Проект_Подземные воды города Буя и их экологическая

Муниципальное общеобразовательное учреждение
средняя общеобразовательная школа № 13 им. Р.А. Наумова городского
округа город Буй Костромской области
Проект по географии Костромской области
Тема проекта: «Подземные воды города Буя и их
экологическая характеристика»
Автор проекта: Макаревич Наталия,
ученица 10а класса МОУ СОШ № 13
им. Р.А. Наумова городского округа
город Буй Костромской области
Руководитель проекта:
Смирнова Лариса Владимировна,
учитель географии МОУ СОШ № 13
им. Р.А. Наумова городского округа
город Буй Костромской области
г. Буй
2014г.
2
Оглавление
1. Введение…………………………………………………………………..3-4
2. Подземные воды, как драгоценное полезное ископаемое…………….5-11
2.1. История накопления знаний о подземных водах……………………...5-6
2.2. Происхождение подземных вод………………………………………...6-7
2.3. Классификации подземных вод…………………………………………7-9
2.4. Характеристика подземных вод города Буя……………………………9-11
3. Определение физических и химических свойств воды…………………12-21
3.1. Методика исследования……………………………………………….12-13
3.2. Исследование органолептических свойств воды……………………….14
3.3. Определение кислотности воды………………………………………….15
3.4. Определение содержания хлорид-иона……………………………….16-17
3.5. Определение окисляемости……………………………………………17-19
3.6. Определение карбонатной жесткости воды…………………………...20-21
4. Заключение………………………………………………………………..22
5. Список литературы……………………………………………….............23
2
3
1. Введение
Известный
подземные
воды
русский
—
ученый-геолог
самое
А.П.Карпинский
драгоценное
полезное
писал,
ископаемое.
что
И
действительно, трудно найти другое ископаемое, так вошедшее в жизнь и
быт человека, как подземные воды. Подземные воды - воды, находящиеся в
толщах горных пород верхней части земной коры в жидком, твёрдом и
парообразном состоянии.
Подземные
воды
хозяйственно-питьевое,
могут
иметь
сырьевое
различное
(жидкие
целевое
назначение:
руды),
лечебное,
теплоэнергетическое. Особое значение имеют воды питьевого назначения. В
то время как возможности использования пресных поверхностных вод
непрерывно сокращаются вследствие их активного загрязнения, подземные
воды
остаются
последним
резервом
человечества
в
условиях
надвигающегося водного кризиса. Пополнение подземных вод происходит
медленно, поэтому нерациональное их использование может привести к
тому, что они иссякнут. По мнению некоторых американских ученых, в 2115
году почти половина населения Земли (3 млрд.человек) будет жить в странах,
испытывающих дефицит воды, возникающий при обеспеченности населения
водой менее чем 700 м³в год. Эти страны располагаются на Ближнем
Востоке, в Южной Азии, в большинстве стран Африки. Сразу же встаёт
вопрос, а как наш город Буй обеспечен подземными водами, каково их
назначение?
Почему в чайнике образовалась накипь? Почему не мылится мыло?
Ответ на этот вопрос можно дать, определив свойства подземных вод. А
какими свойствами обладают подземные воды на территории города Буя?
Нужно ли смягчать воду, а быть может, в нашем городе есть минеральные
воды, которые могут быть использованы в бальнеологических целях.
Ответить на эти вопросы мне и предстоит в ходе исследовательской работы.
3
4
Кроме того, необходимо отметить, что очистка подземных вод
практически не возможна, поэтому важно следить за тем, чтобы
загрязнённые сточные воды не попадали на земную поверхность.
Изучать подземные воды можно в скважинах, колодцах, естественных
выходах на поверхность - родниках. Я выбрала изучение подземных вод в
колодцах, так как считаю, что можно определить и свойства воды и
отследить, как в городе осуществляется санитарный контроль за состоянием
колодцев.
Гипотеза: свойства воды сильно различаются в зависимости от местности.
Цель: изучение географии особенностей подземных вод на территории
города, их экологическая характеристика.
Задачи:
1. Дать определение подземных вод, определить их группы.
2. Описать размещение, особенности подземных вод г. Буя
3. Проанализировать
структуру
современного
состояния
и
использования водных ресурсов на территории г. Буя.
