CN106066389B - 岩溶双含水***补给源与污染控制模拟装置及模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩溶双含水***补给源与污染控制模拟装置，该模拟装置包括供水部、渗流部、测压部和取水部，同时公开了一种利用该模拟装置的模拟方法。通过该模拟装置和模拟方法可以模拟岩溶大泉流量多源补给过程，岩溶水污染修复效果，承压岩溶水******泉补给源的混合比，潜水岩溶水******泉补给源的混合比，双岩溶水******泉补给源的混合比，以及断裂带对双岩溶水******区动力场影响。该装置取得的实验数据，从理论上揭示双岩溶含水***水循环过程中水动力场与水化学场的演变、揭示岩溶水******泉补给比例构成、揭示岩溶水***污染修复过程。

Description

岩溶双含水***补给源与污染控制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，具体地说是一种用于研究自然界双含水层岩溶***中水循环过程，并揭示***区岩溶大泉流量多源补给来源混合比，以及进行双岩溶含水***污染控制的模拟装置和模拟方法。

背景技术

中国岩溶地貌分布广、面积大。石灰岩、白云岩、泥灰岩等碳酸盐岩出露地区面积约91～130万平方千米。在我国北方，岩溶分布面积广泛，岩溶水资源十分丰富，岩溶水资源因为水质优良、供水量稳定，而成为工矿企业、城镇生活及农业的重要水源。但是，随着经济社会的发展,人类活动引发了一系列的岩溶区环境水文地质问题，如大型岩溶水水源地资源枯竭、岩溶塌陷、岩溶水质污染、岩溶大泉景观消亡、岩溶区石漠化等。

要解决上述问题，首先要对这一系列的水文地质问题进行探究，弄清楚该地质条件下的水环境的演化过程。但是由于岩溶含水介质高度的不均一性，长期以来，岩溶水***的水循环过程一直是国内外学术界关注的热点问题和研究难点。如岩溶大泉渗流场水循环过程，岩溶大泉多源补给源的混合比，岩溶水***中污染物迁移规律及演化规律，以及断裂构造对岩溶水径流影响等。这一模拟装置则是探讨岩溶双含水***水循环过程、岩溶大泉流量衰变过程、岩溶含水***污染控制的技术方法。

发明内容

为了研究多岩溶含水介质中地下水循环过程机理，并为岩溶水污染防治提供科学依据，本发明提供一种岩溶双含水***补给源与污染控制模拟装置及模拟方法。通过该方法可以模拟岩溶大泉流量多源补给过程，岩溶水污染修复效果，承压岩溶水******泉补给源的混合比，潜水岩溶水******泉补给源的混合比，双岩溶水******泉补给源的混合比，以及断裂带对双岩溶水******区动力场影响。该装置取得的实验数据，从理论上揭示双岩溶含水***水循环过程中水动力场与水化学场的演变、揭示岩溶水******泉补给比例构成、揭示岩溶水***污染修复过程。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

岩溶双含水***补给源与污染控制模拟装置，包括供水部、渗流部、测压部和取水部，所述的渗流部包括呈楔形的渗流槽，所述渗流槽的内部平行设置有两个格栅板，所述的格栅板上均布设置有若干个漏水孔，且所述的格栅板的外侧包裹有滤网；

两个所述的格栅板将所述渗流槽的内部区域从前到后依次分割为第一空腔、第二空腔和第三空腔；

所述的第一空腔内从下往上依次设置有第一张夏组鲕粒灰岩层、第一隔水层和第一奥陶纪白云质灰岩层，所述的第三空腔内从下往上依次设置有第三张夏组鲕粒灰岩层、第三隔水层和第三奥陶纪白云质灰岩层；

所述的第一隔水层和第三隔水层均采用粉质粘土和页岩碎屑混合而成，且二者混合比例为3:7；

所述的第一空腔和第二空腔的上方设置有盖板；

所述的供水部包括第一供水瓶、第二供水瓶、第三供水瓶和第四供水瓶；

设置于所述的第一供水瓶内的供试液为张夏组石灰岩岩溶水，设置于所述的第二供水瓶内的供试液为地表水，且所述的第一供水瓶和第二供水瓶分别通过第一管道和第二管道与第一空腔内的第一张夏组鲕粒灰岩层相连通；

设置于所述的第三供水瓶内的供试液为奥陶纪灰岩岩溶水，且所述的第三供水瓶通过第三管道与第一空腔内的第一奥陶纪白云质灰岩层相连通；

设置于所述的第四供水瓶内的供试液为地表水或污水，且设置于所述的第四供水瓶上的第四管道位于所述渗流槽的上方，所述的第四管道的侧壁上设置有若干个漏水孔；

所述第一供水瓶、第二供水瓶、第三供水瓶和第四供水瓶上分别设置有溢流口；

所述的第一管道、第二管道、第三管道和第四管道上分别设置有阀门和流量计；

所述的盖板上设置有抽水管，且所述抽水管的底端与所述第三隔水层的上表面相接触，所述的抽水管的上端与水泵相连，所述抽水管的下半段设置有若干个漏水孔，且所述的抽水管上设置有漏水孔的部分的外侧包裹有滤网；

所述渗流槽的后端分别设置有呈L型的第一取水管、第二取水管和第三取水管，且所述的第一取水管、第三取水管和第一取水管的上端分别与所述渗流槽的后端平齐；

所述的第三取水管和第一取水管的下端分别与渗流槽的底面相接触，上设置有若干个漏水孔，且所述的第一取水管的位于第三张夏组鲕粒灰岩层内的部分的外部包覆有滤网，所述第三取水管的位于渗流槽内的部分上设置有若干个漏水孔，且所述第三取水管的位于渗流槽内的部分的外部包裹有滤网；

所述的第二取水管的底部与所述的第三隔水层的上表面相接触，所述第二取水管的位于渗流槽内的部分上设置有若干个漏水孔，且所述第二取水管的位于渗流槽内的部分的外部包裹有滤网；

所述的第一取水管、第二取水管和第三取水管上分别设置有刻度和阀门；

所述的渗流槽上分别设置有第一测压管、第二测压管、第三测压管、第四测压管、第五测压管、第六测压管、第七测压管、第八测压管；

所述的第一测压管和第三测压管分别与所述的第一张夏组鲕粒灰岩层的前、后两端相连通，所述的第二测压管和第四测压管分别与所述的第一奥陶纪白云质灰岩层的前、后两端相连通，所述的第五测压管和第七测压管分别与所述的第三张夏组鲕粒灰岩层的前、后两端相连通，所述的第六测压管和第八测压管分别与所述的第三奥陶纪白云质灰岩层的前、后两端相连通；

所述的第一测压管、第二测压管、第三测压管、第四测压管、第五测压管、第六测压管、第七测压管、第八测压管的上端均高于相应位置渗流槽的上端，下端分别设置有取水口，所述的取水口上设置有阀门。

