一種巖溶區(qū)天窗越流系統(tǒng)模擬裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種模擬裝置和模擬方法，具體地說(shuō)是一種模擬巖溶區(qū)天窗越流 系統(tǒng)水文地質(zhì)過(guò)程的裝置及模擬方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 從上世紀(jì)70年代W來(lái)，出現(xiàn)世界范圍內(nèi)的水危機(jī)，尤其是對(duì)地下水的大量開(kāi)采引 發(fā)一系列地質(zhì)災(zāi)害，諸如地面沉降、巖溶塌陷。地下水資源的過(guò)量開(kāi)采造成巖溶塌陷直接危 及人們生命財(cái)產(chǎn)，因此亟需提出控制巖溶天窗區(qū)水位的科學(xué)方法。
[0003] 另一方面，由于人類(lèi)活動(dòng)加劇，造成地下水水質(zhì)惡化呈現(xiàn)加劇趨勢(shì)，鑒于地下水污 染具有隱蔽性，目前含水層的污染治理恢復(fù)尚無(wú)好的科學(xué)方法，尤其是巖溶含水系統(tǒng)具有 管道流、裂隙流并存的特點(diǎn)，巖溶介質(zhì)高度復(fù)雜，巖溶水污染治理是世界性難題。因此，模擬 巖溶天窗區(qū)越流的水文地質(zhì)過(guò)程可望掲示巖溶水接受補(bǔ)給時(shí)的污染遷移與凈化機(jī)理。
[0004] 巖溶地區(qū)大氣降水、地表水、地下水的"立7長(zhǎng)"轉(zhuǎn)化關(guān)系極其密切，可W設(shè)立地表水 與地下水聯(lián)合調(diào)蓄技術(shù)，科學(xué)的利用運(yùn)一轉(zhuǎn)化關(guān)系可W使巖溶天窗區(qū)興利除害，如采用天 窗區(qū)人工調(diào)蓄補(bǔ)源可W有效的防止巖溶水系統(tǒng)資源枯竭，利用天窗區(qū)砂堿石層調(diào)蓄可凈化 水源、改善地下水質(zhì)量。
[0005] 基于W上思路，本實(shí)用新型充分利用巖溶水系統(tǒng)天窗越流區(qū)地層結(jié)構(gòu)進(jìn)行人工調(diào) 蓄補(bǔ)源，防止地下水資源枯竭和巖溶塌陷發(fā)生、阻滯污染物的遷移W凈化巖溶水水質(zhì)的技 術(shù)方法，提出是一種模擬巖溶區(qū)天窗越流系統(tǒng)水文地質(zhì)過(guò)程的裝置及模擬方法。該實(shí)用新 型具有重要理論和現(xiàn)實(shí)意義。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 為防止巖溶水系統(tǒng)天窗越流區(qū)巖溶塌陷災(zāi)害發(fā)生、阻滯天窗區(qū)污染物遷移和凈化 巖溶水水質(zhì)、防止巖溶水水位下降，本實(shí)用新型提供一種巖溶區(qū)天窗越流系統(tǒng)模擬裝置及 模擬方法，本實(shí)用新型充分利用巖溶水系統(tǒng)天窗越流區(qū)地層結(jié)構(gòu)進(jìn)行人工調(diào)蓄補(bǔ)源，防止 地下水資源枯竭和巖溶塌陷發(fā)生、阻滯污染物的遷移W凈化巖溶水水質(zhì)的技術(shù)方法，提出 是一種模擬巖溶區(qū)天窗越流系統(tǒng)水文地質(zhì)過(guò)程的裝置及模擬方法具有重要理論和現(xiàn)實(shí)意 義，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)北方巖溶區(qū)越流系統(tǒng)的物理模擬，從而為探究巖溶區(qū)=水轉(zhuǎn)化關(guān)系及巖溶 含水層保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。
[0007] 本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是：
[000引一種巖溶區(qū)天窗越流系統(tǒng)模擬裝置，包括供水部、水頭控制部和滲流部；
[0009] 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 部均設(shè)置有出水管；
