Учебно-исследовательская работа по физике на тему: Определение глубины залегания грунтовых вод

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 8
АДМИНИСТРАЦИЯ ГОРОДСКОГО ОКРУГА ГОРОД НЕФТЕКАМСК
РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН
Учебно-исследовательская работа
Определение глубины залегания грунтовых вод
Выполнила: Насипова Г. У.
учитель физики.

г. Нефтекамск, 2013-2014г
СОДЕРЖАНИЕ:
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………..3-4
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………….5-7
1.1 Из истории залегания грунтовых вод……………………………………5
1.2 Современные способы определения глубины залегания грунтовых вод…………………………………………………………………………………5
1.3 Простейшие приспособления для определения……………………….6-7
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЫ…………………….8
РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ………………….9
Определение залегания воды в г. Нефтекамске.
Опыт №1.Определение глубины залегания грунтовых вод на территории школьного двора………………………………………………………………..9
Опыт №2. Определение глубины залегания грунтовых вод на приусадебном участке…………………………………………………………............................9
ВЫВОДЫ……………………………………………………………………….10
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА…………………………………………11
ПРИЛОЖЕНИЕ……………………………………………………………..12-13
Введение
Велика роль грунтовых вод в природе и в жизни людей. Они являются важным источником питания рек и озер. Более 100 лет назад В.В.Докучаев определил почву как самостоятельное естественно-историческое тело, “продукт совокупной деятельности” пород, климата, растительных и животных организмов, возраста и рельефа местности. Почва - поверхностный слой Земли, обладающий плодородием. Почва -одно из важнейших богатств, которыми располагает человек. Поэтому так важно для человека изучение почвы – источника нашего пищевого благосостояния. Вместе с тем, мы наблюдаем постоянное исчезновение почвы, уменьшение площади плодородных земель вследствие ветровой и водной эрозии, а также загрязнения почв человеком. Грунтовые воды на равнине и в горах имеют свои особенности в расположении и происхождении. На равнине они залегают несколькими горизонтами от 20 до 200 м глубиной. Верхние слои имеют пресную воду. Более глубокие горизонты засолены — эти грунтовые воды принимают участие в засолении озер. Как отмечалось, подземные воды широко используются в народном хозяйстве нашей страны для водоснабжения городов и сел, промышленных предприятий, железнодорожных станций, совхозов и колхозов, для орошения совхозных и колхозных полей. В дальнейшем значение их будет увеличиваться в связи с растущими потребностями населения и промышленности в воде.
На своих приусадебных участках большинство жителей пользуется водой из колодцев. Для того чтобы добывать такую воду, огородникам приходится на своих участках пробивать скважины и ставить насосы. Для того чтобы пробить скважину, необходимо определить глубину залегания перстных вод. Сегодня для этого жители обращаются за помощью к специалистам, имеющие специальные приборы. Однако существуют и простые способы определения глубины залегания грунтовых вод.
Актуальность работы состоит в том, что в настоящее время были не найдены исследовательские работы по изучению почвенных разрезов данной местности. Наблюдаются процессы снижения плодородия, деградации почв, усиление процессов загрязнения почв, а значит и водоемов, не только бытовыми отходами и отходами животноводства. Поэтому проблема изучения и рационального использования земель, как и других природных ресурсов, является одной из важнейших проблем современности.
Совершенствовать свои умения и навыки, выявлять творческие способности- что может быть более актуальным для современного молодого человека? Хочется проявить себя, проверить свои способности, а эта теме как раз и дает такую возможность. Я полагаю, что эта тема интересна всем.
Гипотеза: простейший физический прибор определяет глубину залегания воды.
Цель: научиться определять глубину залегания грунтовых вод простейшими физическими способами.
Задачи:
Изучить теоретический материал о роли грунтовых вод в жизнедеятельности человека.
Провести опыт по определению глубины залегания грунтовых вод с помощью простейшего физического приспособления.
Проанализировать полученную информацию, сделать вывод.
Объект исследования: подземные грунтовые воды.

