[发明专利]一种人工回灌岩溶水系统水环境演化模拟装置及模拟方法

权利要求书

1.一种人工回灌岩溶水系统水环境演化模拟装置，其特征在于：

包括供水部、水头控制部和渗流部；

所述供水部包括第一供水瓶和第二供水瓶，且所述第一供水瓶和第二供 水瓶的下部均设置有出水管；

盛放在所述第一供水瓶内的供试液为黄河水，盛放在所述第二供水瓶内 的供试液为岩溶水；

所述渗流部包括第一渗流柱和第二渗流柱，所述第一渗流柱上端开口下 端封闭，所述第二渗流柱的上下两端均封闭，且所述第一渗流柱和第二渗流 柱的底部通过管道连通；

所述第一渗流柱的水平高度高于第二渗流柱；

所述第一渗流柱内自上而下依次为砂质粉土层和石灰岩层，所述第二渗 流柱内填充的渗流介质为石灰岩；

所述第一供水瓶的出水管与第一渗流柱的上端开口连通，并设有阀门；

所述第二供水瓶的出水管与设置于第一渗流柱的上部的岩溶水入口连 通，并设有阀门；

所述的第一渗流柱的侧壁上自上而下依次设置有第一取水口、第二取水 口和第三取水口；

所述第二渗流柱的侧壁上自下而上依次设置有第四取水口、第五取水口 和出水口；

所述第一渗流柱和第二渗流柱的底部的连通管道上设置有第六取水口；

所述第一取水口、第二取水口、第三取水口、第四取水口和第五取水口 上均分别设置有阀门和测压管，所述第六取水口上设置有阀门，所述出水口 上设置有测压管，且在所述出水口的下方设置有收集瓶；

所述水头控制部包括溢流口，以及设置于第一供水瓶出水管上的阀门；

所述溢流口设置于第一渗流柱的顶端，且所述溢流口通过管道与溢流瓶 连通；

所述第一供水瓶的出水管上设置有第一流量计，所述第二供水瓶的出水 管上设置有第二流量计，所述的连接溢流口的管道上设置有第三流量计。

2.根据权利要求1所述的一种人工回灌岩溶水系统水环境演化模拟装置， 其特征在于：所述的第一渗流柱的高度均为1500mm，直径为300mm，所述第 二渗流柱的高度为1500mm，直径为300mm；

所述第一渗流柱轴线和第二渗流柱轴线之间的水平距离为1300mm；

所述岩溶水入口与第一渗流柱的管口之间的距离为300mm；

所述第一取水口与岩溶水入口之间的距离为200mm；

所述第一取水口与第二取水口之间的距离为400mm；

所述第二取水口与第三取水口之间的距离为400mm；

所述出水口与第二渗流柱的管口之间的距离为50mm-100mm；

所述出水口与第五取水口之间的距离为400mm；

所述第五取水口与第四取水口之间的距离为400mm；

所述砂质粉土层的厚度为50mm。

3.根据权利要求1所述的一种人工回灌岩溶水系统水环境演化模拟装置， 其特征在于：所述第一渗流柱内的水位比第二渗流柱内的水位高50mm。

4.根据权利要求1所述的一种人工回灌岩溶水系统水环境演化模拟装置， 其特征在于：所述第一渗流柱和第二渗流柱为透明的有机玻璃材质。

5.根据权利要求1所述的一种人工回灌岩溶水系统水环境演化模拟装置， 其特征在于：所述测压管采用医用软管制作而成。

6.根据权利要求1所述的一种人工回灌岩溶水系统水环境演化模拟装置， 其特征在于：设置于所述出水口下方的收集瓶采用窄口瓶，且所述窄口瓶上 设置有刻度。

7.一种利用权利要求1-6任意一项权利要求所述一种人工回灌岩溶水系 统水环境演化模拟方法，其特征在于：

包括以下步骤，

第一步，制备供试水样和渗流介质，具体为，

a1、将砂质粉土和石灰岩分别烘干，然后分别将砂质粉土和石灰岩敲击 破碎至粒径<0.2cm，然后分别对其称重，然后将烘干后的石灰岩和砂质粉土 先后依次装填到第一渗流柱内，将石灰岩填装到第二渗流柱内；

a2、将黄河水和岩溶水分别用0.45um微孔滤膜过滤除杂；

第二步，组装并形成模拟装置，并测定渗流柱的内径；

第三步，打开第二供水瓶的阀门，使供水部持续向第一渗流柱内供水， 直至第一渗流柱和第二渗流柱内均达到饱和状态；然后打开第一供水瓶阀门；

第四步，调整黄河水与岩溶水的供水比例，具体为，

b1、读取第一流量计的读数记为A1，第二流量计的读数记为A2，第三流 量计的读数记为A3，且第三流量计的读数A3不能为零；

b2、分别调整第一供水瓶出水管和第二供水瓶出水管上的阀门，使 (A1-A3)/A2＝3/5；

第五步，关闭所有取水口的阀门，使流经渗流柱的供试液只能从第二渗 流柱上端的出水口流出，待该出水口流量稳定后根据需要对供试液进行取样 和检测，具体为，

c1、保持所述取水口的阀门为关闭的状态，每隔30min通过窄口瓶上的 刻度读取渗出水的体积和水头差，并实时测定渗出水的电导率、温度、PH值 以及硝酸根、硫酸根、氯离子、重碳酸根、钠离子、钙离子、镁离子等的离 子浓度，并记录；

c2、按照黄河水与岩溶水比例为3/5的比例配制供试水样，并测定供试 水样的电导率、温度、PH值以及硝酸根、硫酸根、氯离子、重碳酸根、钠离 子、钙离子、镁离子等的离子浓度，并记录；

c3、依次打开第一取水口、第二取水口、第三取水口、第四取水口、第 五取水口以及第六取水口的阀门，并依次记录各个取水口的水头后对其进行 采样，记为水样Ⅰ，水样Ⅱ，水样Ⅲ，水样Ⅳ，水样Ⅴ和水样Ⅵ；

c4、分别测定c3中所取水样的电导率、温度、PH值以及硝酸根、硫酸根、 氯离子、重碳酸根、钠离子、钙离子、镁离子等的离子浓度，并记录；

c5、打开第三取水口，通过带刻度的窄口瓶收集渗出的供试液，且每隔 30min记录一次渗出体积；

c6、调整黄河水与岩溶水比例，然后重复c1-c4的操作，且所述比例范 围为1/5至3/5。