水平潜流人工湿地对污废水有较好的处理效果,湿地内水力特性及其运行参数对其处理效果有较大影响。然而,其设计长期以来依赖经验公式,直到现在其主要设计参数依然是表面负荷与水力负荷。这个研究的主要目的是建立水平潜流人工湿地水力模型,理解湿地内部各处的水力特性及优化湿地结构参数,在此基础上构建湿地水质处理数学模型。模型建立在3组具有相同表面积的潜流人工湿地上;它们的长宽比分别为1:1、1.5:1和2:1;每一组湿地总颗粒粒径分为粗砂(D60=10mm)和细沙(D60=3.5mm);所有模拟对象的初始水深设置为0.5m,水力负荷为36mm/d。借助计算流体动力学CFD模拟技术实现了湿地水力模型和水质模型的数学求解,所得模拟数值与实测实验数值基本吻合,验证了人工湿地中多孔介质模型和水质模型的正确性。运用校正过的水力数学模型预测了湿地表面长宽比、水力负荷和水力传导度对湿地水力停留分布密度RTD函数的影响,并计算人工湿地水力效率。结果表明:长宽比和水力传导度对湿地水力效率影响较大,水力效率随着长宽比的增大而增大,随着水力传导度的增大而减小,且水力传导度间接反映颗粒粒径对水力效率的影响,较大的长宽比和更细的颗粒粒径可降低湿地系统内部水力扩散而使其水力较优。水力负荷对水力效率影响不大,却影响RTD曲线的形状,使湿地水力停留时间改变较大。将校正过的湿地水质处理数学模型运用于类似的水平潜流人工湿地中,结果表明:湿地污水入口端异养微生物浓度较大,微生物在此处富集,此段有机污染物COD去除占比最高;湿地不同深度处水质处理效果差异显著,随着深度的增加,水质变差,溶解氧在湿地垂直方向的浓度分布或许是造成湿地表层相对于底部处理效果好的原因;随着水力负荷的增大,水力停留时间减小,水质处理效果相对变差,对于所模拟的人工湿地,当水力负荷小于40mm/d时,能达到国家一级排放标准。