Предмет исследования: определение глубины залегания грунтовых вод.
Методы: изучение литературных и других информационных источников, проведение эксперимента, анализ информации и результатов.
Обзор литературы.
1.1. Из истории изучения глубины залегания грунтовых вод.
В старину, чтобы определить, на какой глубине располагаются грунтовые воды, пользовались следующими приёмами (Приложение 1).
1. Для рытья колодцев следует выбирать места низкие, например низину с лесочком и кустарником. Воду можно добыть не только в низинах, но и около них. Вода будет и в местах с небольшими бугорками и осокой, где раньше стояло болото, а затем высохло. В речных долинах условия для добывания подземных вод особенно благоприятны.
2. Народом же подмечено, что яблони и вишни плохо растут в местах, где грунтовые воды близко подходят к поверхности земли. В то же время, дуб, ольха, верба, ива, крапива и папоротник, наоборот, превосходно себя «чувствуют» в этих местах. Если ольха, клен, плакучая ива, береза - все склонились в одну сторону, это признак того, что поблизости находится водяная жила. В местах высокого стояния вод могут попадаться одиночные дубы. Они растут как бы на пересечении водяных жил.
3. В старину крестьяне замечали, что лошади и собаки, испытывая жажду, начинают копать землю там, где чувствуют воду. Над водяными жилами избегает лежать собака, а вот кошка делает наоборот. Курица не сядет и не станет нести яйца в том месте, где высоко стоят воды, гуси же, как раз несут яйца на пересечении водяных жил.
4. В старину комок обезжиренной, промытой в мыльном растворе и высушенной шерсти укладывали на расчищенную от дёрна землю, сверху - свежеснесённое яйцо и накрывали глиняным горшком или сковородой, а потом прикрывали пластинами из дерна. Утром, после восхода солнца, открывали и смотрели: если шерсть и яйцо покрыты росой, значит вода близко. Если яйцо сухое, а шерсть влажная - вода глубоко. Если шерсть и яйцо сухие - воды нет или она очень глубоко. Этот прием можно использовать только в устойчивую сухую погоду.
5. Равные части серы, негашёной извести и медного купороса (всего 800-900 г) смешивали и помещали в неглазированный глиняный горшок, который закрывали неглазированной крышкой или тканью в два слоя и зарывали в землю на глубину 0,5 - 0,7 м. Через сутки горшок доставали и взвешивали, Если масса содержимого на 10% увеличивалась, значит вода в этом месте неглубоко. Чем больше смесь прибавляла в массе, тем ближе вода.
1.2 Современные способы определения глубины залегания грунтовых вод.
В настоящее время существует огромное множество способов определения глубины залегания подземных вод. С развитием техники применяется большое количество разных технических приспособлений. Однако существуют более простые (сравнительно дешевые) приспособления. Сначала рассмотрим современные требования к процессу определения глубины залегания грунтовых вод.
Начинать обследование участка следует с геологоразведки – она поможет выяснить, существуют ли возможные препятствия для строительства колодца, обусловленные составом почвы. Исследование почвенного слоя даст ответ на этот вопрос. Глина и песок обычно залегают на небольшой глубине – под слоем растительности и плодородной почвы. Поэтому важно сразу определить глубину залегания глинисто-песчаного слоя и наличие различных осадков во втором слое почвы. После этого определяется глубина залегания грунтовых вод на участке (при этом необходимо учитывать такие факторы, как сезон и погодные условия, имеющие место во время проведения замеров).
Достаточно точно определить глубину залегания подземной воды помогают имеющиеся в округе открытые водоемы и действующие колодцы. Если они расположены поблизости от выбранной вами площадки, то достаточно визуальных показаний, если же расстояние значительно, то понадобится прибор измеритель давления - барометр. Цена деления барометра составляет 0.1 мм, что соответствует разнице в высоте 1 м. Следует помнить, что если на уровне земли барометр показывает давление 745,8 мм, а в точке, где вы собираетесь рыть колодец, – 745,3 мм, шахту вам придется рыть на 5 м глубже (745,8 – 745,3 = 0,5 мм).
Также необходимо решить какой колодец строить – шахтный или трубчатый? Шахтный колодец обычно имеет наибольший размер в диаметре 0,8–1,2 м, что позволяет при его строительстве углублять шахту обычной лопатой. Важно, однако, заметить, что приток воды в колодец в подавляющем большинстве случаев мало зависит от размеров поперечного сечения колодца. Поэтому целесообразно сделать вместо шахты скважину диаметром 50–300 мм и сократить при этом во много раз количество извлекаемого грунта.
1.3.Простейшие приспособления для определения глубины грунтовых вод.
Ниже рассмотрим простейшие способы определения глубины подземных вод.
Примерно определить глубину залегания грунтовых вод возможно с помощью находящихся неподалеку открытых природных водоемов или действующих колодцев. Если они находятся поблизости, то достаточно снять показания ватерпаса.(Приложение 2)
