[发明专利]一种北方岩溶大泉保护与水质演化模拟装置及模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟装置和模拟方法，具体地说是一种模拟北方岩溶大泉的形成、保护、水质演化过程及人类开采对泉水影响的装置和模拟方法。

背景技术

由于泉所独有的观赏价值，自古以来就成为文人骚客争相吟咏的对象，到了今天，泉仍然是人们所关注的焦点。这一方面是因为泉为人类提供了理想的水源，另一方面是因为泉能构成许多观赏景观和旅游资源，如理疗泉，饮用泉等。我国泉水的数量不计其数，分布十分广泛，类型也非常丰富，既有上升泉、也有下降泉，各地名泉不胜枚举。在各地名泉中，尤其以北方岩溶大泉最为著名，其特点是流量之大、泉点数量之多、水质优良、动态稳定。许多岩溶大泉具有丰富、悠久的历时文化内涵。但是随着人口的增长，工农业生产的不断发展，造成了水资源供需矛盾的日益加剧，从上世纪初以来，到70年代中期，全世界农业用水量增长了7倍，工业用水量增长了21倍。地下水开采量的增加，使部分泉逐渐的消失。

以济南为例，济南以“泉城”而闻名，城区2.6平方千米范围内有名泉130多处，泉水之多可算是全国之最。趵突泉有文字记载的历史可上溯至我国的商代，迄今长达3550多年，历史文化源远流长，趵突泉的文化底蕴深厚。著名的趵突泉、珍珠泉、黑虎泉和五龙潭四大泉群在上世纪五六十年代平均流量每天30万立方米，仅趵突泉每天就涌出7万立方米的泉水。但是由于上世纪七十年代以来大量开采岩溶水，造成趵突泉于1972年首次断流，即使这样的大泉，在上世纪八十年代后的历年枯水期断流停喷，其中最长的一次断流时间是从1999年3月14日至2001年9月17日，停喷长达926天。为恢复与保护泉水，当地政府采取了许多保泉措施，例如节水保泉、引黄保泉、关闭水厂、减少自备井开采等，但是人口的增长以及工农业的发展，都意味着地下水用量必将增加，为保泉盲目的减少地下水开采时又会造成水资源的浪费，因此如何合理在保泉条件下开采地下水是摆在人们面前的一个问题。

然而，近年来保泉措施虽然取得了一些成效，但是泉水的水质却出现恶化，在1958年～2014年56年间，趵突泉泉水矿化度、总硬度、氯离子、硫酸根离子、硝酸根离子等化学组分显著增大，其中氯离子增长近3.2倍，硫酸根离子增长了6.14倍，硝酸根离子增长了8.9倍。氯离子、硫酸根离子、硝酸根离子浓度大幅增加说明岩溶水水质已经受到了污染，因此查明岩溶水水质演化规律及污染原因又成为当今一大难题。

发明内容

为了探讨北方奥陶纪石灰岩岩溶大泉的成因及水质变化过程，提出恢复与保护泉水景观措施。本发明提供一种模拟北方岩溶大泉形成、保护与水质演化模拟装置及模拟方法，可以模拟岩溶大泉的形成、泉水补给过程、泉水水质变化过程，进而为泉水保护措施提供科学依据。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种北方岩溶大泉形成及水质演化模拟装置，包括供水部、渗流部和泉水控制部；

所述渗流部包括渗流柱和支撑结构；

所述渗流柱为倾斜放置的圆柱状结构，且上端开口下端封闭，所述渗流柱的封闭端设置有出水口；

所述泉水控制部包括软管、第一支架、标尺和夹子；

所述软管设置于渗流柱封闭端的出水口上，所述第一支架设置于渗流柱封闭端的一侧；

所述第一支架上安装有标尺和夹子，所述夹子与软管的开口端相连，且所述夹子可沿第一支架上下移动；

所述渗流柱内填充有渗流介质；

所述渗流柱的侧壁上设置有若干个测压口和取水口；

所述的各测压口上均连接有测压管，且所述个测压管上均设置有阀门；

所述的各取水口上均设置有流量计和阀门；

所述供水部包括含水层越流补给组件和雨水补给组件；

所述含水层越流补给组件包括第七供水瓶，且所述第七供水瓶的出水管上设置有阀门和流量计；

所述第七供水瓶内装有岩溶水，且与渗流柱上部的侧壁连通；

所述雨水补给组件通过所述的设置于渗流柱侧壁上的各测压管向渗流柱内供水；

所述渗流柱的顶端设置有溢流口，且所述溢流口通过管道与溢流瓶相连。

根据本发明的一个具体实施方式，所述渗流介质取自于寒武纪上统至奥陶纪中统地层，所述渗流介质包括自下而上依次填充的寒武纪凤山组、奥陶纪冶里组、亮甲山组、马家沟组一段、马家沟组二段、马家沟组三段以及马家沟组四段七类碳酸盐岩地层。

进一步地，所述各测压口分别设置于冶里组、亮甲山组、马家沟组一段、马家沟组二段和马家沟组三段的上方。