CN105427730A - 一种岩溶区天窗越流系统模拟装置及模拟方法 - Google Patents

Abstract

一种岩溶区天窗越流系统模拟装置，包括供水装置、水头控制装置和渗流装置。所述供水装置包括第一供水瓶和第二供水瓶。所述渗流装置包括模拟潜水系统的第一渗流柱和模拟承压水的第二渗流柱，所述第一渗流柱和第二渗流柱的底部通过管道连通。所述第一渗流柱和第二渗流柱内分别填充有介质。所述第二渗流柱的上端设置有出水口；且所述的出水口上设置有测压管。所述第一渗流柱的上部设置有溢流口，且所述溢流口通过管道与溢流瓶连通。本发明提供一种岩溶区天窗越流系统模拟装置及模拟方法，可以实现中国北方岩溶区越流系统的物理模拟，为探究岩溶区三水转化关系、污染控制、水文地球化学作用及岩溶含水层保护提供科学依据。

Description

一种岩溶区天窗越流系统模拟装置及模拟方法

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岩溶区天窗越流系统水文地质过程的装置及模拟方法。

背景技术

从上世纪70年代以来，出现世界范围内的水危机，尤其是对地下水的大量开采引发一系列地质灾害，诸如地面沉降、岩溶塌陷。地下水资源的过量开采造成岩溶塌陷直接危及人们生命财产，因此亟需提出控制岩溶天窗区水位的科学方法。

另一方面，由于人类活动加剧，造成地下水水质恶化呈现加剧趋势，鉴于地下水污染具有隐蔽性，目前含水层的污染治理恢复尚无好的科学方法，尤其是岩溶含水系统具有管道流、裂隙流并存的特点，岩溶介质高度复杂，岩溶水污染治理是世界性难题。因此，模拟岩溶天窗区越流的水文地质过程可望揭示岩溶水接受补给时的污染迁移与净化机理。

岩溶地区大气降水、地表水、地下水的“三水”转化关系极其密切，可以设立地表水与地下水联合调蓄技术，科学的利用这一转化关系可以使岩溶天窗区兴利除害，如采用天窗区人工调蓄补源可以有效的防止岩溶水系统资源枯竭，利用天窗区砂砾石层调蓄可净化水源、改善地下水质量。

基于以上思路，本发明充分利用岩溶水系统天窗越流区地层结构进行人工调蓄补源，防止地下水资源枯竭和岩溶塌陷发生、阻滞污染物的迁移以净化岩溶水水质的技术方法，提出是一种模拟岩溶区天窗越流系统水文地质过程的装置及模拟方法。该发明具有重要理论和现实意义。

发明内容

为防止岩溶水系统天窗越流区岩溶塌陷灾害发生、阻滞天窗区污染物迁移和净化岩溶水水质、防止岩溶水水位下降，本发明提供一种岩溶区天窗越流系统模拟装置及模拟方法，本发明充分利用岩溶水系统天窗越流区地层结构进行人工调蓄补源，防止地下水资源枯竭和岩溶塌陷发生、阻滞污染物的迁移以净化岩溶水水质的技术方法，提出是一种模拟岩溶区天窗越流系统水文地质过程的装置及模拟方法具有重要理论和现实意义，实现了中国北方岩溶区越流系统的物理模拟，从而为探究岩溶区三水转化关系及岩溶含水层保护提供科学依据。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种岩溶区天窗越流系统模拟装置，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地表水，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砂砾石层，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。

根据本发明的另一个具体实施方式，所述第一渗流柱内的水位比第二渗流柱内的水位高50mm。

根据本发明的又一个具体实施方式，所述第一渗流柱和第二渗流柱为透明的有机玻璃材质。

根据本发明的又一个具体实施方式，所述测压管采用医用软管制作而成。

根据本发明的又一个具体实施方式，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。

一种岩溶区天窗越流系统模拟方法，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、砂砾石和石灰岩分别烘干，然后分别将砂质粉土、砂砾石和石灰岩敲击破碎至粒径<0.2cm，然后分别对其称重，然后将烘干后的砂砾石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、将地表水和岩溶水分别用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，打开第一供水瓶阀门，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；然后打开第二供水瓶的阀门；