4. Проанализировать
особенности
санитарно-гигиенической
обстановки исследуемой территории.
Объект исследования: подземные воды.
Предмет исследования: происхождение подземных вод, их классификация,
экологическое состояние вод в пределах города Буя.
Методы исследования:
1. Изучение и анализ источников информации.
2. Опыты.
4
5
2. Подземные воды, как драгоценное полезное ископаемое
2.1. История накопления знаний о подземных водах
Накопление знаний о подземных водах, начавшееся с древнейших
времен, ускорилось с появлением городов и поливного земледелия.
Искусство сооружения копаных колодцев до несколько десятков метров
было известно за 2000-3000 тысячи лет до н.э. в Египте, Средней Азии,
Индии, Китае. В этот же период появилось и лечение минеральными водами.
В первом тысячелетии до нашей эры появились первые представления о
свойствах и происхождении природных вод, условиях их накопления и
круговороте воды на Земле (в работах Фалеса и Аристотеля – в Древней
Греции; Тита Лукреция Кара и Витрувий – в Древнем Риме, и др.).
Изучению
подземных
вод
способствовало
расширение
работ,
связанных с водоснабжением, строительством каптажных сооружений
(например, кяризов у народов Кавказа, Средней Азии), добычей соленых вод
для выпаривания соли путем копания колодцев, а затем и бурения
(территория России, 12-17 века). Позже возникли понятия о водах
ненапорных, напорных (поднимающихся снизу вверх) и самоизливающихся.
Последние получили название артезианских - от провинции Артуа (древнее
название «Артезия») во Франции.
В эпоху Возрождения и позднее подземным водам и их роли в
природных процессах были посвящены работы многих ученых - Агриколлы,
Палисси, Стено и др.
В России первые научные представления о подземных водах как о
природных растворах, их образовании путем инфильтрации атмосферных
осадков и геологической деятельности подземных вод были высказаны М.В.
Ломоносовым в сочинении «О слоях земных» (1763 г.).
До середины 19 века учение о подземных водах развивалось как
составная часть геологии. Затем оно обособляется в отдельную дисциплину гидрологию.
5
6
Общая гидрогеология изучает происхождение подземных вод, их
физические и химические свойства, взаимодействие с вмещающими горными
породами.
Изучение подземных вод в связи с историей тектонических движений,
процессов осадконакопления и дианогенеза позволило подойти к истории их
формирования и способствовало появлению в 20 веке новой отрасли
гидрогеологии - палеогидрогеологии (учение о подземных водах прошлых
геологических эпох).
2.2. Происхождение подземных вод
Подземные воды формируются в основном из вод атмосферных
осадков, выпадающих на земную поверхность и просачивающихся вод в
землю на некоторую глубину, и из вод из болот, рек, озер и водохранилищ,
также просачивающихся в землю. Количество влаги, прогоняемой таким
образом в почву, составляет 15-20% общего количества атмосферных
осадков.
Проникновение вод в грунты (водопроницаемость), слагающих земную
кору, зависит от физических свойств этих грунтов. В отношении
водопроницаемости
грунты
делятся
на
три
основные
группы:
водопроницаемые, полупроницаемые и водонепроницаемые или водоупорные.
К водопроницаемым породам относятся крупнообломочные породы,
галечник, гравий, пески, трещиноватые породы и т.д. К водонепроницаемым
породам – массивно кристаллические породы (гранит, мрамор), имеющие
минимальную впитывать в себя влагу, и глины. Последние, пропитавшись
водой, в дальнейшем ее не пропускают. К породам полупроницаемым
относятся глинистые пески, рыхлые песчаники, рыхловатые мергели и т.п.
Уровень грунтовых вод подвержен постоянным колебаниям. Так, во
время весеннего половодья и паводков уровень воды в реке, поднимаясь
выше уровня речного потока, направленного к реке, вызывает отток воды из
нее и подъем уровня грунтовых вод. Это снижает высоту уровня весенних
6
7
половодий. На спаде грунтовые воды начинают питать реку, и уровень
грунтовых вод понижается.
