XV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Малогабаритная станция с автономным питанием для проведения анализа качества воды при проведении спелеологических исследований
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
На свете нет ничего, более драгоценного, чем самая обыкновенная чистая вода. Без нее нет и не может быть жизни. Воду нужно беречь. Это значит беречь жизнь, беречь здоровье, беречь благосостояние, беречь красоту окружающей природы. Это должен понять и запомнить каждый, какую бы дорогу он ни наметил для себя в будущем. Кем бы он ни хотел стать, где бы ни стал работать, что бы ни делал. К сожалению, человечество за долгие годы своего существования так и не усвоило этой простой истины. Мы должны констатировать несомненный факт, что поверхностные воды, которые в основном использует человечество для своих нужд, являются загрязнёнными. Условно загрязнение воды можно разделить на два типа: природное и техногенное. Первый тип загрязнения неподвластен человеку и в этом случае требуется элементарная очистка и обеззараживание воды. Второй тип непосредственно связан с деятельностью людей и от них зависит качество используемой воды. Пресные воды на Земном шаре составляют не более 3 % от массы всей воды, из них технически доступны для использования всего 0,3 % (в основном поверхностные воды).В поисках чистой воды человечество всё в больших масштабах начинает использовать подземные источники пресной воды. Значительная часть поверхностных вод просачивается в землю, протекает в зону аэрации и достигает водного зеркала, воображаемую поверхность, ниже которой почва насыщена водой. Подземные воды содержатся в так называемых «водоносных горизонтах». Водоносный горизонт (аквифер- англ. aquifer) представляет собой геологическую формацию или ее часть, состоящую из проницаемого материала, способного удерживать значительное количество воды. Подземные воды (в природе) пополняются дождевой водой и таянием снега, или водой, которая просачивается через дно некоторых озер и рек. Когда подземные воды достигают водоносный горизонт, они не стоят на месте. Как правило, они продолжают течь, но гораздо медленнее, чем до достижения водоносного горизонта. Скорость движения подземных вод зависит от характеристики водоносного горизонта. Он должен иметь пустоты (поры или трещины), в котором подземные воды могут храниться, и эти пустоты должны быть соединены между собой, что позволит подземным водам протекать через них. С технической точки зрения, при наличии соединенных между собой пустот, подобная геологическая формация является проницаемой. Одной из таких геологических формаций являются системы подземных пустот (пещер) сформированных растворением и размыванием горных пород. Уральский регион широко представлен осадочными (метаморфизованными) горными породами, о чём свидетельствует наличие значительных массивов обширных карстовых полей. Эти поля характеризуются присутствием развитых пещерных систем, по большей части содержащих многочисленные подземные источники пресной воды. Многие из них доступны для посещения и являются объектами спелеологических исследований. Одним из таких объектов является Сказовская пещера (система пещер Шемаха 1 и Шемаха 2) расположенная в Нязепетровском районе Челябинской области недалеко от посёлка Сказ. Система пещер является одной из самых протяжённых на территории Челябинской области и сильно обводнённой. Мы решили провести масштабные исследования водных ресурсов пещеры и подтвердить или опровергнуть гипотезу, что качество подземных пресных вод выше, чем поверхностных водных источников.
Цель и задачи работы
Целью данной работы является разработка и создание универсальной аналитической станции с автономным питанием для анализа свойств воды и проведения спелеогидрологических исследований
Цель работы предполагала решение следующих задач:
- по литературным и интернет – источникам изучить схемотехнику и принцип работы приборов, применяемых для контроля качественных показателей водных источников, ознакомиться с методами определения этих качественных показателей;
- на основе схемотехнических решений разработать и изготовить универсальную станцию с автономным питанием для проведения спелеогидрологических исследований (одновременное определение нескольких наиболее важных качественных показателей воды таких как температура, мутность, водородный показатель, концентрация растворимых солей (жесткость), электропроводность;
- оттарировать шкалы изготовленной станции по показаниям профессиональных приборов, провести экспериментальные исследования возможностей изготовленного прибора;
- ознакомиться по литературным источникам с пещерами Южного Урала, содержащими подземные источники пресной воды, организовать и осуществить экспедицию в Шемахинские пещеры в окрестностях посёлка Сказ с целью проведения спелеогидрологических исследований;
- проанализировать качественные показатели поземного водного источника в сравнении с поверхностными водами данного района.
