XIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Географическая и гидрологическая характеристики реки Белая
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
В последние годы во всем мире активно занимаются вопросами восстановления и ревитализации рек. Обобщение мирового опыт позволяет наметить приоритетные направления в этой области для человеческой деятельности. Во-первых, с восстановления городских малых рек целесообразно начинать планомерное управление природным комплексом города. Во-вторых, возвращение рекам состояния, приближенного к природному, делает возможным их использование в качестве зон отдыха. В-третьих, реализация подобных проектов позволяет решать задачи экологического образования городского населения.
Главной водной артерией города Невьянска является река и её левый приток – река Белая.
На сегодняшний день в Государственном водном реестре [6] отсутствуют данные о реке Белой, поэтому было принято решение определить основные географические и гидрологические характеристики реки, составить ее Паспорт и план проведения мероприятий по ревитализации реки.
Объектом исследования стала река Белая, предметом – её географические и гидрологические характеристики.
Цель работы: определение географических и гидрологических характеристик реки Белая.
Исходя из объекта, предмета и цели работы сформулировали гипотезу: определив основные характеристики реки, сможем дать рекомендации по её ревитализации и рекреационному использованию.
Для ее достижения решались задачи:
1) изучить литературу и подобрать необходимые методики исследования;
2) составить географическую и гидрологическую характеристики реки;
3) создать Паспорт реки Белая;
4) предложить план проведения мероприятий по ревитализации и рекреационному использованию прибрежной зоны реки Белая.
Глава 1. Обзор литературы о географических и гидрологических характеристиках реки
Проблема сохранения малых рек приобретает все большую актуальность. Они снабжают водой реки крупные и во многом предопределяют их экологическую чистоту. По данным научных исследований 70% рек и озер России подвергнуты сильнейшему антропогенному воздействию, в результате чего химический состав воды в них не соответствует санитарным требованиям [5]. Малые реки и ручьи чутко реагируют на прямые воздействия, такие как строительство плотин для создания крупных водоемов и рекреационных зон на их берегах; водозабор на бытовые и хозяйственные нужды населения, полив частных приусадебных хозяйств и коллективных садоводческих товариществ и пр.
В результате хозяйственной деятельности реки истощаются, засоряются и загрязняются.
1.1. Ревитализация малых рек
Большинство современных и развитых городов формировались вокруг рек. При этом урбанизация наносит колоссальный вред экосистеме водных ресурсов города. Городские реки - это важный компонент городской среды городского ландшафта.
Защита водных ресурсов является приоритетным направлением мировой экологической политики. Ежегодно только в Европе на проекты в области управления водными ресурсами расходуют почти 1,5 млрд. евро [3].
В нашей стране в настоящее время также остро стоит проблема ревитализации рек и трансформации прибрежных территорий, которые являются рекреационными зонами больших и малых городов. Под ревитализацией реки понимают процесс восстановления, оживления, воссоздания прибрежных территорий и оживления водной системы.
Опираясь на опыт европейских государств можно выделить основные направления осуществления ревитализации долин малых рек и их прибрежных территорий:
– проведение экологической оценки городской реки с использованием экосистемного подхода;
–осуществление работ по восстановлению рек в природных формах, обеспечивающих функционирование типичных для рек экосистем;
– выявление приоритетных участков, которые послужат созданию новых рекреационных зон;
– создание плана по благоустройству выбранных участков [4].
Географические и гидрологические характеристики реки
При составлении географической характеристики реки определяются: её исток, устье, принадлежность к речной системе или бассейну [2].
Исток – это начало реки. Им может быть родник, тающий ледник, любой другой водоем или место слияния двух водных потоков.
Устье – это место, где заканчивается река, впадает она в море, океан или другой водный поток.
Речная система – это не только сама река, но и ее притоки.
Бассейн реки – это определенная территория, с которой собирается вся вода. Все бассейны разделены водоразделами, их роль играют возвышенности.
Русло реки – это самая низкая часть речной долины, по которой и идет перемещение водного потока от истока реки к ее устью.
Кгидрологическим характеристикам реки относятся: водосборная площадь, скорость течения, глубина, ширина, расход воды, объем её стока [1].
Водосборной площадью называется часть суши, с которой вода стекает в данную реку. Как правило, чем больше этот показатель, тем река полноводнее. Оконтуривание водосборной площади производится с учетом рельефа местности по горизонталям карты (плана). Границами водосборной площади служат линии водоразделов, пересекающие горизонтали под прямым углом.
Скорость течения реки – расстояние, на которое перемещается за единицу времени частица или объем воды в процессе движения.
Средняя глубина реки — это частное от деления площади живого сечения реки на ширину реки (h ср = F/B м).
Ширина реки – это расстояние от одного берега реки к другому под прямым углом.
