本研究对湘江下游株洲、湘潭和长沙段河床沉积物进行沉积柱取样,利用同位素质谱仪(ICP-MS)和多接收器电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)等分析技术手段进行微量元素和铅同位素分析。研究表明,湘江下游沉积柱中重金属元素含量在垂直方向不具有明显的变化特征,但重金属元素平均含量随流向呈降低趋势。研究区域中,株洲河段各重金属元素含量最高,变异程度最大,长沙段次之,湘潭段最小。由于湘江下游沉积物中重金属分布不均匀,采样或监测地点有局限性等原因,该区域重金属污染评价结果常存在随机性和模糊性。因此,本研究将随机模糊理论引进重金属污染评价体系,建立随机模拟与三角模糊数耦合模型,通过修正地累积指数评价中修正系数K值,利用改进的地累积指数法评价研究区域沉积物重金属污染程度。研究表明,湘江下游长株潭河床中Sc主要为轻度污染,并有向偏中度污染发展趋势；Cr、Ni在整个研究区域都为偏中度污染；V、Co仅在ZX2沉积柱中达到中度污染；Mn、Cu、Zn和Pb在研究区域均超过中等污染程度,是研究区域的主要污染元素。重金属综合污染程度评价显示株洲河段污染最严重,湘潭次之,长沙最轻。湘江下游河段沉积物中稀土元素配分曲线表现为总体右倾型,呈明显的Eu负异常和轻度的Ce负异常,体现了典型的陆壳稀土元素特征。根据La/Yb-REE投影推断沉积物的主要物源来自上游的花岗岩风化、搬运和沉积；La-Th-Sc投影显示沉积物的物源来源有多个端元,即来自花岗岩端元和粘土、淤泥、颗粒等混合来源端元。归一化法发现：株洲段重金属元素Co、Mn主要来源于自然分化沉积,Zn主要来源于人为污染,Sc、V、Cr、Cu和Pb为自然源与人为源混合污染；湘潭段重金属元素Mn为自然源与人为源双重污染,而Sc、V、Cr、Co、Cu、Zn和Pb主要为人为污染；长沙段重金属元素V、Mn和Pb主要来自然活动,Sc、Cr、Co、Cu和Zn除了自然来源之外,还存在着明显的人为污染。铅同位素分析表明,河床沉积物中铅来源于人为源和自然源,其中自然来源的铅主要结合在沉积物晶格中,较为稳定；人为活动来源的铅主要富集在可溶相中,易释放到水体中。铅同位素显示流域上游花岗岩等矿石风化是沉积物自然来源铅的主要贡献者；可溶相中铅的主要来源为流域上游Pb-Zn矿床矿石冶炼、流域周围煤和柴油的燃烧,且大气沉降也逐渐成为其重要的潜在来源。