IV Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПЛОТИНЫ НА ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ РЕКИ ПОДГОРНОЙ.
Петров И.Е.
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


1. Введение

Родная, милая округа -

Частица юности моей.

Вот речка, давняя подруга,

Средь пышных верб и тополей.

Н. Пугачев

Калач… Маленький городок, c расположенными вокруг живописными местами, где особенно привлекательными для нас являются две малые реки. Объектом наших исследований стала одна из них - р. Подгорная. Выбор не случаен: река Подгорная протекает через наш Калач, мы пересекаем ее, проезжая по мосту в город, купаемся в ней летом. Купание мы совмещаем с изучением рек. Это нравится не только мне, но и моим братьям и сестрам. За несколько лет удалось установить многие особенности рек, на которых мы отдыхаем, изучить их состояние и прийти к выводу, что они уникальны. Наши реки перегорожены плотинами, которые устроены по - разному. Отражается ли это на особенностях рек?

Предмет данного исследования: плотина и водные ресурсы реки Подгорной.

Цель работы: исследование влияния плотины на гидрологические показатели реки.

Задачи: 1. Установить состояние водных ресурсов реки и факторы их определяющие.

2. Используя информационные источники, дать характеристику разным типам плотин.

3. Исследовать плотину на р. Подгорная.

4. Провести изучение гидрологических показателей реки (характера течения, глубины реки, ширины русла, особенностей водного режима) в точках исследования, расположенных на реке до плотины и после неё.

5. Сопоставить полученные результаты в точках исследования, расположенных до плотины и после неё. Сделать выводы.

Для достижения поставленной цели и решения обозначенных задач использованы следующие методики:

Стационарные: 1. Локальный мониторинг реки: методика полевых исследований для изучения гидрологических показателей водных ресурсов.

2. Маршрутный метод с целью сбора первичного материала и визуальной оценки рекреационных нагрузок, видового биологического разнообразия и экологического состояния реки.

3. Камеральные: аналитический, статистический и графический методы обработки материала.

Период исследования: 07. 2015 - 09. 2017 г.

Гипотеза:Учитывая особенности плотины,можно предположить, что она не оказывает негативного влияния на водные ресурсы и экологическое состояние реки Подгорная.

Ценность работы состоит в том, что не все бережно относятся к воде, не соблюдают чистоту на водоемах, а приведённые мной исследования дают возможность познакомить моих сверстников с проблемами малых рек и показать их уязвимость.

Новизна исследования заключается в том, что оно позволяет установить данные, позволяющие иметь представление о влиянии плотины на водные ресурсы реки.

Актуальность нашей темы: именно малые реки принимают на себя основной «удар» антропогенной нагрузки. У них – свои, вполне серьёзные проблемы: в речных долинах вырубаются деревья, отсутствуют очистные сооружения на множестве мелких ферм, застроены прибрежные зоны, беспощадно распаханы поймы, перегорожены плотинами русла. Всё это ведёт к загрязнению, укорачиванию, обмелению и даже исчезновению многих сотен малых водотоков. Не надо забывать о том, что именно малые реки несут свои воды в более крупные водотоки. Так что масса проблем возникает не только у речных обитателей, но и у людей, живущих вблизи этих рек.

Практическая значимость исследования состоит в том, что оно способствует привитию любви к малой родине, ответственности за сохранение малых рек и может быть использовано при проведении уроков и внеклассных мероприятий.

Все этапы исследования проведены по методикам, данным в учебных пособиях, проанализированы, полученные данные обобщены, что свидетельствует о научном характере работы.

2. Объект исследования – река Подгорная

2.1 Литературный обзор

Сколько лет этой речке? Право, не знаю.

Как и люди, с годами стареет река.

Приглядишься – течет себе, не успевая,

Омывая в деревьях с травой берега.

Н. Пугачев

Река Подгорная – левый приток Дона, впадает в 983 км от его устья. Длина 138км, площадь водосбора – 5050 км2 [7]. Начинается она на окраине с. Никольское Воробьёвского района. В черте г. Калач река Подгорная сливается с рекой Толучеевка (Приложение №1). По ряду источников [4] основной рекой считается река Толучеевка.

