[发明专利]人类活动影响下岩溶水运动及溶质运移过程三维试验装置

说明书

本发明公开了一种人类活动影响下岩溶水运动及溶质运移过程三维试验装置，包括试验槽，降雨补给系统，上游供水箱及数据采集系统；试验槽包括槽体和填充于槽体中的含水介质；槽体由模块板拼接而成岩溶区边界，由上游供水箱为含水介质补给边界水流，槽体的槽底开设有若干个开采/回灌井；含水介质包括不透水的硅砂砖块和设置于硅砂砖块上的高渗透性条带，硅砂砖块内预开挖有无填充沟槽，高渗透性条带和无填充沟槽共同构筑而成裂隙‑管道网络；降雨补给系统用于为含水介质提供面状的降雨补给。不仅可模拟不同研究尺度、不同边界条件下岩溶水运动及溶质运移过程，而且可保证水流为层流状态，水流状态可控，并考虑了人类活动对岩溶水运动过程的影响。

技术领域

本发明涉及一种试验装置，特别是涉及一种人类活动影响下岩溶水运动及溶质运移过程三维试验装置，属于岩溶水渗流及溶质运移研究装置领域。

背景技术

岩溶含水系统是一个多重复杂的系统，含水介质通常由管道暗河、大裂隙、微小裂隙、孔隙等多重空隙构成，具有高度的非均质性和各向异性，水动力参数呈现出显著的尺度效应。其中的水流包括孔隙达西流、裂隙流、地下暗河的管道流等，水流运动极其复杂，具有多相水流混合的特点。同时，岩溶水环境污染趋势正在加剧，社会发展与环境的矛盾冲突愈演愈烈，人民生命财产安全受到严重威胁。由于岩溶地区裂隙与管道并存且二者相互连通的特殊地质条件，导致岩溶水污染具有扩散迅速，影响范围广的特点，从而导致岩溶地下水保护及污染治理十分困难。因此探索岩溶水运动及溶质运移变化规律对岩溶水资源合理开发与环境保护具有重要意义。

物理试验作为研究岩溶含水系统水流及溶质运移的一种重要方法已经被广泛运用，而目前针对岩溶水运动及溶质运移变化规律的物理试验研究多以有机玻璃或岩块构筑的裂隙-管道为介质，存在如下几个方面不足：试验室条件下裂隙区流态不易控制；裂隙宽度认定学术上尚不统一；不能体现人类活动对岩溶含水系统的扰动；不能反映不同边界及不同尺度条件下岩溶水运动及溶质运移过程的差异性。

所以，建立室内的人类活动作用下岩溶水运动及溶质运移过程试验装置，对岩溶介质空隙结构、人类活动及研究尺度进行定量刻画，探究岩溶含水系统内部结构对岩溶水运动及溶质运移过程的影响，并揭示其物理机制，不仅可推动岩溶水运动及溶质运移过程的理论发展，也为实际地区复杂岩溶地下水的研究提供佐证，对岩溶水资源开发及环境保护有着重要的意义。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种人类活动影响下岩溶水运动及溶质运移过程三维试验装置，特别适用于岩溶区地下水运动及溶质运移规律研究。

本发明所要解决的技术问题是提供结构简单、拆装方便、制作容易、安全可靠、实用性强的人类活动影响下岩溶水运动及溶质运移过程三维试验装置，可弥补现阶段岩溶水运动试验研究领域存在的诸多不足，可促进岩溶水运动及溶质运移规律研究，可为岩溶水资源合理调控和保护提供科学依据。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种人类活动影响下岩溶水运动及溶质运移过程三维试验装置，包括试验槽，设置于试验槽上方的降雨补给系统，并排设置于试验槽侧边的上游供水箱，以及数据采集系统；

所述试验槽包括槽体和填充于槽体中的含水介质；

所述槽体由模块板拼接而成岩溶区边界，槽体轴长方向的一侧边与上游供水箱相连通、由上游供水箱为含水介质补给边界水流，槽体轴长方向的另一侧边的底端开设有试验槽泉口，槽体的槽底开设有若干个开采/回灌井；

所述含水介质包括不透水的硅砂砖块和设置于硅砂砖块上的高渗透性条带，硅砂砖块内预开挖有无填充沟槽，高渗透性条带和无填充沟槽共同构筑而成裂隙-管道网络；

所述降雨补给系统沿着试验槽轴长方向平行设置，用于为含水介质提供面状的降雨补给；

所述上游供水箱通过与水位控制器相连获得水位高度调节；