Основные требования и методы оценки качества питьевой воды[1]
Основные требования и методы оценки качества питьевой воды регламентированы СанПиН 2.1.4.1.074-01 Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения.
Оценки качества:
- микробиологические показатели– содержание вредных бактерий и микробов;
- визуальные показатели – запах, привкус, цветность, мутность;
- обобщенные показатели – жесткость воды (содержание солей кальция и магния) и степень кислотности или щелочности (рН) воды;
- содержание вредных химических примесей (хлора, нефтепродуктов и др.);
- содержание неорганических веществ в воде (железа, фтора и др.);
- радиационная безопасность.
Простейшими инструментальными методами, с помощью радиотехнических устройств можно анализировать визуальные показатели, обобщенные показатели, а также радиационную безопасность.
1. Определения цветности и мутности (прозрачности)[2-6]
Мутность воды — показатель, характеризующий уменьшение прозрачности воды в связи с наличием неорганических и органических тонкодисперсных взвесей. Мутность воды определяются через сравнение исследуемой воды со стандартными взвесями. Мутность воды определяют специальными приборами — мутномерами. В настоящее время для определения мутности стали применять приборы, основанные на действии фотоэлементов, — нефелометры. Традиционно в качестве стандартной взвеси используется взвесь каолина (глины), а результат измерений выражается в миллиграммах (каолина) на литр (или кубический дециметр). Согласно ГОСТ 2874—73, количество взвешенных веществ в воде, подаваемой для хозяйственно питьевых целей централизованными водопроводами, не должно быть более 1,5 мг/л
2. Определение водородного показателя рН [2-6]
Водородный показатель- содержание в воде веществ, способных вступать в реакцию с гидроксид-ионами (ОН-). Определяют его количеством гидроксида, который уходит на реакцию. Вода состоит из двух элементов - водорода и кислорода. Молекула воды обычно распадается на два иона - положительно заряженный ион водорода H+ и отрицательной заряженный ион OH-. Значение рН характеризует концентрацию ионов H+ (значение рН равно логарифму концентрации, взятому с обратным знаком) (Приложение лист I, таблица 1). Изменение значения рН на 1 соответствует изменению концентрации в 10 раз. При рН - 6 количество ионов H+ в 10 раз больше, чем при рН - 7 и наоборот. Небольшие изменения в рН резко изменяют химию воды:
Нейтральной вода - концентрации обоих ионов равны. рН = 7.
Кислая вода - значение рН <7.
Щелочная вода - рН> 7.
По нормативным документам питьевая вода должна иметь слабо щелочную реакцию, а рН должно иметь значение от (6.5 до 8.5) ед.
Определение рН - степени кислотности или щелочности производят с помощью лакмусовой бумаги, специальными растворами - индикаторами или прибором рН – метром
(Приложение лист I, рис. 1).
3. Определение жесткости воды[2-6]
Жесткость воды - количество твердых веществ, которые растворены в данном объеме воды. Жесткость измеряют в миллиграммах на литр (мг / л).Чем выше уровень жесткости в воде, тем больше вероятность наличия вредных примесей, которые могут представлять опасность для здоровья. Для проверки жесткости воды можно применять Анализатор качества питьевой воды TDS-метр (солемер). Согласно требованиям Управления по охране окружающей среды (EPA) максимально допустимый уровень загрязнения воды является 500 мг/литр.