[0010] 盛放在所述第一供水瓶?jī)?nèi)的供試液為地表水，盛放在所述第二供水瓶?jī)?nèi)的供試液 為巖溶水；
[0011] 所述滲流部包括第一滲流柱和第二滲流柱，所述第一滲流柱上端開(kāi)口下端封閉， 所述第二滲流柱的上下兩端均封閉，且所述第一滲流柱和第二滲流柱的底部通過(guò)管道連 通；
[0012] 所述第一滲流柱的水平高度高于第二滲流柱；
[0013] 所述第一滲流柱內(nèi)自上而下依次為砂質(zhì)粉±層和砂堿石層，所述第二滲流柱內(nèi)填 充的滲流介質(zhì)為石灰?guī)r；
[0014] 所述第一供水瓶的出水管與第一滲流柱的上端開(kāi)口連通，并設(shè)有閥口；
[0015] 所述第二供水瓶的出水管與設(shè)置于第一滲流柱的上部的巖溶水入口連通，并設(shè)有 閥n;
[0016] 所述的第一滲流柱的側(cè)壁上自上而下依次設(shè)置有第一取水口、第二取水口和第= 取水口；
[0017] 所述第二滲流柱的側(cè)壁上自下而上依次設(shè)置有第四取水口、第五取水口和出水 P;
[0018] 所述第一滲流柱和第二滲流柱的底部的連通管道上設(shè)置有第六取水口；
[0019] 所述第一取水口、第二取水口、第=取水口、第四取水口和第五取水口上均分別設(shè) 置有閥口和測(cè)壓管，所述第六取水口上設(shè)置有閥口，所述出水口上設(shè)置有測(cè)壓管，且在所述 出水口的下方設(shè)置有收集瓶；
[0020] 所述水頭控制部包括溢流口，W及設(shè)置于第一供水瓶出水管上的閥口；
[0021 ]所述溢流口設(shè)置于第一滲流柱的頂端，且所述溢流口通過(guò)管道與溢流瓶連通；
[0022] 所述第一供水瓶的出水管上設(shè)置有第一流量計(jì)，所述第二供水瓶的出水管上設(shè)置 有第二流量計(jì)，所述的連接溢流口的管道上設(shè)置有第=流量計(jì)。
[0023] 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)【具體實(shí)施方式】，所述的第一滲流柱的高度為1500mm，直徑 為300mm，所述第二滲流柱的高度為1500mm，直徑為300mm;
[0024] 所述第一滲流柱軸線和第二滲流柱軸線之間的水平距離為1300mm;
[0025] 所述巖溶水入口與第一滲流柱的管口之間的距離為300mm;
[00%] 所述第一取水口與巖溶水入口之間的距離為200mm;
[0027] 所述第一取水口與第二取水口之間的距離為400mm;
[002引所述第二取水口與第S取水口之間的距離為400mm;
[0029 ] 所述出水口與第二滲流柱的管口之間的距離為SOmm-I OOmm;
[0030] 所述出水口與第五取水口之間的距離為400mm;
[0031] 所述第五取水口與第四取水口之間的距離為400mm;
[0032] 所述砂質(zhì)粉±層的厚度為50mm。
[0033] 根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)【具體實(shí)施方式】，所述第一滲流柱內(nèi)的水位比第二滲流柱 內(nèi)的水位高50mm。
[0034] 根據(jù)本實(shí)用新型的又一個(gè)【具體實(shí)施方式】，所述第一滲流柱和第二滲流柱為透明 的有機(jī)玻璃材質(zhì)。
[0035] 根據(jù)本實(shí)用新型的又一個(gè)【具體實(shí)施方式】，所述測(cè)壓管采用醫(yī)用軟管制作而成。
[0036] 根據(jù)本實(shí)用新型的又一個(gè)【具體實(shí)施方式】，設(shè)置于所述出水口下方的收集瓶采用窄 口瓶，且所述窄口瓶上設(shè)置有刻度。
[0037] -種巖溶區(qū)天窗越流系統(tǒng)模擬方法，包括W下步驟：
[0038] 第一步，制備供試水樣和滲流介質(zhì)，具體為，
[0039] al、將砂質(zhì)粉±、砂堿石和石灰?guī)r分別烘干，然后分別將砂質(zhì)粉±、砂堿石和石灰 巖敲擊破碎至粒徑<0.2cm，然后分別對(duì)其稱(chēng)重，然后將烘干后的砂堿石和砂質(zhì)粉±先后依 次裝填到第一滲流柱內(nèi)，將石灰?guī)r填裝到第二滲流柱內(nèi)；