进一步地，所述渗流槽的前端的高度为160cm，所述渗流槽前端的宽度为80cm，所述渗流槽后端的高度为100cm，所述渗流槽后端的宽度为30cm，所述渗流槽的长度为200cm；

两个所述的格栅板向后上方倾斜，且所述的格栅板与渗流槽底面的倾斜角度为75°，位于前端的格栅板的下端与渗流槽前端之间的距离为100cm，位于后端的格栅板的下端与渗流槽前端之间的距离为110cm；

所述第四管道的长度为30cm；

所述的第一供水瓶、第二供水瓶和第四供水瓶的溢流口距渗流槽底部的高度为170cm，所述的第三供水瓶的溢流口距渗流槽底部的高度为150cm；

所述的抽水管的长度为60cm，直径15mm，且所述抽水管的轴线位于所述渗流槽的对称面内，所述抽水管到渗流槽前端之间的距离为150cmm；

所述的第三管道的直径为所述的第一管道、第二管道和第四管道直径的2倍；

所述的第一张夏组鲕粒灰岩层的厚度为20cm，所述的第一隔水层的厚度为20cm，所述的第一奥陶纪白云质灰岩层从所述第一隔水层的上表面延伸至渗流槽的顶端；

所述的第三张夏组鲕粒灰岩层的厚度为40cm，所述的第三隔水层的厚度为20cm，所述的第三奥陶纪白云质灰岩层从所述第三隔水层的上表面延伸至渗流槽的顶端；

所述漏水孔的直径为2mm，且位于所述的格栅板上的相邻漏水孔之间的间距为5cm，所述的滤网为80目。

进一步地，所述的第二空腔内从下往上依次设置有下层中砂、细砂和上层中砂，且所述的下层中砂的厚度为30cm，所述的细砂的厚度为20cm，所述的上层中砂从所述细砂的上表面延伸至渗流槽的顶端。

进一步地，所述的第二空腔内从下往上依次设置有下层细砂、粉砂和上层细砂，且所述的下层细砂的厚度为30cm，所述的粉砂的厚度为20cm，所述的上层细砂从所述粉砂的上表面延伸至渗流槽的顶端。

进一步地，所述的第二空腔内从下往上依次设置有下层粉土、粉质粘土和上层粉土，且所述的下层粉土的厚度为30cm，所述的粉质粘土的厚度为20cm，所述的上层粉土从所述细砂的下表面延伸至渗流槽的顶端。

进一步地，所述的渗流槽、抽水管、第二取水管、第三取水管和第一取水管均采用透明的有机玻璃制作而成，且所述的渗流槽采用双层有机玻璃制作而成，所述的第一测压管、第二测压管、第三测压管、第四测压管、第五测压管、第六测压管、第七测压管、第八测压管均采用医用软管制作而成。

进一步地，所述的第一供水瓶、第二供水瓶、第三供水瓶和第四供水瓶的下方分别设置有升降台。

岩溶双含水***补给源与污染控制模拟方法，包括以下步骤：

第一步，制备供试液和渗流介质，具体为，

a1、分别将张夏组鲕粒灰岩、页岩、奥陶纪白云质灰岩敲击破碎，使粒径为2mm-3mm，然后将粉质粘土与页岩碎石按照3:7混合，依次将张夏组鲕粒灰岩、页岩与粉质粘土混合土、奥陶纪白云质灰岩按照规定的高度填装，然后将中砂和细砂按照规定的高度填装到两个格栅板之间；

a2、将张夏组石灰岩岩溶水、地表水、奥陶纪灰岩岩溶水和污水分别用0.45um微孔滤膜过滤除杂；

第二步，按照图1至图7所示的模拟装置结构示意图，组装实验装置，关闭所有阀门，并在第一供水瓶内设置张夏组石灰岩岩溶水，第二供水瓶内设置地表水，第三供水瓶内设置奥陶纪灰岩岩溶水，第四供水瓶内设置地表水；

第三步，模拟分析***区补给来源的混合比，具体操作如下：

b1、打开第一供水瓶的阀门向渗流槽内供水，流量为Q1，直至渗流槽中水面高度达到40cm，关闭第一供水瓶阀门；

b2、打开第三供水瓶的阀门向渗流槽内供水，流量为Q3，直至渗流槽中水面高度达到100cm，再打开第一供水瓶的阀门，此时，第一供水瓶、第三供水瓶同时供水；

b3、打开第二取水管和第一取水管的阀门，观察第二取水管和第一取水管中水位高度，如果第一取水管水位高度低于第二取水管水位高度，那么减小第三供水瓶的流量，增大第一供水瓶的流量，使第二取水管和第一取水管同时有渗流液流出，并记录此时第一供水瓶的流量为Q1′，第三供水瓶的流量为Q3′；

b4、继续增大第三供水瓶的流量，直至渗流槽中潜水水位高度接近断裂带上端高度，然后观测各个测压管的水位，并每隔30分钟观测第二取水管和第一取水管的流量，登记水位、流量和观测时间，直至水位、流量基本稳定；

b5、打开第三取水管的阀门，同时再加大第三供水瓶的流量，使渗流槽中潜水水位稳定在步骤b4的高度上，保持渗流槽上方断裂带处无潜水溢出，然后每隔30分钟观测各个取水管的流量，同时观测各个测压管的水位，直至水位、流量稳定；

第四步，模拟分析不同含水层获得外界补给后的岩溶水******区地下水来源混合比的变化，奥陶纪岩溶水***被人为污水泄漏污染后不同含水******区水质变异数据，以及被污染的双岩溶水***自身修复能力，具体操作如下：

c1、测定第一、三供水瓶的电导率、温度、pH以及NO₃ ^-、SO₄ ^2-、Cl^-、HCO₃ ^-、K⁺、Na⁺、Cr⁶⁺、Ca²⁺、Mg²⁺浓度的初始值，同时，对Q1、Q3进行计量；

c2、打开第一供水瓶和第三供水瓶的阀门，并使第一供水瓶和第三供水瓶的流量与步骤b3中的流量相同，分别为Q1′和Q3′，待各个测压管的水位稳定后，每隔120min观测各个测压管的水位，每隔30min测定各个取水管的渗出水的体积、电导率、温度、pH值，每隔2小时测定各个取水管渗出液的NO₃ ^-、SO₄ ^2-、Cl^-、HCO₃ ^-、K⁺、Na⁺、Cr⁶⁺、Ca²⁺、Mg²⁺离子的浓度，并记录取样时间和测试结果，渗出液取样观测时间持续36小时；