Данные о реке взяты из учебных пособий Курдов А.Г. «Реки Воронежской области» - Воронеж: Изд. ВГУ, 1984.- 164 с.[4]; Нестеров Ю.А., Подколзин В.В., Понамарева З.В., Сушков В.Н. «География Воронежской области» - Воронеж: Изд. ВГУ, 2002.-137с. [5], «Эколого-географический Атлас - книга Воронежской области» / ред. Федотов В.И. - Воронеж: Изд. ВГУ, 2010. - 514с.[7].

Место реки по отдельным показателям среди рек области установлено по учебному пособию Смолянинов В.М., Дегтярев С.Д., Щербинина С.В. «Экологическая оценка состояния речных водосборов Воронежской области» - Воронеж: «Истоки», 2007. - 133 с. [6].

Методика полевых исследований в доступной форме раскрыта в пособии Антимонов Н.А. «Школьные походы по изучению рек, озер, болот родного края». - М: Учпедгиз, 1963.-132с. [1].

Таблица, по которой определяли осадок, взята из книги Колбовский Е.Ю. “Изучаем малые реки”- Ярославль: Академия Развития, 2004.-224с.[3].

Материал о плотинах почерпнут из Интернет - ресурса [8,9].

2.2. Оценка состоянияреки Подгорная

Почему-то мне и горя мало

От того, что тают облака,

Только жаль, что уже, мельче стала

В берегах Подгорная река.

Н. Садовский

Русло реки Подгорной извилистое, шириной 2 - 8 м, средняя глубина 0,6 м [4,5], с лета 2010 г она упала до 0,25м (район моста с. Заброды). Местами встречаются заросшие плёсы с глубинами до 2,5м и более (окрестности ДОЛ «Солнышко»), где обустроены пляжи.

Кроме этого оно сильно заилено, повсюду заросло водной растительностью. В половодье русло промывается от накопленных загрязнений. В течение 6 лет это не происходит, так как последний разлив наблюдался в 2010 году. Пойма реки представляет собой равнину шириной до 2 км, занятую, в основном, жилыми домами и огородами местных жителей.

Водный режим реки отличается непостоянством. В точках исследования река не пересыхает летом, не перемерзает зимой. Данные, полученные из отдела экологии администрации Калачеевского района, показали, что 40-е годы прошлого столетия характеризовались повышенными уровнями половодья и межени, река была полноводной. В первой половине 50-х годов были зарегистрированы низкие уровни.

На водность реки оказывает влияние деятельность человека. Бассейн р. Подгорная характеризуется наибольшим для Воронежской области ухудшением качества земель на водосборе. У нас наибольшая площадь оврагов, почвы засолены, в пойме мало лесов [6]. Поджоги лесополос 2008 – 2009г, пожары 2010 г. повлияли на перевод поверхностных вод в грунтовые и вызвали нарушение питания реки.

Сведение лесов, лесополос, распашка степей привели к тому, что талые снеговые и дождевые воды стали быстрее поступать в русло реки, что увеличило смыв почвы в водоем, а ведь пойма реки распахана до самой воды. Вот и мелеет на глазах река Подгорная.

Сток содержит ядовитые вещества, используемые в сельском хозяйстве: удобрения, ядохимикаты, пестициды. Их содержание в нашей реке - один из самых высоких показателей на реках области [6]. Это вызывает развитие сине-зеленых водорослей, что делает воду непригодной для всего живого.

Схема 1[8]

«Источники загрязнения речных вод»

Река Подгорная относится к группе рек со средним риском. На этот показатель влияют как деятельность человека, так и природные факторы, где основная роль принадлежит климату, рельефу, растительности. К важнейшим охранным мероприятиям относится соблюдение «Водного кодекса РФ» [2], утвержденного Правительством РФ от 3.06.2006 г. № 74-Ф3. А как обстоят дела у нас?