[0040] a2、將地表水和巖溶水分別用0.45皿微孔濾膜過(guò)濾除雜；
[0041] 第二步，組裝并形成模擬裝置，并測(cè)定滲流柱的內(nèi)徑；
[0042] 第=步，打開(kāi)第一供水瓶閥口，使供水部持續(xù)向第一滲流柱內(nèi)供水，直至第一滲流 柱和第二滲流柱內(nèi)均達(dá)到飽和狀態(tài);然后打開(kāi)第二供水瓶的閥口；
[0043] 第四步，調(diào)整地表水與巖溶水的供水比例，具體為，
[0044] bl、讀取第一流量計(jì)的讀數(shù)記為Al,第二流量計(jì)的讀數(shù)記為A2,第S流量計(jì)的讀數(shù) 記為A3，且第S流量計(jì)的讀數(shù)A3不能為零；
[0045] b2、分別調(diào)整第一供水瓶出水管和第二供水瓶出水管上的閥口，使(A1-A3VA2 = 2/5；
[0046] 第五步，關(guān)閉所有取水口的閥口，使流經(jīng)滲流柱的供試液只能從第二滲流柱上端 的出水口流出，待該出水口流量穩(wěn)定后根據(jù)需要對(duì)供試液進(jìn)行取樣和檢測(cè)，具體為，
[0047] cl、保持所述取水口的閥口為關(guān)閉的狀態(tài)，每隔30min通過(guò)窄口瓶上的刻度讀取滲 出水的體積和水頭差，并實(shí)時(shí)測(cè)定滲出水的電導(dǎo)率、溫度、抑值W及硝酸根、硫酸根、氯離 子、重碳酸根、鋼離子、巧離子、儀離子等的離子濃度，并記錄；
[004引c2、按照地表水與巖溶水比例為2/5的比例配制供試水樣，并測(cè)定供試水樣的電導(dǎo) 率、溫度、抑值W及硝酸根、硫酸根、氯離子、重碳酸根、鋼離子、巧離子、儀離子等的離子濃 度，并記錄；
[0049] c3、依次打開(kāi)第一取水口、第二取水口、第=取水口、第四取水口、第五取水口 W及 第六取水口的閥口，并依次記錄各個(gè)取水口的水頭后對(duì)其進(jìn)行采樣，記為水樣I，水樣n，水 樣虹，水樣IV，水樣V和水樣VI;
[0050] c4、分別測(cè)定c3中所取水樣的電導(dǎo)率、溫度、抑值W及硝酸根、硫酸根、氯離子、重 碳酸根、鋼離子、巧離子、儀離子等的離子濃度，并記錄；
[0051] c5、打開(kāi)第S取水口，通過(guò)帶刻度的窄口瓶收集滲出的供試液，且每隔30min記錄 一次滲出體積和取樣時(shí)間；
[0化2] c6、調(diào)整地表水與巖溶水比例，然后重復(fù)cl-c5的操作且所述比例范圍為1/5至2/ 5。
[0053] 本實(shí)用新型的有益效果是：
[0054] 本實(shí)用新型通過(guò)模擬巖溶區(qū)天窗越流系統(tǒng)，
[0055] 第一、通過(guò)測(cè)定第一滲流柱各部位出水量及理化指標(biāo)特征，研究地表水調(diào)蓄補(bǔ)源 過(guò)程中第四系砂堿石對(duì)地表水的凈化作用；
[0056] 第二、通過(guò)對(duì)第二滲流柱各部位出水理化指標(biāo)特征的測(cè)定，分析地表水與地下水 聯(lián)合調(diào)蓄過(guò)程中，劣質(zhì)地表水經(jīng)過(guò)砂堿石的凈化過(guò)濾作用后，對(duì)巖溶水水質(zhì)的影響；
[0057] 第=、通過(guò)對(duì)第一滲流柱和第二滲流柱各部位出水理化指標(biāo)特征的測(cè)定，研究巖 溶區(qū)越流系統(tǒng)的水文地球化學(xué)作用；
[0058] 第四、通過(guò)供試水流經(jīng)分別代表潛水系統(tǒng)和承壓水系統(tǒng)的兩柱體，同時(shí)模擬潛水 系統(tǒng)與承壓水系統(tǒng)地下水流場(chǎng)、水化學(xué)場(chǎng)的變化。實(shí)現(xiàn)了中國(guó)北方巖溶區(qū)越流系統(tǒng)的物理 模擬；
[0059] 第五、可W用于教育教學(xué)。
【附圖說(shuō)明】

