XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Изучение эколого-гидрологического состояния реки Ковшины

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Доможирова П.А. 1

---

1МБОУ "Гимназия №13"

Чадалина Надежда Николаевна 1

---

1МБОУ "Гимназия №13"

Работа в формате PDF

4.3 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Вступление

Вода – живительная влага на земле. Без неё не могут обойтись ни растения, ни животные. Без неё беспомощен человек в быту, промышленности, сельском хозяйстве. Именно поэтому знаменитый французский писатель Антуан де Сент-Экзюпери посвятил воде незабываемые строки «Вода… тебя невозможно описать, тобой наслаждаются, не ведая, что ты такое. Нельзя сказать, что ты необходима для жизни, ты – сама жизнь…»

Актуальность

Речная система Тульской области, состоящая из 1682 рек, речек и ручьёв, суммарной протяжённостью около 11 тысяч километров, на 79,8 процентов принадлежит бассейну реки Оки. За последние годы резко возросла антропогенная нагрузка на малые реки. Вследствие чего наблюдается их интенсивная деградация и активное заиливание. Водами малых рек и речушек питаются большие реки.

Сельцо Петровское возникло 1773год на живописном берегу Оки в междуречье Ковшины и Любимки. Когда-то Ковшина была полноводной речкой. По воспоминаниям старожилов весной, в половодье, жители деревни Ковша переправлялись на другой берег на лодках. Сегодня Ковшина – маленькая речушка, впадающая в Оку и питающая реку.

Под гидрологическим обследованием понимается комплекс мероприятий, который позволяет определить характеристики и состояние водного объекта. Провести гидрологическое исследование и дать оценку экологическому состоянию Ковшины – считаем актуальной проблемой.

Цель исследовательской работы: провести комплексное эколого-гидрологическое обследование речки Ковшины.

Задачи:

- познакомиться с методами исследования водных экосистем, изучить литературу по данному вопросу;

- провести визуальный осмотр долины и русла речки;

- изучить гидрологические особенности Ковшины;

- провести физико-химический анализ воды;

- изучить флору и фауну вблизи водоёма;

- выявить источники загрязнения воды в речке;

- дать оценку экологическому состоянию изучаемого водного объекта.

Объект исследования: бассейн реки Ковшины.

Предмет исследования: физико-географические и экологические характеристики речки Ковшины, степень загрязнённости воды в речке.

Гипотеза: экологическое состояние речки Ковшины неудовлетворительно. Это может быть связано с нарушением питания реки, антропогенным воздействием.

Методы, применявшиеся в ходе исследования:

теоретические: анализ и синтез информации;

эмпирические: наблюдение, измерение, фотографирование. Методики измерений и исследований приводятся в основной части работы в разделах, посвящённых отдельным характеристикам реки.

Работа носит эколого-краеведческий характер, поскольку она связана с изучением и защитой природных богатств родного края.

Глава 1. Литературный обзор

Постоянные потоки воды, текущие в выработанном ими углублении рельефа, называется реками.

Исток – место, откуда река начинается.

Место впадения реки в другую реку, озеро или море, называется устьем.

Всякая река течёт в понижении рельефа, которое тянется от истока до устья и называется речной долиной.

От самой удаленной точки бассейна до устья реки долина меняет свои очертания. Самая верхняя ее часть носит название ложбинаи представляет собой слабовыраженную вытянутую впадину с пологими склонами. Следующее за ложбиной звено –лощина– отличается большей глубиной вреза, большей крутизной склона, появлением выраженного русла. Следующее звено – суходол –русло уже хорошо выражено, и сток по нему осуществляется в период выпадения дождей или таяния снежного покрова.

Каждая долина состоит из отдельных составных частей. Самая низкая ее часть –дно, или ложе; линия, соединяющая самые глубокие точки ложа, тальвег;далее –склоны долины, бровки.

Самое глубокое место долины занято постоянным руслом реки, которое всегда заполнено водой. Русло обычно имеет извилистую форму, которую оно приобретает вследствие размывающей деятельности потока. Этот процесс называется меандрированием, а извилины реки носят название меандров.

Над руслом расположена часть долины, называемая поймой, которая затапливается водой в период паводков.

Коренной берег - часть водораздельного пространства, прилегающая к речной долине.

Изгиб на поперечном разрезе между руслом и поймой называется просто берегом реки.

