酸性矿山废水(Acid mine drainage,AMD)是由大量被遗弃的含金属硫化物的废矿石经氧化、淋溶而产生的。因其强酸性和富含重金属等特点,容易造成矿区周围地表水和地下水的严重污染,目前已成为全球主要的环境问题之一。粤北大宝山矿产生的含有大量重金属离子的酸性矿山废水未经处理就直接排放到横石水河中,给横石水河流域的生态环境带来了严重危害。本研究从污染源拦泥坝沿横石水河到位于北江入口的遥步桥设置了11个样点(全长约100公里)。通过2009年和2010年对横石水河流域水体和沉积物中Cu、Zn、Pb、Cd和Mn含量的监测和分析,探讨了不同重金属元素在不同季节和不同河段的变化趋势;运用美国环保署推荐的健康风险评价模型及Hakanson潜在生态危害指数评价法对各样点进行了风险评价,比较了流域不同河段不同重金属元素所产生的健康风俭和生态危害的差异;通过对4个电站水坝前后河流重金属含量的比较,分析了水坝前后重金属含量的差异。此外,通过对横石水河8个样点的大型底栖动物进行了为期1年的逐月采样调查,比较了受污河流和清洁河流中底栖动物群落结构的差异,并运用典范对应分析法(CCA)分析了影响横石水河底栖动物分布的主要环境因子。主要研究结果如下:　　 1.横石水河流域水体重金属的时空动态和健康风险评价　　 横石水河水体重金属Cu、Zn、Pb、Cd和Mn的含量在不同季节均呈从上游拦泥坝样点(污染源)到最下游遥步桥样点逐渐降低的趋势。距离污染源较近的河段,如凉桥样点和交汇处污染样点,各重金属元素均超过国家地表水Ⅲ类水标准,其次是上坝样点、富陂桥样点和横石水样点,而下游的桥头样点、翁江桥样点和遥步桥样点的重金属元素未超标。此外,横石水流域各样点所有重金属元素的含量丰水期高于枯水期,这与水体pH的季节变化呈负相关。　　 运用健康风险评价模型对横石水河流域2009年和2010年的水体重金属进行了评价。结果表明,重金属Cd是横石水河主要的化学致癌物,Cd的致癌风险系数RC在不同时期不同样点间也表现为从上游至下游逐步降低,且从拦泥坝样点到翁江桥样点均超过了可接受值5E-05a-1达10～1000倍,而最下游的遥步桥样点Cd的致癌风险系数RC在丰水期也达到8.13E-05-1,意味着每106人中会有80个人因饮用这种水而受到健康危害或者死亡。Pb和Zn是横石水河流域主要的非致癌风险因子,它们的非致癌风险系数仅在上游拦泥坝到凉桥处,远小于致癌物Cd对整个流域沿岸居民健康危害的年风险。　　 2.横石水河流域沉积物重金属的时空动态和潜在生态风险评价　　 本研究发现,除最下游的遥步桥样点和对照河流阳河中桥样点外,横石水河的其他样点沉积物中重金属Cu、Zn、Pb、Cd和Mn的含量在不同季节均超出国家土壤Ⅱ级环境质量标准(GB15618-1995)。　　 潜在生态风险评价结果显示,横石水河沉积物中重金属的潜在生态危害水平较高,除了最下游的遥步桥样点和对照河流阳河中桥样点,其他样点均属于强生态危害范畴。不同重金属元素的潜在生态危害程度排序为:Cd＞Pb＞Cu＞Zn＞Mn。此外,丰水期整个流域多种重金属的潜在生态风险指数RI高于枯水期。　　 横石水河流域沉积物重金属形态研究结果表明,Cu和Zn在拦泥坝样点至横石水样点主要以残渣态和有机结合态的形式存在,从翁江桥样点到遥步桥样点则以可交换态和铁锰氧化态为主;Pb基本以残渣态和铁锰氧化态为主要存在形式;Cd则几乎全部以可交换态为主,而Mn的主要存在形态为可交换态和铁锰氧化态。结合这5种重金属的生物毒性大小:Cd＞Pb＞Cu＞Zn=Mn,发现流域中生物危害性最强的重金属为Cd,其次是Pb和Cu,Mn和Zn的生物危害性较小,这与各样点沉积物重金属的潜在生态风险评价结果相同。　　 3.横石水河电站水坝对水体重金属的阻隔作用　　 通过对横石水河流域上分布的四座电站水坝前后水样重金属含量的比较,发现水坝前的水体重金属含量比水坝后高,且重金属含量从上游水坝到下游水坝呈逐渐减小的趋势,说明电站水坝对水体重金属有一定的阻隔作用。　　 4.酸性矿山废水对大型底栖动物群落结构的影响　　 通过对横石水河1年逐月采样调查,共采集大型底栖动物95种,隶属14目39科77属,其中水生昆虫占80％。受酸性矿山废水污染的河段只有5～18种,以双翅目幼虫为主,而对照河段共有70种,其中以蜉蝣目、蜻蜓目、毛翅目和软体动物为主。此外,受损样点大型底栖动物群落的Shannon-Wiener指数、均匀度指数、物种丰富度指数显著低于对照河段(P＜0.05)。CCA分析表明,影响横石水河大型底栖动物分布的主要环境因子为pH、溶解氧(DO)、电导率(Cond)、重金属Cd、Pb和硫酸盐SO42-的浓度(P＜0.05)。