Выполнение «Водного кодекса РФ»

Таблица № 1

В пределах водоохраной зоны запрещается

Ситуация в пойме реки Подгорная

Систематическая распашка земель

Пойма распахана

Применение удобрений

Применяются

Выпас и организация летних лагерей скота

Выпас скота осуществляется

Выделение участков под индивидуальное строительство и огороды

В черте огорода пойма заселена полностью, огороды до самой реки

Прокладка проездов и дорог

Грунтовые дороги

Движение автомобилей, других механизмов

Осуществляется

Свою лепту в экологическое загрязнение реки вносят местные жители. Берега завалены бытовым мусором, который во время весеннего половодья и ливневых дождей попадает в реку. Городская свалка бытового мусора и отходов находится в зоне смыва в реку Подгорная. В составе мусора могут оказаться ядовитые вещества, тяжелые металлы, химические соединения, которые растворяются осадками и затем по склонам попадают в реку. Отдыхающие автолюбители здесь же, у кромки воды, моют свои автомобили и потоки грязной воды с пятнами бензина и масла стекают в водоем.

В последнее время проводятся субботники по уборке берегов рек, протекающих в черте города, совместные рейды общественности, «Роспотребнадзора», уличных комитетов. Это снижает уровень бытового загрязнения реки.

3.Влияние плотины на водные ресурсы р. Подгорная

3.1 Плотина – гидротехническое сооружение

Плотина – гидротехническое сооружение, перегораживающее реку для подъема уровня воды в ней, сосредоточения напора в месте расположения сооружения или создания водохранилища.

Плотина существенно воздействует на реку и прилегающие территории: изменяются режим стока реки, температура воды, продолжительность ледостава; затрудняется миграция рыбы; берега выше по течению затопляются; меняется микроклимат прибрежных территорий.

Виды плотин по назначению

Таблица 2

№п/п

Тип плотины

Назначение

1

Глухая

Преграждает течение воды, изменяет направление русла реки

2

Водопропускающая

Способствует подъему уровня воды в реке

3

Водосбросная

Предназначена для регулировки стока воды

4

Водосборная

Предназначена для сбора весенних вод

Виды плотин по основному строительному материалу

земляные каменные бетонные железобетонные деревянные

Водохозяйственное значение плотин многообразно:

1 - подъем уровня воды и увеличение глубин выше по течению благоприятствуют судоходству, сплаву, а также водозабору для нужд орошения и водоснабжения;

2 - сосредоточение напора создает возможность энергетического использования стока реки;

3 - наличие водохранилища позволяет регулировать сток, т. е. увеличивать расход воды в реке в меженные периоды и уменьшать максимальный расход в паводок, способный привести к разрушительным наводнениям.

Плотина на р. Подгорная расположена в 2 км от устья, выше по течению, недалеко от микрорайона Дерезовка (Приложения 1, 2). Обслуживалась она плодосовхозом «Нива», в 80 - 90 годы ХХ века здесь гидротехником работал мой дедушка Юрий Алексеевич Петров. По словам бывшего главного агронома плодосовхоза «Нива» Нижевясова С.Н. плотина на реке долгие годы была земляной, в конце 80-х годов ХХ в. было принято решение о строительстве новой плотины. Ее возведением занималась строительная организация ПМК - 8, которая специализировалась на возведении прудов, плотин и других гидросооружений.

Результаты исследования плотины на реке Подгорной

Таблица 3

№ п/п

Признаки характеристики

Полученные данные

1

Тип основного строительного материала

Железобетонная плотина

2

По способу возведения

Возведена хозяйственным способом плодосовхозом «Нива»

3

По назначению

Водопропускающая

4

По условиям пропуска расхода воды

Водосбросная: наличие водослива через металлические трубы

5

Тип сброса воды

Придонный (нижний)

6

Высота

4 м

7

Длина

20 м

8

Ширина

5 м

Исходя из характеристики плотины на р. Подгорная (таблица 3), можно сделать предположение, что она не оказывает негативного влияния на водные ресурсы и экологическое состояние реки. Придонный сброс воды способствует промыванию русла, его очищению.