c3、36小时后，调整阀门，并通过流量计计量，使第一供水瓶的流量减小5％，打开第二供水瓶的阀门，并保持其流量等于第一供水瓶的减小的流量，每隔120min观测各个测压管的水位，每隔30min测定各个取水管的渗出水的体积、电导率、温度、pH值，每隔1小时测定各个取水管的渗出液的NO₃ ^-、SO₄ ^2-、Cl^-、HCO₃ ^-、K⁺、Na⁺、Cr⁶⁺、Ca²⁺、Mg²⁺离子的浓度，记录取样时间和测试结果，观测时间持续36小时；

c4、36小时后，调整阀门，并通过流量计计量，使第三供水瓶的流量减小5％，打开第四供水瓶阀门，并第四供水瓶的流量等于第三供水瓶的减小的流量，每隔120min观测各个测压管的水位，每隔30min测定各个取水管的渗出水的体积、电导率、温度、pH值，每隔1小时测定各个取水管的渗出液的NO₃ ^-、SO₄ ^2-、Cl^-、HCO₃ ^-、K⁺、Na⁺、Cr⁶⁺、Ca²⁺、Mg²⁺的浓度，记录取样时间和测试结果，取样观测时间持续48小时；

c5、48小时后，保持第四供水瓶的流量不变，将第四供水瓶的供试液更换为常见的含铬的污水，浓度为C₀，每隔120min观测各个测压管的水位，每隔30min测定各个取水管的渗出水的体积、电导率、温度、pH值，每隔1小时测定各个取水管的渗出液的NO₃ ^-、SO₄ ^2-、Cl^-、HCO₃ ^-、K⁺、Na⁺、Cr⁶⁺、Ca²⁺、Mg²⁺离子的浓度，记录取样时间和测试结果，取样观测持续时间48小时；

c6、48小时后，关闭第二、四供水瓶的阀门，并使第一供水瓶和第三供水瓶的流量与步骤b3中的流量相同，分别为Q1′和Q3′，每隔120min观测各个测压管的水位，每隔30min测定各个取水管的渗出水的体积、电导率、温度、pH值，每隔1小时测定各个取水管的渗出液的NO₃ ^-、SO₄ ^2-、Cl^-、HCO₃ ^-、K⁺、Na⁺、Cr⁶⁺、Ca²⁺、Mg²⁺离子的浓度，记录取样时间和测试结果，渗出液取样观测时间持续48小时；

c7、分别调整第一供水瓶和第三供水瓶的减少比例为10％、15％、20％和25％，然后重复c3-c6的操作；

第五步，模拟人工干预快速修复双岩溶水***污染

d1、开启水泵，抽水流量0.3升/分钟，抽水持续24小时；

d2、在水泵抽水的同时，每隔30min观测各个测压管的水位，每隔30min测定各个取水管的渗出水的体积、电导率、温度、pH值，每隔30分钟测定各个取水管的渗出液的NO₃ ^-、SO₄ ^2-、Cl^-、HCO₃ ^-、K⁺、Na⁺、Cr⁶⁺、Ca²⁺、Mg²⁺离子的浓度，记录取样时间和测试结果；

d3、分别改变水泵的抽水流量为0.4、0.5、0.6、0.8、1.0、1.2升/分钟，然后重复d1和d2的操作；

第六步，模拟断裂带对双岩溶水******区地下水补给混合比及水质污染的影响，具体操作为：更换栅格板内的填装材料，

e1、将步骤a1中的细砂改为粉砂，同时将中砂改为细砂，然后重复第四步和第五步的操作；

e2、将步骤e1中的粉砂改为粉质粘土，同时将细砂改为粉土，然后重复第四步和第五步的操作。

本发明的有益效果是：

1、可以研究复杂地质条件下岩溶大泉的形成机理及其补给来源混合比。

2、可以模拟双岩溶水***的污染过程及双岩溶水***污染修复效果，确定污染修复井的最优化排水量。

3、可以探究双岩溶水***的水文地球化学作用过程。

4、可以探究断裂带对双岩溶水***水循环交替强度的控制作用。

5、通过模拟装置模拟岩溶双含水***水循环过程，岩溶大泉流量衰变过程，以及岩溶含水***污染的控制，为大型岩溶水水源地资源枯竭、岩溶塌陷、岩溶水质污染、岩溶大泉景观消亡等问题的探究提供理论依据。

6、可以用于教育教学。

附图说明

图1为模拟装置的立体结构示意图(不含渗流介质)；

图2为图1中A部分的放大结构示意图；

图3为图1中B部分的放大结构示意图；

图4为模拟装置中供水部、渗流部和抽水管的位置关系和结构示意图；

图5为模拟装置中测压部与渗流部的位置关系和结构示意图；

图6为取水部的结构示意图；

图7为模拟装置的俯视图(不含供水部和渗流介质)。

图中：1-供水部，11-第一供水瓶，111-第一管道，12-第二供水瓶，121-第二管道，13-第三供水瓶，131-第三管道，14-第四供水瓶，141-第四管道，2-渗流部，21-渗流槽，22-格栅板，23-第一空腔，24-第二空腔，25-第三空腔，26-盖板，271-第一张夏组鲕粒灰岩层，272-第一隔水层，273-第一奥陶纪白云质灰岩层，281-下层中砂，282-细砂，283-上层中砂，291-第三张夏组鲕粒灰岩层，292-第三隔水层，293-第三奥陶纪白云质灰岩层，3-抽水管，4-测压部，41-第一测压管，42-第二测压管，43-第三测压管，44-第四测压管，45-第五测压管，46-第六测压管，47-第七测压管，48-第八测压管，5-取水部，51-第一取水管，52-第二取水管，53-第三取水管，6-阀门，7-流量计。

具体实施方式

实施例一

为了方便描述，现定义坐标系如图1所示。

如图1所示，岩溶双含水***补给源与污染控制模拟装置包括供水部1、渗流部2、测压部4和取水部5。

如图3和图4所示，所述的渗流部2包括呈楔形的上端半封闭的渗流槽21，材料为双层有机玻璃。所述渗流槽21的内部平行设置有两个格栅板22，两个所述的格栅板22向后上方倾斜，所述的格栅板22上均布设置有若干个漏水孔，且所述的格栅板22的外侧包裹有80目的滤网。作为一种具体实施方式，本实施例中，所述渗流槽21的前端的沿上下方向的高度为160cm，所述渗流槽21前端的沿左右方向的宽度为80cm，所述渗流槽21后端的沿上下方向的高度为100cm，所述渗流槽21后端的沿左右方向的宽度为30cm，所述渗流槽21沿前后方向的长度为200cm，所述的格栅板22与渗流槽21底面的倾斜角度为75°，位于前端的格栅板22的下端与渗流槽21前端之间的距离为100cm，位于后端的格栅板22的下端与渗流槽21前端之间的距离为110cm，所述漏水孔的直径为2mm，且相邻的漏水孔之间的间距为5cm。两个所述的格栅板22将所述渗流槽21的内部区域分割为三个空腔，其中位于前端的格栅板22与渗流槽21之间的空间为第一空腔23，两个所述的格栅板22之间的空间为第二空腔24，位于后端的所述格栅板22与渗流槽21之间的空间为第三空腔25。

