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

ГИДРОЛОГИЧЕСКИЙ ПАСПОРТ РЕКИ КАТЫШКА КАК ПРОДУКТ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОДОЕМА
Усольцева Д.Е.
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Введение

Вода является необходимым условием существования всех живых организмов на Земле, поэтому естественно, что вся практическая деятельность человека связана с использованием воды и водных растворов. Реки под влиянием хозяйственной деятельности человека испытывают засорение, загрязнение и истощение водных ресурсов. Данная проблема не обошла Тюменскую область, думаю и наш Голышмановский район. Увлекаясь вопросами экологии своего края, нам пришла идея исследовать один из водных объектов своей местности, оценить его экологическое состояние и составить гидроэкологический паспорт. В связи с этим нами была определена тема работы, цель и задачи. Выбраны методы исследования.

Цель: составить гидроэкологический паспорт реки Катышка

Задачи: 1. Изучить географическое положение реки.

2. Исследовать основные гидрологические характеристики.

3. Взять пробы воды из водоема на гидрохимические исследования и бактериологический анализ.

4. Оценить степень воздействия человека на природный водоем.

Гипотеза: если вода в реке чистая, то в ходе исследования проб воды и изучения главных гидрологических характеристик мы найдем аргументы, позволяющие оценить экологическое состояние водоема как удовлетворительное.

Объект исследования: река Катышка

Предмет: гидроэкологические характеристики реки

Методы исследования: наблюдение, эксперимент, анализ.

Оборудование: цифровая лаборатория по химии «Архимед», аналитические весы, рулетка, водный термометр, диск Секки, створы, поплавок, секундомер, лодка.

Исходный материал: пробы воды из реки Катышка.

Научность работы заключается в использовании научной терминологии, цифровой лаборатории для проведения гидрохимического исследования.

Практическое значение: проект используется на уроках географии при изучении регионального компонента.

Новизна состоит в том, чтоданная работа является единственным источником информации в районе, позволяющим комплексно изучить реку Катышка.

Этапы исследования:

На первом этапе – подготовительном – изучали литературные источники по теме и взяли пробы воды для лабораторных исследований из реки Катышка.

Второй этап связан с исследованием основных гидрологических характеристик: расхода воды, характера течения, режима, мутности, цвета, запаха, вкуса, прозрачности и т.д.

Третий этап – это лабораторные исследования: бактериологический анализ проводился в баклаборатории ГБУЗ ТО «Областная больница №11», гидрохимические исследования проведены с помощью цифровой лаборатории «Архимед» в химлаборатории МАОУ «Голышмановская СОШ №1»

В ходе четвертого этапа проводились визуальные наблюдения за санитарным состоянием побережья реки.

И, последний этап предполагал формулировку выводов по результатам исследования и составления гидроэкологического паспорта реки.

Основная часть. Гидроэкологическая характеристика реки Катышка

2.1. Географическое положение реки.

Река Катышка протекает в Тюменской области в Голышмановском районе в северной части рабочего поселка Голышманово (Приложение 1).

По данным государственного водного реестра России исследуемая река относится к Иртышскому бассейновому округу, водохозяйственный участок реки — Иртыш от впадения реки Ишим до впадения реки Тобол, речной подбассейн реки — бассейны притоков Иртыша от Ишима до Тобола. Речной бассейн реки — Иртыш. Водная система: Емец → Вагай →Иртыш → Обь →Карское море. 1

Катышка берет начало в 7 км. от поселка из озера Козье. Устье реки находится в 34 км по левому берегу реки Емец, около д. Крупинина. Длина реки составляет 13 км. Правый приток – река Отножка.

2.2. Режим реки. Катышка относится к рекам с весенним половодьем. Питание преимущественно снеговое. Ледостав на реке устанавливается в первой декаде ноября, вскрытие происходит во второй половине апреля. 2

2.3. Расход воды. Расход воды определяется путем умножения скорости течения (мᵌ/с) на площадь сечения (кв.м.). Площадь сечения определяют, умножив ширину реки на ее глубину в данном месте. Таким образом, нам необходимо измерить ширину реки, глубину и определить скорость течения реки. Для этого воспользуемся следующими методиками.3

Измерение шириныреки: исследуемый участок реки – зона отдыха (пляж) в черте поселка. Встав на берегу реки (в точке А) напротив хорошо заметного предмета (Б) на другом берегу, отмерить под прямым углом вдоль берега 10 метров, отметить точку (О) створой. Еще раз отмерить такое же расстояние (В) и от этой точки двигаться перпендикулярно руслу до тех пор, пока точки О и Г не окажутся на одной линии с точкой Б. Ширина реки (АБ) будет равна стороне треугольника ВГ.