3.2 Методика исследования гидрологических показателей

Подготовка оборудования: 6 кругов - поплавков, секундомер, шест, рулетка, фотоаппарат, верёвка с узелками - маркерами, диск светлоокрашенный, стеклянный цилиндр, печатный текст, блокнот, карандаш, линейка.

По всем этапам исследования составлен фоторепортаж (Приложения 2 -9). Оно проводилось в четырех точках: №1 - в районе поливного участка бывшего плодосовхоза «Нива»; №2 - оборудованный пляж «Тихая гавань»; №3 - участок реки в микрорайоне Остров; №4 - в районе Заброденского моста. Точки №1, №2 расположены выше плотины, точки №3, №4 – ниже (Приложение 1).

Измерение глубины реки

На глубине

(точки №1 и №2)

На мелководье

(точки №3 и №4)

С плотины на дно опустили лот, изготовленный из ненамокаемой верёвки длиной 10 м с мерными узелками, на конце которой привязан груз.

Заходили в реку и измерения вели с помощью шеста с делениями или лота, уточнения делали, применяя рулетку (Приложение 3)

Определение ширины реки

В точках №1 и №2; на плотине

В точках №3 и № 4

Смотрите пояснение и

схему 2 ниже [1]

Принимают участие 2 человека, в руках у каждого один из концов веревки, расходятся на противоположные берега

Схема 2

На противоположном берегу реки заметили два близко расположенных друг к другу дерева (точки В и С). Подошли к берегу реку (точка А) и на расстоянии вытянутой руки закрыли промежуток между ними таких размеров палочкой (Приложение 4). Далее сломали палочку на две равные части. Вновь вытянули руку и отходили назад до тех пор, пока расстояние между объектами не закрылось одной из частей палочки (точка D). Затем, чтобы узнать ширину реки, необходимо замерить расстояние от первоначального места стояния до конечного (А D). Полученное расстояние будет равно ширине реки.

Определение скорости течения воды

Скорость течения реки определяли с помощью поплавков – кружков диаметром 14 см. В середине русла реки, так как берега, в основном, заросшие, пускали поплавки, предварительно отметив расстояние 20 м (Приложение 5). С помощью секундомера определили промежуток времени в секундах, затраченный кружком на прохождение этого пути. Поделим 20м на это время и получим скорость течения реки в м/с. В каждой точке замер проводили три раза, находя среднеарифметический показатель.

Определение рекреационных нагрузок

Проводилось визуально в местах скопления купающихся и при перемещении из одной точки исследования в другую (маршрутный метод).

Также фиксировалось изменение прозрачности и мутности речной воды (Приложение 6).

3.3 Полученные результаты исследований

А река все течет

Сквозь года и невзгоды.

Н.Пугачев

1. Результаты измерений глубины русла реки представлены в таблице 4. Измерения велись летом 2015 -2016 гг. (Приложение 3).

Глубина русла р. Подгорная Таблица 4

№п/п

Точки исследования

Результаты измерений

1

Район поливного участка – точка №1

1,3м - 3,2м

2

Пляж «Тихая гавань» - точка №2

до 1,5 - 2 м

3

Район Острова – точка №3

0,5 - 0,7 м

4

У Заброденского моста – точка №4

0,4 - 0,7 м

Меньшие глубины отмечены в 2016г. Более выраженное снижение уровня воды отмечено в точках № 1 и № 2, что может быть связано с регулируемым сбросом воды на плотине.

2. Ширина русла р. Подгорная в точках исследования указана в таблице 5.

Ширина русла р. Подгорная

Таблица 5

№п/п

Точки исследования

Результаты измерений

1

Точка №1

12м - 15м

2

Пляж «Тихая гавань» - точка № 2

12м

3

У плотины - точка №2

4

Точка № 3

5

Точка № 4

3м - 5м

В 2016 году установлено более выраженное зарастание русла реки и уменьшение ширины чистой водной глади.