2.3. Классификации подземных вод
По условиям залегания (см. рисунок 1):
- Верховодка
- Грунтовые
- Межпластовые
- Артезианские
Рисунок 1
Верховодкой - подземные воды, залегающие вблизи поверхности земли и
отличающиеся
непостоянством
распространения.
Обычно
верховодка
приурочена к линзам водоупорных или слабо проницаемых горных пород,
перекрываемых
водопроницаемыми
толщами.
Верховодка
занимает
ограниченные территории, это явление – временное, и происходит оно в
период достаточного увлажнения; в засушливое время гола верховодка
исчезает.
Верховодка
относится
к
первому
от
поверхности
земли
водоупорному пласту.
Грунтовые воды - воды, залегающие на первом водоупорном горизонте ниже
верховодки. Обычно они относятся к водонепроницаемому пласту и
характеризуются более или менее постоянным притоком воды. Грунтовые
воды могут накапливаться как в рыхлых пористых породах, так и в твёрдых
7
8
трещиноватых коллекторах. Уровень грунтовых вод представляет собой
неровную поверхность, повторяющую, как правило, неровности рельефа в
сглаженной форме: на возвышенностях он ниже, в пониженных местах –
выше. Выходы подземных вод на поверхность называются родниками, или
ключами.
Межпластовые воды — нижележащие водоносные горизонты, заключенные
между двумя водоупорными слоями. В отличие от грунтовых, уровень
межпластовых вод более постоянен и меньше изменяется во времени.
Межпластовые воды более чистые, чем грунтовые. Напорные межпластовые
воды полностью заполняют водоносный горизонт и находятся под
давлением.
Артезианские воды - напорные подземные воды, заключенные в водоносных
пластах горных пород между водоупорными слоями. Обычно встречаются в
пределах определенных геологических структур, образуя артезианские
бассейны.
По степени минерализации:
- Пресные: до 1 г/л;
- Солоноватые:1-10 г/л;
- Соленые: от 10 до 35-50 г/л;
- Рассолы: более 35-50 г/л;
По температуре
- Переохлажденные: ниже 0℃;
- Холодные:0-20℃;
- Термальные: выше 20℃;
В зависимости от качества:
- Питьевые
- Технические
Питьевые воды – воды, по своему качеству в естественном состоянии или
после обработки отвечающие нормативным требованиям и предназначенные
8
9
для питьевых и бытовых нужд человека, либо для производства пищевой
продукции. Этот тип вод включает также минеральные природные столовые
воды, к которым относятся подземные воды с общей минерализацией не
более 1 г/дм3, не требующие водоподготовки или не изменяющие после
водоподготовки своего естественного состава.
Технические подземные воды – воды различного химического состава (от
пресных
до
рассолов),
предназначенные
для
использования
в
производственно-технических и технологических целях, требования к
качеству которых устанавливаются государственными или отраслевыми
стандартами, техническими условиями или потребителями.
водам.
2.4. Характеристика подземных вод города Буя
Пресные подземные воды содержатся в четвертичных образованиях, в
юрских и триасовых отложениях, а также в самой верхней части татарского
яруса пермских отложений. Нижняя граница пресных вод с минерализацией
менее 1 г/л проходит примерно на глубине 140 – 150 м. Эта часть
гидрогеологического разреза относится к зоне свободного водообмена.
Согласно геологическому строению и геоморфологическим условиям
гидрогеологические условия зоны свободного водообмена Буйского района
характеризуются распространением четвертичного комплекса, терригенного
верхнеюрского
горизонта и
нижнетриасового
слабоводоносного
терригенного комплекса.
Водоносные горизонты четвертичного комплекса заключены в
надморенных (московский водно-ледниковый горизонт), и внутриморенных
(днепровско-московский водно-ледниковый горизонт) линзах, карманах и
маломощных прослоях песков, сравнительно водообильных. Подземные
воды залегают на водораздельных возвышенных склонах на глубине 10 м и
более, а на пониженных участках на глубине 1,0-7,0 м, в местах выхода на
дневную поверхность формируются заболоченные территории.
9
10
В долине р. Костромы и нижнем течении ее крупных притоков развит
аллювиальный водоносный горизонт, грунтовые воды приурочены к
аллювиальным пескам, суглинкам и глинам, в толще которых встречаются
прослои торфов и илов. Грунтовые воды на придолинных участках
встречаются на глубине 0,5–5,0 м, в торфах – на глубине до 0,5 м, на высоких
бровках до 7–15 м.
