V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Оценка экологического состояния водных ресурсов села

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Ярмеева  Э.Ф. 1

---

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа с.Бишкураево Туймазинского района Республики Башкортостан

Сулейманова  Р.Ш. 1

---

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа с.Бишкураево Туймазинского района Республики Башкортостан

Работа в формате PDF

351.8 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

1.1. Актуальность проблемы.

Чистая вода является основой человеческой жизни, бесценным богатством природы. Невозможно представить существование человека и всего живого на Земле без воды.

Жизнь на Земле зародилась именно в водной среде. Все организмы более чем на 60% состоят из воды.

Общемировые запасы воды огромны. Однако для жизнедеятельности человека необходима пресная вода. Доступная пресная вода составляет лишь малую толику от этих запасов – не более 0,8%.

Потребность в чистой воде непрерывно возрастает, в то же время использованная вода теряет свои качества, становится непригодной не только для питья, но и для промышленных нужд.

Статистика показывает, что 80% всех заболеваний связано с плохим качеством питьевой воды и нарушением санитарно-гигиенических норм водоснабжения. От болезней, связанных с водой, страдает треть населения планеты, т.е. 2 млрд. человек.

В настоящее время проблема загрязнения вод стала первоочередной. Затраты на сохранение и повышение качества воды занимают первое место среди всех расходов человечества на охрану природы. Суммарная стоимость пресной воды намного больше стоимости любого другого вида используемого сырья. Чистая пресная вода стала наиболее дефицитным природным ресурсом на Земле.

Хотя наша страна необычайно богата разными видами пресных вод -реками и озерами, подземными водами и ледниками, необходимо вести постоянную борьбу с их загрязнением и истощением.

Проблема обеспечения населения питьевой водой сильно ощущается и в нашей республике. В 2011 году в Государственном Собрании — Курултае Республики Башкортостан проходили парламентские слушания по вопросу «Водная стратегия Российской Федерации на период до 2020 года и пути ее реализации на территории Республики Башкортостан».

С целью обеспечения населения чистой питьевой водой в 2011 году в Российской Федерации была принята Федеральная целевая программа "Чистая вода".

Реализацией данных программ системно занимаются многие предприятия и организации.

1.2. Цели и задачи исследования.

Цели исследования – провести физическое исследование воды и снега, оценить степень загрязнения снежного покрова на разных участках территории села и экологическое состояние водоемов, уточнить и расширить знания о воде и ее значении для живых существ, раскрыть основные факторы загрязнения воды, предложить меры по экономии воды и охране ее чистоты.

Задачи: 1) изучить литературу по теме исследования; 2) с помощью физических опытов провести качественный анализ воды из различных источников (снег с разных участков, родники, река, озеро); 3) построить диаграммы и таблицы по результатам исследований; 4) сформулировать правила бережного отношения к воде.

Объект исследования: снег и вода, взятые из разных источников.

Предмет исследования: качество воды.

Гипотеза исследования: в различных источниках вода имеет разное качество; качество воды можно оценить физическими методами.

Методы исследования:

1) теоретические – изучение специальной литературы по теме исследования, анализ, обобщение;

2) эмпирические – наблюдение, сравнение, эксперимент;

3) математические – визуализация данных (таблицы, диаграммы).

Глава I

Водные ресурсы села и проблемы их загрязнения

Наше село Бишкураево располагает значительным водным ресурсом – через село протекает река Малый Нугуш с притоками, в пределах села расположено озеро, на территории села и его окрестностях имеются более десятка родников и значительные площади болот. Ещё один источник воды – снег, накапливающийся за зиму. Поскольку село практически со всех сторон окружено возвышенностями, то талые воды весной значительно увеличивают питание водоемов. (Приложение 1)

Для приготовления пищи и в качестве питьевой может быть использована природная вода, если она не содержит вредных микроорганизмов, а также вредных минеральных и органических примесей, если она прозрачна, бесцветна и не имеет привкуса и запаха. Она также должна отвечать бактериологическим требованиям и иметь допустимые показатели на токсичные химические соединения. Этим требованиям в наибольшей степени удовлетворяет колодезная и родниковая вода. Значимость подземных вод возрастает в связи с загрязнением поверхностных вод.