Расход воды – количество воды, проходящее через поперечное сечение реки за 1 секунду. Расход воды равен произведению площади водного сечения реки на среднюю для этого сечения скорость течения.
Объем стока - это количество воды, проносимое рекой через ее поперечное сечение за больший промежуток времени (сутки, месяц, год).
Выводы к главе 1
- ревитализация реки - процесс восстановления, оживления, воссоздания прибрежных территорий и оживления водной системы. В мировой экологической политики восстановление малых рек является приоритетным направлением;
- к географическим характеристикам реки относятся определение её истока, устья, принадлежности к речной системе или бассейну;
- к гидрологическим характеристикам реки относятся: водосборная площадь, скорость течения, глубина, ширина, расход воды, объем её стока.
Глава 2. Материалы и методики исследования
2.1. Географические и природно-климатические условия Свердловской области
Свердловская область занимает в основном склоны Среднего и Северного Урала и прилегающую окраину Западно-Сибирской равнины. Протяженность области по меридиану более чем на 600 км и различия в рельефе обуславливают существенное разнообразие климатических условий.
Климат области континентальный, с более низкими летними температурами, и более влажный, чем на равнинах. Широко распространены резкие суточные колебания летней температуры. Средняя величина осадков в горных районах составляет 500 мм за год [9]. Среднегодовая температура +1,5°С, средняя температура июля, самого теплого месяца, +18°С, самого холодного – февраля -13,2°С. Максимальная температура летом достигает +40°С, зимой снижается до -39°С.
В зимний период образуется снежный покров, мощность которого на юго-востоке наименьшая 45-50 см. Продолжительность залегания снежного покрова составляет от 150-160 дней. Замерзание рек начинается в ноябре, а вскрытие их происходит в середине апреля - начале мая.
Растительность: хвойные и смешанные леса. Рельеф: холмисто-увалистый. Общая площадь земель в административных границах области – 19430,7 тыс. га. Преобладают подзолистые и дерново-подзолистые почвы (33,2%) [9].
2.2.Методики составления географической и гидрологической характеристик реки Белая
Географические характеристики реки составлены с использованием картографического материала (карта Невьянского городского округа; карта Свердловской области) [10].
Гидрологическая характеристика реки начинается с определения её размеров [1].
Длину реки определяют по карте, используя курвиметр и переводные коэффициенты, с учетом масштаба карты (рис.1).
Ширину реки определяют измерительными приборами (рулетка, лазерный дальномер и др.).
Скорость течения реки определяется поверхностными поплавками.
На выбранном прямолинейном участке реки устанавливается на обоих берегах 8 пар реек перпендикулярно к направлению течения реки и на одинаковом расстоянии друг от друга, образуя четыре створа: I—пусковой, II — верхний, III — главный, IV — нижний по течению, реки.
Перед работой в журнале записывается время начала измерения, состояние реки на гидрометрическом створе, состояние погоды, характеристику ветра и поверхности потока.
Для определения скорости реки используют поплавки в виде кружков, отпиливаемых от сухих бревен диаметром 10—25 см и толщиной 5—6 см.
На пусковом створе поплавки забрасываются последовательно: сначала ближе к правому берегу, потом на середину реки, затем ближе к левому берегу.
По сигналу поплавок опускается в пусковой створ и засекается время. При прохождении поплавка через последний створ, подается сигнал наблюдателю у главного створа и он останавливает секундомер или замечает время по часам. Проводится не менее четырех измерений. Для определения средней скорости течения складываем скорости всех поплавков и делим на их количество измерений.
Расход воды
Расход — это количество воды, протекающее через поперечное сечение реки за одну секунду, он измеряется в м3/с. Для определения расхода воды в реке, надо знать среднюю скорость течения и площадь водного сечения реки.
Для определения площади водного сечения измеряется ширина и глубина реки. Для этого на выбранном створе поперек течения натягивается размеченная веревка, по ней определяется ширина реки.
В соответствии с измеренной шириной определяют число промерных точек и их положение на створе. Продвигаясь вдоль веревки в назначенных точках опускают промерную рейку до дна и фиксируют деление — это и есть глубина реки в данном месте.
По данным измерений строится поперечный профиль русла реки и рассчитывается площадь водного сечения, которая является суммой площадей простых геометрических фигур, образованных промерными вертикалями. Полученную площадь сечения умножают на среднюю скорость потока и рассчитывают расход воды в реке по формуле:
Q=V*w, где
- Q (м3/с) — расход воды в реке;
- V (м/с) — средняя скорость потока;
- w (м2) — площадь водного сечения русла.
Объём стока реки определяется по формуле:
W = TQ, где
T – время, число секунд в сутки, Q – расход воды в реке, м3/с.