所述的第一空腔23内从下往上依次设置有第一张夏组鲕粒灰岩层271、第一隔水层272和第一奥陶纪白云质灰岩层273，其中所述的第一张夏组鲕粒灰岩层271用于模拟张夏组灰岩承压含水***，所述的第一奥陶纪白云质灰岩层273用于模拟潜水含水***。作为一种具体实施方式，本实施例中，所述的第一张夏组鲕粒灰岩层271的厚度为20cm，所述的第一隔水层272的厚度为20cm，所述的第一奥陶纪白云质灰岩层273从所述第一隔水层272的上表面延伸至渗流槽21的顶端。所述的第二空腔24内从下往上依次设置有下层中砂281、细砂282和上层中砂283，用于模拟断裂带。作为一种具体实施方式，本实施例中，所述的下层中砂281的厚度为30cm，所述的细砂282的厚度为20cm，所述的上层中砂283从所述细砂282的下表面延伸至渗流槽21的顶端。所述的第三空腔25内从下往上依次设置有第三张夏组鲕粒灰岩层291、第三隔水层292和第三奥陶纪白云质灰岩层293，其中所述的第三张夏组鲕粒灰岩层291用于模拟承压含水***，所述的第三奥陶纪白云质灰岩层293用于模拟潜水含水***。作为一种具体实施方式，本实施例中，所述的第三张夏组鲕粒灰岩层291的厚度为40cm，所述的第三隔水层292的厚度为20cm，所述的第三奥陶纪白云质灰岩层293从所述第三隔水层292的上表面延伸至渗流槽21的顶端。在这里所述的第一张夏组鲕粒灰岩层271和第三张夏组鲕粒灰岩层291，第一隔水层272和第三隔水层292，第一奥陶纪白云质灰岩层273和第三奥陶纪白云质灰岩层293以及上层中砂283和下层中砂281仅是为了区分，实际上是相同的介质。作为一种具体实施方式，本实施例中，所述的第一隔水层272和第三隔水层292均采用粉质粘土和页岩碎屑混合而成，且二者混合比例为3:7。如图3和图7所示，所述的第一空腔23和第二空腔24的上方设置有盖板26。

如图2和图4所示，所述的供水部1包括第一供水瓶11、第二供水瓶12、第三供水瓶13和第四供水瓶14。设置于所述的第一供水瓶11内的供试液为取自野外机井抽取的张夏组石灰岩岩溶水，设置于所述的第二供水瓶12内的供试液为雨水或是地表水，且所述的第一供水瓶11和第二供水瓶12分别通过第一管道111和第二管道121与第一空腔23内的第一张夏组鲕粒灰岩层271相连通，其中第一供水瓶11用于模拟下层张夏岩溶水***的侧向径流补给，第二供水瓶12用于模拟张夏岩溶水***接收外界补给。设置于所述的第三供水瓶13内的供试液为取自野外机井抽取的奥陶纪灰岩岩溶水，且所述的第三供水瓶13通过第三管道131与第一空腔23内的第一奥陶纪白云质灰岩层273相连通，用于模拟上层岩溶水***的侧向径流补给。设置于所述的第四供水瓶14内的供试液为雨水、地表水或污水，且设置于所述的第四供水瓶14上的第四管道141位于所述渗流槽21的上方，所述的第四管道141的侧壁上设置有若干个漏水孔，作为一种具体实施方式，本实施例中所述第四管道141的长度为30cm。当所述的第四供水瓶14内的供试液为雨水或地表水时，模拟降水(河水)补给上部潜水含水层；当所述的第四供水瓶14内的供试液为污水时，模拟排污沟渠造成的污废水渗漏补给。进一步地，为了保证断裂带处的水不会从断裂带上方溢出，所述第一供水瓶11、第二供水瓶12、第三供水瓶13和第四供水瓶14上分别设置有溢流口控制供水水头，且所述的第一供水瓶11、第二供水瓶12、第三供水瓶13和第四供水瓶14的下方分别设置有升降台(图中未示出)微调供水水头，所述的升降台采用现有技术中的升降台即可，在此不再赘述。作为一种具体实施方式，本实施例中，所述的第一供水瓶11、第二供水瓶12和第四供水瓶14的溢流口距渗流槽21底部的高度为170cm，所述的第三供水瓶13的溢流口距渗流槽21底部的高度为150cm。进一步地，由于奥陶纪白云质灰岩岩溶水补给量大，因此所述第三管道131的直径大于所述的第一管道111、第二管道121和第四管道141。作为一种具体实施方式，本实施例中，所述的第三管道131的直径为所述的第一管道111、第二管道121和第四管道141直径的2倍。进一步地，所述的第一管道111、第二管道121、第三管道131和第四管道141上分别设置有阀门6和流量计7。

水环境质量恶化是目前普遍性问题，为修复人为因素造成的地下水污染，在如图4和图7所示，所述的盖板26上设置有抽水管3，且所述抽水管3的底端与所述第三隔水层292的上表面相接触，所述的抽水管3的上端与水泵相连，作为一种具体实施方式，本实施例中所述的水泵采用WQY300型微型水泵，抽水最大吸程2米，接管均使用内孔为的柔软胶管。所述抽水管3的下半段设置有若干个漏水孔，且所述的抽水管3上设置有漏水孔的部分的外侧包裹有80目的滤网。作为一种具体实施方式，本实施例中所述的抽水管3的长度为60cm，直径15mm，且所述抽水管3的轴线位于所述渗流槽21的对称面内，所述抽水管3到渗流槽21前端之间的距离为150cmm，所述漏水孔的直径为2mm。

如图1和图6所示，所述渗流槽21的后端设置有三个呈L型的取水管，分别为第二取水管52、第三取水管53和第一取水管51，且所述的第二取水管52、第三取水管53和第一取水管51的上端分别与所述渗流槽21的后端平齐。其中所述的第三取水管53和第一取水管51的下端分别与渗流槽21的底面相接触，所述的第一取水管51的位于第三张夏组鲕粒灰岩层291内的部分上设置有若干个孔径为2mm的漏水孔，且其外部包覆有80目的滤网，用于模拟承压岩溶水******泉；所述第三取水管53的整个位于渗流槽21内的部分上设置有若干个孔径为2mm的漏水孔，且其外部包裹有80目的滤网，用于模拟双岩溶水******泉。所述的第二取水管52的底部与所述的第三隔水层292的上表面相接触，所述第二取水管52的整个位于渗流槽21内的部分上设置有若干个孔径为2mm的漏水孔，且其外部包裹有80目的滤网，用于模拟潜水岩溶水******泉。进一步地，所述的第二取水管52、第三取水管53和第一取水管51上分别设置有刻度和阀门6，这样，在实验的过程中，所述的第二取水管52、第三取水管53和第一取水管51还可以当测压管用。