Самый мощный из родников - Тимерле кул – находится на возвышенности с юго-западной стороны села. Воды этого родника ещё с конца 70-х годов прошлого столетия использовались для водоснабжения села. Но в последние годы возникли очень большие проблемы с водоснабжением населения. Причиной тому и прохудившиеся трубы, и уменьшение воды в родниках, и загрязнение грунтовых вод. Родники, расположенные на улицах села, маломощны и зачастую подвержены воздействию хозяйственной деятельности людей. Поэтому жители села стали бурить скважины во дворах. Вода появляется на различной глубине: от 8 до 30 м. Это значит, что вода в этих колодцах имеет разное происхождение – верховодка, межпластовые безнапорные и межпластовые напорные. (Приложение 2)

Межпластовые воды, в связи с условиями их формирования и залегания, надежностью перекрытия водоупорными слоями, постоянством состава и достаточно большим дебитом, имеют явные преимущества перед другими источниками водоснабжения и с гигиенической точки зрения заслуживают высокой оценки. В большинстве случаев они обладают высоким качеством - им присущи положительные органолептические свойства, физиологически благоприятный минеральный, в том числе микроэлементный, состав, отсутствие или очень низкое содержание вредных химических веществ, эпидемическая безопасность. Поэтому их используют без предварительной обработки [8].

К сожалению, наряду с природными, на формирование состава подземных вод могут влиять и техногенные факторы. Такое влияние обычно бывает отрицательным и приводит к ухудшению качества межпластовой воды. Загрязнение может возникнуть в случае попадания воды из расположенных выше горизонтов при повреждении водоупорного перекрытия, при нарушениях во время бурения скважин, при их неправильном устройстве и эксплуатации и т. п.

Состояние снежного покрова может служить показателем загрязнения окружающей среды. Снег впитывает в себя из атмосферы вредные вещества. Наибольшую долю загрязнения получает снег, выпадающий рядом с автомобильными трассами, крупными хозяйственными объектами. При таянии снега загрязненная вода попадает в грунтовые воды и открытые водоёмы.

Загрязнению открытых водоемов способствуют засорение берегов, мойка автомобилей, хозяйственная деятельность человека, наличие на территории вокруг села большого количества нефтяных скважинных насосов, прохождение газопроводов и нефтепродуктопроводов.

Глава II

Физические параметры, характеризующие состояние воды

1.Мутность.

Мутность воды связана с присутствием в ней твердых частиц. Мутность характеризуется относительно: слабая, заметная, сильная.

2.Осадок взвеси.

Осадок обусловлен оседанием взвеси, которая имелась в исходной воде. Характеризуется количественно (ничтожный, незначительный, заметный, большой – толщина слоя по отношению к объему пробы воды) и качественно (аморфный, кристаллический, хлопьевидный, илистый, песчаный и т.д.), а также по цвету.

3.Запах.

Характер и интенсивность запаха определяют органолептически. Характер запаха определяют по ощущению воспринимаемого запаха. Различают две группы запахов: запахи естественного и искусственного происхождения. Запахи естественного происхождения обусловлены живущими и отмирающими в воде организмами, влиянием берегов, дна, почв, грунтов. При гниении органических веществ в воде или загрязнении ее нечистотами возникает гнилостный, сероводородный запах.

Обычно характер запаха воды описывается следующими терминами:ароматический; болотный (кислый, тинистый); гнилостный; древесный, землистый, плесневелый, рыбный, сероводородный, травянистый, неопределенный. Запахи искусственного происхождения возникают при загрязнении воды промышленными и сельскохозяйственными сточными водами. Их характер определяют по названию тех веществ, запах которых они представляют: фенольный, камфорный, аптечный, хлорный, металлический.

