沙河水库是北运河上游的关键节点,根据北京市地表水功能区划分,北运河上游为景观水体,水质应达到《我国地表水环境质量标准》（GB3838-2002）IV类水标准。然而现阶段沙河水库水环境质量不容乐观,亟需开展沙河水库水环境质量改善与水生态功能的提升,这对北运河生态廊道的构建具有重要意义。本文通过对沙河水库的水质进行调查,建立了基于该水质特点的生态处理系统,研究了其净水效能和净水机理,并经行了现场试验。本研究首先于2018年3月至2019年11月开展了沙河水库水质的连续监测。监测结果表明,沙河水库主要水质指标COD、BOD₅、TN和TP分别为32.53 mg/L、8.71 mg/L、6.97 mg/L和0.25 mg/L,不能达到地表IV类水的标准。由于受底泥污染物释放及溢流污染等因素的影响,各污染指标呈现出典型的季节性变化规律。有机污染物呈现出春夏季高,秋季低的特征,TP浓度整体呈现出明显的“倒V型”变化趋势,TN呈现出显著的“V”型变化趋势。夏季（汛期）库区氮素污染主要以NH₃-N为主,其它季节（春季、秋季）氮素污染主要以NO₃^--N为主,沙河水库为典型的低C/N闸坝型水库水体,TN、TP为主要的污染因子。在识别沙河水库水质污染特征的基础上,构建了以人工湿地为核心的低C/N水体生态净化系统,具体工艺流程为“释碳塘-水平潜流人工湿地-沉水植物塘”。释碳塘内放置具有夹心结构的“释碳床”,由木条、砾石和玉米芯构成,床体中具有释碳能力的物质为玉米芯,其COD释放速率为0.75 mg/g·d。利用所构建的生态净化系统对库区水体进行水质提升,研究了该系统在不同运行阶段的净水效能。结果表明,系统在添加释碳床运行阶段,生态净化出水COD、TN和TP的出水浓度分别为18.46 mg/L、1.41 mg/L和0.04 mg/L,平均去除率分别为23%、81%和92%,达标率分别为99%、73%和100%。进入深秋后系统出水TN不达标,主要是由于反硝化细菌活性及植物长势受气温降低影响所致。各净化单元中,水平潜流人工湿地对于TN和TP的去除贡献高于释碳塘及沉水植物塘,分别为43%和40%,是营养物质去除的核心单元。通过高通量测序技术,对生态净化系统各单元及释碳床内部微生物群落结构进行分析。结果表明,生态净化系统各单元细菌群落结构比较丰富。门级水平主要包括变形菌门、放线菌门及绿弯菌门等优势菌门,属级水平主要包括节杆菌属、芽孢杆菌属和假单胞菌属等优势菌属,这些菌门（属）多与脱氮除磷相关。其中,处于试验中期的人工湿地单元,其内部与脱氮除磷相关菌属相对丰度最高（27.75%）。释碳床内部的细菌群落在门级水平主要包括变形菌门、拟杆菌门及厚壁菌门等,属级水平主要包括嗜氢菌属、固氮螺菌属和梭菌属等,其群落结构随实验的不断进行,从以脱氮除磷相关的菌门（菌属）不断向以纤维素降解相关的菌门（菌属）过渡。基于小试研究结果,在沙河水库北岸设计并建设了处理量为1.5 m³/d的现场试验,阶段性运行结果（2019年10月9日-11月12日）表明,现场试验出水COD、TN和TP的出水浓度分别为42.27 mg/L,6.76 mg/L和0.21 mg/L,对于污染指标的平均去除率分别为36%,23%和57%,并不能达到地表IV的标准,主要是由于冬季湿地植物凋落及微生物活性降低导致系统净化效果受到影响,后续还将继续开展现场试验的相关研究。