为了方便观测随着水流距离的增大水头的变化，以及断裂带对水头的影响，如图5所示，所述的渗流槽21上分别设置有第一测压管41、第二测压管42、第三测压管43、第四测压管44、第五测压管45、第六测压管46、第七测压管47、第八测压管48。其中所述的第一测压管41和第三测压管43分别与所述的第一张夏组鲕粒灰岩层271的前、后两端相连通，所述的第二测压管42和第四测压管44分别与所述的第一奥陶纪白云质灰岩层273的前、后两端相连通，所述的第五测压管45和第七测压管47分别与所述的第三张夏组鲕粒灰岩层291的前、后两端相连通，所述的第六测压管46和第八测压管48分别与所述的第三奥陶纪白云质灰岩层293的前、后两端相连通。进一步地，所述的第一测压管41、第二测压管42、第三测压管43、第四测压管44、第五测压管45、第六测压管46、第七测压管47、第八测压管48的上端均高于相应位置渗流槽21的上端，下端分别设置有取水口，所述的取水口上设置有阀门6。这样就可以对不同位置的液体进行采样。

作为一种具体实施方式，本实施例中，所述的渗流槽21、抽水管3、第二取水管52、第三取水管53和第一取水管51均采用透明的有机玻璃制作而成。所述的第一测压管41、第二测压管42、第三测压管43、第四测压管44、第五测压管45、第六测压管46、第七测压管47、第八测压管48均采用医用软管制作而成。

实施例二

所述的第二空腔24内从下往上依次设置有下层细砂282、粉砂和上层细砂282，用于模拟断裂带，其余结构同实施例一。

实施例三

所述的第二空腔24内从下往上依次设置有下层粉土、粉质粘土和上层粉土，用于模拟断裂带，其余结构同实施例一。

岩溶双含水***补给源与污染控制模拟装置及模拟方法包括以下几个步骤：

第一步，制备供试液和渗流介质，具体为，

a1、分别将张夏组鲕粒灰岩、页岩、奥陶纪白云质灰岩敲击破碎，使粒径为2mm-3mm，然后将粉质粘土与页岩碎石按照3:7混合，依次将张夏组鲕粒灰岩、页岩与粉质粘土混合土、奥陶纪白云质灰岩按照规定的高度填装，然后将中砂和细砂282按照规定的高度填装到两个格栅板22之间；

a2、将张夏组石灰岩岩溶水、地表水、奥陶纪灰岩岩溶水和污水分别用0.45um微孔滤膜过滤除杂。

第二步，按照图1至图7所示的模拟装置结构示意图，组装实验装置，关闭所有阀门6，并在第一供水瓶11内设置张夏组石灰岩岩溶水，第二供水瓶12内设置地表水，第三供水瓶13内设置奥陶纪灰岩岩溶水，第四供水瓶14内设置地表水。

第三步，模拟分析***区补给来源的混合比，具体操作如下：

b1、打开第一供水瓶11的阀门6向渗流槽21内供水，流量为Q1，直至渗流槽21中水面高度达到40cm，关闭第一供水瓶11阀门6；

b2、打开第三供水瓶13的阀门6向渗流槽21内供水，流量为Q3，直至渗流槽21中水面高度达到100cm，再打开第一供水瓶11的阀门6，此时，第一供水瓶11、第三供水瓶13同时供水；

b3、打开第二取水管52和第一取水管51的阀门6，观察第二取水管52和第一取水管51中水位高度，如果第一取水管51水位高度低于第二取水管52水位高度，那么减小第三供水瓶13的流量，增大第一供水瓶11的流量，使第二取水管52和第一取水管51同时有渗流液流出，并记录此时第一供水瓶11的流量为Q1′，第三供水瓶13的流量为Q3′；

b4、继续增大第三供水瓶13的流量，直至渗流槽21中潜水水位高度接近断裂带上端高度，然后观测各个测压管的水位，并每隔30分钟观测第二取水管52和第一取水管51的流量，登记水位、流量和观测时间，直至水位、流量基本稳定；

b5、打开第三取水管53的阀门6，同时再加大第三供水瓶13的流量，使渗流槽21中潜水水位稳定在步骤b4的高度上，保持渗流槽21上方断裂带处无潜水溢出，然后每隔30分钟观测各个取水管的流量，同时观测各个测压管的水位，直至水位、流量稳定。

第四步，模拟分析不同含水层获得外界补给后的岩溶水******区地下水来源混合比的变化，奥陶纪岩溶水***被人为污水泄漏污染后不同含水******区水质变异数据，以及被污染的双岩溶水***自身修复能力，具体操作如下：

c1、测定第一、三供水瓶的电导率、温度、pH以及NO₃ ^-、SO₄ ^2-、Cl^-、HCO₃ ^-、K⁺、Na⁺、Cr⁶⁺、Ca²⁺、Mg²⁺浓度的初始值，同时，对Q1、Q3进行计量；

c2、打开第一供水瓶11和第三供水瓶13的阀门6，并使第一供水瓶11和第三供水瓶13的流量与步骤b3中的流量相同，分别为Q1′和Q3′，待各个测压管的水位稳定后，每隔120min观测各个测压管的水位，每隔30min测定各个取水管的渗出水的体积、电导率、温度、pH值，每隔2小时测定各个取水管渗出液的NO₃ ^-、SO₄ ^2-、Cl^-、HCO₃ ^-、K⁺、Na⁺、Cr⁶⁺、Ca²⁺、Mg²⁺离子的浓度，并记录取样时间和测试结果，渗出液取样观测时间持续36小时；

c3、36小时后，调整阀门6，并通过流量计7计量，使第一供水瓶11的流量减小5％，打开第二供水瓶12的阀门6，并保持其流量等于第一供水瓶11的减小的流量，每隔120min观测各个测压管的水位，每隔30min测定各个取水管的渗出水的体积、电导率、温度、pH值，每隔1小时测定各个取水管的渗出液的NO₃ ^-、SO₄ ^2-、Cl^-、HCO₃ ^-、K⁺、Na⁺、Cr⁶⁺、Ca²⁺、Mg²⁺离子的浓度，记录取样时间和测试结果，观测时间持续36小时；

