Введение

Велика роль грунтовых вод в природе и в жизни людей. Они являются важным источником питания рек и озер. Грунтовые воды Западно-Сибирской равнины представляют собою гигантский артезианский бассейн, в котором движение происходит с юга и юго-востока. Юго-Восточная область питания грунтовых вод Западной Сибири носит название Чулышманской.

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. Межпластовые напорные, артезианские воды расположены на больших глубинах Кулундинской низменности и в районе города Барнаула. Пресные, грунтовые и межпластовые воды используются для водоснабжения населения, для коммунальных хозяйств и промышленности.

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.

В нашем селе есть водоем (река Джалунка), однако большинство жителей пользуется водой из колонок и колодцев. Для того чтобы добывать такую воду, жителям села 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.

Гипотеза: простейший физический прибор определяет глубину залегания воды.     

       Цель: научиться определять глубину залегания грунтовых вод простейшими физическими способами.

        Задачи:

1.                 Изучить теоретический материал о роли грунтовых вод в жизнедеятельности человека.

2.                 Провести опыт по определению глубины залегания грунтовых вод с помощью простейшего физического приспособления.  

3.                 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.

§1. Из истории 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 (пушёнки) 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.

§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.

§3. Простейшие приспособления для определения

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. 

§4. Изготовление прибора для определения глубины залегания и проверка работы прибора.

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 ящиком 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.

§5. Определение залегания воды в селе Новоивановка.

После проверки прибора убедились, что его можно использовать для определения глубины залегания воды в селе Новоивановка (Приложение 4).

Опыт №1. Определение глубины залегания грунтовых вод на территории школьного двора.

Цель: определить глубину залегания воды на территории школьного двора.

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 приусадебном участке.

После этого я провел исследования по определению глубины залегания воды на территории своего двора.

Цель: определить глубину залегания воды на территории приусадебного участка.

В ходе исследования я определил, что  глубина залегания грунтовых вод на территории моего приусадебного участка составляет ≈ 9м.  причем, стоит отметить, что школьный двор и личный приусадебный участок находятся на одном уровне относительно расположенного водоема в селе. Однако, что касается расстояния до водоема, то школа находится на 350м ближе, чем двор приусадебного участка.

Исходя из данных, полученных в ходе экспериментов, можно сделать следующие выводы:

·        Существуют простейшие физические приборы для определения глубины залегания грунтовых вод;

·        Предположительно можно сказать, что глубина залегания грунтовых вод зависит от близости к водоему.

Заключение

В заключении отметим, что определение глубины залегания грунтовых вод имеет важное практическое значение, особенно для жителей села. Ведь вода в сельском доме не бежит из – под крана, ее нужно «доставать» из земли. Поэтому в нашем селе 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 ход 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 приусадебного участка;

Приложения

Простейший физический прибор для определения глубины залегания грунтовых вод

Схема прибора

Приложение 4

Прибор в действии