Шкала для определения запаха воды [5]

4.Засоленность - превышение обычной концентрации солей (для пресной воды — свыше 1 г/л, для солоноватой — более 10 г/л ) в водоемах, связанное с уменьшением их питания речными водами, загрязнением сточными водами с высоким содержанием различных солей.

Растворенные в воде соли оказывают значительное влияние на скорость капиллярного подъема. Минерализованные грунтовые воды в отличие от пресных поднимаются к поверхности по капиллярам с большей скоростью. Засоленные грунтовые воды при их капиллярном подъеме часто приводят к засолению почв [2].

5. Поверхностное натяжение.

Молекулы, находящиеся на поверхности жидкости, имеют избыток потенциальной энергии и поэтому стремятся втянуться внутрь так, что при этом на поверхности остается минимальное количество молекул. За счет этого вдоль поверхности жидкости всегда действует сила, стремящаяся сократить поверхность. Это явление в физике получило название поверхностного натяжения жидкости. С поверхностным натяжением связаны явления смачивания и несмачивания, явление капиллярности.

Роль поверхностных явлений в жизни живой природы очень разнообразна.

Жизнь многих насекомых связана с поверхностной пленкой. Водомерки живут только на поверхности воды, никогда в нее не погружаясь, и не выходят на сушу. Они неспособны ни нырять, ни плавать и умеют лишь скользить по водной глади на своих широко расставленных лапках, как лыжники по поверхности снега. Воды касаются только самые кончики лапок, густо покрытые волосками. Поверхностная пленка прогибается под тяжестью водомерок, но никогда не рвется.

Некоторые животные, обитающие в воде, но не имеющие жабр, подвешиваются снизу у поверхностной пленки воды с помощью особых несмачивающихся щетинок, окружающих их органы дыхания.

Перья и пух водоплавающих птиц всегда обильно смазаны жиром, что объясняет их непромокаемость. Толстый слой воздуха, заключенный между перьями и не вытесняемый оттуда водой, не только защищает птицу от потери тепла, но и чрезвычайно увеличивает её «запас плавучести». Наличие примесей в воде (засоленность) повышает смачивающие свойства воды за счёт уменьшения силы поверхностного натяжения. Поэтому в грязной воде птицы погибают.

Воскообразный налет на листьях препятствует заливанию устьиц, которое могло бы привести к нарушению правильного дыхания растений.

Стволы деревьев, ветви растений пронизаны огромным числом капиллярных трубочек, по которым вода и питательные вещества поднимаются до самых верхних листочков. Высота поднятия жидкости в капилляре тем больше, чем больше сила поверхностного натяжения [1, 4].

Поверхностное натяжение зависит только от природы жидкости и её температуры. Оно не зависит от того, велика поверхность жидкости или мала. Примесь растворимых в жидкости веществ заметно понижает поверхностное натяжение. Следовательно, степень поверхностного натяжения позволяет судить о чистоте воды.

6. Пенообразование.

Пена – это множество пузырьков. В чистой воде пузыри очень быстро лопаются. Если в воде происходит обильное пенообразование, то это говорит о том, что в воде имеются вещества, сильно понижающие поверхностное натяжение (поверхностно-активные вещества природного или искусственного происхождения). В частности, сапонин – органическое вещество, выделяющееся из корней растений [9].

7. Растворимость газов в воде.

В естественных условиях над водой всегда находится воздух. Тепловое движение молекул воды и воздуха приводит к тому, что сквозь границу вода-воздух прорываются и молекулы воды, и молекулы воздуха. Проникновение молекул газов, составляющих воздух, в воду и дальнейшая диффузия их по всему объему воды – это растворение воздуха в воде. Растворимость газа в жидкости зависит не только от давления газа над жидкостью и температуры, но и от природы жидкости и газа. Растворимость газов падает и при повышении минерализации воды. Кислород растворяется в воде в количестве, примерно вдвое большем, чем азот. Это обстоятельство имеет большое значение для жизни животных организмов в воде [6].