4. Определение электропроводности воды[2-6]
Электропроводность — это способность водного раствора проводить электрический ток. Электрическая проводимость природной воды зависит в основном от степени минерализации (концентрации растворенных минеральных солей) и температуры. Благодаря этой зависимости, по величине электропроводности воды можно с определенной степенью погрешности судить о минерализации воды. Такой принцип измерения используется, в частности, в довольно распространенных приборах оперативного измерения общего солесодержания. Природные воды представляют собой растворы смесей сильных и слабых электролитов. Минеральную часть воды составляют преимущественно ионы натрия (Na+), калия (K+), кальция (Ca2+), хлора (Cl-), сульфата (SO42-), гидрокарбоната (HCO3-). Этими ионами и обуславливается в основном электропроводность природных вод. Присутствие же других ионов, не столь сильно влияет на электропроводность (при условии, что эти ионы не содержатся в воде в значительных количествах, как например, это может быть в производственных или хозяйственно-бытовых сточных водах). Удельная электропроводность воды определяется путем измерения электрического сопротивления при помощи стальных электродов, погружаемых в воду, через которые пропускается ток. Для исключения влияния температуры, измерения производятся при постоянной температуре 18оС. Расчет удельной электропроводности воды ведется по формуле:
k = C{K} T / R,
где C — коэффициент датчика прибора, зависящий от материала и размеров электродов и имеющий размерность см–1, определяется при тарировке прибора по контрольным растворам (хлористого калия с известной величиной удельной электропроводности); K T — температурный коэффициент для приведения измеренной величины при любой температуре к принятому постоянному ее значению; R — измеренное электрическое сопротивление воды прибором, в Омах. Чистая вода в результате ее собственной диссоциации имеет удельную электрическую проводимость при 25 0С равную 5,483 мкСм/м. Если измерение электропроводности надо провести в условиях, где нет возможности довести воду до заданной температуры, то надо задать действительную температуру и пересчитать результат измерения с использованием коэффициента пересчёта
(Приложение лист I, таблица 2).
Содержание в воде растворимых солей (приложение лист II, таблица 3).
5. Определение радиационного фона воды[2-6]
В небольших дозах радиация не оказывает практически никакого воздействия на состояние здоровья. Всё, что нас окружает излучает радиацию и создает естественный радиационный фон: растения, земля, вода, почва, солнечные лучи, и пр. Но это вовсе не значит, что ионизирующего излучения не следует бояться вовсе. Радиация безопасна только тогда, когда она в пределах нормы.
Дозы бывают разного типа – экспозиционная, поглощенная, эквивалентная. Единицы измерения доз тоже разные – рентген и кулон/кг, рад и грей, зиверт и бэр. Бытовые дозиметры показывают мощность дозы в микрорентгенах в час (мкР/час), а, например, в сообщениях об аварии в микрозивертах в час (мкЗв/час) или миллизивертах в час (мЗв/час). Хотя экспозиционная доза не тоже самое, что эквивалентная доза, в большинстве случаев, представляющем интерес для непрофессионалов, можно пользоваться соотношением:100 мкР ≈ 1 мкЗв,100 бэр = 1 Зв
Основной прибор для исследования радиационного фона – электронный дозиметр.
Проектирование и изготовление аналитической станции с автономным питанием для определения качества воды[7-12]
1. Параметры станции для анализа свойств воды
Исходя из вышеперечисленного, в составе универсального прибора для определения качества воды, должны обязательно присутствовать следующие системные блоки:
- блок измерения мутности воды;
- блок определения кислотности воды;
- блок определения электропроводности воды;
- блок солемера (измерение концентрации растворимых солей);
- встроенный термометр, с точностью измерения 0,5-1 0С;
- радиометр.
Прибор должен иметь автономное питание позволяющее проводить исследования непосредственно на подземных водоёмах. В приборе желательно применить цифровую и светодиодную индикацию, оперативно показывающую качество воды.
2. Определитель рН воды
Параметр, который используется для измерения кислотности веществ, называется pH. Термин “H” здесь обозначает концентрацию ионов водорода. Диапазон pH содержит значения от 0 до 14. Значение pH равное 7 обозначает нейтральную, чистую жидкость. Чистая вода имеет pH точно 7. Значения меньшие 7 обозначают кислотность, а большие 7 – основной или щелочной характер жидкости (Приложение лист II, рис. 2). Аналоговый датчик - pH предназначен для измерения значения pH и показывает кислотность или щелочность (щелочные свойства) вещества. Датчик содержит в своем составе встроенный чип регулятора напряжения, который поддерживает широкий диапазон питающих напряжений - 3.3-5.5V DC (постоянного тока), что позволяет его подключать к контактам 5V и 3.3V любых плат Arduino. Выходной сигнал фильтруется аппаратным фильтром.
Технические характеристики модуля преобразования:
- питающее напряжение: 3.3-5.5V;
- BNC-соединитель (стандартный байонетный соединитель);
- точность: ±0.1 при 25°C;
- диапазон измерений pH0-14.
Технические характеристики pH электрода датчика:
- диапазон рабочих температур: 5-60°C;
- точка нуля (нейтральная точка): 7±0.5;
- внутреннее сопротивление: <250MΩ.
Внешний вид pH электрода датчика показан на рисунке приложения (Лист II, рис. 3).