Б

 

"""

Рис.1. Измерение ширины реки

"

А

В

О

10 м.

10 м.

 

" "

 

Г

 

"""

Расстояние ВГ равно 18 метрам, следовательно, ширина реки на исследуемом участке – 18 метров. Глубина реки на исследуемом участке составляет 1,8 метра.

S сечения = 18 × 1,8 = 32,4 кв.м.

Далее определяем скорость течения реки. Для определения скорости течения реки выбираем относительно ровный участок длиной 30 метров и отмечаем его створами. Бросаем поплавок и включаем секундомер. Как только поплавок пройдет финишную створу, останавливаем секундомер и засекаем время. Рассчитываем скорость течения:

√ = S : t = 30м : 120 сек. = 0,2 м/с

Получив необходимые величины, рассчитываем расход воды: 0,2 × 32,4 = 6,5 м.куб/с.

2.4. Характер течения. Катышка относится к типично равнинным рекам. Имеет спокойный характер течения. Течет медленно. Наибольшую скорость течения имеет во время весеннего половодья.

2.5. Вода: цвет, температура, прозрачность, вкус, запах, мутность.

Определение цветности воды производят, сравнивая образец пробы воды с дистиллированной водой. Для этого возьмем две пробирки. В одну нальем исследуемую воду, в другую – дистиллированную. На фоне белого листа бумаги при дневном свете рассматриваем образцы, оцениваем цветность как наблюдаемый цвет.

Образец исследуемой воды слева, имеет по шкале оценки слабо-желтый цвет.

Шкала оценки: бесцветная, слабо-желтая, интенсивно-желтая, голубая, зеленовато-голубая.

Рис.2. Определение цвета воды

Дата замера температуры

t ˚ воздуха

t ˚ воды в точках А и Б

Средние показатели t ˚

24. 04. 2014 г.

+3 ˚ С

(А)+2 ˚ (Б) +2 ˚

+2 ˚С

06. 07 2014 г.

+ 24 ˚ С

(А)+ 19 ˚ (Б) +17 ˚

+18 ˚С

11.10. 2014 г.

+ 2 С

(А)+ 4 ˚ (Б) + 4 ˚

+4 ˚С

Измерение температуры воды. Для измерения температурыводный термометр необходимо погрузить в воду не менее чем на 1/3 шкалы и выдержать в погруженном состоянии 5 минут. Не вынимая термометра из воды, произвести отсчет показаний. Определить температуру в нескольких местах, отстоящих друг от друга не менее 10 метров. Рассчитываем средний показатель температуры воды.

Таблица 1. Показатели температуры воды на исследуемом участке

Рис.3. График зависимости температуры воды от температуры воздуха

Определение прозрачности воды. В речной воде находятся взвешенные вещества, которые уменьшают ее прозрачность. Существует несколько методов определения прозрачности воды. Мы использовали диск Секки. Диск диаметром 30 см. с черно-белыми секторами выполнен из пенопласта. Снизу прикрепляется грузик, в нашем случаи мы использовали камень. На веревке сделаны узелки через 20 см. для подсчета глубины. Диск на веревке опускают в воду вертикально до тех пор, пока он виден. Глубина, с которой диск не виден, будет показателем прозрачности воды. На исследуемом нами участке прозрачность воды составила 1 метр.

узлы

грузик

Рис.4. Диск Секки

Определение вкуса воды определяется органолептическим методом. Различают четыре основных вкусовых ощущения: соленое, кислое, сладкое и горькое. Все другие виды вкусовых ощущений называют привкусами (щелочной, металлический, хлорный, вяжущий и др.). Исследуемую воду набирают в рот малыми порциями, не проглатывая, задерживают 3-5 секунд и определяют вкус. Пробу воды на вкус определял наш руководитель. Исследуемая вода имеет очень слабо выраженный горьковатый привкус.

