Актуальность. Понимание механизма и количественная оценка взаимодействия между речными водами и веществом речных наносов, донных отложений и берегов представляет собой методологическую основу планирования мероприятий по рекультивации нарушенных водных объектов, экологического мониторинга и гидрогеохимических поисков полезных ископаемых. Цель работы: количественное описание взаимосвязей между химическим составом речных вод и донных отложений. Методы исследования: статистические методы, математическое моделирование гидрогеохимических процессов. Результаты и выводы. Рассмотрена математическая модель взаимосвязей концентраций Fe, Cu, Pb, Zn, As водах и донных отложениях рек Омутная (речная система Омутная–Киргизка–Томь–Обь), Ильбокич, Боткич, Верхняя и Нижняя Немба, Инганба (притоки реки Чадобец; система Чадобец–Ангара–Енисей) и Актру (система Актру–Чуя–Катунь–Обь). Предложен алгоритм определения параметров этой модели, включающий регрессионный анализ и использование методов оптимизации. Показано, что связи между химическим составом речных вод и донных отложений существенно не линейны и зависят от абсолютных и относительных характеристик интенсивности водообмена, заболоченности водосборных территорий и рН речных вод. Установлено, что абсолютное и относительное приращение концентраций в речных водах обычно меньше, чем соответствующее приращение концентраций в донных отложениях. В то же время иногда отмечаемые высокие концентрации Fe и повышенные содержания некоторых микроэлементов могут быть связаны не только с наличием природных геохимических аномалий в донных отложениях или загрязнением водного объекта, но и с определенными сочетаниями природных условий, например, с приближением фактической сорбции к максимально возможным значениям.