我国西北地区深居内陆,属干旱、半干旱地区,水资源贫乏、生态环境十分脆弱但矿产资源丰富。煤炭的开采促进了区域经济的发展,但在开采过程中势必改变地下水系统的水动力条件,改变大气降水、地下水、地表水转换过程,影响水资源开发利用,因此摸清采煤驱动下大气降水-地表水-地下水-矿井水转化过程与机制对水资源开发利用、改善生态环境具有一定实际参考意义。本文以马关河流域为研究区,采用连续监测、定期采样和室内实验等方式,在获取常规水化学指标、重金属元素指标、氢氧同位素测试数据,以及气象数据的基础上,利用Piper三线图、Gibbs图、离子比值法、相关分析、多元线性混合模型等方法深入分析天然状态下大气降水-地表水-地下水转化关系,揭示采煤驱动影响下大气降水-地表水-地下水转化过程与机制,明晰大气降水-地表水-地下水与矿井水相互转化机制及量化表达。主要结论如下:1.在天然流域内丰、平、枯及过渡期五个时期内,地表水与地下水的水化学类型、氢氧同位素特征、氢氧同位素拟合方程的斜率与截距均相似,说明二者补给源属性关系密切,地下水水化学类型沿地表水径流方向,由HCO3-Ca·Mg型逐渐演变为HCO3·SO4-Ca·Mg型。且地表水与地下水的氢氧同位素点位均位于全国大气降水线之下,说明大气降水是主要的补给来源。各时期地表水与地下水相比表现出同位素富集。2.天然流域在丰、平、枯及过渡五个时期的转化关系主要为地下水向地表水转化。平水期时大气降水对地表水与地下水的贡献率分别为12%、7%,地下水对地表水的贡献率为46%。丰水期时大气降水对地表水（41%）与地下水（14%）的贡献率增多,地下水对地表水（40%）的贡献率降低。丰枯过渡期天然流域转化关系与丰水期相似,与平水期相比,大气降水对地表水与地下水的贡献率分别增加18%和13%。枯水期时大气降水对地表水与地下水的贡献率与平水期相比分别下降了4%与3%,地下水对地表水的贡献率升高了2%。3.由于矿区内硫酸盐矿物的影响,地下水中钙离子、镁离子含量不断升高,矿区及以下流域地下水水化学类型整体由HCO3-Na·Ca型向HCO3·SO4-Mg型HCO3·SO4-Na·Ca·Mg转化,流域中地表水与地下水的水化学类型在同时期一致,水力联系密切。地表水与地下水的氢氧同位素拟合方程斜率均小于当地降水线,说明矿区及以下流域地表水与地下水的补给来源为大气降水。4.矿区及以下流域平水期、枯水期主要转化关系为地下水向地表水转化;丰水期、丰枯过渡期转化关系主要为大气降水向地表水与地下水转化。平水期时地下水对地表水的贡献率为42%,大气降水对地表水与地下水的贡献率分别为14%、8%。丰水期与平水期相比,地下水对地表水的贡献率减少了10%,大气降水对地表水与地下水的贡献率分别增加了12%、8%。丰枯过渡期的转化关系与丰水期相似,地下水对地表水（46%）的贡献率减少,大气降水对地表水（20%）与地下水（17%）的贡献率增加。枯水期时地表水对地下水的贡献率为37%,大气降水对地表水与地下水的贡献率分别为10%、6%。5.采矿活动改变了原有的循环模式,由于采掘扰动地下水形成新的赋存形式-矿坑水,大气降水-地表水-地下水的转化关系和转化量发生改变,煤矿开采疏排地下水使矿区流域的地下水位降低,形成了以矿井为中心的降落漏斗,使地下水对地表水的贡献率减少,平、丰、枯及过渡期水期地下水对地表水的贡献率分别减少了4%、8%、6%、9%。煤矿的开采改变了大气降水的汇流条件,开采过程中产生对地表产生的破坏,加快了大气降水与地表水向地下水的转化能力,平、丰、枯及过渡期水期分别增加了3%、2%、4.5%、2%;减少了大气降水对地表径转化量,大气降水对地表水的贡献率分别降低了2%、14%、10%、2%。6.矿井水水化学类型主要为HCO3·SO4-Na·Ca型、HCO3·SO4-Ca型,与同期地下水和地表水水化学类型相似。矿井水δD和δ18O变化范围均小于地表水与地下水,且δD和δ18O分布集中、季节化不明显,主要分布于大气降水线左下方,说明矿井水接受大气降水的补给。矿井水的主要转化来源为地下水,其次为地表水,大气降水对矿井水的直接转化量最少。地下水对矿井水的转化在2019年5月（平水期）、2019年8月（丰水期）、2019年10月（丰枯过渡期）、2020年7月（丰水期）、2020年11月（枯水期）分别为73%、62%、69%、64%、77%;大气降水对矿井水的平均贡献率为0.65%、3.2%、0.7%、2.9%、0.05%;地表水对矿井水的平均贡献率为15.9%、28.5%、16.8%、26.4%、12.3%。地下水对矿井水的侧向补给,在平水期与枯水期时增加,丰水期减少。