Интенсивность вкуса и привкуса определяется по 5-бальной шкале:

0 баллов – нет вкуса;

1 балл – очень слабый;

2 балла – слабый;

3 балла – заметный;

4 балла – отчетливый;

5 баллов – очень сильный.

Гигиеническое значение определения запахов и привкусов состоит в том, что при их интенсивности свыше 2 баллов ограничивается водопотребление. Интенсивность естественных запахов и привкусов свыше 2 баллов свидетельствует о наличии в воде биологически активных веществ. Искусственные запахи и привкусы могут быть показателями загрязнения воды сточными водами.

Определение запаха воды. Запахи в воде могут быть связаны с жизнедеятельностью водных организмов или появляться при их отмирании – это естественные запахи. Запах воды в водоеме может обуславливаться также попадающими в него стоками канализации, промышленными стоками – это искусственные запахи. В колбу наливаем воду из водоема, закрываем плотно пробкой, встряхиваем, открываем и отмечаем характер и интенсивность запаха. Сначала даем качественную оценку (характер) запаха по соответствующим признакам: болотный, землистый, рыбный, гнилостный, ароматический, нефтяной и т.д.

Интенсивность оценивается по 5-бальной шкале:

Таблица 2. Интенсивность и характер запаха пробы воды из реки Катышка

Характер запаха

Интенсивность запаха (баллы)

Едва уловимый

(1б)

Слабый

(2б)

Заметный

(3б)

Сильный

(4б)

Резкий

(5б)

болотный

       

Мутность воды определяют весовым методом. 500-1000 мл. воды из водоема профильтровываем через плотный фильтр из фильтровальной бумаги диаметром 9-11 см. фильтр предварительно высушивается и взвешивается на аналитических весах.

Масса фильтра 360 мг. (Рисунок 5). После фильтрования фильтр с осадком высушивают и вновь взвешиваем (Рисунок 6). По разностимасс фильтра до и после фильтрования рассчитывается количество взвешенных веществ в исследуемой воде. Полученный результат (мг/л) будет показателем мутности.

480-360 =120 мг/л

Рис.5 До фильтрования Рис. 6. После фильтрования

2.6. Для определениярастворенного в воде кислорода и pH кислотности мы воспользовались датчиками цифровой лаборатории «Архимед». Датчик кислорода DT222А – гальванический электрод для замера растворенного кислорода – это электрохимический элемент с поляризованными платиновым и свинцовым электродами, в котором электролит отделяется от исследуемого раствора силиконовой газопроницаемой мембраной (Рисунок 7). Подготовленный образец воды с установившейся температурой +25 ̊ С насыщаем кислородом интенсивно перемешивая стеклянной палочкой так, чтобы возникла большая воронка в течение 2-3 минут. Подсоединяем датчик к входу регистратора Nova5000. Опускаем электрод в воду, но так, чтобы он не касался дна колбы. Нажимаем на главной панели «Пуск» и начинаем запись. Ждем 1-2 минуты для того, чтобы показания датчика установилось, нажимаем «Стоп» и приступаем к измерениям (Приложение 2). Датчик показал содержание растворенного в воде кислорода 0,013 мг/л., что ниже минимально допустимого содержания кислорода (4мг/л). Полученный результат свидетельствует о загрязнении водного объекта. Но на наш взгляд, результат данного гидрохимического исследования не совсем может иметь реальную картину. Во-первых, проба воды из реки для данного исследования была взята в октябре месяце, когда температура воды была +4 ̊. Содержание кислорода в воде зависит от ее температуры: чем холоднее вода, тем больше в ней растворенного кислорода. Для нашего эксперимента использовалась вода, нагретая до температуры +25 ̊, поскольку датчик кислорода может быть откалиброван только при 25 ̊, соответственно и содержание кислорода фактически уже будет меньше. Во-вторых, прослеживается зависимость содержания растворенного кислорода в воде и от процессов фотосинтеза. Чем больше растений в воде, тем выше содержание кислорода в светлое время суток и тем меньше в темное время, то есть наблюдаются значительные суточные колебания содержания кислорода (проба воды была взята в вечернее время).