[0060] 圖1為本模擬裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0061 ]圖2為本模擬裝置中第一滲流柱的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0062] 圖3為本模擬裝置中第二滲流柱的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0063] 圖中：1-第一供水瓶，11-第一流量計(jì)，2-第二供水瓶，21-第二流量計(jì)，3-溢流瓶， 31-第S流量計(jì)，4-第一滲流柱，41-第一取水口，42-第二取水口，43-第S取水口，44-溢流 口，45-巖溶水入口，5-第二滲流柱，51-第四取水口，52-第五取水口，53-出水口，54-密封塞 子，6-第六取水口，7-窄口瓶，81-砂質(zhì)粉±層，82-砂堿石層，83-石灰?guī)r層，9-閥口，10-測(cè)壓 管。
【具體實(shí)施方式】
[0064] 如圖1所示，所述的一種巖溶區(qū)天窗越流系統(tǒng)模擬裝置包括供水部、水頭控制部、 滲流部和取水部。
[0065] 所述的供水部包括第一供水瓶1和第二供水瓶2,所述的第一供水瓶1內(nèi)裝有地表 水，用于供給地表水，且所述第一供水瓶1的下部設(shè)置有出水管，所述出水管上設(shè)置有閥口 9.所述第二供水瓶2內(nèi)裝有巖溶水，用于供給地下巖溶水，且所述第二供水瓶2的下部設(shè)置 有出水管，所述出水管上設(shè)置有閥口 9。
[0066] 所述的滲流部包括用于模擬潛水流動(dòng)系統(tǒng)的第一滲流柱4和用于模擬承壓水流動(dòng) 系統(tǒng)的第二滲流柱5,如圖1所示，所述第一滲流柱4內(nèi)的潛水與第二滲流柱5內(nèi)的承壓水的 水位差為AH，所述的AH的值為50mm。所述的第一滲流柱4和第二滲流柱5均呈上端開(kāi)口下 端封閉的圓柱體筒狀結(jié)構(gòu)，如圖2所示，所述的第一滲流柱的直徑為Dl，高度為H1，所述Dl的 值為300mm，所述Hl的值為1500mm;所述的第二滲流柱的直徑為D2,高度為H2,所述D2的值 為300mm，所述H2的值為1500mm。優(yōu)選的，所述的第一滲流柱4和第二滲流柱5均采用有機(jī)玻 璃制備而成。如圖1所示，所述的第一滲流柱4和第二滲流柱5的底部通過(guò)管道連通，且二者 之間的水平距離為L(zhǎng)，所述L的值為1000mm。所述第一滲流柱4為敞口設(shè)置，在所述的第一滲 流柱4內(nèi)，上部填充有厚度為50mm的砂質(zhì)粉±層81，下部填充有砂堿石層82,模擬天窗區(qū)第 四系松散地層。所述的供水部分別通過(guò)第一供水瓶1和第二供水瓶2向第一滲流柱4內(nèi)供給 地表水和巖溶水，其中由第一供水瓶供1給的地表水從第一滲流柱4的頂部開(kāi)口處流入第一 滲流柱4內(nèi)，由第二供水瓶2供給的巖溶水從第一滲流柱4上部的巖溶水入口45流入，所述巖 溶水入口 45與管口之間的距離為h4,所述h4的取值為300mm。所述第二滲流柱5為封閉設(shè)置， 如圖1所示，其頂部開(kāi)口處設(shè)置有密封塞子54。在所述第二滲流柱5內(nèi)，填充有石灰?guī)r層83， 模擬灰?guī)r地層，所述第二滲流柱5的上端設(shè)置有出水口 53，且所述的出水口 53上通過(guò)=通并 聯(lián)有測(cè)壓管10,進(jìn)一步地，所述的測(cè)壓管10采用醫(yī)用軟管制作而成。運(yùn)樣分別由第一供水瓶 1和第二供水瓶2提供的地表水和巖溶水從開(kāi)放設(shè)置的第一滲流柱4的上部流入，依次流經(jīng) 模擬天窗區(qū)第四系松散地層的砂質(zhì)粉±層81和砂堿石層82,然后通過(guò)連接第一滲流柱4和 第二滲流柱5底部的管道從第二滲流柱5的下端進(jìn)入到第二滲流柱5,由于第二滲流柱5的上 端是封閉的，且所述第二滲流柱5內(nèi)的承壓水水位要低于第一滲流柱4內(nèi)潛水水位，因此在 水位差A(yù)H的作用下，供試液會(huì)經(jīng)過(guò)石灰?guī)r層83從設(shè)置于第二滲流柱5上部的出水口 53流 出，然后通過(guò)設(shè)置于出水口53下方的窄口瓶7對(duì)流出的供試液進(jìn)行收集采樣，并通過(guò)設(shè)置于 出水口 53的測(cè)壓管10測(cè)定出水口 53處的水頭。所述的窄口瓶7上設(shè)置有刻度，不僅可W減少 供試液的蒸發(fā)，還可W及時(shí)的讀取水量值，從而保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