Падение реки – разность высот уровненной поверхности реки в двух точках, расположенных на некотором удалении одна от другой по течению реки. Определяется с помощью нивелира – геодезического инструмента для определения разности высот между несколькими точками земной поверхности.
Уклон - отношение значения падения водотока к его общей протяженности. Данный показатель может быть выражен в процентах, промилле (чаще всего), градусах или же в м/км.
Вид питания реки – поступление в реку вод различного происхождения. Может быть дождевое, снеговое, подземное, ледниковое. Обычно бывает смешанным с преобладанием одного из видов питания [8].
2.3. Методика составления паспорта реки
При составлении паспорта реки указывают её название и учитывают место, откуда берет начало; водоем, в который она впадает; правые и левые притоки реки; высший уровень половодья и уровень межени; расход воды; характер течения; органолептические свойства воды; прилегающая местность; характер русла; животный и растительный мир; хозяйственное использование. А также составляется карта-схема реки, вычерчивается ее поперечный профиль в разных местах [7].
2.4. Выводы к главе 2
-территория Свердловской области расположена на Восточном макросклоне Уральских гор; климат континентальный с жарким летом и холодной зимой;
-для описания реки были подобраны географические и гидрологические характеристики;
-подобран шаблон для создания Паспорта реки.
Глава 3.Результаты исследования и их обсуждение
3.1. Гидрологическая характеристика реки Белая
Определение гидрологических характеристик реки (ширина, глубина, скорость течения) проводилось 21 августа 2020 года в точке №3 в 4 створах.
Проведенные измерения показали, что средняя ширина реки на данном участке составляет 1,53м.
На основании промеров глубины были построены профили (рис.2), которые позволили определить среднюю площадь сечения реки в створах. После расчетов средняя площадь сечения реки составила 0,52 м2.
Рисунок 1 - Профиль среднего сечения реки Белая за п. Забельный, см.
Скорость течения реки определялась с помощью поплавка в 4 повторностях. Средняя скорость реки составила 1,1 км/ч.
Расчёт длины реки, расход воды, объём стока, падение, а также построение поперечного профиля русла проводились 22 августа 2020 года.
Длина реки, определенная по карте с помощью курвиметра, составила 7,05 км, расстояние от истока до устья по прямой – 5,41 км. Таким образом, коэффициент извилистости реки равен 1,3, что характеризует её как слабо извилистую реку.
Расход воды на дату проведения измерений составил:
Q=V х w =0,3 м/с х 0,52 м2=0,156 м3/с
Объем стока реки за сутки равен:
W = T х Q=86400 с х0,156 м3/с =13478 м3
Падение реки определялось по изолиниям карты:
250 м над уровнем моря– 234 м над уровнем моря=16 м.
3.2. Паспорт реки Белая
1. Река Белая
2. Исток реки находится в верховом болоте, расположенном в 2,5 км на север от посёлка Забельный Невьянского района Свердловской области
3. Река Белая является левым притоком реки Нейва
4. Собственных притоков река Белая не имеет
5. В половодье подъём уровня воды составляет 40-50 см (по высоте мусора на кустах вдоль берега реки)
6. Расход воды: 0,35 м3/с
7. Река Белая равнинного типа на всех участках
8. Вода реки имеет следующие органолептические характеристики:
цвет: слабо-желтоватый
температура: 220С
прозрачность: в пределах 39-55 см
запах: 0-1 балл
жесткость: 8-16 (мг-экв/л)
9. Рельеф местности-равнинный, берега невысокие обрывистые, грунты глинистые, растительность – травянистые растения, на отдельных участках – кустарники (ива козья, ива бредина).
10. Русло прямое, без плесов, рукавов, отмелей и перекатов, водопадов и порогов.
11. Животный и растительный мир по берегам реки представлен типичными животными и растениями характерными для зоны Южной Тайги. В реке обитают разные виды беспозвоночных: ракообразные (циклопы, дафнии, бокоплавы); личинки стрекоз, веснянок, подёнок, ручейников, комаров; жук-плавунец, водяной ослик, водомерки и др. Из позвоночных животных обитают рыбы: щука, окунь, пескарь, чебак, уклейка; земноводные: травяная лягушка; птицы: кулик-сорока, малиновка, пеночка-теньковка и др.
12. Основными источниками загрязнения являются бытовые стоки жителей города Невьянска; промышленных источников загрязнения по берегам реки нет. На территории посёлка Забельный на реке построена плотина высотой 2,5 м. Вода реки используется для бытовых нужд населения поселка Забельный и города Невьянска.
13. Карта-схема реки Белая (рис.2), ее поперечный профиль (рис.1)
Рисунок 2 - Карта-схема реки Белая.