Рис.7. Датчик кислорода

 

Действительно ли загрязнена вода в реке Катышка, проверим другими методами в ходе исследования.

Определение pH кислотности с помощью датчика pH-метр DTO16A (Рисунок 9).

В датчик встроены два полуэлемента, один из которых является электродом сравнения с известной концентрацией ионов водорода, другой, расположенный на дне электрода, является чувствительной стеклянной мембраной. Разность потенциалов между двумя полуэлементами представляет собой выходной сигнал электрода, который несет информацию о значении pH анализируемого раствора. Датчик погружаем в воду и приступаем к измерениям. Показания отображаются на графике (Приложение 3). pH кислотность исследуемой воды равна 7 (нейтральная). Именно такой показатель имеет чистая вода.

Рис.9. Датчик для определения

pH кислотности

Основным показателем воды является так называемая активная реакция — водородный показатель кислотности среды (рН), который зависит от концентрации водородных ионов. Значение pH характеризует качество воды. Природная вода по своим показателям имеет pH в интервале от 3,2 до 10,5. Кислотность воды оказывает большое влияние на биохимические и биологические процессы и имеет важное значение для обитателей водоемов. Большинство живых организмов хорошо развиваются в воде, чей показатель PН находится на нейтральной точке (7.0). При показателях ниже 5,0 и выше 8,5 они чаще всего перестают расти или даже погибают.

Рис.10. Шкала кислотности

Бактериологический анализ воды. Одна из проб воды, взятая нами из реки, была отправлена в баклабораторию на анализ. В результате анализа был определен индекс самоочистки, т.е. установление в водоемах так называемого биологического равновесия. При норме 4 в реке Катышка индекс равен 2. Бактериологический анализ пробы воды, показал, что вода не содержит патогенных микробов, следовательно, нет риска заболевания населения различными инфекционными и кожными болезнями. (Приложение 4). Все патогенные микроорганизмы при попадании в воду вызывают острые заболевания у населения и длительно сохраняются в воде. Возбудители сальмонеллеза до 1 месяца, в замерзшей воде – всю зиму; вибрион холеры – до 6 месяцев.

Водоемы не должны содержать патогенных микробов:

  • Escherichia coli (кишечная палочка) – возбудитель острых кишечных инфекций.

  • Salmonella (сальмонелла) – возбудитель брюшного тифа и пищевых токсино-инфекций.

  • Shigella (шигелла) – возбудитель бактериальной дизентерии.

  • Холерный вибрион – возбудитель холеры.

В местах массового купания дополнительным показателем загрязнения является повышение количества золотистого (патогенного) стафилококка (более 100 в 1 литре).

Причины загрязнения водоемов патогенными микробами следующие:

  • наличие вблизи водоема скотных хозяйственных дворов

  • купание скота

  • бытовые стоки (бани, прачечные)

Бытовые стоки в Катышку исключены, так как вблизи реки нет объектов бытового обслуживания населения, скотных хозяйственных дворов, а вот выпас крупнорогатого скота вблизи реки в черте поселка производится. Животные могут приходить на водопой, не исключено и купание скота в летний период.

2.7. Прилегающая местность: рельеф, характер берегов, почвы, растительность.

Рельеф равнинный, берега пологие, местами обрывистые. В засушливое время года река местами пересыхает и превращается в ручей с заболоченными топкими берегами. Грунты песчаные и глинистые. Растительность, покрывающая берега не отличается большим разнообразием: сосна, ива, разнотравье (Приложение 5).

2.8. Характер русла. Русло умеренно извилистое, неглубоко врезано в рельеф, поэтому, дренирующая роль реки невелика.

 

исток

 

Рис.11. Схема русла р. Катышка

 

приток

устье

 

2.9. Животный и растительный мир. В реке водится рыба семейства карповых и окуневых: карась, гольян, щука, ротан. На берегах реки живут бобры, ондатра. Есть водоплавающая птица – утки. Все обитатели водоема имеют промысловое значение.

Растительность представлена двумя формациями: древесно-кустарниковой и травянистой. Из древесно-кустарниковой преобладает: береза, осина, сосна. Из травянистой растительности на берегах реки произрастают: вейник, рогоз, мятлик. В реке растет кубышка желтая, ряска малая, водоросли.

