化迅速发展,水污染状况却日益严重。随着点源污染逐渐被控制,非点源污染的危害变得尤为显著。非点源污染—如城市面源污染、农业面源污染、大气沉降等比点源污染更复杂因此更难控制和治理。城市地表径流是影响城市水环境质量的重要污染源,降雨径流污染的威胁日益严重。本论文研究内容为国家重大水专项课题“城市黑臭河道外源阻断、工程修复与原位多级生态净化关键技术研究与示范”(2009ZX07317-006)、国家自然科学基金“沿海城市河岸带氮素截留效率和转化机制研究”(40971259)和上海市优秀学科带头人计划“城市河岸带对面源营养盐的生态阻控机理研究”(10XD1401600)的重要组成部分。本研究选择温州市区两个采样区共计8场次降雨事件中、6种类型下垫面的降雨径流为研究对象,研究其中溶解态氮素(总溶解态氮(TDN)、铵氮(NH4+)、硝酸盐氮(NO3-)、亚硝酸盐氮(NO2-)的含量,分别选取降雨事件平均浓度(EMC)、降雨径流中溶解态氮浓度变化、形态变化和初期冲刷效应作为分析指标来考察溶解态氮素排放特征,探讨降雨特征(如雨前干期、降雨强度、降雨量、降雨历时等)和不同下垫面类型对于降雨径流中溶解态氮素污染特征的影响。另外,为了同步实现中心城区分散面源污染阻控和滨岸带生态修复,针对温州市区内河道两侧直立混凝土护岸形式以及城市雨污排水口嵌于直立岸带上的情况,提出一种可安置在排水口之下的净水型护岸结构,即生态箱净水系统,通过配置人工降雨径流,在不同季节、不同水力停留时间条件下,监测该生态箱对高、低两种浓度水平的人工降雨径流的净化效果。对获得的研究数据进行整理与分析,主要得到以下结论：(1)温州城市降雨径流中TDN、NH4+、NO3-和NO2-的EMC值分别介于0.75～11.84mg N·L-1、0.40～5.55mg N·L-1.0.01～4.70mg N·L-l和0～0.87mg N·L-1之间。各下垫面径流中TDN、NH4+的EMC值均超过国家地表水V类标准,未达到污水综合排放标准中的二级标准。交通干道是TDN、NH4+污染比较严重区域,以往易被忽视的居民生活区内小区路面和屋面径流产生的氮污染比较严重,多次降雨事件中地表径流的TDN和NH4+的EMC都超过地表水V类标准。城市地表降雨径流中不同形态氮的含量是由下垫面性质与降雨性质等共同决定的。影响径流中TDN、NH4+N03-和NO2-的EMC值大小的降雨特征主要是降雨量、平均雨强、降雨历时和雨前干期。(2)各下垫面的径流过程线基本上都滞后于降雨过程线。径流中TDN和NH4+浓度变化曲线比较相似,在雨型为中雨、大雨、暴雨时,初期径流中污染物浓度高于后期径流中污染物浓度,随降雨时间的延长浓度逐渐下降。N03-和NO2-浓度的变化特征不同于TDN和NH4+,在雨型为小雨或后期雨强较小的降雨场次中,部分下垫面径流中N03-和NO2-浓度出现逐渐升高的趋势。(3)将山下河区域和九山外河区域相同下垫面作对比,两地交通干道和小区路面径流中溶解态氮赋存形态均以NH4+为主；九山外河停车场径流中溶解态氮形态以NH4+为主,而山下河停车场以DON为主；九山外河小区屋面以NH4+为主,山下河小区屋面则以N03-为主,当雨型为大雨或者暴雨,屋面径流中溶解态氮赋存形态都以DON为主。在研究中还观测到,随着降雨历时延长或是停滞一段时间再产流,径流中N03-比例都有所上升,这是因为径流与地表作用时间的增长,水体的复氧速率逐渐提高,氨化与硝化作用得以持续的进行,产生大量N03-。(4)通过Geiger定义的无量纲的M(V)曲线的发散程度来判别是否发生氮素的初期冲刷效应,多数下垫面出现过TDN和NH4+的初期冲刷效应,相比之下NH4+的初期冲刷效应更为普遍,径流中基本不存在N03-的初期冲刷效应。根据M(V)曲线判定的出现了比较明显氮初期冲刷效应的下垫面径流,其FF30值均大于40%。对比同种下垫面径流中TDN、NH4+、N03-的FF30值,FF30值大小为:NH4+>TDN> NO3-。NH4+的初期冲刷强度与降雨量、径流量、平均雨强、最大雨强呈正相关关系,TDN和NO3-的初期冲刷强度与雨前干期呈正相关。(5)在构建生态箱系统之前,对备选的普通陶粒和生物页岩陶粒进行对磷的吸附性能研究,结果表明,两种填料对磷的等温吸附均符合Langmuir方程及Freundlich方程,曲线拟合的R2在0.90以上。通过Langmuir方程计算出普通陶粒和生物页岩陶粒对磷的理论最大静态吸附量分别为123mg·kg-1和147mg·kg-1.从两种方程式中的a值和b值来看,普通陶粒比生物页岩陶粒对磷的吸附能力更好,因此选择普通陶粒作为生态箱中填料。(6)为了同步实现中心城区分散面源污染阻控和滨岸带生态修复,设计可适用于直立挡土墙护岸形式的生态箱净水系统。生态箱稳定运行之后,开始进行模拟实验,结果表明：夏季生态箱对污水的处理效果最佳,随着水力停留时间的延长,生态箱对各种污染物去除率逐渐增大。计算单层生态箱对NH4+、N03-、P043-和CODcr的去除能力,分别为2.07-2.61gN·m-2·d-1、0.13-2.18gN·m-2·d-1、3.37～5.99g P·m-2·d-1、60.05～93.24g·m-2·d-1。