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煤矿开采对周边水源地的水土质量及生态环境构成潜在威胁,煤矿区重金属的污染特征研究以及防治已经成为亟待解决的重大环境问题。本研究从来源、粒级、形态角度全面探讨了清水河流域水源地煤矿区各环境介质中重金属的污染特征;针对超标的土壤重金属合成修复材料。得出主要结论如下:清水河流域煤矸石属于低S、低Cl、次高Fe、高灰分的煤矸石。在自然环境中,含Fe、Ca和Mn的矿物发生风化或流失,含Si和Ti的矿物则稳定存在。在模拟降雨条件下,新鲜煤矸石重金属的迁移率远高于风化煤矸石,迁移率与重金属可迁移态含量密切相关,Zn和Cd的迁移率最高。重金属溶出规律受间歇复氧及煤矸石表面矿物的共同影响呈波动趋势。土壤重金属在煤矿周边和运输路边含量较高,As、Cd、Cu和Pb主要来源于煤矿开采,均存在超标点位。煤矸石淋溶出的重金属主要富集在TOC含量低的细粒级组分中,含重金属的煤粉尘主要富集在TOC含量高的细粒级组分中,来源于土壤母质的粗粒级组分则近乎不受影响。重金属在不同地域的剖面分布与周围环境和重金属形态密切相关。表层土壤Mn可迁移态含量较高,淋溶作用减小了其在剖面土壤的变化。土壤和下部地下水重金属产生的非致癌和致癌健康风险处于可接受范围内。清水河的水化学类型受永定河上游珍珠湖景区的影响,在汇入永定河后发生了转变。来源于煤矿开采的重金属、轴承厂的Mn以及景区开发的Hg进入水体后,含量分布规律为上覆水<孔隙水<沉积物。Cr和Pb在沉积物-上覆水的对数分配系数最大,与主要赋存形态为残渣态有关。含重金属的粗煤颗粒主要富集在沉积物粗粒级组分中,酸性矿山废水产生的重金属主要富集在细粒级组分中。毒性评估表明,珍珠湖景区沉积物和孔隙水为中等级别。针对低浓度As、Cd、Cu和Pb复合污染的煤矿区土壤,合成新型修复材料CPM,有效降低土壤重金属总量增加残渣态比例。As和Pb主要与CPM中MnFe2O4结合,As(Ⅲ)先被氧化成As(Ⅴ),然后发生配位反应,Pb发生离子交换和静电吸引反应;Cd和Cu主要与CPM中壳聚糖发生配位反应。本研究表明,煤矿区环境中的重金属污染程度较轻,重金属在土壤和沉积物的形态和粒级分布存在差异,CPM可有效去除复合污染土壤重金属。本研究为煤矿区水源地保护和土壤修复提供理论依据和潜在技术支持。