Нередко от берега реки по направлению к коренному берегу поднимается один или несколько уступов, похожих на берег реки. Это речные террасы.

Поступление воды в реку от источника питания называется питанием реки.

Режимом реки называют характер её поведения во времени.

Скорость течения реки – важный экологический показатель, существенно влияющий на содержание растворенного кислорода и углекислого газа, а так же температуру воды [6].

Глава 2. Результаты исследования

2.1. Общая характеристика объекта исследования

Речка Ковшина является левым притоком реки Оки. Её длина около 2,5километров. Площадь бассейна небольщая, около 7км². Исток реки расположен у деревни Павлово в неглубокой лощине. Источник питания – дождевое, снеговое, подземное (грунтовое). Подпитывают речку небольшие ручейки, стекающие из прудов.

У истока Ковшины (рис.1) расположена плотина. Вода вытекает из трубы диаметром 0,5 м ручейком (рис. 2). Немного ниже по течению формируется русло реки. Постепенно лощина, в которой протекает речка, углубляется, формируется долина.

Рис.1. Исток Ковшины

Р усло речки слабо извилистое, неразветвленное, на некоторых участках спрямленное, на всём протяжении завалено сучьями, упавшим древостоем, бытовым мусором. Некоторые участки Ковшины сильно заилены. Левый коренной берег покрыт смешанным лесом.

Рис. 2. Верхнее течение Ковшины

В нижнем течение коренные берега достигают высоты 25-50 м, причём левый берег выше правого. Ширина долины в разных участках речки различна, самая широкая в низовье.

По берегам имеются обнажения осадочных пород: коричневой и синей глин, бурого угля. В конце 19 века вблизи Ковшины велась разработка угля, были построены 5 шахт. Просуществовали шахты недолго, так как заливались водой, и уголь был низкого качества.

В середине 20 века на левом берегу Ковшины велась добыча глины для производства кирпича на местном кирпичном заводе. Некоторые карьеры после добычи глины были засыпаны землёй, а другие - заполнились водой. Карьерные пруды, из которых имеется сток, подпитывают речку.

В верховье речки на правом берегу расположена деревня Ковша, на левом берегу - садовые участки и частный сектор микрорайона Петровское города Алексин.

Для исследования были выбраны 3 створа:

- недалеко от истока, у мостика, в районе деревни Ковша (далее створ 1, рис. 3);

- в среднем течении, у мостика (створ 2, рис. 4);

- в нижнем течении у мостика (створ3, рис. 5).

Рис. 3 Створ 1. Верхнее течение речки

Рис.4. Створ 2. Ковшина в начале зимы

Д олина речки пойменная. В верховье пойма покрыта луговыми травами и прибрежно-водной растительностью, в среднем и нижнем течение ивняком. На некоторых участках речка недоступна из-за густой растительности и очень крутого склона.

Рис. 5. Створ 3. Ковшина у места впадения в Оку

2.2. Визуальное обследование. Гидрологические особенности

Для оценки основных параметров поверхностных водных источников использовали линь, рулетку, металлическую линейку, поверхностные поплавки, секундомер, склянки для проб.

Ширину русла небольшой речки можно определить с помощью линя – шнура с метками длины, а в узких участках - рулеткой. Линь натягивают от уреза воды одного берега до другого, а затем по имеющимся на нём меткам определяют ширину русла.

Так как Ковшина имеет небольшую глубину, для определения этого параметра использовали метровую металлическую линейку, там, где русло речки углублено, использовали шест. Глубину измеряли у правого и левого берега и на середине речки.

Для определение средней скорости течения реки использовали поплавки. Поплавки изготавливают из плавающих материалов (дерево, плотный пенопласт) в виде кружков диаметром 10-15 см и толщиной 3-5 см. Показатель скорости течения реки оценивают на прямых однородных участках русла в безветренную погоду.

Поплавки сплавляли по течению от каждого створа на расстояние 5 метров. Забрасывали от пускового створа последовательно: сначала ближе к левому берегу, затем к середине, затем к правому. Время прохождения каждым поплавком заданного расстояния фиксируется с помощью секундомера, определили среднюю скорость течения, результаты измерений заносили в таблицу [4,8]. Результаты исследований представлены в таблице 1.

Таблица 1

Гидрологические параметры речки Ковшины

Самая широкая долина и русло в низовьях речки, недалеко от устья. Наибольшая глубина 1,0 м на втором створе и на одном участке третьего створа, где русло сильно углубляется, и глубина достигает 1,45м.