Суммарная
мощность
четвертичного
водоносного
комплекса
составляет 20–40 м, водопроводимость оценивается в 25–35 м3/сут.
Воды пресные, иногда обладают общекислотной агрессивностью.
Воды четвертичного комплекса, в связи с неглубоким залеганием
уровня,
подвержены
поверхностному
загрязнению.
Основным
путем
поступления загрязнения является его инфильтрация с атмосферными
осадками и поливными водами.
Водоносный верхнеюрский терригенный горизонт приурочен к
прослоям песка, песчаника в мощных толщах серых глин и имеет
ограниченное распространение – только в южной и юго-восточной частях
района. Горизонт напорный, величины напора составляют 20–40 м. Воды
пресные, величина сухого остатка составляет около 0,8 г/л, используются для
хозяйственно-питьевого водоснабжения.
Ветлужский
терригенный
слабоводоносный
комплекс
имеет
повсеместное распространение в пределах района. Водоносная часть
приурочена к прослойкам песчаника мощностью 2,0–6,0 м в пестроцветных
плотных глинах, обладающих водоупорными свойствами. Как правило,
водоносные прослойки нижнетриасового комплекса отмечаются на глубине
свыше
100 м
от
поверхности
земли
и
эксплуатируются
для
централизованного питьевого водоснабжения населенных пунктов. Комплекс
напорный,
величина
напора
составляет
30–140 м,
водопроводимость
оценивается в 30–60 м2/сут. Мощность комплекса около 100 м.
10
11
Ниже зоны свободного водообмена расположены солоноватые и
соленые воды, а также рассолы, которые относятся к зоне замедленного
водообмена
и
застойного
режима.
Минеральные
воды
повсеместно
распространены в любом пункте Буйского района и имеют различный состав
и бальнеологическое значение.
Верхняя граница солоноватых вод с минерализацией 1–3 г/л и
повышенной
жесткостью
проходит
в
отложениях
верхнетатарского
подъяруса верхнего отдела пермской системы, местами в нижнетриасовых
отложениях. Мощность зоны солоноватых вод около 300 м. Эти воды
непригодны для питьевых целей.
Зона солоноватых вод сменяется солеными водами с минерализацией
более 3 г/л. Это преимущественно хлоридно-сульфатные и сульфатнохлоридные натриевые воды с минерализацией 10–15 г/л и более. Эти воды
являются аналогами вод курортов Большие Соли, Трускавец.
В скважине на железнодорожной станции Буй минеральная вода имеет
сульфатно-натриевый состав и минерализацию 5,3 г/л. Вода получена из
верхнепермских отложений с глубины 301-302,5 м.
В районе г. Буй (в урочищах Солоница, Гашма) издавна известны
восходящие источники сульфатно-натриевых вод, они являются аналогами
вод курорта «Нальчик» и Сосненского источника № 2 в Ивановской области.
С глубиной увеличивается минерализация воды, они становятся
высокоминерализованными и переходят в хлоридные натриевые воды с
минерализацией 15–20 г/л и рассолы. На границе кристаллического
фундамента минерализация воды достигает 300 г/л. В этих водах в большом
количестве содержатся такие компоненты как йод, бром, бор и другие. Так
содержание брома в воде достигает 500–1000 мг/л, что в 2–4 раза превышает
норму при раздельном промысловом извлечении брома из воды. В северозападной части района содержание брома в воде достигает 2000 мг/л.
11
12
3. Определение физических и химических свойств воды
3.1. Методика исследования
На территории города находится 114 штатных питьевых колодцев. Мною
были взяты образцы воды из 8 колодцев:
 Обр. №1. Ул. 1917 года
 Обр. №2. Ул. Чернышевского (д.1)
 Обр. №3. Ул. 1917 года
 Обр. №4. Буйская ветеринарная служба
 Обр. №5. Ул. Чайковского (д.37)
 Обр. №6. Ул. Обороны
 Обр. №7. Ул. Свердлова (д.27)
 Обр. №8. Ул. Свердлова (д.47)
№3
№1
№4
№2
№5
12
№3
№6
13
№7
№8
Забор воды производился в колодцах в утренние часы, на емкость с
водой наклеивалась этикетка с порядковым номером колодца. Емкости с
водой приносились в школьный кабинет химии, где документально
оформлялись пробы и проводились следующие исследования:
1. Определение органолептических свойств воды: прозрачность,
цвет, запах.