Кислород попадает в более глубокие слои воды за счет диффузии через их свободную поверхность. Поэтому нежелательны всякие ограничения свободной поверхности воды. Так, например, листья или ряска, покрывающие поверхность воды, могут совсем прекратить доступ кислорода к воде и привести к гибели её обитателей.

Глава III

Методика проведения экспериментов

Лабораторному исследованию подверглись: вода из 13 источников (родники, колодцы, озеро Бишкурай и река Малый Нугуш) и снег, пробы которого взяты в семи различных участках села (далее снег был растоплен при комнатной температуре).

1.Мутность.

Для определения мутности воду взбалтывают, наливают в пробирку и рассматривают в проходящем свете.

2.Осадок взвеси.

Вода наливается в прозрачный сосуд и выдерживается в неподвижном состоянии до образования осадка. Толщина осадка сравнивается с высотой столба прозрачной жидкости.

3.Запах

В колбу с притертой пробкой вместимостью 250 — 350 см³ отмеривают

100 см³ испытуемой воды температуры 20°С, закрывают пробкой, перемешивают, затем колбу открывают и определяют характер и интенсивность запаха.

При определении запаха должны соблюдаться следующие условия: воздух в помещении, где проводится анализ, не должен иметь никакого запаха; одежда, руки, лицо, волосы наблюдателя не должны иметь отвлекающего запаха, одно и то же лицо не должно длительное время производить определение запаха, так как наступает утомление, привыкание к запахам и притупление обоняния. [7].

4.Засолённость.

Засоленность воды оценивается различными способами:

а) собирается электрическая цепь, состоящая из последовательно соединенных источника тока, миллиамперметра, ключа и двух электродов, помещенных в электролитическую ванну. В ванну наливается испытуемая вода и электрическая цепь замыкается. Расстояние между электродами и глубина их погружения во всех опытах одинаковы. По показаниям миллиамперметра можно судить о степени засоленности образцов, т.к. электрическое сопротивление жидкости падает по мере увеличения концентрации солей.

б) в пробирки наливают равное количество воды со всех образцов и полностью выпаривают жидкость. В результате на стенках пробирок остается осадок из растворенных в воде веществ. Известно, что в воде хорошо растворяются гидрокарбонаты. При нагревании они превращаются в карбонаты и образуют кристаллический осадок.

в) на чистые предметные стекла наносится капля воды с каждого образца. Через некоторое время вода испаряется, а на стекле остается осадок из веществ, нерастворимых в воде. Чаще всего – это карбонат кальция СаСО₃ - основная часть известняка, мела, мрамора.

5. Поверхностное натяжение.

На поверхность воды, налитой в широкий плоский сосуд, нужно равномерно насыпать порошок (тальк). Это позволяет сделать заметным перемещения поверхностного слоя воды. Затем к поверхности прикоснуться палочкой, смоченной в мыльном растворе, - порошок разбежится во все стороны. Это происходит потому, что поверхностное натяжение мыльного раствора меньше, чем поверхностное натяжение чистой воды [9].

Чем чище вода, тем больше будет площадь открывшегося от порошка участка поверхности. Площадь можно оценить, наложив палетку и сосчитав число единичных клеток, приходящихся на открытую поверхность. Это число можно использовать как условную единицу для измерения поверхностного натяжения.

6. Пенообразование.

Испытуемая вода наливается в прозрачный сосуд и взбалтывается. Интенсивность пенообразования оценивается относительно: слабое, заметное, обильное.

7. Растворимость газов в воде.

Проба воды, взятой из источника, сразу же наливается в прозрачный стакан. Из воды выделится множество мельчайших пузырьков, которые поднимутся вверх или удержатся около стенок стакана. Это газы, которые были растворены в воде.

