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水资源短缺和水环境污染是中国北方的主要环境问题之一,南水北调工程是改善水环境质量、保障饮水安全的重要措施。表面流人工湿地技术适合于深度净化污染河水,是保障南水北调工程输水水质的有效措施。本研究以工程沿线典型河流——新薛河为研究对象,通过表面流人工湿地小试试验和工程应用,研究了该技术对污染河水的长期水质净化效果、影响因素及去除机理,为表面流人工湿地水质净化技术广泛应用于污染河流的水质净化提供技术支持。表面流人工湿地系统的长期运行效果良好,对COD、氨氮的平均去除率稳定在70%以上；不同月份湿地系统出水COD、氨氮平均浓度分别在10.72-19.34mg/L和0.18-0.90 mg/L之间,基本达到了地表三类水标准。人工湿地系统对TN、TP的平均去除率稳定在30-70%之间。植物、水力停留时间、季节变化和植物收割对人工湿地系统的水质净化效果有一定的影响。植物对系统TN和TP的去除有促进作用,但植物间差异不大；水力停留时间的延长有利提高系统的净化效果。春、夏季人工湿地系统净化效果好于秋、冬季；不同季节人工湿地系统COD、氨氮一级动力学方程的去除速率常数分别为0.07-0.90 d-1和0.03-0.30d-1。不同植物其生物量差异较大,11月份植物生物量达到最大值,在0.5459-1.6841kg/m2之间,其中,鸢尾>水葱>香蒲>芦苇。四种植物的氮最大吸收量在8.46-30.98 g/m2之间；磷最大吸收量在0.46-2.13g/m2之间。不同植物对氮、磷去除的贡献率也有所不同,且差异较大。不同植物对系统中氮、磷去除的贡献率分别为在14.29-51.89%和10.76-34.17%,其中,鸢尾>水葱>香蒲>芦苇。在试验条件下,基质吸附和植物吸收作用是湿地脱氮的主要途径,其次是微生物的硝化反硝化作用。其中,植物吸收约占系统进水氮负荷的8.40-34.33%,基质蓄积约占20.59-34.47%,硝化反硝化释放的N20约占0.6-1.94%,其他形式约占2.0-23.57%。而基质吸附、蓄积作用是湿地系统去除污水中磷的主要途径,通过植物吸收也可去除部分磷。其中,植物吸收约占系统进水磷负荷的4.81-22.33%,基质蓄积约占36.16～41.13%,其他形式约占0.26-4.13%。基于上述研究,在新薛河建立了人工湿地示范工程,工程净化入湖河水效果良好,出水COD和氨氮基本能达到国家地表三类水标准,能满足南水北调东线工程水质保障要求。同时,示范工程的建成和运行产生了显著的生态效益和社会经济效益。