近年来,我国城镇化率不断攀升,人类生产活动造成的污染物也连年增长,同时不透水地面的面积与比例在城市中不断上升,由雨水冲刷地表导致的城市面源污染的危害正在不断的展现出来,现已成为威胁城市水体健康的主要因素之一。本研究围绕城市道路雨水径流污染问题,构建以生态沟渠和垂直流人工湿地为组合的系统。通过对比不同运行条件下聚乙烯（PE）塑料填料生态沟渠与矿物组合填料生态沟渠处理道路径流的效果差异,结合微生物特征分析两组生态沟渠去除机理。考察水力停留时间（HRT）与碳氮比（C/N）两因素及其交互作用下,对复合垂直流人工湿地脱氮效率的影响,同时分析污水在湿地内部沿水流路径浓度变化规律。分析生态沟渠-人工湿地组合系统在不同工况下运行效果,考察运行间隔时间对系统净化效果的影响,对比生态沟渠、人工湿地独立运行与组合系统串联运行三种运行方式下出水水质的差异,分析生态沟渠与人工湿地各自在系统中承担的作用。本研究得出以下结论:（1）PE生态沟对各污染物的去除率范围在30.96%～70.35%之间,组合填料沟对各污染物的去除率范围为21.93%～66.40%之间。对于COD、NO3--N、NH4+-N和TN的去除效果,PE生态沟污染物去除效果明显好于组合填料沟。通过模拟不同水力负荷与污染负荷下,两组生态沟渠对模拟道路径流的处理效果,两组生态沟渠均随着水力负荷的增大对各污染物去除效果降低;随着污染负荷的增加,两组生态沟渠对污染物的去除负荷线性增加,两组生态沟对COD、NH4+-N、TN和TP去除负荷最高分别为255.56 g/（m2·d）、5.27 g/（m2·d）、7.49 g/（m2·d）、0.99 g/（m2·d）。（2）延长HRT可以提高人工湿地对各污染物的去除效果,当C/N=10、HRT为12h时,湿地对NO3--N的平均去除率达到98.24%,之后再增加C/N或HRT对NO3--N的去除率无显著性影响。随着C/N的增加,湿地对NH4+-N的去除率显著降低。C/N从5增加到10时,NO3--N去除率显著增加,而C/N从10增加到20,对NO3--N的去除率无显著性影响。随着C/N的增加,湿地对TN的去除率表现为先升高后降低的趋势,C/N为10时脱氮效果最佳。高C/N时,延长湿地HRT对NH4+-N、TN的去除率增长幅度较小。（3）优选PE生态沟渠作为组合系统所用沟渠,通过在生态沟渠与人工湿地之间设置蓄水池以调节人工湿地HRT,形成生态沟渠-人工湿地组合系统。考虑不同降雨强度的影响,试验设计五种运行工况,在试验设计五种工况下系统对COD、NH4+-N、NO3--N、TN和TP的去除率为87%～95%、68%～86%、91%～99%、74%～87%、70%～82%,对径流污染物表现出较好的削减效果。在综合污染指数评价下B、C、D、E组出水可到达地表Ⅳ类水标准,A组出水TN浓度为2.63 mg/L,略高于地表Ⅴ类水标准。（4）考虑存在长时间不降雨的实际情况,设置3天、一周、三周的系统运行间隔时间,试验结果表明运行间隔时间对组合系统处理径流效果影响较为明显,主要体现为PE沟随着运行间隔时间的增长对径流污染的处理效果变差。由于生态沟渠中内生长一定数量藻类,且残留部分落叶,在淹水期存在部分藻类的死亡与落叶一同析出氮磷,同时淹水期沟渠底部溶解氧不足,聚磷菌厌氧释磷。导致长期淹水状态下,沟渠水体内有机物与氮磷含量增加。（5）对比生态沟渠、人工湿地独立运行与组合系统串联运行三种运行方式下出水水质的差异,发现对于NH4+-N的净化效果,生态沟渠要好于复合垂直流人工湿地,TN的净化效果复合垂直流人工湿地明显好于生态沟渠,其原因是湿地对NO3--N去除能力较强。由于C/N较高与溶解氧不足,硝化作用阶段是限制湿地脱氮效果的关键步骤。在组合系统中,经过生态沟渠对污染物的削减,各污染物的浓度降低,平均C/N从20.5降低到13.4,平均NH4+-N/TN从0.6降低到0.5,为后续复合垂直流人工湿地脱氮创造有利条件。