Гидрологический режим речки непостоянен и находится в зависимости от сезонов года. Наибольшая наполняемость русла водой наблюдается в весеннее половодье, которое, как правило, начинается в начале апреля. В половодье вода заполняет пойму. Межень на речке наблюдается в жаркий период - июль, август.

В начале 2023 года из-за обильных осадков наблюдался паводок.

2.3. Физико- химические показатели качества воды

2.3.1. Определение температуры воды

Температура воды – важнейший фактор, влияющий на протекающие в водоеме физические, химические, биохимические и биологические процессы, от которого в значительной мере зависят кислородный режим и интенсивность процессов самоочищения.

Температуру воды можно измерить обычным водным термометром. Термометр опускают в воду примерно на 1/3 шкалы и выдерживают в течение 3-5 минут. Затем, не вынимая полностью термометр из воды, определяют значение температуры с максимально возможной точностью.

Температуру измеряли в летний и зимний период – июнь, декабрь. Замеры повторяли несколько раз. Определили среднюю температуру - летом +15⁰С, зимой - 4⁰С. Температура в трёх створах в точках замера практически не отличалась [1] (таблица 2).

2.3.2. Определение цветности

Определяем физические показатели воды в пробах, взятых из створов.

Цветность. Цвет воды зависит от наличия в ней примесей минерального и органического происхождения – гуминовых веществ, перегноя, который вымывается из почвы и придают окраску воде от жёлтой до коричневой, соединении железа окрашивает воду в желто – бурый и бурый цвета, глинистые примеси в желтоватый цвет. Зеленая окраска открытого водоема обуславливается размножением водорослей.

Для определения цвета воды использовали стеклянный сосуд и белый лист.  В сосуд наливали воду и на белом фоне определяли цвет воды [1,3] (приложение 1, таб.1).

Вывод. При рассматривании сверху и сбоку пробы воды из первого створа отмечаем слабое желтоватое окрашивание. В пробе воды из второго створа наблюдается слабое желтоватое окрашивание сверху. Проба воды из третьего створа даёт бледно-жёлтое окрашивание сверху. Желтоватое окрашивание воды на первом створе обусловлено глинистыми отложениями. Результаты исследования приведены в таблице 2

2.3.3. Определение прозрачности воды

Прозрачность. Прозрачность (или светопропускание) природных вод обусловлена их цветом и мутностью, т.е. содержанием в них различных окрашенных и взвешенных органических и минеральных веществ.

Мерой прозрачности служит высота столба воды, при которой можно различать на белой бумаге шрифт определенного размера и типа (как правило, шрифт средней жирности высотой 3,5 мм). Результаты выражаются в сантиметрах [1,3] (приложение 1, таб.2).

Просматривая шрифт сверху через столб воды, и сливая и доливая воду в цилиндр, находим высоту столба воды, еще позволяющую читать шрифт.

Вывод. Высота столба воды от 25 до 30 см позволяет сделать вывод, что вода в речке мало мутная (таблица 2).

2.3.4. Определение интенсивности и характера запаха воды

Запах. На запах воды оказывают влияние состав веществ, температура, значения рН, степень загрязненности водного объекта, биологическая обстановка, гидрологические условия и т.д. Запах воды характеризуется видами запаха и интенсивностью запаха. Интенсивность запаха воды измеряется в баллах и 

оценивается при температуре в 20˚ и 40˚ по шкале оценки запаха [1,3,8] (приложение 1, таб.3).

Вывод. Запах воды на всех створах ощущается, на втором створе илистый (таблица 2).

Таблица 2

Физические параметры воды в речке Ковшине

2.4.Химические показатели качества воды

Содержание минеральных анионов определяем с помощью качественных реакций. Образцы воды брали из трёх створов[1,5].

2.4.1.Определение Cl^- (хлорид анионов)

Для качественного определения хлоридов, в пробирку   наливаем 5 мл воды, добавляем 3 капли 10% нитрата серебра (AgNO₃).  Приблизительное содержание хлоридов определяют по осадку или помутнению. 

Вывод. При добавлении в пробирки с водой, взятой из трёх створов, нитрата серебра (AgNO₃) не наблюдается помутнение. Хлорид ионы в воде не обнаружены.

2.4.2. Определение SО₄²ˉ (сульфат анионов)

В пробирку наливаем 10 мл воды, 0,5 мл соляной кислоты (1:5), 2 мл раствора хлорида бария (BaCl₂).