[0067] 為了保證供水的水頭恒定，所述的一種巖溶區(qū)天窗越流系統(tǒng)模擬裝置還設(shè)置有 水頭控制部，所述的水頭控制部包括溢流瓶3,所述的第一滲流柱1的頂端設(shè)置有溢流口 44， 且所述溢流口 44設(shè)置于砂質(zhì)粉±層81的上方，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，始終保持地表水的供給處于 供大于求的狀態(tài)，運(yùn)樣通過(guò)第一供水瓶1流入到第一滲流柱4內(nèi)的多余的地表水會(huì)通過(guò)溢流 口 44經(jīng)管道流入到溢流瓶3內(nèi)，從而保證供水的水頭恒定。
[0068] 為了掲示巖溶區(qū)越流系統(tǒng)中地表水調(diào)蓄補(bǔ)源過(guò)程中水環(huán)境演化的過(guò)程，所述的一 種巖溶區(qū)天窗越流系統(tǒng)模擬裝置還設(shè)置有取水部，W便在供試液在流經(jīng)模擬潛水流動(dòng)系統(tǒng) 的第一滲流柱4和模擬承壓水流動(dòng)系統(tǒng)的第二滲流柱2的過(guò)程中，進(jìn)行采樣，分析流經(jīng)不同 距離時(shí)供試液的理化特征，從而為分析探究巖溶區(qū)越流系統(tǒng)中地表水回灌過(guò)程中水環(huán)境演 化的過(guò)程提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。所述的取水部包括第一取水口 41、第二取水口 42、第=取水口 43、 第四取水口 51、第五取水口 52和第六取水口 6，且所述第一取水口 41、第二取水口 42、第=取 水口 43、第四取水口 51、第五取水口 52和第六取水口 6上均設(shè)置有閥口9。如圖2所示，所述第 一取水口 41與巖溶水入口之間的距離為hi,第一取水口 41與第二取水口 42之間的距離為 h2，第二取水口 42與第S取水口 43之間的距離為h3，所述hi的取值為200mm，所述h2的取值 為400mm，所述h3的取值為400mm。所述的第四取水口 51和第五取水口 52從下到上依次設(shè)置 于第二滲流柱5的側(cè)壁上，且所述的第四取水口 51和第五取水口 52同側(cè)設(shè)置于出水口 53的 下方，所述出水口與管口之間的距離為h5,出水口與第五取水口之間的距離為h6,第五取水 口與第四取水口之間的距離為h7,所述h5的取值為50mm-100mm，所述h6的取值為400mm，所 述h7的取值為400mm。所述的第六取水口 6設(shè)置于連接第一滲流柱4和第二滲流柱5的管道 上。為了測(cè)試各取水口的水頭，所述的第一取水口 41、第二取水口 42、第=取水口 43、第四取 水口 51、第五取水口 52和第六取水口 6均通過(guò)=通并連有測(cè)壓管10，進(jìn)一步地，所述測(cè)壓管 10采用醫(yī)用軟管制作而成。
[0069] 為了進(jìn)一步探究地表水的補(bǔ)源比例對(duì)巖溶水質(zhì)量的影響，所述的設(shè)置于第一供水 瓶1的的出水管上設(shè)置有第一流量計(jì)11，所述的設(shè)置于第二供水瓶2的出水管上設(shè)置有第二 流量計(jì)21，所述的連接溢流口的管道上設(shè)置有第=流量計(jì)31。運(yùn)樣就可W通過(guò)控制供水部 的流量，進(jìn)而控制供試液中地表水和巖溶水的比例。
[0070] -種巖溶區(qū)天窗越流系統(tǒng)模擬方法包括W下幾個(gè)步驟：
[0071 ]第一步，制備供試水樣和滲流介質(zhì)，具體操作如下：
[0072] al、將砂質(zhì)粉±、砂堿石和石灰?guī)r分別烘干，然后分別將砂質(zhì)粉±、砂堿石和石灰 巖敲擊破碎至粒徑<0.2cm(目的是增大水-巖接觸的表面積），然后分別對(duì)其稱(chēng)重，然后將烘 干后的砂堿石和砂質(zhì)粉±先后依次裝填到第一滲流柱內(nèi)，將石灰?guī)r填裝到第二滲流柱內(nèi)；