第四步，调整地表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＝2/5；

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、按照地表水与岩溶水比例为2/5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记录一次渗出体积和取样时间；

c6、调整地表水与岩溶水比例，然后重复c1-c5的操作且所述比例范围为1/5至2/5。

本发明的有益效果是：

本发明通过模拟岩溶区天窗越流系统，

第一、通过测定第一渗流柱各部位出水量及理化指标特征，研究地表水调蓄补源过程中第四系砂砾石对地表水的净化作用；

第二、通过对第二渗流柱各部位出水理化指标特征的测定，分析地表水与地下水联合调蓄过程中，劣质地表水经过砂砾石的净化过滤作用后，对岩溶水水质的影响；

第三、通过对第一渗流柱和第二渗流柱各部位出水理化指标特征的测定，研究岩溶区越流系统的水文地球化学作用；

第四、通过供试水流经分别代表潜水系统和承压水系统的两柱体，同时模拟潜水系统与承压水系统地下水流场、水化学场的变化。实现了中国北方岩溶区越流系统的物理模拟；

第五、可以用于教育教学。

附图说明

图1为本模拟装置的结构示意图；

图2为本模拟装置中第一渗流柱的结构示意图；

图3为本模拟装置中第二渗流柱的结构示意图。

图中：1-第一供水瓶，11-第一流量计，2-第二供水瓶，21-第二流量计，3-溢流瓶，31-第三流量计，4-第一渗流柱，41-第一取水口，42-第二取水口，43-第三取水口，44-溢流口，45-岩溶水入口，5-第二渗流柱，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-砂质粉土层，82-砂砾石层，83-石灰岩层，9-阀门，10-测压管。

具体实施方式

如图1所示，所述的一种岩溶区天窗越流系统模拟装置包括供水部、水头控制部、渗流部和取水部。

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内装有地表水，用于供给地表水，且所述第一供水瓶1的下部设置有出水管，所述出水管上设置有阀门9.所述第二供水瓶2内装有岩溶水，用于供给地下岩溶水，且所述第二供水瓶2的下部设置有出水管，所述出水管上设置有阀门9。

所述的渗流部包括用于模拟潜水流动系统的第一渗流柱4和用于模拟承压水流动系统的第二渗流柱5，如图1所示，所述第一渗流柱4内的潜水与第二渗流柱5内的承压水的水位差为△H，所述的△H的值为50mm。所述的第一渗流柱4和第二渗流柱5均呈上端开口下端封闭的圆柱体筒状结构，如图2所示，所述的第一渗流柱的直径为D1，高度为H1，所述D1的值为300mm，所述H1的值为1500mm；所述的第二渗流柱的直径为D2，高度为H2，所述D2的值为300mm，所述H2的值为1500mm。优选的，所述的第一渗流柱4和第二渗流柱5均采用有机玻璃制备而成。如图1所示，所述的第一渗流柱4和第二渗流柱5的底部通过管道连通，且二者之间的水平距离为L，所述L的值为1000mm。所述第一渗流柱4为敞口设置，在所述的第一渗流柱4内，上部填充有厚度为50mm的砂质粉土层81，下部填充有砂砾石层82，模拟天窗区第四系松散地层。所述的供水部分别通过第一供水瓶1和第二供水瓶2向第一渗流柱4内供给地表水和岩溶水，其中由第一供水瓶供1给的地表水从第一渗流柱4的顶部开口处流入第一渗流柱4内，由第二供水瓶2供给的岩溶水从第一渗流柱4上部的岩溶水入口45流入，所述岩溶水入口45与管口之间的距离为h4，所述h4的取值为300mm。所述第二渗流柱5为封闭设置，如图1所示，其顶部开口处设置有密封塞子54。在所述第二渗流柱5内，填充有石灰岩层83，模拟灰岩地层，所述第二渗流柱5的上端设置有出水口53，且所述的出水口53上通过三通并联有测压管10，进一步地，所述的测压管10采用医用软管制作而成。这样分别由第一供水瓶1和第二供水瓶2提供的地表水和岩溶水从开放设置的第一渗流柱4的上部流入，依次流经模拟天窗区第四系松散地层的砂质粉土层81和砂砾石层82，然后通过连接第一渗流柱4和第二渗流柱5底部的管道从第二渗流柱5的下端进入到第二渗流柱5，由于第二渗流柱5的上端是封闭的，且所述第二渗流柱5内的承压水水位要低于第一渗流柱4内潜水水位，因此在水位差△H的作用下，供试液会经过石灰岩层83从设置于第二渗流柱5上部的出水口53流出，然后通过设置于出水口53下方的窄口瓶7对流出的供试液进行收集采样，并通过设置于出水口53的测压管10测定出水口53处的水头。所述的窄口瓶7上设置有刻度，不仅可以减少供试液的蒸发，还可以及时的读取水量值，从而保证实验数据的准确性。