3.3. Этапы ревитализации реки Белая и предложения по её рекреационному использованию
Прежде чем давать рекомендации по ревитализации реки, необходимо провести дополнительные исследования и дать эколого-ценотическую оценку её состояния. Провести органолептический, химический и токсикологический анализ воды; определить состав фито- и зооценозов. Данные исследования планируем провести в течение 2021-2022 гг.
Обратиться в органы местного самоуправления с предложением рассмотреть вопрос о включении реки Белая в государственный водный реестр, что позволит контролировать целевое использование водного объекта и его охрану.
Следующим этапом должна стать очистка русла и береговой линии реки. К участию в данном мероприятии могут быть привлечены старшеклассники, волонтеры и другие заинтересованные лица.
Далее необходимо создать план по благоустройству прибрежной территории и реализовать его. В качестве креативной идеи можем предложить создать на данной территории парк для занятий дёрт-джампингом и велосипедным мотокроссом, так как это набирающие популярность среди молодежи олимпийские виды спорта. В нашей стране таких площадок недостаточно, поэтому подросткам приходится заниматься на необорудованных, травмоопасных площадках. Считаю, что это привлечет молодежь к занятию спортом.
3.4. Выводы к главе 3
В ходе исследования реки было установлено:
- река Белая слабо извилистая, относится к рекам равнинного типа, её длина - 7,05 км; средняя скорость -1,1 км/ч; расход воды в летние месяцы - 0,156 м3/с; объем стока за сутки - 13478 м3; падение реки - 16 м;
- составлен паспорт реки из 13 пунктов;
-намечены этапы ревитализации реки Белая и предложения по её рекреационному использованию.
Заключение
Проблема загрязнения малых рек – глобальна, так как они впадают в более крупные реки и нарушают их экологическое состояние. Изучив литературу по теме исследования, выяснила, что проблема восстановления малых рек актуальна в мировом масштабе. Положительный опыт по ревитализации малых рек имеют многие европейские государства, а также Япония, Корея, Канада и др.
Для исследования воды были использованы методики по определению географических и гидрологических характеристик реки из руководства Боголюбова А.С.
Результатами исследования являются:
- Паспорт реки Белая, в котором описаны её основные географические и гидрологические характеристики;
- план-проект ревитализации реки Белая;
- материалы гидрологических и географических исследований могут послужить основанием для включения реки Белая в Государственный водный реестр;
- предложения по её рекреационному использованию прибрежной территории.
Таким образом, выдвинутая ранее гипотеза подтвердилась: определив основные характеристики реки, сформулировали рекомендации и предложения по её ревитализации и рекреационному использованию.
Считаю, что с поставленными задачами справилась и цель достигла.
Благодарю моего руководителя Татьяну Юрьевну за помощь в работе.
Литература
Боголюбов, А.С. Методы гидрологических исследований: проведение измерений и описание рек. Методическое пособие / Сост. А.С. Боголюбов. – М.: Экосистема, 1996. - 15 с.
Дьяконов, К. Н. Современные методы географических исследований: Кн. для учителя / К. Н. Дьяконов, Н. С. Касимов, В. С. Тикунов. – М.: Просвещение: – АО «Учеб. лит.», 1996. – 207 с.
Гопчак, И.В. Защита водных ресурсов в Европейском Союзе / Гопчак И.В., Басюк Т.А., Ильчук И.В. / URL: https://ggf.bsu.edu.ru/Conferences/ Conf_2011/Materials/Gopchak.htm
Крамер, А. Европейский опыт ревитализации малых рек / А. Крамер, М. Неруда, И. О. Тихонова // Сайт Социальный компас URL: http://www.socialcompas.com/2015/09/05/10721/
Марченко А.А. Деградация малых рек - одна из самых острых экологических проблем современности. Информационно-аналитический портал «Нефть России». URL: http://www.oilru.com/likbez/read/135/
Государственный водный реестр: река Нейва. Поисковая система сайта. URL: http://www.textual.ru/gvr/index.php?card=196503&bo=0&rb=0& subb=0&hep=0&wot=0&name=%CD%E5%E9%E2%E0&loc=
Мониторинг. Паспорт реки. Сайт: Изучаем и сохраняем водоёмы. URL: http://edu.greensail.ru/monitoring/monitoring/
Наблюдение рек. Пособие для общественного экологического мониторинга. URL: http://www.baltfriends.ru/sites/default/files/RW_manual_ Appendix_5_Aggregated.pdf
Природные ресурсы. Официальный сайт правительства Свердловской области Текст. URL: http://www.midural.ru/
Яндекс. Карты. Карта Невьянского городского округа. URL: https://yandex.ru/maps/geo/nevyanskiy_gorodskoy_okrug/53000958/?ll=60.213677%2C57.509718&source=wizgeo&utm_medium=mapsdesktop&utm_source=serp&z=13.5