[0073] a2、將地表水和巖溶水分別用0.45皿微孔濾膜過(guò)濾除雜。
[0074] 第二步，按照?qǐng)D1所示的模擬裝置結(jié)構(gòu)示意圖，組裝實(shí)驗(yàn)裝置，并測(cè)定滲流柱的內(nèi) 徑。
[0075] 第=步，打開(kāi)第一供水瓶閥口，使供水部持續(xù)向第一滲流柱內(nèi)供水，直至第一滲流 柱和第二滲流柱均達(dá)到飽和狀態(tài);然后打開(kāi)第二供水瓶的閥口；
[0076] 第四步，調(diào)整地表水與巖溶水的供水比例，具體操作如下：
[0077] bl、讀取第一流量計(jì)的讀數(shù)記為Al,第二流量計(jì)的讀數(shù)記為A2,第S流量計(jì)的讀數(shù) 記為A3，且第S流量計(jì)的讀數(shù)A3不能為零；
[0078] b2、分別調(diào)整第一供水瓶出水管和第二供水瓶出水管上的閥口，使(A1-A3VA2 = 2/5。
[0079] 第五步，關(guān)閉所有取水口的閥口，使流經(jīng)滲流柱的供試液只能從第二滲流柱上端 的出水口流出，待該出水口流量穩(wěn)定后根據(jù)需要對(duì)供試液進(jìn)行取樣和檢測(cè)，具體操作如下：
[0080] cl、保持所述取水口的閥口為關(guān)閉的狀態(tài)，每隔30min通過(guò)窄口瓶上的刻度讀取 滲出水的體積和水頭，并實(shí)時(shí)測(cè)定滲出水的電導(dǎo)率、溫度、pH值W及硝酸根、硫酸根、氯離 子、重碳酸根、鋼離子、巧離子、儀離子等的離子濃度，并記錄；
[0081] c2、按照地表水與巖溶水比例為2/5的比例配制供試水樣，并測(cè)定供試水樣的硝酸 根、硫酸根、氯離子、重碳酸根、鋼離子、巧離子、儀離子等的離子濃度，并記錄；
[0082] c3、依次打開(kāi)第一取水口、第二取水口、第=取水口、第四取水口、第五取水口 W及 第六取水口的閥口，并依次記錄各個(gè)取水口的水頭后對(duì)其進(jìn)行采樣，記為水樣I，水樣n，水 樣虹，水樣IV，水樣V和水樣VI;
[0083] c4、分別測(cè)定c3中所取水樣的電導(dǎo)率、溫度、抑值W及硝酸根、硫酸根、氯離子、重 碳酸根、鋼離子、巧離子、儀離子等的離子濃度，并記錄；
[0084] c5、打開(kāi)第S取水口，通過(guò)帶刻度的窄口瓶收集滲出的供試液，且每隔30min記錄 一次滲出體積和取樣時(shí)間；
[0085] c6、調(diào)整地表水與巖溶水比例為3/10,然后重復(fù)cl-c5的操作；
[0086] c7、調(diào)整地表水與巖溶水比例為1/5,然后重復(fù)cl-c5的操作。
[0087] 第六步，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析
[0088] dl、計(jì)算石灰?guī)r的滲透系數(shù)K，分析其變異機(jī)制
[0089] 由達(dá)西公式
，可推導(dǎo)出
[0090] 式中，Q為出水口滲流量(mVs);
[0091] A為過(guò)流斷面面積(m2);
[0092] A H為水頭差(m);
[0093] 為供試液流經(jīng)距離(m);
[0094] 通過(guò)步驟c5可計(jì)算每個(gè)時(shí)間段第=取水口的滲流量Q和水頭差A(yù) H，通過(guò)第二步所 測(cè)得的滲流柱的內(nèi)徑可計(jì)算過(guò)流斷面面積A，通過(guò)量取巖樣上表面到第=取水口之間的距 離可W得到供試液流經(jīng)距離L，運(yùn)樣通過(guò)上述數(shù)據(jù)便可計(jì)算滲透系數(shù)。
[00M] d2、根據(jù)步驟(：1、〇6、扣得到的滲出水的電導(dǎo)率、溫度和步驟dl得到的不同時(shí)間的 石灰?guī)r的滲透系數(shù)，繪制滲透系數(shù)、電導(dǎo)率、水溫歷時(shí)關(guān)系曲線。