为了保证供水的水头恒定，所述的一种岩溶区天窗越流系统模拟装置还设置有水头控制部，所述的水头控制部包括溢流瓶3，所述的第一渗流柱1的顶端设置有溢流口44，且所述溢流口44设置于砂质粉土层81的上方，在实验过程中，始终保持地表水的供给处于供大于求的状态，这样通过第一供水瓶1流入到第一渗流柱4内的多余的地表水会通过溢流口44经管道流入到溢流瓶3内，从而保证供水的水头恒定。

为了揭示岩溶区越流系统中地表水调蓄补源过程中水环境演化的过程，所述的一种岩溶区天窗越流系统模拟装置还设置有取水部，以便在供试液在流经模拟潜水流动系统的第一渗流柱4和模拟承压水流动系统的第二渗流柱2的过程中，进行采样，分析流经不同距离时供试液的理化特征，从而为分析探究岩溶区越流系统中地表水回灌过程中水环境演化的过程提供实验依据。所述的取水部包括第一取水口41、第二取水口42、第三取水口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、第三取水口43、第四取水口51、第五取水口52和第六取水口6上均设置有阀门9。如图2所示，所述第一取水口41与岩溶水入口之间的距离为h1，第一取水口41与第二取水口42之间的距离为h2，第二取水口42与第三取水口43之间的距离为h3，所述h1的取值为200mm，所述h2的取值为400mm，所述h3的取值为400mm。所述的第四取水口51和第五取水口52从下到上依次设置于第二渗流柱5的侧壁上，且所述的第四取水口51和第五取水口52同侧设置于出水口53的下方，所述出水口与管口之间的距离为h5，出水口与第五取水口之间的距离为h6，第五取水口与第四取水口之间的距离为h7，所述h5的取值为50mm-100mm，所述h6的取值为400mm，所述h7的取值为400mm。所述的第六取水口6设置于连接第一渗流柱4和第二渗流柱5的管道上。为了测试各取水口的水头，所述的第一取水口41、第二取水口42、第三取水口43、第四取水口51、第五取水口52和第六取水口6均通过三通并连有测压管10，进一步地，所述测压管10采用医用软管制作而成。

为了进一步探究地表水的补源比例对岩溶水质量的影响，所述的设置于第一供水瓶1的的出水管上设置有第一流量计11，所述的设置于第二供水瓶2的出水管上设置有第二流量计21，所述的连接溢流口的管道上设置有第三流量计31。这样就可以通过控制供水部的流量，进而控制供试液中地表水和岩溶水的比例。

一种岩溶区天窗越流系统模拟方法包括以下几个步骤：

第一步，制备供试水样和渗流介质，具体操作如下：

a1、将砂质粉土、砂砾石和石灰岩分别烘干，然后分别将砂质粉土、砂砾石和石灰岩敲击破碎至粒径<0.2cm(目的是增大水-岩接触的表面积)，然后分别对其称重，然后将烘干后的砂砾石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、将地表水和岩溶水分别用0.45um微孔滤膜过滤除杂。

第二步，按照图1所示的模拟装置结构示意图，组装实验装置，并测定渗流柱的内径。

第三步，打开第一供水瓶阀门，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均达到饱和状态；然后打开第二供水瓶的阀门；

