[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种水环境质量演化的模拟装置及模拟方法，具体地说是一 种研究人工回灌岩溶水系统中水环境质量演化的模拟装置及模拟方法。

背景技术

随着经济社会的发展,水资源短缺和水环境恶化等问题越来越突出,地 下水是水资源的重要组成部分，鉴于其水质优良、供水量稳定，成为工矿企 业、城镇生活及农业的重要水源，但是目前地下水水超采问题日趋严重，全 国地下水超采区数量已已经超过164个,超采区面积超过18万平方千米,地下 水超采引发了一系列的环境水文地质问题，如地面沉降、海水入侵、岩溶塌 陷、地下水污染、土壤沙化、大泉景观消亡、地温变化等,地下水回灌补源是 目前防止地下水资源枯竭、遏制环境水文地质问题发生的最为有效措施，这 一措施得到广泛应用。如上海实施地下水回灌控制地面沉降、山东桓台实施 人工回灌控制地下水降落漏斗、山东济南趵突泉实施人工回灌补源保泉以及 国外的很多岩溶大泉都实施回灌补源措施。另一方面，污废水入渗补给引发 地下水污染，局统计全国90％的地下水遭受了不同程度的污染,地下水污染具 有隐蔽性,水质污染直接威胁人类的健康。

长期以来，人们更多的关注水资源的数量多寡，而忽视了水质问题，尤 其是人工回灌对地下水水系统所产生的水环境影响目前更是缺乏深入研究， 这一模拟装置则是探讨回灌对岩溶水系统水动力场、水化学场的影响。

以济南为例，为了满足城市供水大量开采岩溶水造成泉水泉流，为了恢 复泉水喷涌采取了许多保泉措施，实践证明地下水回灌补源是目前最为有效 的保泉措施，但是人工回灌对岩溶水系统所产生的水环境影响目前尚没有充 分的科学和理论依据。

发明内容

为了研究人工回灌对岩溶水系统水环境质量的影响，并为探索地下水回 灌补源技术提供科学依据，本发明提供一种人工回灌岩溶水系统水环境质量 演化模拟装置及模拟方法，通过实验监测人工补源后潜水、承压水水质变化； 监测人工补源后承压水水质变化；该装置取得的实验数据揭示人工补源后地 下水系统中发生的水文地球化学作用；并通过实测数据进而分析研究人工回 灌对岩溶水系统水动力场和水化学场所产生的影响，指导人工补源岩溶水系 统污染风险的控制。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种人工回灌岩溶水系统水环境演化模拟装置，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。

根据本发明的一个具体实施方式，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；