Электрод - pH выглядит обычно как трубка, сделанная из стекла, с наконечником в виде стеклянной мембраны. Эта мембрана наполняется буферным раствором с известным pH (обычно pH = 7). Электрод спроектирован таким образом, что на стеклянной мембране всегда поддерживается постоянная концентрация ионов H+. Когда электрод погружается в тестируемое вещество, ионы водорода этого вещества начинают обмен с другими позитивно заряженными ионами стеклянной мембраны, в результате чего создается электрохимический потенциал на концах мембраны, который подается на модуль электронного усиления - он измеряет разность потенциалов между двумя электродами и преобразует ее в значения pH (Приложение листIII, рис. 4 - 5). Преобразование разности потенциалов в значение pH осуществляется на основе уравнения Нернста.
Уравнение Нернста — уравнение, связывающее окислительно-восстановительный потенциал системы с активностями веществ, входящих в электрохимическое уравнение, и стандартными электродными потенциалами окислительно-восстановительных пар.
На основе данного уравнения разность потенциалов на концах стеклянного электрода может быть рассчитана следующим образом:
E = E0 - 2.3 (RT/nF) ln Q
Где;
Q= коэффициент реакции;
E = выход в mV на концах электрода;
E0 = напряжение (нуля) для электрода;
R = идеальная газовая постоянная= 8.314 J/mol-K;
T = температура в ºK (Кельвинах);
F = константа Фарадея = 95,484.56 C/mol;
N = ионный заряд.
Схема pH- метра на основе платы Arduino Uno представлена на рисунке (Лист IV, рис. 6).
Полный код программы для pH - метра на основе Arduino приведен в приложении (Лист IV, рис. 7). Калибровка pH электрода играет существенную роль для точной работы прибора. Для проведения калибровки нужен раствор с известным значением pH.
При погружении электрода в эту жидкость производим корректировку показаний на дисплее. В данном случае для осуществления калибровки необходимо просто добавить нужное значение к значению калибровочной переменной (calibration_value) в коде программы. После внесения этих изменений в код программы ее необходимо заново загрузить в плату Arduino и снова проверить работу устройства путем погружения электрода в контрольный раствор (с известным значением pH).
3.Определитель электропроводности воды
Известно, что вода обладает электрической проводимостью, и величина этой проводимости зависит от химического состава воды (в частности, от содержания в воде растворённых солей). Таким образом, измеряя сопротивление воды, можно с некоторой достоверностью судить о чистоте исследуемой воды.
У прибора три уровня чувствительности определяемые положением переключателя, за счёт изменения балластных сопротивлений. При настройке прибора, для более точных показателей применялся высокий уровень чувствительности.
Светодиодная шкала имеет 8 уровней градации, включая промежуточные степени градации по шкале, об электропроводности воды, можно судить с высокой точностью.
Конструктивно прибор выполнен на восьми операционных усилителях, входы которых сравнивают сигнал, поступаемый с электродов (Приложение лист V, рис. 8). Чем ниже удельное сопротивление исследуемой жидкости (то есть чем выше её проводимость), тем большее количество индикаторных светодиодов будет светиться. Поскольку шкала прибора имеет линейные характеристики, при калибровке достаточно использовать одну установку параметров. Прибор по шкале определяет изменение напряжения на сопротивлении водного объёма 1 см3. По стандартным сопротивлениям шкала прибора определена по крайним значениям от 0,5 мОм до 10 кОм. Помимо этого, определение электропроводности необходимо согласовывать с показаниями термометра и производить пересчёт показаний в зависимости от температуры воды. Способность одного кубического сантиметра вещества проводить определенный электрический заряд называется удельной электрической проводимостью, или удельной электропроводностью, этого вещества. Электропроводность — явление обратное электрическому сопротивлению и измеряется единицами, называемыми мо. Это слово представляет собой обратное написание единицы сопротивления ом, См/м (См — Сименс, величина, обратная Ому). Поскольку мо — слишком большая единица для измерения электропроводности пресной воды, для этой цели используют миллионные доли мо, микромо. Как уже сказано выше, удельная электрическая проводимость воды зависит от температуры, характера ионов и их концентрации (Приложение лист V, рис. 9). Обычно удельная электрическая проводимость воды дается для 25° С, так что она зависит только от концентрации и характера растворенных компонентов. На основании анализа измерений построен график удельной электропроводности воды, которым удобно пользоваться при проведении экспериментальных исследований (Приложение лист VI, рис.10). При работе прибора необходимо использовать показания термометра встроенного в систему прибора. Шкала свечения индикаторов в зависимости от электропроводности воды приведена в приложении (Лист VI, рис. 11).