c4、36小时后，调整阀门6，并通过流量计7计量，使第三供水瓶13的流量减小5％，打开第四供水瓶14阀门6，并第四供水瓶14的流量等于第三供水瓶13的减小的流量，每隔120min观测各个测压管的水位，每隔30min测定各个取水管的渗出水的体积、电导率、温度、pH值，每隔1小时测定各个取水管的渗出液的NO₃ ^-、SO₄ ^2-、Cl^-、HCO₃ ^-、K⁺、Na⁺、Cr⁶⁺、Ca²⁺、Mg²⁺的浓度，记录取样时间和测试结果，取样观测时间持续48小时；

c5、48小时后，保持第四供水瓶14的流量不变，将第四供水瓶14的供试液更换为常见的含铬的污水，浓度为C₀，每隔120min观测各个测压管的水位，每隔30min测定各个取水管的渗出水的体积、电导率、温度、pH值，每隔1小时测定各个取水管的渗出液的NO₃ ^-、SO₄ ^2-、Cl^-、HCO₃ ^-、K⁺、Na⁺、Cr⁶⁺、Ca²⁺、Mg²⁺离子的浓度，记录取样时间和测试结果取样观测持续时间48小时；

c6、48小时后，关闭第二、四供水瓶的阀门6，并使第一供水瓶11和第三供水瓶13的流量与步骤b3中的流量相同，分别为Q1′和Q3′，每隔120min观测各个测压管的水位，每隔30min测定各个取水管的渗出水的体积、电导率、温度、pH值，每隔1小时测定各个取水管的渗出液的NO₃ ^-、SO₄ ^2-、Cl^-、HCO₃ ^-、K⁺、Na⁺、Cr⁶⁺、Ca²⁺、Mg²⁺离子的浓度，记录取样时间和测试结果，渗出液取样观测时间持续48小时；

c7、分别调整第一供水瓶11和第三供水瓶13的减少比例为10％、15％、20％和25％，然后重复c3-c6的操作。

第五步，模拟人工干预快速修复双岩溶水***污染

d1、开启水泵，抽水流量0.3升/分钟，抽水持续24小时；

d2、在水泵抽水的同时，每隔30min观测各个测压管的水位，每隔30min测定各个取水管的渗出水的体积、电导率、温度、pH值，每隔30分钟测定各个取水管的渗出液的NO₃ ^-、SO₄ ^2-、Cl^-、HCO₃ ^-、K⁺、Na⁺、Cr⁶⁺、Ca²⁺、Mg²⁺离子的浓度，记录取样时间和测试结果；

d3、分别改变水泵的抽水流量为0.4、0.5、0.6、08、1.0、1.2升/分钟，然后重复d1和d2的操作。

第六步，模拟断裂带对双岩溶水******区地下水补给混合比及水质污染的影响，具体操作为：更换栅格板内的填装材料，

e1、将步骤a1中的细砂282改为粉砂，同时将中砂改为细砂282，然后重复第四步和第五步的操作；

e2、将步骤e1中的粉砂改为粉质粘土，同时将细砂282改为粉土，然后重复第四步和第五步的操作。

第七步，对实验数据进行分析

f1、判别地层与断裂带导水能力，计算***区地下水的补给混合比例；

通过步骤b4、b5和步骤c3、c4、c5观测的水位和流量，计算双岩溶含水******区补给来源的混合比，其关系表达式如下：

式中，Q1、Q2、Q3、Q4分别为第一、二、三、四供水瓶的流量，(m³/s)；

S1、S2、S3分别为第一、二、三取水管的流量(m³/s)；

A1、A2为下、上含水***过流断面面积(m²)；

L3-4、L7-8为第五测压管45与第七测压管47、第六测压管46与第八测压管48之间的距离(m)；

γ1、γ2、γ3、γ4分别为Q1、Q2、Q3、Q4对第一取水管51流量的补给比例(％)；

β1、β2、β3、β4分别为Q1、Q2、Q3、Q4对第二取水管52流量的补给比例(％)；

K1、K2为下、上含水***的渗透系数(m/d)；

f2、根据步骤c1-c7得到的渗出水的电导率、温度、pH和步骤e1得到的不同时间的双含水***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。

f3、根据步骤c1-c7得到的双岩溶水***中潜水、承压水、混合水渗出液中K⁺、Ca²⁺、Na⁺、Cr⁶⁺、Mg²⁺、Cl^-、NO₃ ^-、SO₄ ^2-、HCO₃ ^-的离子浓度，绘制离子浓度历时变化曲线，揭示泉水不同补给来源的混合比。

f4、根据步骤c1-c7得到的双岩溶水***中潜水、承压水、混合水渗出液中SO₄ ^2-、Ca²⁺、Cl^-、K⁺、Na⁺、HCO₃ ^-、Mg²⁺的离子浓度，通过piper三线图、phreeqc模拟软件模拟双岩溶水含水***随时间所发生的混合作用、离子交换作用、吸附作用；

f5、根据步骤c1-c7得到渗出液中水温、pH、Cl^-、NO₃ ^-、SO₄ ^2-、HCO₃ ^-、K⁺、Ca²⁺、Na⁺、Cr⁶⁺、Mg²⁺的离子浓度，计算双岩溶水***中矿物相对地下水饱和状态的判断；

f6、根据步骤c5-c6得到的不同时间的渗出水中Cr⁶⁺离子的浓度，从而为分析Cr⁶⁺污染物迁移机理提供依据。

f7、根据步骤c5得到的不同时间的渗出水中Cr⁶⁺离子的浓度历时曲线，计算水文地质参数，进行地下水污染预测。

f8、根据步骤d1、d2、d3、e1和e2取得的各个取水管的渗出液的水质资料可以判别抽水井不同抽水量Q的修复效果，进而确定最优抽水量。

Claims (8)

1.岩溶双含水***补给源与污染控制模拟装置，包括供水部、渗流部、测压部和取水部，其特征在于：所述的渗流部包括呈楔形的渗流槽，所述渗流槽的内部平行设置有两个格栅板，所述的格栅板上均布设置有若干个漏水孔，且所述的格栅板的外侧包裹有滤网；

两个所述的格栅板将所述渗流槽的内部区域从前到后依次分割为第一空腔、第二空腔和第三空腔；

所述的第一空腔内从下往上依次设置有第一张夏组鲕粒灰岩层、第一隔水层和第一奥陶纪白云质灰岩层，所述的第三空腔内从下往上依次设置有第三张夏组鲕粒灰岩层、第三隔水层和第三奥陶纪白云质灰岩层；

所述的第一隔水层和第三隔水层均采用粉质粘土和页岩碎屑混合而成，且二者混合比例为3:7；

所述的第一空腔和第二空腔的上方设置有盖板；

所述的供水部包括第一供水瓶、第二供水瓶、第三供水瓶和第四供水瓶；

设置于所述的第一供水瓶内的供试液为张夏组石灰岩岩溶水，设置于所述的第二供水瓶内的供试液为地表水，且所述的第一供水瓶和第二供水瓶分别通过第一管道和第二管道与第一空腔内的第一张夏组鲕粒灰岩层相连通；

