酸性矿井水(AMD)的排放产生的污染问题是众多国家面临的严峻考验,特别是在受AMD污染的小流域地区,排出的酸性矿井水沿着下游迁移扩散带来了一系列问题。本研究野外监测了受AMD污染的小流域,分别在3月、6月、9月和12月采集水样、底泥和岩样,分析主要污染物浓度变化特征,研究污染物的扩散规律及水文响应。通过多元统计分析探究污染物来源,结合水文地质条件和采集的岩石样品进行水文地球化学分析,以及使用PHREEQC进行饱和指数分析以及反向模拟来探究重金属的迁移与转化,同时结合不同季节的降雨分析氢氧同位素的变化特征,以此来揭示典型小流域AMD的污染扩散规律及水文响应,取得了以下主要研究成果: (1)通过对XZ河水化学类型分析发现,煤矿排出的矿井水以SO₄-Ca-Mg型为主,丰水期降雨量增加后补给地下水进入煤矿中后使水化学类型转变为SO₄-Mg型和SO₄-Na型为主,降雨量的变化使煤矿中水流补给量发生改变导致水化学类型发生变化。地表水水化学类型呈多元化趋势,由最初的HCO₃-Ca型演化为SO₄-Ca型、SO₄-Na型和SO₄-Mg型,地表水不仅受酸性矿井水的影响还受到径流和地下水的补给,水体中的离子含量呈现多样化。地下水以SO₄-Mg-Na型为主,降雨补给后转变为HCO₃-Mg-Na型水,降雨量减少后又转变为SO₄-Mg-Na型为主。在Gibbs模型中岩石风化是控制水化学的主要因素,碳酸盐岩和硅酸盐的风化作用对水化学的贡献较大。离子比值进一步证明了XZ河地表水水化学不仅受碳酸盐岩溶解作用控制,还受到采煤活动产生的酸性矿井水的排放影响,采煤活动后产生的H₂SO₄不仅参与流域碳酸盐岩风化且对流域水化学组成有较大的影响。本文通过结合降雨量分析,首次量化了降雨和采矿协同作用对水化学演变的驱动机制。 (2)在对XZ河四季流量的监测中,XZ河流量呈季节性变化,6月最高(0.65-124.92L/min),3月最低(0.17-16.56L/min),与降雨和农业用水相关。随着降雨补给后地下水和地表水径流流量增加,水体中的污染物浓度呈现出一定的变化。在3月、6月、9月、12月的采样中Fe的浓度分别为340mg/l、198mg/l、262.9mg/l和129.75mg/l,对应的流量分别为0.12L/min、0.65L/min、0.23L/min、0.36L/min,四个季节存在不同的浓度特征可能与降雨量相关,流量与水体中Fe的浓度成反比。Mn、Zn、Se以及SO₄^2-在XZ河流域同一季度中含量最高的是AMD排出口以及靠近煤矿M1和M3附近的采样点,随着地下水和径流补给后水中的含量逐渐降低。由于受到降雨的影响,在降雨丰富的6月自然环境中的Cu、As、Sr被冲刷进入水体中,使水体中的含量增加,呈现出煤矿下游的水体中含量高于AMD排出口。结合主成分分析,XZ河中的离子主要是来自采矿活动和农业活动的影响。主成分1将Cu、Zn、As、Sr、Pb和Se归为同一来源,占了总方差的28.97%,这可能与黄铁矿氧化后产酸促进其重金属释放有关。主成分2解释了方差的18.72%,将SO₄^2-、Ca、Mg、Fe和Mn划分为同一来源,可能是由于地下水-岩石作用以及采矿活动产生的。主成分3中Cl^-、F^-和NO₃^-占了总方差的15.18%,包含了水体中重要的无机离子,可能是受当地农业活动的影响。主成分4将Na和K划分为一类,解释了总方差的9.05%,可能来源于地下水与地层结构相关。 (3)PHREEQC模拟显示,XZ河流域石膏溶解呈季节性变化,地表水及矿井水在6、12月达平衡,3、9月以溶解为主;地下水全年溶解。方解石、白云石、钾盐、岩盐多溶解,仅两处矿井水达平衡。HCO??、Ca2?、Mg2?与SI_方解石、SI_白云石及Ca2?、SO?2?与SI_石膏关系表明,90%以上样本中方解石、白云石、石膏溶解,可能受AMD影响:煤矿矿物溶解产酸,促进伴生矿物反应,破坏石膏平衡,使方解石、白云石持续溶解。反向模拟表明,M1、M2煤矿中白云石、硬石膏、CH?O、针铁矿、黄钾铁矾、岩盐沉淀;方解石、黄铁矿、钾盐溶解。SO?2?源自黄铁矿氧化及石膏溶解,Fe2?来自黄铁矿,最终形成黄钾铁矾、针铁矿沉淀。 (4)XZ河的氢氧同位素显示雨季δ2H-δ1?O斜率和截距低于旱季,反映高温蒸发效应。贝叶斯模型表明矿井水污染贡献呈季节差异:旱季地表水>地下水,雨季均降低且差距缩小。降雨调控使水化学参数呈现明显季节变化:雨季Fe、Zn、Cu、SO?2?、As等因稀释作用浓度最低,旱季则显著升高。电导率等指标同步呈现雨季低、旱季高的特征。该变化主要受降雨-径流-补给过程控制。本文为矿区河流污染治理提供了新的分析框架和方法体系,其创新性主要体现在多要素耦合分析方法和污染传输机制的突破。