4. Электронный термометр измерительного комплекса
В конструкции простого электронного термометра можно выделить пять блоков:
- датчик — устройство, изменяющее свои параметры в зависимости от величины воздействующей на него температуры;
- измерительные провода — используются для выноса датчика и его расположения в различных местах, требующих контроля над температурой;
- плата электроники — содержит блок анализатора, фиксирующий изменения приходящего от датчика сигнала, а затем передающий его на экран;
- дисплей — монохромный или цветной экран, предназначенный для отображения данных об измеренной температуре;
- блок питания — собирается на типовых для радиоэлектроники интегральных микросхемах. Используется для стабилизации и преобразования питания, подающегося на все узлы платы.
Применение в схеме самодельного термометра микроконтроллера подразумевает использование программы, управляющей его работой. В качестве микросхемы применяется ATmega8, а датчика температуры — DS18B20.В схеме используется небольшое число радиодеталей. Она несложная и не нуждается после сборки в какой-либо наладке. Напряжение питания микроконтроллера составляет пять вольт. Для его стабилизации используется микросхема L7805. Транзисторы можно использовать любые с NPN структурой. В качестве индикатора подойдёт трёхразрядный сегментный дисплей с общим катодом (Приложение листVI, рис. 12).В конструкции прибора можно использовать и готовые электронные блоки термометра, которые в настоящее время недороги и удобно встраиваются в конкретный прибор (Приложение лист VII, рис. 13).
5.Фотоколориметр прибора
Для определения мутности воды был сконструирован колориметр-нефелометр, работающий на разных частотах спектра (460 нм – синий, 520 нм – зеленый, 620 нм – красный). Реализация схемы такого фотоколориметра представлена в приложении (Лист VII, рис. 14). Источником светового сигнала является RGB светодиод. Прибор позволяет замерять ток фотодиода и по этим измерениям судить о степени поглощения светового потока в сравнении с обычной дистиллированной водой. Поскольку в приборе не предусмотрен специальный фильтр, пропускающий определённый участок светового спектра (наиболее приемлемый для измерения мутности воды, какие применяются в профессиональных приборах), в приборе предусмотрена подстройка спектра RGB светодиодом .Калибровку измерителя мутности воды, мы проводили изготовленными взвесями каолина в воде (0,5 мг/л, 1,0мг/л, 1,5мг/л, 2,0мг/л, 2,5мг/л, 3,0мг/л). При экспериментах с различными спектрами была определена наиболее линейная зависимость концентрации взвешенных частиц. Такая зависимость находится в области зелёного спектра светодиода (Приложение лист VII, рис. 15). Прибор был настроен на зелёный спектр и показания миллиамперметра откалиброваны на измерение концентрации в мг/л.
6.Солемер
Солемерами измеряют уровень содержания солей и общую жесткость в водопроводной или природной воде, а также иных растворах. Принцип действия прибора заключается в анализе зависимости электропроводности раствора от числа растворившихся в воде соединений. В составе измерительной станции, нами использован приборTDS 3.
Прибор имеет следующие характеристики:
TDS (Total Dissolved Solids) диапазон: 0 - 9990 частей на миллион (мг / л).
Температура - диапазон: 0 - 80 градусов по Цельсию.
Разрешение: 1 промилле, на 1 градус Цельсия (также доступен в 10 частей на миллион).
Точность: - 2%.
ATC: Встроенный датчик для автоматической компенсации температуры от 1 до 50 градусов по Цельсию (33 до 122 градусов по Фаренгейту).
7. Измеритель радиационного фона
Схема дозиметра радиации на микроконтроллере не представляет сложностей.
При регистрации частиц на счетчике Гейгера формируется импульс отрицательной полярности амплитудой порядка 100 В, поступающий на вход таймера TMR0 микроконтроллера через делитель и формирующую цепочку на резисторах R2, R5, R6 и конденсаторах C7, C10.
Число поступивших за последнюю секунду импульсов сохраняется в кольцевом буфере микроконтроллера.
Управление ЖКИ в статическом режиме производится микросхемой DD1, подключенной к микроконтроллеру DD2 через последовательный интерфейс SPI (Приложение листVIII, рис. 16).