Ватерпас - стеклянная трубка с водой, где пузырёк воздуха стоит посредине, если плоскость горизонтальна. В народе ватерпас называют «уровень». Если же расстояние между вашим участком и открытым водоемом значительное, то нужно прибегнуть к помощи нивелира или барометра-анероида. Нивели́р (от фр. niveau — уровень, нивелир) — оптико-механический геодезический инструмент для геометрического нивелирования, то есть определения разности высот между несколькими точками.
Рассмотрим на примере:
При цене деления барометра, равной 0,1 мм разница в высоте составляет 1 м. Если на уровне существующего колодца давление, показываемое барометром, будет равняться 545,5 мм, а в месте, которое вы определили под будущий колодец — 545,1 мм, тогда прибегнем к уравнению: 545,5−545,1=0,4 мм. Это значит, что шахту колодца вам придется вырыть на 4 метра глубже, чем предыдущая.
2. Методика исследовательской работы.
Определение глубины залегания подземных грунтовых вод - важная практическая задача. Грунтовая вода под землей есть всюду, но она залегает на разной глубине.
Для определения глубины залегания грунтовых воды можно использовать самый простой метод.
Берут 4 гвоздя по 200 мм, батарейку для карманного фонаря, вольтметр и соединительные провода. На экспериментальном участке забивают два гвоздя в грунт на некотором расстоянии AB друг от друга. С помощью соединительных проводов к головкам гвоздей присоединяют батарейку. Между гвоздями, забитыми в грунт в точках А и В, забивают еще два гвоздя в точках M и N, к которым присоединяются вольт метр для определения напряжения. (Приложение 3)
В этом месте, где содержится грунтовая вода, электропроводимость почвы больше, а сопротивление меньше. Раздвигая электроды АВ, можно как бы углубиться в землю, исследуя сопротивление пород по глубине. Глубина грунтовой воды равна одной трети расстояния АВ. Этим методом, в зависимости от положения крайних электродов, можно провести исследования залегания грунтовых вод на глубине от 5 до 100 м.
Для проверки работы прибора воспользуемся ведром с землей, политой водой. В грунт на расстоянии 5 см вставляем гвозди с подсоединенным к ним вольтметром, а на расстоянии 15 см друг от друга вставляем в грунт гвозди с подсоединенной к ним батарейкой (9В). На данном расстоянии вольтметр показал отклонение стрелки. Следовательно, рассчитываем глубину. Она оказалась равна 5 см.
3. Результаты собственных исследований.
После проверки прибора убедились, что его можно использовать для определения глубины залегания воды (Приложение 4). Так как наш дачный участок находится в посёлке Энергетик, рядом с Кармановским водохранилищем, исследование решено было проводить в этом районе.
Опыт №1. Определение глубины залегания грунтовых вод на территории школьного двора в посёлке Энергетик.
На территории школьного двора на расстоянии 20 см вставляем в грунт 2 гвоздя с подключенным к ним вольтметром, а на расстоянии 20 метров друг от друга вставляем 2 гвоздя с подключенной к ним батарейкой (9В). Именно на данном расстоянии начинает отклоняться стрелка вольтметра. Таким образом, мы определим глубину залегания грунтовых вод на территории школьного двора. Она оказывается равной ≈ 7м.
Опыт №2. Определение глубины залегания грунтовых вод на дачном участке.
После этого я провел исследования по определению глубины залегания воды на территории своего участка.
В ходе исследования я определил, что глубина залегания грунтовых вод на территории моего дачного участка составляет ≈ 5м. причем, стоит отметить, что школьный двор и личный дачный участок находятся на одном уровне относительно расположенного водоема в селе.
Однако, что касается расстояния до водоема, участок находится на расстоянии 100 м от водоёма, а школа находится на расстоянии примерно 600 м от водоёма, на 500 м дальше, чем дачный участок.
Выводы.
Исходя из данных, полученных в ходе экспериментов, можно сделать следующие выводы:
1.Существуют простейшие физические приборы для определения глубины залегания грунтовых вод;
2.Предположительно можно сказать, что глубина залегания грунтовых вод зависит от близости к водоему.
В заключении отметим, что определение глубины залегания грунтовых вод имеет важное практическое значение, особенно для жителей деревень и дачников. Ведь вода в сельском доме не бежит из – под крана, ее нужно «доставать» из земли. Поэтому в деревнях и на дачах у большинства жителей во дворах стоят специально вырытые скважины. Однако, глубина залегания воды в них неодинакова. Причиной этого мы предполагаем разное расстояние от водоема, разную высоту над уровнем водоема.
В ходе исследований нам удалось выявить следующее:
- Грунтовые воды играют огромную роль в хозяйственной жизни человека (особенно сельского);
- Для определения глубины залегания воды необходимо прибегать к специальным приборам;
- Определили с помощью простейшего физического прибора глубину залегания грунтовой воды на территории школьного двора и личного дачного участка.
Использованная литература:
1. В. Вакорин Поиск воды на приусадебном участке Бюллетень «Строительный магазин» № 21, 2000
Скырнников Г.В. Гидротехнические сооружения на дачном участке – Москва: «АСТ», 2004.
Поиск водоносного слоя - http://chernomorsk.narod.ru.
Сайт «Как сделать своими руками» - http://kak-svoimi-rukami.com.
Приложения

Простейший физический прибор для определения глубины залегания грунтовых вод
Схема прибора

Приложение 4
Прибор в действии