3. Использование реки человеком.

Человек потребляет на свои нужды огромное количество воды. В последнее время возник острый дефицит пресной воды. Одна из важнейших причин уменьшение запасов пресных вод связано с сокращением водоносных рек. Она вызвана вырубкой лесов, распашкой пойм и осушением болот. За счет этого резко увеличивается поверхностный сток и понижается уровень грунтовых вод. Быстрое таяние снега весной, выпадение обильных дождей в этих условиях вызывает половодье, а летом реки мелеют. Другая причина – рост водопотребления. Основными потребителями пресной воды являются сельское и жилищно-коммунальное хозяйства. Используемая в сельском хозяйстве вода по большей части расходуется на испарение и образование растительной биомассы и, следовательно, не возвращается в реки. В современных условиях сильно увеличиваются потребности человека в воде на коммунально-бытовые нужды: работа предприятий бытового обслуживания, противопожарные меры и т. д.

Из анализа водопользования за 5-6 прошедших десятилетий вытекает, что ежегодный прирост безвозвратного потребления, при котором использованная вода безвозвратно теряется для природы, составляет 4-5%. Перспективные расчеты показывают, что при сохранении таких темпов потребления и с учетом прироста населения и объемов производства к 2100 году человечество может исчерпать все запасы пресной воды.4 Ограниченные запасы пресной воды еще больше сокращаются из-за их загрязнения. Особенно сильно загрязняют водоемы сточные воды. Распределение сточных вод по Голышмановскому району, сброшенных в поверхностные воды, по категории очистки представлены в таблице 3.

Таблица 3. Сброс сточных вод, (млн. м3)

Территория

Объём сброса

В том числе по приёмникам стока

В том числе по категории очистки сточных вод

Природные водные объекты

Из них

Накопители и впадины

Без очистки

Недостаточно чистые

Нормативно чистые

Поверхностные

Подземные

Голышмановский район

0,33

0,10

0,10

0

0,23

0

0,10

0

Река Катышка в пределах исследуемой территории используется населением поселка только в качестве отдыха. По обоим берегам реки расположен сосновый бор и лыжная база (Приложение 6). В летнее время года – это купание, рыбалка, в зимнее – катание на коньках, лыжах, ежегодно проводятся рождественские купания.

Водоемы, используемые человеком для отдыха, страдают, как правило, от загрязнения бытовым мусором. Наши визуальные наблюдения за побережьем подтвердили данный факт. В прибрежной полосе нами были обнаружены пластиковые бутылки, бумага, консервные банки (Приложение 7). В воде происходит гниение, разложение пищевых отходов, древесины, бумаги и т.д., в результате чего вероятна возможность образования различных микробов. Поэтому необходимо запретить всякий сброс отходов в водоемы, мойку автотранспорта во избежание попадания в воду ГСМ, очищать побережья.

В целях предупреждения и устранения возможности негативных процессов, а в ряде случаев и необратимых последствий антропогенного воздействия необходимо выполнять ряд мероприятий и по охране природных вод:

  • Ликвидация несанкционированных свалок и учет гидрологических условий при проектировании новых.

  • Очистка побережий водоемов от бытового мусора.

  • Расширение режимной наблюдательной сети, а также организация мониторинга.

  • Создание водоохранных зон

  • Повышение экологической культуры населения

4. Заключение.

Первый этап работы, связанный с отбором и анализом информации по теме, предполагал изучение литературы по гидрологии Голышмановского района и Тюменской области, а также изучение методик исследования водоемов. На данном этапе были получены новые теоретические знания, которые мне пригодились для практической части исследования. В ходе практического этапа нами были взяты пробы воды из реки для лабораторных исследований, изучены основные характеристики водоема, составлены таблицы, графики, сделаны фотоснимки. В совокупности все это позволило достичь главной цели проекта – составить гидроэкологический паспорт реки Катышка. В ходе работы мы преследовали еще одну немаловажную цель – оценить степень экологического состояния исследуемого водоема. Представляет ли он опасность для населения поселка. Гипотеза, выдвинутая нами в начале проекта не подтвердилась. Результаты исследования показали, что вода в реке чистая и опасности для населения поселка, в черте которого она протекает, нет. Экологическое состояние водоема в целом можно считать удовлетворительным. Аргументы:

1. Отсутствие искусственных запахов и привкусов в воде;

2. pH кислотность нейтральная, что свидетельствует о чистоте воды;

3. Отсутствие в реке патогенных микробов, следовательно, нет риска заболевания населения инфекционными болезнями;

4. Наличие пресноводных обитателей;

5. Отсутствие промышленных предприятий в пределах бассейна реки.