[0096] d3、根據(jù)步驟Cl、c6、^得到的不同時(shí)間的滲出水中硝酸根、硫酸根、氯離子、重碳 酸根、鋼離子、巧離子、儀離子等的離子濃度和步驟c2得到的供試水樣中硝酸根、硫酸根、氯 離子、重碳酸根、鋼離子、巧離子、儀離子等的離子濃度，繪制離子濃度歷時(shí)變化曲線。
[0097] d4、根據(jù)步驟cl、c6、^得到的不同時(shí)間的滲出水中硝酸根、硫酸根、氯離子、重碳 酸根、鋼離子、巧離子、儀離子等的離子濃度，通過(guò)曲reeqc模擬軟件模擬供試液在流經(jīng)滲流 柱時(shí)，隨時(shí)間所發(fā)生的的水文地球化學(xué)作用。
[0098] d5、根據(jù)步驟〇3、〇4、〇6、〇7得到的不同取水口處的滲出水中硝酸根、硫酸根、氯離 子、重碳酸根、鋼離子、巧離子、儀離子等的離子濃度，通過(guò)Phreeqc模擬軟件反演供試液在 分別流經(jīng)第一滲流柱和第二滲流柱的過(guò)程中所發(fā)生的的水文地球化學(xué)作用。
[0099] d6、根據(jù)步驟cl、c6、^得到的不同時(shí)間的滲出水中硝酸根、硫酸根、氯離子、重碳 酸根、鋼離子、巧離子、儀離子等的離子濃度，通過(guò)分析軟件分析得到Piper =線圖和離子毫 克當(dāng)量與礦化度相關(guān)性曲線圖，從而為分析成因提供依據(jù)。
[0100] d7、計(jì)算彌散系數(shù)化
[0101] 彌散系數(shù)的計(jì)算公式為
[0102]
[0103] 式中，X為供試液在柱體中運(yùn)移的距離m;
[0104] U為C/Co為0.5時(shí)對(duì)應(yīng)的滲流速度m/s;
[0105] to.1 日 87，to.8413 分別為 C/C 日為0.1587,0.8413 時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)間S。
[0106] 第屯步，根據(jù)第六步對(duì)數(shù)據(jù)的分析進(jìn)一步探討分析，
[0107] (1)、在巖溶區(qū)越流系統(tǒng)地表水與地下水調(diào)蓄補(bǔ)源過(guò)程中，第四系砂堿石對(duì)污染物 的阻滯作用；
[0108] (2)、在巖溶區(qū)越流系統(tǒng)地表水與地下水調(diào)蓄補(bǔ)源過(guò)程中，天窗區(qū)孔隙水對(duì)巖溶水 的凈化作用，進(jìn)而討論巖溶水水質(zhì)的控制因素；
[0109] (3)、采用測(cè)試數(shù)據(jù)探討、反演巖溶區(qū)越流系統(tǒng)滲流過(guò)程中的水文地球化學(xué)作用；
[0110] (4)、采用測(cè)試數(shù)據(jù)探討潛水系統(tǒng)和承壓水系統(tǒng)地下水流場(chǎng)和水化學(xué)場(chǎng)的變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種巖溶區(qū)天窗越流系統(tǒng)模擬裝置，其特征在于： 包括供水部、水頭控制部和滲流部； 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 設(shè)置有出水管； 盛放在所述第一供水瓶?jī)?nèi)的供試液為地表水，盛放在所述第二供水瓶?jī)?nèi)的供試液為巖 溶水； 所述滲流部包括第一滲流柱和第二滲流柱，所述第一滲流柱上端開(kāi)口下端封閉，所述 第二滲流柱的上下兩端均封閉，且所述第一滲流柱和第二滲流柱的底部通過(guò)管道連通； 所述第一滲流柱的水平高度高于第二滲流柱； 所述第一滲流柱內(nèi)自上而下依次為砂質(zhì)粉土層和砂礫石層，所述第二滲流柱內(nèi)填充的 滲流介質(zhì)為石灰?guī)r； 所述第一供水瓶的出水管與第一滲流柱的上端開(kāi)口連通，并設(shè)有閥門(mén)； 所述第二供水瓶的出水管與設(shè)置于第一滲流柱的上部的巖溶水入口連通，并設(shè)有閥 門(mén)； 所述的第一滲流柱的側(cè)壁上自上而下依次設(shè)置有第一取水口、第二取水口和第三取水 P； 所述第二滲流柱的側(cè)壁上自下而上依次設(shè)置有第四取水口、第五取水口和出水口； 所述第一滲流柱和第二滲流柱的底部的連通管道上設(shè)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別設(shè)置有 