Краткое описание обследованных пещер
Шемахинское карстовое поле
(пещеры Шемахинская 1, Шемахинская 2)[13-14]
Шемахинское карстовое поле — карстовое поле в окрестностях посёлка Сказ, Нязепетровского района, Челябинской области. Особо охраняемая природная территория, геолого-геоморфологический памятник природы регионального значения. Статус памятника природы закреплен решением исполнительного комитета Челябинского областного Совета народных депутатов № 407 от 23 октября 1989 года. Действующий режим использования установлен в 2011 году. Площадь — 1018,03 га. Пещера «Шемахинская 1»одна из крупнейших обследованных пещер Урала (самая длинная на Среднем Урале) и Челябинской области. Из-за обводнённости, наличия заполненных водой сифонов и гротов, отвесных участков, режима гидрологии относится к сложным для спелеологического прохождения пещерам, требует специального оборудования и навыков.
Пещера располагается в массивах рифового известняка девонского периода. Пещера «Шемахинская 2» - общая длина 1510 метров, амплитуда 40 метров, площадь пола 5700 квадратных метров, объём полости 6800 кубических метров. Пещера «Шемахинская-2» занимает по длине 2-е место в Нязепетровском районе и 4-е среди пещер Челябинской области. Пол покрыт глиной, русло ручья покрыто песком и мелкой галькой.Проведёнными исследованиями доказано (литературные данные), что вытекающая из пещеры река питается, по крайней мере частично, через поноры на Верхней Шемахе.
Эти исследования доказали, что Шемахинские пещеры являются частью сложной системы действующих подземных рек.
Анализ проведённых замеров качественных показателей воды
Замеры качественных показателей воды проводились в весенний, летний и осенний периоды. Показатели снимались непосредственно на месте, изготовленным прибором. Проверялись качественные показатели поверхностного водоисточника гидросистемы р. Сухая Шемаха и подземных водоисточников в пещерах «Шемахинская 1», и «Шемахинская 2».
По литературным данным, вода в пещерах гидрокарбонатно-кальциевая с сезонностью содержания -HCO3 от 50 мг/л весной до 265 мг/л зимой, при этом содержание в подпитывающей приточной поверхностной воде весной составляет 40-50 мг/л. Одновременно, содержание способствующей разрушению породы углекислоты в воде составляет 20-40 мг/л весной и 1-2 мг/л в зимнее время. По показаниям нашего прибора, общая минерализация водоисточников гораздо выше за счёт содержания множественных компонентных ионов, что естественно требует дополнительного количественного химического анализа (не ставили перед собой цели проведения подобных анализов). Показатели мутности воды гораздо выше, чем подземных водоисточников, что объясняется смыванием почвенного слоя, особенно в периоды паводка и осенних дождей. Показатели (рН) достаточно стабильны и соответствуют гидрокарбонатному составу воды. Показатели электропроводности воды, в пещерах, в летнее время возрастают, что можно объяснить большим содержанием ионов воде (растворение пород и повышение концентрации ионов в воде). Аналогично меняются показатели солесодержания в воде. Радиационный фон стабилен и не превышает допустимых норм. Температурный режим воды в пещерах колеблется в небольших пределах и в период измерений составлял от 5 до 7 0С. В целом, пещерные водоисточники обладают высокими питьевыми характеристиками со значительной степенью карбонатной минерализации.
Выводы
В результате проделанной работы можно сделать следующие выводы:
- по литературным и интернет – источникам изучена схемотехника и принцип работы приборов, применяемых для контроля качественных показателей водных источников
Изучены основные методики определения этих качественных показателей;
- на основе схемотехнических решений разработана и изготовлена универсальная станция с автономным питанием для проведения спелеогидрологических исследований. При пробных проведениях исследований оттарированы шкалы изготовленной станции по показаниям профессиональных приборов;
- изучена доступная литература и интернет – источники об объекте исследования - пещерах содержащих подземные источники пресной воды, их гидрологическом режиме, особенностям организации посещения этих объектов. Организовано несколько экспедиций в Шемахинские пещеры в окрестностях посёлка Сказ с целью проведения спелеогидрологических исследований и прослеживания динамики изменения состава воды;
- проанализированы качественные показатели поземного водного источника в сравнении с поверхностными водами данного района, определены динамические изменения показателей качества вода в весенний, летний и осенний периоды.