Вывод. Выпадение осадка не наблюдаем. Сульфат ионы в пробах воде из створов отсутствуют.

2.4.3. Водородный показатель (рН)

рН воды - один из важнейших показателей качества вод. Величина концентрации ионов водорода имеет большое значение для химических и биологических процессов, происходящих в природных водах.

В природных условиях pH колеблется в пределах от 6,5 до 9,5. Норма – 6,5-8,5. Если pH воды водных объектов ниже 6,5 или выше 8,5, то это указывает на ее загрязнение сточными водами (приложение 1, таб.4)

В химический стакан  наливаем 5 мл воды   и опускаем универсальную индикаторную бумагу. Определяем pH воды по шкале.

Вывод. рН воды в пробах 7-8. Среда слабо-щелочная.

2.4.4.Жесткость воды

В химический стакан  наливаем 20 мл воды, опускаем кусочки мыла и встряхиваем в течение 5 мин. Мыло почти растворилось. Образовалось небольшое количество пены.   

 Вывод. Так как мыло не полностью растворилось, можно предположить, что в воде содержится гидрокарбонат кальция и магния. Они обуславливают временную жесткость воды, которую можно устранить кипячением.

2.4.5.Определение CO3^2-(карбонат анионов)

Полученный сухой остаток после выпаривания проб воды из трёх створов, испытываем на наличие в нём карбонат-ионов CO₃^2-.  Для этого на часть сухого остатка надо подействовать раствором соляной кислоты. Если при этом будет наблюдаться «закипание» с выделением пузырьков газа, не имеющего запаха (СО₂), значит вода обладает гидрокарбонатной жёсткостью.

Ca(HCO₃) ₂ + 2HCl = CaCl₂ +2CO₂ +2 H₂O

Mg(HCO₃)₂ + 2HCl = MgCl₂ + 2CO₂ +2 H₂O

Вывод. Наблюдаем слабое выделение углекислого газа. В воде содержатся в небольшом количестве гидрокарбонат ионы.

2.4.6.Обнаружение органических веществ

В пробирку наливаем несколько миллилитров дистиллированной воды

(контроль), в три другие наливаем столько же воды, взятых из створов. В каждую пробирку прибавляем по 2-3 капли 1% раствора перманганата калия. В пробирке с дистиллированной водой розово-фиолетовая окраска перманганата калия сохранится. Исчезновение окраски или побурение исследуемой воды указывает на присутствие в ней органических веществ. Такая вода непригодна для питья.

Вывод. Наблюдаем слабое изменение окраски растворов в исследуемых пробах воды. Вода содержит органические остатки и непригодна для питья[2].

2.5. Описание растительности пойменного луга

На всём протяжении течения речки отмечается большое разнообразие прибрежно-водной и пойменно-луговой растительности. Начало Ковшины – небольшое болотце, заросшее тростником обыкновенным, камышом озёрным, рогозом широколистным, щучкой. Поверхность воды покрыта ряской малой.

П о берегам речки Ковшины растут - ива белая (ветла),  ива ломкая (ракита), ива трехтычинковая и корзиночная, ольха серая. В некоторых участках речки можно встретить настоящие заросли из крапивы и бодяка, недотроги железистой, сныти обыкновенной. В нижнем течении пойма покрыта зарослями вейника наземного (рис.6).

Рис. 6. Растительность поймы реки

Лучше всего в прирусловых частях пойменных лугов произрастают злаковые. Здесь в большом количестве растут рыхлокустовые злаки: тимофеевка, луговая овсяница, ежа сборная, лисохвост луговой, полевица обыкновенная, мятлик луговой.

В средней части поймы, кроме злаков, можно встретить представителей семейства бобовых - люцерну серповидную, красный и белый клевер, мышиный горошек,  лядвенец рогатый. Из разнотравья чаще всего встречаются лютик кашубский и едкий, герань луговая, василёк луговой, подмаренник настоящий, нивяник обыкновенный, тысячелистник обыкновенный и другие. Большое разнообразие видов растений объясняется особенно высоким содержанием ила в почве, который оседает после схода воды.

Проводя исследование реки в июне, в пойме реки обнаружили два вида редко встречающихся в нашей местности пальчатокоренника (рис.7).

Рис. 7. Пальчатокоренник мясо-красный

Вывод. В фитоценозе пойменного луга преобладают луговые, прибрежно-водные растения. Возрастает численность сорно-рудеральных видов.