设置于所述的第三供水瓶内的供试液为奥陶纪灰岩岩溶水，且所述的第三供水瓶通过第三管道与第一空腔内的第一奥陶纪白云质灰岩层相连通；

设置于所述的第四供水瓶内的供试液为地表水或污水，且设置于所述的第四供水瓶上的第四管道位于所述渗流槽的上方，所述的第四管道的侧壁上设置有若干个漏水孔；

所述第一供水瓶、第二供水瓶、第三供水瓶和第四供水瓶上分别设置有溢流口；

所述的第一管道、第二管道、第三管道和第四管道上分别设置有阀门和流量计；

所述的盖板上设置有抽水管，且所述抽水管的底端与所述第三隔水层的上表面相接触，所述的抽水管的上端与水泵相连，所述抽水管的下半段设置有若干个漏水孔，且所述的抽水管上设置有漏水孔的部分的外侧包裹有滤网；

所述渗流槽的后端分别设置有呈L型的第一取水管、第二取水管和第三取水管，且所述的第二取水管、第三取水管和第一取水管的上端分别与所述渗流槽的后端平齐；

所述的第三取水管和第一取水管的下端分别与渗流槽的底面相接触，所述第一取水管的位于第三张夏组鲕粒灰岩层内的部分上设置有若干个漏水孔，且所述的第一取水管的位于第三张夏组鲕粒灰岩层内的部分的外部包覆有滤网，所述第三取水管的位于渗流槽内的部分上设置有若干个漏水孔，且所述第三取水管的位于渗流槽内的部分的外部包裹有滤网；

所述的第二取水管的底部与所述的第三隔水层的上表面相接触，所述第二取水管的位于渗流槽内的部分上设置有若干个漏水孔，且所述第二取水管的位于渗流槽内的部分的外部包裹有滤网；

所述的第一取水管、第二取水管和第三取水管上分别设置有刻度和阀门；

所述的渗流槽上分别设置有第一测压管、第二测压管、第三测压管、第四测压管、第五测压管、第六测压管、第七测压管、第八测压管；

所述的第一测压管和第三测压管分别与所述的第一张夏组鲕粒灰岩层的前、后两端相连通，所述的第二测压管和第四测压管分别与所述的第一奥陶纪白云质灰岩层的前、后两端相连通，所述的第五测压管和第七测压管分别与所述的第三张夏组鲕粒灰岩层的前、后两端相连通，所述的第六测压管和第八测压管分别与所述的第三奥陶纪白云质灰岩层的前、后两端相连通；

所述的第一测压管、第二测压管、第三测压管、第四测压管、第五测压管、第六测压管、第七测压管、第八测压管的上端均高于相应位置渗流槽的上端，下端分别设置有取水口，所述的取水口上设置有阀门。

2.根据权利要求1所述的岩溶双含水***补给源与污染控制模拟装置，其特征在于：所述渗流槽的前端的高度为160cm，所述渗流槽前端的宽度为80cm，所述渗流槽后端的高度为100cm，所述渗流槽后端的宽度为30cm，所述渗流槽的长度为200cm；

两个所述的格栅板向后上方倾斜，且所述的格栅板与渗流槽底面的倾斜角度为75°，位于前端的格栅板的下端与渗流槽前端之间的距离为100cm，位于后端的格栅板的下端与渗流槽前端之间的距离为110cm；

所述第四管道的长度为30cm；

所述的第一供水瓶、第二供水瓶和第四供水瓶的溢流口距渗流槽底部的高度为170cm，所述的第三供水瓶的溢流口距渗流槽底部的高度为150cm；

所述的抽水管的长度为60cm，直径15mm，且所述抽水管的轴线位于所述渗流槽的对称面内，所述抽水管到渗流槽前端之间的距离为150cm；

所述的第三管道的直径为所述的第一管道、第二管道和第四管道直径的2倍；

所述的第一张夏组鲕粒灰岩层的厚度为20cm，所述的第一隔水层的厚度为20cm，所述的第一奥陶纪白云质灰岩层从所述第一隔水层的上表面延伸至渗流槽的顶端；

所述的第三张夏组鲕粒灰岩层的厚度为40cm，所述的第三隔水层的厚度为20cm，所述的第三奥陶纪白云质灰岩层从所述第三隔水层的上表面延伸至渗流槽的顶端；

所述漏水孔的直径为2mm，且位于所述的格栅板上的相邻漏水孔之间的间距为5cm，所述的滤网为80目。

3.根据权利要求2所述的岩溶双含水***补给源与污染控制模拟装置，其特征在于：所述的第二空腔内从下往上依次设置有下层中砂、细砂和上层中砂，且所述的下层中砂的厚度为30cm，所述的细砂的厚度为20cm，所述的上层中砂从所述细砂的上表面延伸至渗流槽的顶端。

4.根据权利要求2所述的岩溶双含水***补给源与污染控制模拟装置，其特征在于：所述的第二空腔内从下往上依次设置有下层细砂、粉砂和上层细砂，且所述的下层细砂的厚度为30cm，所述的粉砂的厚度为20cm，所述的上层细砂从所述粉砂的上表面延伸至渗流槽的顶端。

5.根据权利要求2所述的岩溶双含水***补给源与污染控制模拟装置，其特征在于：所述的第二空腔内从下往上依次设置有下层粉土、粉质粘土和上层粉土，且所述的下层粉土的厚度为30cm，所述的粉质粘土的厚度为20cm，所述的上层粉土从所述粉质粘土的上表面延伸至渗流槽的顶端。

6.根据权利要求1所述的岩溶双含水***补给源与污染控制模拟装置，其特征在于：所述的渗流槽、抽水管、第二取水管、第三取水管和第一取水管均采用透明的有机玻璃制作而成，且所述的渗流槽采用双层有机玻璃制作而成，所述的第一测压管、第二测压管、第三测压管、第四测压管、第五测压管、第六测压管、第七测压管、第八测压管均采用医用软管制作而成。

