煤矸石堆积造成的水土环境污染是矿区环境污染的主要表现形式之一,研究并揭示煤矸石堆积区向周围土壤释放重金属的特征及规律,对矿区环境科学有效的治理具有重要科学意义和实践价值。论文以“单点突破”为特点(通过实地调研共采集100个土壤样品,室内实验获得3200个数据),围绕研究区典型煤矸石堆积区进行研究,揭示了 Cu、Hg、Cr、As、Pb五种重金属总量及形态的分布特征,阐明了五种重金属的迁移规律,建立了五种重金属迁移量的迁移预测模型,评价了重金属污染,潜在生态风险和人体健康风险程度,形成以下主要结论:(1)煤矸石山周边土壤重金属总量空间分布规律:Cu、Hg、Cr、As和Pb五种重金属在表层土壤和深层土壤中均呈现随着距煤矸石山距离的增加,整体下降的趋势,最终趋近于背景值,其中Cu和Hg主要呈现“缓慢—快速—回归自然背景值”三段式变化,Cr、As和Pb主要呈现“快速—回归自然背景值”两段式分布;分布特征由高至低表现为东南>正东>东北>正南>西南。(2)煤矸石山周边土壤重金属形态分析:重金属Cu主要以残渣态(34.4%～55.17%)和有机结合态(29.18%～37.86%)为主,残渣态多说明其不易迁移,有机结合态高是由于自然界里Cu一般以Cu+、Cu2+的形态存在于化合物中易与无机物、有机的活性基团形成络合物和螯合物;Hg主要以残渣态(44.17%～69.92%)和有机结合态(25.7%～38.93%)为主,重金属Cr主要以残渣态(71.05%～90.17%)为主,As主要以残渣态(69.87%～86.41%)为主,Pb主要以残渣态(39.1 8%～52.60%)和铁锰氧化物结合态(33.44%～39.96%)为主。(3)从重金属总量空间分布和形态分析揭示土壤中重金属迁移特征:在水平向上,潜在迁移能力由强到弱依次为:东南>正东>东北>正南>西南;Cu、Hg、Cr、As和Pb五种重金属均随着距离的增加,迁移能力逐渐减弱,并确定最大迁移距离,Hg元素在ES方向上迁移距离最远达到300m。在垂向上,随着深度的增加,重金属的迁移能力呈下降趋势;通过指数分布模型建立了不同方向和深度下重金属总量与距离的迁移模型,通过线性数学原理建立了重金属迁移量随距离、深度、角度和有机质变化的迁移预测模型,可通过数学表达式对煤矸石山周边土壤中重金属的分布、迁移进行预测和模拟。(4)煤矸石山周边土壤中重金属污染评价:通过单因子指数污染评价法将煤矸石山周边表层土壤和深层土壤详细划分成不同的六个污染区域;通过潜在生态风险评价结果,划分出不同程度的潜在生态风险区域并确定生态安全界限,表层土壤和深层土壤中重金属潜在生态风险安全界限分别是200m和150m并表明Hg元素是最主要的潜在风险因子;通过人体健康风险评价结果表明在典型煤矸石山周边表层和深层土壤中可能存在致癌和非致癌风险。