3. Установленная нами в середине русла скорость течения воды в реке неодинакова, что видно из данных таблицы 6.

Скорость течения воды в р. Подгорная Таблица 6

№п/п

Точки исследования

Особенности русла

Результаты измерений

1

Точки №1 и №2

Широкое, водная гладь чистая

0,17м/сек

2

Точки №3 и №4

Узкое, берега заросшие растительностью

0,24м/сек

В результате исследования установили:

1. Ширина русла минимальная - 3м в точке № 4, максимальная - больше 15м в точке №1(Приложение 4) .

2. Глубина русла реки от 0,4м в точке № 4 до 3,2м - омут в точке № 1 (Приложение 3).

3. За период летнего наблюдения за рекой установлено снижение уровня воды в 2015 годуна 21 см, а в 2016 - на 18см, что можно объяснить длительным отсутствием осадков (Приложение 7). Точки отсчета - мостик и 2 столбика у кромки воды.

4.Скорость течения воды 0,17м/сек в точках №3 и №4, 0,24 м/сек - в точках №1 и №2 (Приложение 5) .

5. Рекреационное воздействие выражается в том, что в местах скопления купающихся, а число их выше в точках №1и №2:

а) увеличивается мутность воды;

б) прозрачность снижается с 30см до 16 - 21см водного столба для прочтения текста;

в) трава вытоптана;

г) на берегу видны следы внешнего загрязнения: мусор, отдельные масляные пятна, в местах зарастания русла - запруды из мусора (Приложение 9).

6. Визуальная оценка биологического видового состава и опрос рыбаков показали: а) в реке водятся больших размеров щуки (до 2кг), окуни (0,4кг), красноперка (до 0,6 - 0,7кг), плотва, ерши – точки № 1,№ 2 (Приложение 8);

б) количество моллюсков невелико (отмечены в точках № 3, №4);

в) обнаружены свежие следы активного пребывания бобров;

г) раки исчезли давно;

д) широко распространены заросли камыша, рогоза, осоки, много водорослей, встречается стрелолист; зарастание русла более выражено в точках № 3, № 4 (Приложение 8).

4.Заключение. Выводы

Берегите малые реки

На нашей зеленой планете!

Русакова Г.

Изучение реки Подгорная позволило мне узнать много важного и интересного о ней, приобрести и развить навыки полевых исследований, осознать, что нашим рекам нужны забота и внимание со стороны каждого жителя.

Основные выводы

1. Полученные результаты исследований говорят о том, что плотина, регулирующая сток воды, оказывает благоприятное влияние на водные ресурсы реки.

2. Наибольшая ширина и глубина русла отмечены в точках № 1 и № 2 (Приложение 3,4). Это говорит о том, что русло реки выше плотины шире и глубже, течение более спокойное, чем ниже по течению в точках № 3, № 4. 3. Сравнивая среднюю скорость течения воды и ширину реки, можно сделать вывод: чем шире русло реки, тем меньше скорость течения воды и наоборот (Приложение 5). Снижение скорости течения воды происходит и в местах зарастания русла.

4. Установлена зависимость особенностей реки от климата и погоды в нашей местности: произошло снижение уровня воды из-за длительного отсутствия осадков в 2015 году на 21см, а в 2016 – на 18 см (Приложение 7).

5. В точках № 1, № 2 отмечено большее видовое разнообразие рыб и размеры их явно больше. В тоже время зарастание русла более выражено ниже от плотины - в точках № 3, № 4 (Приложение 8) .

6. Во время полевых исследований убедились, что рекреационные нагрузки возрастают по мере приближения к реке и месту купания: увеличивается мутность воды, больше мусора, почва уплотнена, трава вытоптана. Это повышает вероятность размыва почвы, увеличивает твердый сток, приводит к заиливанию русла, нарушает жизнедеятельность водных обитателей. Наиболее выражены данные процессы в точках № 1, № 2, где выше рекреационные нагрузки.

