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快速城市化建设导致城市地表不透水率和地表径流显著增加,从而引发城市内涝、水污染和水资源短缺等一系列城市水问题。为解决这些问题,我国大力推行以低影响开发（LID）雨水系统构建为核心的“海绵城市”建设。但不同的LID措施具有不同的水文响应和水质处理特性,而且LID措施雨水径流控制能力与特定地区的自然地理条件密切相关。结合区域土壤类型和降雨特性等自然地理特征,进一步探究和完善LID技术体系,有助于推进我国海绵城市建设的可持续发展,实现LID措施在我国的本土化推广应用。因此,本文选择广州市作为典型研究区域,从中试试验、现场试验和现场监测等尺度探究下凹式绿地、透水铺装、绿色屋顶、生物滞留池和人工湿地等LID措施的雨水径流水质水量变化规律,并结合Hydrus-1D模型和SWMM模型系统地研究广州市赤红壤区域LID措施雨水径流水量和水质控制效应,研究得到的主要成果如下:（1）构建了下凹式绿地、透水铺装和绿色屋顶的中试试验装置,并利用人工模拟雨水径流或降雨进行LID措施的雨水径流控制效应中试试验研究。试验结果表明下凹式绿地的径流量削减率和径流污染物负荷去除率随降雨重现期增大而减小。不同植物层下凹式绿地对雨水径流水量削减能力排序为:大叶油草>马尼拉草>玉龙草>裸土,而径流污染物去除能力最好的是大叶油草。透水铺装的径流量削减率随着降雨强度增大而减小。透水铺装在小雨时对径流污染物的负荷去除率比大雨时高。绿色屋顶的径流量削减率随降雨强度增大而减小,不同基质层厚度的绿色屋顶对径流水量削减的能力为:70mm基质层>50mm基质层>30mm基质层。（2）构建了生物滞留池现场试验设施,并用于探究生物滞留池在不同降雨重现期、生物炭分布状态、淹没区高度和渗透条件等工况下的雨水径流控制效应,以评估和提升赤红壤地区生物滞留池的水文性能和径流污染物去除能力。试验结果表明,在生物滞留池种植土中掺入生物炭可以提高种植土的含水量提升能力和生物滞留池的径流污染物去除能力。不同生物炭分布状态下生物滞留池的径流量削减率和径流污染物负荷去除率的排序均为:生物炭与赤红壤均匀混合>生物炭与赤红壤层状分布>种植土中不含有生物炭;不同淹没区高度下径流量削减率、径流污染物（除COD外）的浓度去除率和负荷去除率的排序均为:40cm>20cm>0cm;不同渗透条件下,渗透型生物滞留池的径流量削减率和径流污染物负荷去除率平均值明显比防渗型生物滞留池在0cm淹没高度时的高,但增加防渗型生物滞留池的淹没区高度可以进一步缩小两者之间的差距。（3）选择广州市天河智慧城内的透水铺装、绿地和人工湿地开展长期现场监测,分析透水铺装和绿地的雨水径流水量水质控制效应,探究人工湿地在不同季节和降雨强度下的水质变化。监测数据分析表明,透水铺装和绿地的径流量削减率在趋势上随着降雨历时、降雨量和最大雨强增大而减小,随雨前干旱期增加而增大。雨前干旱期越久,透水铺装和绿地的雨水径流污染物浓度则越高。在不同季节下,人工湿地的综合水质标识指数均值大小排序为:冬季（5.98）>春季（4.67）>秋季（4.66）>夏季（4.26）。在不同降雨强度下,人工湿地的综合水质标识指数均值大小排序为:暴雨（5.09）>大雨（4.88）>小雨（4.50）>无雨（4.39）>中雨（3.95）。（4）基于试验装置、设施的结构参数及其填料性质,构建各项LID措施的Hydrus-1D模型,并利用试验观测数据率定和验证模型参数,从而探究LID单项措施在多种工况下的雨水径流控制效果和规律。模拟分析结果表明,防渗型生物滞留池的汇水面积比、蓄水层高度和种植土厚度与径流量削减率和径流污染物负荷去除率之间为正线性相关关系。渗透型生物滞留池的汇水面积比和蓄水层高度与径流量削减率之间为正线性相关关系,而种植土厚度与径流量削减率之间为负相关关系。下凹式绿地的汇水面积比、雨水口高度和种植土厚度与径流量削减率之间为正线性相关关系。对于透水铺装,降雨历时与径流量削减率之间为正线性相关关系,雨峰系数和径流量削减率之间为对数函数关系且为负相关关系,透水砖渗透系数和径流量削减率之间为正相关关系。（5）利用研究区域雨水径流水量水质监测数据对所构建SWMM模型进行参数率定与验证,并基于前期研究结果确定模型中LID措施参数,然后运用该SWMM模型探究LID组合措施在不同改造比例和衔接方案下的雨水径流控制效应。结果表明各项LID措施的径流量削减率和径流污染物负荷去除率随着改造比例的增加而增加。研究区域及两个地块在串联方案1和方案2下的径流量削减率、径流污染物负荷去除率和年径流总量控制率始终比未串联方案的高,且方案1年径流总量控制率大于方案2。基于响应曲面法对LID组合措施改造比例进行优化分析,结果表明第一地块的年径流总量控制率要达到70%的目标,透水铺装需要较大改造比例（92.2%）,其次是生物滞留池（88.9%）,而下凹式绿地需要改造比例最小（50%）。而第二地块要达到目标,则其生物滞留池的改造比例最大（82.0%）。若使得整个研究区域达到目标,其最优的LID组合措施改造比例则介于两个地块的最优结果之间。