本发明涉及水文地质研究工具技术领域，具体涉及一种模拟覆盖岩溶区水径流的试验装置及方法，该装置包括试验砂槽、降水补给系统和流量监测系统；降水补给系统的出水口位于试验砂槽的上方；试验砂槽为底部微斜的槽体；试验砂槽侧面设有地表水径流出口、孔隙水出流孔、裂隙岩溶水出流孔和溢流口；试验砂槽内设有覆盖层和岩溶区介质；覆盖层的最低端与地表水径流出口相通；岩溶区介质包括孔隙含水层、裂隙网络层和管道层；孔隙含水层起伏不平；孔隙水出流孔位于孔隙含水层的侧面；管道层的最低端和裂隙岩溶水出流孔相通。本发明能够模拟覆盖岩溶区地表水径流、孔隙水径流及裂隙岩溶水径流，对覆盖岩溶区的水文地质条件进行整体性研究。