7. Результаты оценки видового состава данного водного объекта свидетельствуют, что качество воды в реке близко к нормальному, но ухудшается, так как все меньше встречаются индикаторы чистоты водоема -моллюски, а речные раки и кувшинки вообще отсутствуют.

8. Оценка экологического состояния позволила выявить 4 процесса, приводящих к экологической катастрофе р. Подгорная: обмеление, зарастание, заиливание, загрязнение (Приложение 9). Это указывает на то, что её экологическое состояние требует проведения глобальных восстановительных мероприятий, которые в данный момент ведутся на реке. 9. В ходе исследований нами подтвержденопредположение, выдвинутое в гипотезе: плотина на р. Подгорная положительно влияет на водные ресурсы реки.

Представление результатов

С результатами исследований были ознакомлены учителя начальных классов, мои одноклассники, члены НОУ. Полученные данные можно использовать при проведении уроков окружающего мира, географии, экологии, краеведения. Это свидетельствует о практической значимости наших исследований.

Перспективы работы: изучение влияния естественных плотин, созданных бобрами, на водные ресурсы и видовое разнообразие реки Подгорной.

Рекомендации по бережному отношению к водным ресурсам, в том числе к малым рекам нашего края

1. Сократить вырубку лесов по берегам рек до минимума.

2. Не допускать сброса отходов и бытового мусора в реки.

3. Не позволять мыть автомашины, скутера в пределах поймы рек.

4. Земледельцам соблюдать правила хранения и применения удобрений, ядохимикатов, не производить распашку поймы.

5. Запретить варварские методы ловли рыбы.

6. Пропагандировать среди населения культуру поведения во время отдыха на водоемах.

5. Использованные источники

1. Антимонов Н.А. Школьные походы по изучению рек, озер, болот родного края. - М: Учпедгиз, 1963. - 132с.

2. Водный кодекс РФ. 3.06.2006 г. № 74-Ф3

3. Колбовский Е.Ю. Изучаем малые реки. - Ярославль: Академия Развития, 2004.-224с.

4. Курдов А.Г. Реки Воронежской области.- Воронеж: Изд. ВГУ, 1984 - 164 с.

5. Нестеров Ю.А., Подколзин В. В., Понамарева З.В., Сушков В.Н. География Воронежской области. - Воронеж: Изд. ВГУ, 2002. - 137с.

6. Смольянинов В.М., Дегтярев С.Д., Щербинина С.В. Эколого-гидрологическая оценка состояния речных водосборов Воронежской области. - Воронеж: «Истоки», 2007. - 133 с.

7. Эколого-географический Атлас - книга Воронежской области./ ред. Федотов В.И. - Воронеж: Изд. ВГУ. 2010 - 514с.

8. Сайт: www qicpv. ru. / book 47 - 17.htm

9. Сайт: http://potomy.ru/world/1018.html

Приложение 1

Схема г. Калач (голубым показаны реки, справа р. Подгорная)

- точки исследования - плотина

Точка№1 - поливной участок Точка №2 - пляж

Точка №3 - ОстровТочка №4 - Заброденский мост

Приложение 2

Плотина на р. Подгорная

19. 07. 2017г.

Приложение 3

Определение глубины русла

В точке № 3. Определить глубину омута помогает папа

Приложение 4

Определение ширины русла в точке №2

С помощью палочки С помощью рулетки

Приложение 5

Определение скорости течения с помощью поплавка

10.08.2015г. 10.08.2015г.

Приложение 6

Исследование прозрачности в точке № 1

С помощью шрифта Использование диска

Приложение 7

Изменение уровня воды в точке №2

09.07.2017г. 06.09.2017г.

Ориентация по мостику и столбикам перед зарослями камыша

Приложение 8

Биологическое разнообразие

Рыбное богатство. Точка №1. 29.07.2016

Водные растения. Точка №3. 03.08.2017

Приложение 9

Экологические проблемы реки

Обмеление реки ( 3 года назад Зарастание реки. 08.2017 г.

здесь была вода).08.2017г.

Загрязнение реки Каменные запруды оздоровят реку

08.2017 г. 08.2017 г.