采矿活动虽然对经济发展至关重要,但会将砷、镉、铅和锌等有毒金属(类金属)释放到周围生态系统中,从而留下持久的环境遗留问题(Chopin and Alloway 2007; Rashed 2010; Atibu et al., 2018)。废弃矿井是持续性的点源,风化与侵蚀过程会将污染物迁移到相邻的土壤、沉积物和水系统中(Dong et al., 2019; Wang et al., 2019; Aziz et al., 2023)。虽然已有大量研究试图表征这些金属(类金属)的空间分布与迁移(Guo et al., 2011; Yan et al., 2015; Ding et al., 2017; Yi et al., 2025),但以往研究主要聚焦于单一自然因素,如风向、距污染源的距离、海拔、坡度和地理尺度(Li et al., 2004; Chu and Zhou 2014; Li et al., 2015)。然而,在陡峭且植被覆盖的复杂山地流域中,地形地貌如何调控金属(类金属)径流途径和污染物沉积的机制仍缺乏充分理解(Zhang et al., 2025a)。具体而言,微观地形如何与人为结构物共同控制金属(类金属)的迁移以及可移动组分的分布尚不明确。尽管地形特征对废弃矿区中金属(类金属)的输送与累积有着深远影响(Ding et al., 2017; Kincey et al., 2018; Cao and Guo 2024),但这一知识缺口依然存在。
地表径流输送是土壤、营养物质和污染物活化与再分布的主要驱动力,导致采矿影响区域出现广泛的生态退化(Aziz et al., 2023; Wei et al., 2023; Zhang et al., 2025b)。因此,水流过程的模拟与分析已成为理解复杂流域内金属(类金属)迁移途径的关键焦点。从数字高程模型(DEM)中自动提取流向是这些模拟中最关键的步骤,因为它定义了径流途径和径流分布,直接决定了污染物在景观中的输送路线和转移量(Xiong et al., 2019; Wei et al., 2023)。流域内水流模拟的准确性在很大程度上取决于流向算法,而这些算法具有固有的不确定性。单一流向(SFD)算法常常低估平缓斜坡上的扩散情况,而多流向(MFD)和无限流向(IFD)方法在陡峭地形中的敏感性表现不一(Tarboton, 1997)。为缓解这些模型特有的不确定性,一种基于多算法叠加的共识框架为识别高汇流区提供了更稳健的方法,能够更可靠地反映流域的综合水文信号。
除了这些自然地形控制因素外,修复拦污坝等人为干预进一步复杂化了采矿影响流域的水文动态。虽然这些结构的目的是封存沉积物和污染物,但它们往往作为水文屏障,显著改变自然径流途径并产生次生累积热点(Torres et al., 2014; García-Ordiales et al., 2015; Zhu et al., 2019; Huang et al., 2025)。尽管这些工程结构在矿山修复中被广泛使用,但它们如何与微观地形因素相互作用以影响各类环境介质中金属(类金属)再分配的研究仍不充分。因此,一种结合高分辨率(1米)基于DEM的径流建模与结构影响分析的综合方法,对于阐明地形和拦污坝对污染物地球化学归趋的协同效应至关重要。因此,本研究旨在:1) 利用高分辨率(1米)地理空间分析定量表征德山(DS)矿区流域的地形变化;2) 识别控制多种环境介质(土壤、沉积物和水)中金属(类金属)分布与赋存状态的主导因素;3) 评估修复拦污坝对污染物空间再分布和封存的冲击。通过将多元统计与地理空间和地球化学分析相结合,本研究为废弃矿井影响区域中金属(类金属)的行为和分布提供了更精细的见解。