7.根据权利要求1所述的岩溶双含水***补给源与污染控制模拟装置，其特征在于：所述的第一供水瓶、第二供水瓶、第三供水瓶和第四供水瓶的下方分别设置有升降台。

8.一种利用权利要求3所述岩溶双含水***补给源与污染控制模拟装置的模拟方法，其特征在于：

包括以下步骤：

第一步，制备供试液和渗流介质，具体为，

a1、分别将张夏组鲕粒灰岩、页岩、奥陶纪白云质灰岩敲击破碎，使粒径为2mm-3mm，然后将粉质粘土与页岩碎石按照3:7混合，依次将张夏组鲕粒灰岩、页岩与粉质粘土混合土、奥陶纪白云质灰岩按照规定的高度填装，然后将中砂和细砂按照规定的高度填装到两个格栅板之间；

a2、将张夏组石灰岩岩溶水、地表水、奥陶纪灰岩岩溶水和污水分别用0.45μm微孔滤膜过滤除杂；

第二步，组装实验装置，关闭所有阀门，并在第一供水瓶内设置张夏组石灰岩岩溶水，第二供水瓶内设置地表水，第三供水瓶内设置奥陶纪灰岩岩溶水，第四供水瓶内设置地表水；

第三步，模拟分析***区补给来源的混合比，具体操作如下：

b1、打开第一供水瓶的阀门向渗流槽内供水，流量为Q1，直至渗流槽中水面高度达到40cm，关闭第一供水瓶阀门；

b2、打开第三供水瓶的阀门向渗流槽内供水，流量为Q3，直至渗流槽中水面高度达到100cm，再打开第一供水瓶的阀门，此时，第一供水瓶、第三供水瓶同时供水；

b3、打开第二取水管和第一取水管的阀门，观察第二取水管和第一取水管中水位高度，如果第一取水管水位高度低于第二取水管水位高度，那么减小第三供水瓶的流量，增大第一供水瓶的流量，使第二取水管和第一取水管同时有渗流液流出，并记录此时第一供水瓶的流量为Q1′，第三供水瓶的流量为Q3′；

b4、继续增大第三供水瓶的流量，直至渗流槽中潜水水位高度接近断裂带上端高度，然后观测各个测压管的水位，并每隔30分钟观测第二取水管和第一取水管的流量，登记水位、流量和观测时间，直至水位、流量基本稳定；

b5、打开第三取水管的阀门，同时再加大第三供水瓶的流量，使渗流槽中潜水水位稳定在步骤b4的高度上，保持渗流槽上方断裂带处无潜水溢出，然后每隔30分钟观测各个取水管的流量，同时观测各个测压管的水位，直至水位、流量稳定；

第四步，模拟分析不同含水层获得外界补给后的岩溶水******区地下水来源混合比的变化，奥陶纪岩溶水***被人为污水泄漏污染后不同含水******区水质变异数据，以及被污染的双岩溶水***自身修复能力，具体操作如下：

c1、测定第一、三供水瓶的电导率、温度、pH以及NO₃ ^-、SO₄ ^2-、Cl^-、HCO₃ ^-、K⁺、Na⁺、Cr⁶⁺、Ca²⁺、Mg²⁺浓度的初始值，同时，对Q1、Q3进行计量；

c2、打开第一供水瓶和第三供水瓶的阀门，并使第一供水瓶和第三供水瓶的流量与步骤b3中的流量相同，分别为Q1′和Q3′，待各个测压管的水位稳定后，每隔120min观测各个测压管的水位，每隔30min测定各个取水管的渗出水的体积、电导率、温度、pH值，每隔2小时测定各个取水管渗出液的NO₃ ^-、SO₄ ^2-、Cl^-、HCO₃ ^-、K⁺、Na⁺、Cr⁶⁺、Ca²⁺、Mg²⁺离子的浓度，并记录取样时间和测试结果，渗出液取样观测时间持续36小时；

c3、36小时后，调整阀门，并通过流量计计量，使第一供水瓶的流量减小5％，打开第二供水瓶的阀门，并保持其流量等于第一供水瓶的减小的流量，每隔120min观测各个测压管的水位，每隔30min测定各个取水管的渗出水的体积、电导率、温度、pH值，每隔1小时测定各个取水管的渗出液的NO₃ ^-、SO₄ ^2-、Cl^-、HCO₃ ^-、K⁺、Na⁺、Cr⁶⁺、Ca²⁺、Mg²⁺离子的浓度，记录取样时间和测试结果，观测时间持续36小时；

c4、36小时后，调整阀门，并通过流量计计量，使第三供水瓶的流量减小5％，打开第四供水瓶阀门，并使第四供水瓶的流量等于第三供水瓶的减小的流量，每隔120min观测各个测压管的水位，每隔30min测定各个取水管的渗出水的体积、电导率、温度、pH值，每隔1小时测定各个取水管的渗出液的NO₃ ^-、SO₄ ^2-、Cl^-、HCO₃ ^-、K⁺、Na⁺、Cr⁶⁺、Ca²⁺、Mg²⁺的浓度，记录取样时间和测试结果，取样观测时间持续48小时；

c5、48小时后，保持第四供水瓶的流量不变，将第四供水瓶的供试液更换为常见的含铬的污水，浓度为C₀，每隔120min观测各个测压管的水位，每隔30min测定各个取水管的渗出水的体积、电导率、温度、pH值，每隔1小时测定各个取水管的渗出液的NO₃ ^-、SO₄ ^2-、Cl^-、HCO₃ ^-、K⁺、Na⁺、Cr⁶⁺、Ca²⁺、Mg²⁺离子的浓度，记录取样时间和测试结果，取样观测持续时间48小时；

c6、48小时后，关闭第二、四供水瓶的阀门，并使第一供水瓶和第三供水瓶的流量与步骤b3中的流量相同，分别为Q1′和Q3′，每隔120min观测各个测压管的水位，每隔30min测定各个取水管的渗出水的体积、电导率、温度、pH值，每隔1小时测定各个取水管的渗出液的NO₃ ^-、SO₄ ^2-、Cl^-、HCO₃ ^-、K⁺、Na⁺、Cr⁶⁺、Ca²⁺、Mg²⁺离子的浓度，记录取样时间和测试结果，渗出液取样观测时间持续48小时；

c7、分别调整第一供水瓶和第三供水瓶的减少比例为10％、15％、20％和25％，然后重复c3-c6的操作；

第五步，模拟人工干预快速修复双岩溶水***污染

d1、开启水泵，抽水流量0.3升/分钟，抽水持续24小时；

d2、在水泵抽水的同时，每隔30min观测各个测压管的水位，每隔30min测定各个取水管的渗出水的体积、电导率、温度、pH值，每隔30分钟测定各个取水管的渗出液的NO₃ ^-、SO₄ ^2-、Cl^-、HCO₃ ^-、K⁺、Na⁺、Cr⁶⁺、Ca²⁺、Mg²⁺离子的浓度，记录取样时间和测试结果；

d3、分别改变水泵的抽水流量为0.4、0.5、0.6、0.8、1.0、1.2升/分钟，然后重复d1和d2的操作；

第六步，模拟断裂带对双岩溶水******区地下水补给混合比及水质污染的影响，具体操作为：更换栅格板内的填装材料，

e1、将步骤a1中的细砂改为粉砂，同时将中砂改为细砂，然后重复第四步和第五步的操作；

e2、将步骤e1中的粉砂改为粉质粘土，同时将细砂改为粉土，然后重复第四步和第五步的操作。