Список литературы и интернет - источников
1.К.С. Лосев, Вода, Л., Гидрометеоиздат, 1989 г.
2.Водные ресурсы, о некоторых вопросах поддержания качества воды и ее самоочищения, т. 32. № 3. 2005 г.
3.Л. А. Кульский, В. В. Даль, Л. Г. Ленчина, Вода знакомая и загадочная, Радянська школа, 1982 г.
4.В. А. Абакумова, Руководства по гидробиологическому мониторингу пресноводных экосистем, под ред. В.А. Абакумова, СПб., Гидрометеоиздат, 1992 г.
5.А. М. Сибагатуллина, П. М. Мазуркин, Динамика загрязненности речной воды, Экология и промышленность России. № 2. 2009 г.
6.Ю.А. Израэль, Экология и контроль состояния природной среды, Л. Гидрометеоиздат, 1984 г.
7.http://www.vodeco.ru/water-info/osnovnie-pokazateli.html - качество воды.
8.http://tdsmeter.ru/sect_4.html?page=2 – Приборы определения качества воды.
9.http://www.ecounit.ru/artikle_68.html –Приборы определения качества воды.
10.Санитарные правила и нормы, Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды центральных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. М., 2002 г.
11.А.Г. Муравьев, Руководство по определению показателей качества воды полевыми методами. 3-е издательство, дополненное и переработанное, СПб., Крисмас+, 2004 г.
12.https://proagregat.com/kipia/shema-elektronnogo-termometra-s-vynosnym-datchikom-svoimi-rukami - Электронный термометр.
13.https://uraloved.ru/mesta/chelyabinskaya-obl/peshera-skaz - Пещера Сказ (Шемахинские пещеры).
14.https://avtobrodiaga.ru/Shemakhinskaia_peshchera_peshchera_Skaz- Шемахинская пещера (пещера Сказ), Челябинская области
П риложение
Таблица 1. Показатели кислотности воды.
Рис.1. Способы измерения кислотности воды.
Таблица 2. Температурные коэффициенты пересчёта электропроводности воды.
Таблица 3. Допустимые нормы минерализации воды.
Рис.2. Диапазоны измерения значений рН воды.
Рис.3. рН – электрод.
Рис.4. Устройство рН – электрода.
Назначение контактов платы датчика pH:
V+: вход напряжения 5V постоянного тока (DC);
G: контакт земли (Groundpin, общий контакт);
Po: аналоговый выход pH;
Do: выход напряжения 3.3V постоянного тока (DC);
To: выход температуры.
Рис.5. Внешний вид платы преобразования сигнала pH (pHSignalConversionBoard)
Рис.6.Схеми измерителя рНна основе платы Arduino Uno.
Рис.7. Полный код программы для платы Arduino Uno.
Рис. 8. Анализатор электропроводности воды.
Рис.9. Удельная электрическая проводимость водных растворов различных соединений. Влияние температуры на удельную электрическую проводимость воды.
Рис.10. Удельная электрическая проводимость воды в зависимости от показаний прибора и температуры.
Рис. 11. Светодиодная шкала прибора.
Рис. 12. Схема электронного термометра.
Рис. 13. Встраиваемый электронный термометр.
Рис. 14. Схема фотоколориметра.
Рис.15. График зависимости фототока фотодиода от концентрации калибровочных растворов и длины волны светового спектра.
Рис.16. Измеритель радиационного фона.
Рис.17. Шемахинское карстовое поле.
Рис.18. План пещеры «Шемахинская 1».
Рис.19. План пещеры «Шемахинская 2».1 — вход, 2 — грот Гостиный, 3 — Южная галерея, 4 — Крысиный лаз, 5 — Университетский проспект, б—Набережная галерея, 7 — Катушка, 8 — Ручейный ход, 9 — сифон.
Рис.20. Экспедиция в пещеры.
Рис.21. Гидросистема Шемахинского карстового поля.
Рис. 22. Показатели мутности воды водоисточников.
Рис. 23. Показатели рН воды водоисточников.
Рис. 24. Показатели электропроводности воды водоисточников.
Рис. 25. Показатели TDS (солесодержания) воды водоисточников.
Рис. 26. Показатели радиационного фона воды водоисточников.
Рис. 27. Температурные показатели воды водоисточников.