2.6. Описание животных пойменного луга

Река Ковшина, береговая зона, пойма реки – место обитания водных и околоводных животных. Среди водных животных отметим представителей членистоногих:

- насекомых: клопов водомерок, лихо скользящих по поверхностной плёнке воды, водяного клопа плавта, жука вертячку;

- ракообразных – мелких рачков бокоплавов;

- паукообразных – водяного паука.

Обитают здесь представители моллюсков: катушки, затворки.

В береговой зоне можно встретить ужа, ящерицу прыткую ( класс Пресмыкающиеся), лягушку травяную и озёрную (класс Земноводные).

Разнообразие и богатство фауны поймы реки определяют насекомые: кузнечики, кобылки, стрекозы, бабочки, жуки, мухи, муравьи, пчёлы, шмели, осы [7].

Из млекопитающих в пойме реки обитают полёвки, кроты, на что указывают мышиные норки и кротовины, из птиц – трясогузка белая.

Вывод. Водная и береговая фауна разнообразна и представлена видами животных относящихся к разным систематическим категориям.

3. Оценка экологического состояния речки Ковшины

Рекогносцировочное обследование бассейна реки позволило дать оценку экологическому состоянии речки Кошины, оценить влияние хозяйственной деятельности человека на состояние берегов и прилегающих к ним территорий.

И з- за нарушения барьерной функции травяного покрова по берегам речки в русло смывается большое количество эрозионного материала, что вызывает нарушение режима речного стока, образование ила. На всём протяжение течения речки русло завалено древостоем, бытовыми отходами, встречаются свалки мусора рис.8 и 9.

Рис. 8. Устье речки Ковшины

В изуально наблюдается загрязнение воды: вода слабо мутная, с илистым запахом , загрязнённая органическими остатками, что указывает на процесс эвтрофикации.

Рис. 9. Завалы русла речки древостоем

В последние годы речка сильно обмелела, что указывает на нарушение гидрологического режима. Это означает, что и Ока получит меньше вод, что приводит к её обмелению.

Выводы

В ходе выполнения работы:

1. подобрали и познакомились с литературой по теме исследования, изучили методы и методики исследования водных экосистем;

2. провели визуальный осмотр русла и долины речки Ковшины;

3. изучили гидрогеологические особенностей речки;

4. провести физико-химический анализ воды;

5. изучили флору и фауну вблизи водоёма;

6. выявили источники загрязнения воды: добыча глины для кирпичного завода, завалы древостоя, бытовой мусор.

В настоящее время речка Ковшина деградирует, но пока еще служит людям: вода используется для полива.

Вода речки относится к III классу качества воды, в питьевых целях не пригодна (приложение 1 таб.5).

Используемые источники

1. Буйволов Ю.А. Физико-химические методы изучения качества природных вод: Методическое пособие. - М.: Экосистема, 1997.

2. Вода питьевая.ГОСТ 3351-74.Москва.Издательство стандартов.1988.

3.     Исследование воды и водоемов в условиях школы /Дружинин С.В.- М.:Чистые пруды, 2008.(Библиотечка «Первое сентября», серия «Биология». Вып.20)

4. Исследовательские работы школьников по экологии / Под ред. проф. Л.А.

Коробейниковой — Вологда, 1997. — 128 с.

5. Ихер Т.П. Исследование источников питьевой воды: Методическое пособие для педагогов и школьников. – Тула, ТОЭБЦу, 2000.

6. Ихер Т.П., Шиширина Н.Е., Тарарина Л.Ф. Экологический мониторинг объектов водной среды: Методическое пособие для педагогов, студентов и школьников / Под. ред. проф., док. биол. наук Л.Ф.Тарариной. – Тула, ТОЭБЦу, 2003.

7.      Школьная полевая практика: Беспозвоночные. Методическое пособие/Р.П. Софронов.-Я.:ЯГУ 2006

8. Школьный экологический мониторинг: Учебно-методическое пособие /Под ред. Т.Я.Ашихминой.-М.:Агар,2000.

Приложение 1

Таблицы 1. Определение цветности воды

Таблица 2. Оценка прозрачности воды

Таблица 3. Определение интенсивности запаха воды

Таблица 4. Природные воды в зависимости от рН

Таблица 5. Критерии загрязнённости воды по классу качества  и индексу загрязнения