閥門(mén)和測(cè)壓管，所述第六取水口上設(shè)置有閥門(mén)，所述出水口上設(shè)置有測(cè)壓管，且在所述出水 口的下方設(shè)置有收集瓶； 所述水頭控制部包括溢流口，以及設(shè)置于第一供水瓶出水管上的閥門(mén)； 所述溢流口設(shè)置于第一滲流柱的頂端，且所述溢流口通過(guò)管道與溢流瓶連通； 所述第一供水瓶的出水管上設(shè)置有第一流量計(jì)，所述第二供水瓶的出水管上設(shè)置有第 二流量計(jì)，連接溢流口的所述的管道上設(shè)置有第三流量計(jì)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巖溶區(qū)天窗越流系統(tǒng)模擬裝置，其特征在于:所述的第一 滲流柱的高度均為1500mm，直徑為300mm，所述第二滲流柱的高度為1500mm，直徑為300mm; 所述第一滲流柱軸線和第二滲流柱軸線之間的水平距離為1300mm; 所述巖溶水入口與第一滲流柱的管口之間的距離為300mm; 所述第一取水口與巖溶水入口之間的距離為200mm; 所述第一取水口與第二取水口之間的距離為400mm; 所述第二取水口與第三取水口之間的距離為400mm; 所述出水口與第二滲流柱的管口之間的距離為50mm-100mm; 所述出水口與第五取水口之間的距離為400mm; 所述第五取水口與第四取水口之間的距離為400mm; 所述砂質(zhì)粉土層的厚度為50mm。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巖溶區(qū)天窗越流系統(tǒng)模擬裝置，其特征在于:所述第一滲 流柱內(nèi)的水位比第二滲流柱內(nèi)的水位高50mm。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巖溶區(qū)天窗越流系統(tǒng)模擬裝置，其特征在于:所述第一滲 流柱和第二滲流柱為透明的有機(jī)玻璃材質(zhì)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巖溶區(qū)天窗越流系統(tǒng)模擬裝置，其特征在于:所述測(cè)壓管 采用醫(yī)用軟管制作而成。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巖溶區(qū)天窗越流系統(tǒng)模擬裝置，特征在于:設(shè)置于所述出 水口下方的收集瓶采用窄口瓶，且所述窄口瓶上設(shè)置有刻度。
【專(zhuān)利摘要】一種巖溶區(qū)天窗越流系統(tǒng)模擬裝置，包括供水裝置、水頭控制裝置和滲流裝置。所述供水裝置包括第一供水瓶和第二供水瓶。所述滲流裝置包括模擬潛水系統(tǒng)的第一滲流柱和模擬承壓水的第二滲流柱，所述第一滲流柱和第二滲流柱的底部通過(guò)管道連通。所述第一滲流柱和第二滲流柱內(nèi)分別填充有介質(zhì)。所述第二滲流柱的上端設(shè)置有出水口；且所述的出水口上設(shè)置有測(cè)壓管。所述第一滲流柱的上部設(shè)置有溢流口，且所述溢流口通過(guò)管道與溢流瓶連通。本實(shí)用新型提供一種巖溶區(qū)天窗越流系統(tǒng)模擬裝置及模擬方法，可以實(shí)現(xiàn)中國(guó)北方巖溶區(qū)越流系統(tǒng)的物理模擬，為探究巖溶區(qū)三水轉(zhuǎn)化關(guān)系、污染控制、水文地球化學(xué)作用及巖溶含水層保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。
【IPC分類(lèi)】G09B23/40
【公開(kāi)號(hào)】CN205384811
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521131083
【發(fā)明人】邢立亭, 張鳳娟, 邢學(xué)睿
【申請(qǐng)人】濟(jì)南大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年7月13日
【申請(qǐng)日】2015年12月30日