2. Определение кислотности воды.
3. Определение содержания хлорид-иона.
4. Определение окисляемости.
5. Определение жесткости воды.
13
14
3.2. Исследование органолептических свойств воды
Осадок определялся визуально, запах по обонянию, цвет по
сравнению с образцом дистиллированной воды. Результаты исследований
представлены в таблице № 1.
Таблица № 1
№ пробы
Осадок
Цвет
Запах
Колодец
№1
Наличие
осадка
Прозрачный
Не имеет ярко выраженного
запаха
Колодец
№2
Отсутствие
осадка
Прозрачный
Не имеет ярко выраженного
запаха
Колодец
№3
Наличие
осадка
Прозрачный
Не имеет ярко выраженного
запаха
Колодец
№4
Наличие
осадка
Прозрачный
Не имеет ярко выраженного
запаха
Колодец
№5
Наличие
осадка
Прозрачный
Не имеет ярко выраженного
запаха
Колодец
№6
Отсутствие
осадка
Прозрачный
Не имеет ярко выраженного
запаха
Колодец
№7
Наличие
осадка
Имеет
рыжеватый
оттенок
Не имеет ярко выраженного
запаха
Колодец
№8
Отсутствие
осадка
Прозрачный
Не имеет ярко выраженного
запаха
Вывод: пробы воды по органолептическим показателям различны между
собой.
14
15
3.3. Определение кислотности воды
Кислотность образцов воды определялась с помощью универсального
индикатора. Результаты исследований представлены в таблице № 2.
Таблица № 2
№ пробы
Значение pH
Колодец №1
pH=6;слабощелочной
Колодец №2
pH=7;нейтральный
Колодец №3
pH=6;слабощелочной
Колодец №4
pH=7;нейтральный
Колодец №5
pH=6;слабощелочной
Колодец №6
pH=7;нейтральный
Колодец №7
pH=6;слабощелочной
Колодец №8
pH=6;слабощелочной
Вывод:
pH=7.
Кислотность исследуемых вод различна и варьируется от pH=6 до
15
16
3.4. Определение содержания хлорид-иона
В пробирки с исследуемыми образцами воды добавляла
по
капле раствора AgNO₃(при наличии в образце воды хлорид-ионов
выпадет осадок белого цвета).
Результаты исследований представлены в таблице № 3.
16
17
Таблица № 3
№ пробы
Хлорид-ионоы
Колодец №1
Наличие
Колодец №2
Отсутствие
Колодец №3
Наличие
Колодец №4
Наличие
Колодец №5
Наличие
Колодец №6
Отсутствие
Колодец №7
Наличие
Колодец №8
Наличие
Вывод:
наличие
хлорид-ионов
присутствует
в
образцах
воды
№1,№3,№4,№5,№7,№8.
3.5. Определение окисляемости
Для данного опыта я приготовила насыщенный раствор перманганата
калия («марганцовка»).
17
18
Далее набираю в пробирки образцы воды (высота столба около 2 см) и вношу
в опытные образцы по 1 капле перманганата калия.
Оцениваю изменение цвета растворов спустя один час
Если раствор остался ярко-розовым – окисляемость низкая, а загрязнение
воды минимально. Осветление до красного цвета свидетельствует об
18
19
умеренной окисляемости, оранжевый говорит о сильном загрязнении воды, а
желтый эквивалентен табличке «антисанитарное состояние водоема».
Результаты исследований представлены в таблице № 4.
Таблица № 4
№ пробы
Степень окисляемости
Колодец №1
Низкая окисляемость, загрязнение воды минимально.
Колодец №2
Низкая окисляемость, загрязнение воды минимально.
Колодец №3
Умеренная окисляемость, вода загрязнена.
Колодец №4
Низкая окисляемость, загрязнение воды минимально.
Колодец №5
Высокая окисляемость, сильное загрязнение воды.
Колодец №6
Умеренная окисляемость, вода загрязнена.