第四步，调整地表水与岩溶水的供水比例，具体操作如下：

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＝2/5。

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，具体操作如下：

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，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、按照地表水与岩溶水比例为2/5的比例配制供试水样，并测定供试水样的硝酸根、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记录一次渗出体积和取样时间；

c6、调整地表水与岩溶水比例为3/10，然后重复c1-c5的操作；

c7、调整地表水与岩溶水比例为1/5，然后重复c1-c5的操作。

第六步，对实验数据进行分析

d1、计算石灰岩的渗透系数K，分析其变异机制

由达西公式 $Q=KAJ=KA\frac{\mathrm{\&Delta;}H}{L},$ 可推导出 $K=\frac{QL}{A\mathrm{\&Delta;}H}$

式中，Q为出水口渗流量(m³/s)；

A为过流断面面积(m²)；

ΔH为水头差(m)；

为供试液流经距离(m)；

通过步骤c5可计算每个时间段第三取水口的渗流量Q和水头差ΔH，通过第二步所测得的渗流柱的内径可计算过流断面面积A，通过量取岩样上表面到第三取水口之间的距离可以得到供试液流经距离L，这样通过上述数据便可计算渗透系数。

d2、根据步骤c1、c6、c7得到的渗出水的电导率、温度和步骤d1得到的不同时间的石灰岩的渗透系数，绘制渗透系数、电导率、水温历时关系曲线。

d3、根据步骤c1、c6、c7得到的不同时间的渗出水中硝酸根、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和步骤c2得到的供试水样中硝酸根、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，绘制离子浓度历时变化曲线。

d4、根据步骤c1、c6、c7得到的不同时间的渗出水中硝酸根、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，通过phreeqc模拟软件模拟供试液在流经渗流柱时，随时间所发生的的水文地球化学作用。

d5、根据步骤c3、c4、c6、c7得到的不同取水口处的渗出水中硝酸根、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，通过phreeqc模拟软件反演供试液在分别流经第一渗流柱和第二渗流柱的过程中所发生的的水文地球化学作用。

d6、根据步骤c1、c6、c7得到的不同时间的渗出水中硝酸根、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，通过分析软件分析得到Piper三线图和离子毫克当量与矿化度相关性曲线图，从而为分析成因提供依据。

d7、计算弥散系数D_L

弥散系数的计算公式为

$D_L=\frac{1}{8}{\&lsqb;\frac{x-{\mathrm{ut}}_{0.1587}}{\sqrt{t_{0.1587}}}-\frac{x-{\mathrm{ut}}_{0.8413}}{\sqrt{t_{0.8413}}}\&rsqb;}^2$

式中，x为供试液在柱体中运移的距离m；

U为C/C₀为0.5时对应的渗流速度m/s；

t_0.1587,t_0.8413分别为C/C₀为0.1587,0.8413时对应的时间s。

第七步，根据第六步对数据的分析进一步探讨分析，

(1)、在岩溶区越流系统地表水与地下水调蓄补源过程中，第四系砂砾石对污染物的阻滞作用；

(2)、在岩溶区越流系统地表水与地下水调蓄补源过程中，天窗区孔隙水对岩溶水的净化作用，进而讨论岩溶水水质的控制因素；

(3)、采用测试数据探讨、反演岩溶区越流系统渗流过程中的水文地球化学作用；

(4)、采用测试数据探讨潜水系统和承压水系统地下水流场和水化学场的变化。

Claims (7)

1.一种岩溶区天窗越流系统模拟装置，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地表水，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砂砾石层，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所述的一种岩溶区天窗越流系统模拟装置，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所述的一种岩溶区天窗越流系统模拟装置，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所述的一种岩溶区天窗越流系统模拟装置，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所述的一种岩溶区天窗越流系统模拟装置，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所述的一种岩溶区天窗越流系统模拟装置，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岩溶区天窗越流系统模拟方法，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、砂砾石和石灰岩分别烘干，然后分别将砂质粉土、砂砾石和石灰岩敲击破碎至粒径<0.2cm，然后分别对其称重，然后将烘干后的砂砾石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、将地表水和岩溶水分别用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，打开第一供水瓶的阀门，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；然后打开第二供水瓶的阀门；

第四步，调整地表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＝2/5；

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、按照地表水与岩溶水比例为2/5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、调整地表水与岩溶水比例，然后重复c1-c5的操作且所述比例范围为1/5至2/5。