Но, не смотря на эти факты, в ходе исследования были обнаружены очаги загрязнения водоема бытовыми отходами в местах массового отдыха населения. Необходимо среди населения проводить разъяснительную работу, повышать уровень экологической культуры, чтобы избежать дальнейшее загрязнение. В этих целях нами были составлены экологические листовки и размещены в пределах зоны отдыха и распространены среди жителей поселка. (Приложение 8).

Еще один негативный факт – не соответствие индекса самоочистки водоема норме. Это может, объясняется многолетними накоплениями донных отложений или раннее сброшенных загрязнений.

«От экологической культуры населения к здоровой природной среде!» - девиз экологического отряда, который создан из числа учащихся нашей школы. Ребята ежегодно участвуют в районной экологической тропе. Очищают побережья водоема от бытового мусора (Приложение 9) в пределах населенного пункта, проводят пропаганду чистой воды среди населения. Только общими усилиями мы сможем организовать качественное водоснабжение в регионе, а значит, сократить уровень экологической опасности.

Список литературы:

  1. Атлас Тюменской области. Главное управление геодезии и картографии. Москва – Тюмень, 1971 г.

  2. В.А. Бакулин, В.В. Козин. Учебник «География Тюменской области». Средне-Уральское книжное издательство. Екатеринбург, 1986 г.

  3. О.В. Баянова, С.Л. Максимова. Методики исследовательской деятельности по экологии. – Тюмень, 2013. – 120с.

4. И.А. Шикломанов. Антропогенные изменения водности рек. Л: Гидрометеоиздат., 1979 г.

5. Экологическое состояние, использование природных ресурсов, охрана окружающей среды Тюменской области. Тюмень, 2003 г.

6. Интернет-ресурсы: природа и климат Голышмановского района /http://tur.admtyumen.ru/turto/area/golyshmanovskiyregion/towntr/climat.htm/;

- Онлай-карта Голышмановского райна / http://mail-karta.ru/id1565.htm/

- ru.wikipedia org > Катышка

Приложение 1.

Карта р.п. Голышманово (спутник)5

Приложение 2.

Определение растворенного в воде кислорода

с помощью цифровой мультилаборатории «Архимед»

Приложение 3.

Определение pH кислотности

 

Приложение 4.

Результаты бактериологического анализы пробы воды из р. Катышка

Приложение 5.

Река Катышка

Приложение 6.

 

Лыжная база в сосновом бору на берегу р. Катышка

 

Приложение 7.

Загрязнение побережья бытовыми отходами

Приложение 8.

Экологическая листовка

 

 

«Чистая река – чистые берега!»

Уважаемые жители поселка!

Находясь на отдыхе – соблюдайте чистоту на побережье.

Соберите мусор и унесите его с собой.

Вы хозяева земли, на которой живете.

Будьте благоразумными, берегите то, что дала нам природа.

Не загрязняйте водоем!

Мы хотим купаться в чистой воде, отдыхать на чистых берегах.

Здоровье реки – наше здоровье и здоровье наших детей!

Задумайся о будущем –

все в твоих руках!

 

Приложение 9.

Очистка прибрежных вод от мусора реки Катышка, экологический отряд

1 Государственный водный реестр РФ. Катышка

2 В.А. Бакулин, В.В. Козин. Учебник «География Тюменской области». Средне-Уральское книжное издательство. Екатеринбург, 1986 г.

3 О.В. Баянова, С.Л. Максимова. Методики исследовательской деятельности по экологии. – Тюмень, 2013. – 120с.

4 Экологическое состояние, использование природных ресурсов, охрана окружающей среды Тюменской области. Тюмень, 2003 г.

5 Онлай-карта Голышмановского райна / http://mail-karta.ru/id1565.htm/