Колодец №7
Умеренная окисляемость, вода загрязнена.
Колодец №8
Низкая окисляемость, загрязнение воды минимально.
Вывод: В образцах №3, №6, №7 вода имеет загрязнения, № 5 – сильно
загрязнена.
19
20
3.6. Определение карбонатной жесткости воды
Отмерю мерным цилиндром 25 мл воды и перенесу ее в колбу для
титрования. Добавлю к исследуемой воде 2 капли метилового оранжевого.
Приготовленную
пробу
медленно,
при
постоянном
перемешивании,
оттитрую раствором соляной кислоты до перехода желтой окраски
индикатора в оранжевую.
Рассчитаю Карбонатную жесткость по формуле:
Ж=V2млCэкв(моль/л).•1000/V1мл,
Где Ж- карбонатная жесткость, V1- объем исследуемой воды(V1=25мл),
V2- объем раствора соляной кислоты, Сэкв- молярная концентрация
эквивалентов раствора(Сэкв= 0,1 моль/л).
20
21
Мною было исследовано 3 образца взятой воды. Результаты исследований в
таблице № 5.
№ образца
Таблица № 5
Карбонатная жесткость
Колодец № 1
2,8 мг
Колодец №3
2 мг
Колодец №7
1,2 мг
Вывод: карбонатная жесткость в исследуемых образцах соответствует
нормативам ГОСТА, т.е. содержит не более 7 мг.
21
22
4. Заключение
В своей работе я описала происхождение подземных вод и их
классификацию, охарактеризовала подземные воды города Буя, исследовала
физические и химические свойства вод, взятых из различных колодцев в
пределах города.
Полученные результаты полностью совпадают с моей гипотезой:
свойства вод различаются от местности.
Выводы:
- Пресные воды в г.Буй встречаются до глубины 140 - 150 м.
- Воды пригодны для хозяйственно-питьевого водоснабжения, но
отличаются степенью загрязнённости.
- Минеральные воды повсеместно распространены в любом пункте
Буйского района и имеют различный состав и бальнеологическое
значение. В районе г. Буй (в урочищах Солоница, Гашма) издавна
известны восходящие источники сульфатно-натриевых вод, они
являются аналогами вод курорта «Нальчик». На территории района и в
частности Буя может быть организованна широкая сеть курортов сеть
курортов и санаториев различного профиля. Запасы минеральных вод
огромны.
- Пробы воды по органолептическим показателям
различны между
собой.
- Кислотность исследуемых вод различна и варьируется от pH=6 до
pH=7.
- Наличие
хлорид-ионов
присутствует
в
образцах
воды
№1,№3,№4,№5,№7,№8.
- В образцах №3, №6, №7 вода имеет загрязнения, № 5 – сильно
загрязнена.
- Карбонатная
жесткость
в
исследуемых
образцах
нормативам ГОСТА, т.е. содержит не более 7 мг.
22
соответствует
23
Список литературы
Материалы по обоснованию проекта Схемы территориального планирования
Буйского муниципального района Костромской области, Москва, 2009
Проект генерального плана городского округа город Буй Костромской
области. Материалы по обоснованию проекта Генерального плана городского
округа город Буй Костромской области, Кострома, 2009
Интернет-ресурсы:





http://biofile.ru/geo/8105.html
http://ru.wikipedia.org/wiki/%CF%EE%E4%E7%E5%EC%ED%FB%E5_%E2%EE%E4
%FB
http://images.yandex.ru/yandsearch?text=%D0%BA%D0%BB%D0%B0%D1%81%
D1%81%D0%B8%D1%84%D0%B8%D0%BA%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F%2
0%D0%BF%D0%BE%D0%B4%D0%B7%D0%B5%D0%BC%D0%BD%D1%8B%D1%85
%20%D0%B2%D0%BE%D0%B4&stype=image&lr=7&noreask=1&source=wiz
http://yandex.ru/yandsearch?text=%D0%BF%D0%BE%D1%87%D0%B2%D0%B5
%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B5%20%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D1%8B%20
%D1%84%D0%BE%D1%82%D0%BE&clid=1992455&lr=7
http://www.diclib.com/Russian_BSE/0220763576.jpg
23