Заключение

Результаты экспериментов приведены в приложениях 3 – 6.

На основе наблюдений и анализа экспериментальных данных пришли к следующим выводам:

1. Вода в родниках, расположенных на территории села, чистая. На это указывают малая электрическая проводимость, большое значение поверхностного натяжения, незначительный осадок, образующийся при испарении жидкости, и отсутствие осадка взвеси, запаха.

2. Качество воды в колодцах, пробуренных во дворах сельчан, гораздо ниже. Для них характерны большая электрическая проводимость, малое поверхностное натяжение, значительный осадок, образующийся при испарении, и большой осадок взвеси.

3. Воду из источников № 5, 9, 11 не рекомендуем использовать для питья. Пробы из них отличаются наличием запаха, большим осадком взвеси и осадком, образующимся при испарении.

4. Воду из источников № 2, 3, 7 до использования в пищевых целях необходимо отстаивать и кипятить.

5. Вода в озере загрязнена. На это указывают большая электрическая проводимость, малое значение поверхностного натяжения и наличие заметного запаха.

6. Вода в реке относительно чистая. Её мутность обусловлена песчаной взвесью.

7. Самыми грязными оказались снежные пробы, взятые на улице Шоссейная и на территории вблизи фермы КФХ «Ак буа». На улице Шоссейная всегда интенсивное движение транспортных средств, эта дорога ведет к федеральной трассе. Загрязнение вблизи фермы обусловлено хозяйственной деятельностью.

8. Основные факторы загрязнения водоемов: засорение берегов водоемов, мойка машин около них, выпас скота, наличие на территории вокруг села большого количества нефтяных скважинных насосов, прохождение вблизи села газопроводов и нефтепродуктопроводов.

Список использованных источников и литературы

Варикаш В.М., Кимбар Б.А., Варикаш И.М. Физика в живой природе. – Минск, Народная асвета, 1984 – 126с.

Водные свойства почв: http://www.zoodrug.ru/topic3533.html

3. Гидрогеология подземных вод – грунтовые и межпластовые

безнапорные воды: http://www.mylect.ru/hydrologiya/80-hydrologiya-

other/549--7-.html?start=

4. Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики. – М., Просвещение, 1988 – 158с.

5. Методика составления экологического паспорта родника:

http://www.edu.yar.ru/russian/projects/spring/metod.html

6.Научная библиотека избранных естественно-научных изданий научная-библиотека.рф § 260. Растворение газов:

sernam.ru›book_phis_t1.php?id=263

7.Подунова Л.Г. Руководство к практическим занятиям по методам

санитарно-гигиенических исследований:

meddr.ru›rukovodstvo…issledovanie_vody/11125.html

8.Сравнительная гигиеническая характеристика подземных

водоисточников: medical.odaily.info› Sravnitelnayа harakteristika

9.Элементарный учебник физики. Т. 1/ Под редакцией Г.С. Ландсберга -

Москва, Наука, 1971 – 655с.

Приложение 1

Спутниковый снимок села Бишкураево

[mapmarket.ru›npsat.php?r=105]

Выделены река Малый Нугуш и озеро Бишкурай

Приложение 2

Схема залегания подземных вод [3]

Схема залегания подземных вод:

1 – верховодка¹;

2 – межпластовые² безнапорные воды;

3 – грунтовые воды;

4 – межпластовые напорные воды;

5 - поверхностный водоем.

¹Верховодка (грунтовые воды) – воды водоносного горизонта, залегающие на первом водоупорном слое.

² Воды, залегающие в водопроницаемой толще пород, заключен­ной между двумя водоупорными слоями, называют межпластовыми водами.

Приложение 3

Результаты исследования водоемов

Приложение 4

Результаты исследования снежного покрова

Приложение 5

Значения силы тока и поверхностного натяжения в пробах снега

Приложение 6

Значения силы тока и поверхностного натяжения в пробах воды

16