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流域作为一个相对独立的复合系统,是各种人类活动和自然过程对环境影响的汇集和综合反映,随着经济的持续发展,流域开发活动越来越频繁,造成污染越来越严重。重金属具有不降解、易积累、毒性大的特点,进入到流域后会对生态系统和人体健康构成长期潜在危害,多年来流域重金属污染成为国内外研究热点。当前,流域重金属污染分布和风险评价研究主要是针对水体和沉积物,不涉及到悬浮物和孔隙水。到目前为止,还没有同时关注河流水体、悬浮物、沉积物和孔隙水中重金属分布及其与周边环境条件之间关系的研究。此外,虽然环境科学家很早就已经意识到流域遭受复合污染,研究过多个有机物与重金属或是重金属之间复合效应的案例,但尚未提出复合污染水质定义与评价方法,也缺乏流域重金属污染综合生态风险评价方法。本研究以广东北江流域及其典型点源影响支流为研究对象,对流域典型重金属污染物的多相、季节、纵向及形态分布特征进行探讨和研究;从水动力学、水化学特征以及周边人类活动类型等多个方面解析重金属在各相中的分布关系、相互作用机理及影响因素;从复合环境系统角度,结合北江流域自然状况,揭示重金属的污染来源和迁移转化规律,并探索人为驱动因素和自然驱动因素对北江重金属污染特征形成的影响;评价流域重金属的污染现状,预测污染发展趋势和对生态环境危害;首次尝试从物质组成角度提出复合污染水质分类和定义方法;综合考虑流域水质、重金属毒性系数、评价因子等构建流域重金属综合生态风险评价方法。主要获得以下研究结果:（1）北江水体的基本物化水质指标没有明显超标,TDS与SS、EC、SAL、DO、T、pH具有显著相关性,可作为水质替代指标;受区域地质影响,水质类型为CaHCO3和Na-K-HCO3型;水体C/N比值范围为0.16-3.21,表明水质特征为低磷高碳氮,受人为因素影响部分断面TDN超标,TOC与UVA254线性关系显著,光谱分析表明水体存在微量有毒有害有机物风险;受点源影响,北江部分断面水质呈复合污染。（2）北江重金属主要分布在沉积物和悬浮物中,受化工影响为主,旅游、农业、水坝建设等人为因素也有一定影响,分配比例与金属特性、悬浮物组成、水体pH以及沉积物组成等因素有关,主要污染断面为S11、S23、S32、S33;表层沉积物中重金属以残渣态为主,Cd和Zn的可生物利用态百分含量相对较高;重金属主要分布在沉积物0-1 m柱深范围,90%河段沉积深度均未超过3 m。（3）传统方法评价结果显示水体和孔隙水As、Tl存在致癌和非致癌风险,悬浮物和沉积物中Cd和Hg风险较高;新构造的综合生态风险评价方法（CERI）综合考虑了流域水质等级、重金属毒性系数和传统评价因子,评价结果更为可靠性;综合评价结果显示北江除S11、S33、S1、S14等河段存在中到高潜在生态危害影响外其他河段均为低潜在生态风险。（4）PCM、HCA、PCA、FA-MLR源解析结果表明82.23%的Tl来自冶炼源;87.17%的Hg来源于冶炼和城市生活;Pb、Cd、As、Mn主要来自冶炼和矿山源,两源占比之和分别为86.51%、90.67%、84.11%和73.58%;Cu和Zn则主要来自冶炼、矿山和电子垃圾拆解,三者之和分别达到96.21%和92.18%;北江10条主要支流汇入重金属的总通量顺序为Mn>Zn>As>Cu>Ni>Pb>Cr>Tl>Cd>Hg,输入通量总是大于输出通量,表明北江沉积物每年存在明显的重金属积累,成为北江水质污染的长期隐患。（5）马坝河受冶炼、矿山、城市生活、农业面源以及地质风化、大气沉降等人为和自然源影响,混合区Pb、As、Zn、Cu、Tl和Hg达到重度污染水平,空间分布特征受Clay占比和水力停留时间影响显著;Igeo评价结果表明马坝河沉积物Pb、As、Zn、Mn、C u、Tl和Hg为中度污染到重度污染水平,mERM-Q评价结果显示混合区重金属对生物造成危害的概率超76%;源分析表明84%的Cu来自矿山尾水,77%、66%和72%的Tl、Hg和Cd来源于冶炼废水,80%的Cr和N i来自地质风化或是大气沉降。（6）受酸性矿山废水影响河流各相重金属起始浓度高,迁移转化速度快,受p H影响明显,矿物成分转化迅速;沉积物重金属以残渣态为主,生物可利用态（F1+F2）含量排列为Cd>Mn>Zn>Pb>Cu>As;四相重金属含量分布顺序为沉积物>悬浮物>水体>孔隙水,水体和孔隙水占比较小;在重金属-土壤-作物系统中,Cd因可交换态含量高而易从土壤迁移到作物中,As和Pb主要来源于大气沉降;三种作物重金属污染的总非致癌风险和致癌风险值分别高达48.00和0.056,长期摄食这类食物会造成严重健康风险;甘蔗由于其强大的根系和适应恶劣环境能力可用于修复重金属污染土壤。总之,研究重金属污染在北江流域复合环境系统中的形成、分布和转化,解析目标重金属的来源并估算输入输出通量,评价河流周边环境因素对综合生态风险的影响,为流域重金属污染管理与修复提供基础数据和理论依据,具有重要环境意义。