XX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Исследование экологического состояния и определение качества воды реки Большая Кузьмиха

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Зеленков Е.А. 1Колосова К.А. 2

---

1МАОУ ДО г. Иркутска "Дворец творчества", МАОУ лицей ИГУ

2МАОУ ДО г. Иркутска "Дворец творчества", МБОУ г. Иркутска СОШ № 75

Зеленкова Н.А. 1Кудрявцева Ю.Н. 2

---

1МАОУ ДО г. Иркутска "Дворец творчества"

2 МБОУ г. Иркутска СОШ № 75

Работа в формате PDF

1.8 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя

1.Введение

Актуальность: В настоящее время состояние малых рек, в результате резко возросшей антропогенной нагрузки на них оценивается, как катастрофическое. Значительно сократился сток малых рек. Велико число рек, прекративших существование в последнее время, многие оказываются на пороге исчезновения. Так и наша река Большая Кузьмиха сейчас находится в очень плачевном состоянии. В нашей работе мы постарались выявить основные ее проблемы и наметить пути их решения. Работа посвящена изучению экологических проблем, связанных с вопросом: «Почему в Иркутске строят прямо в руслах рек и даже над ними?». Возьмем, к примеру, район, где мы живем, учимся и отдыхаем. Здесь есть небольшая речка, о котороймы расспросили своих родных. Они сказали, что река называется Большая Кузьмиха. Когда-то река была довольно большой и полноводной. На ее берегах росло много черемухи, а в реке водилась рыба. Но сейчас мы видим, что часть реки уже засыпана, так как здесь построен большой торговый центр.

Все ли мы понимаем, какое это сокровище – речка? И как оно уязвимо, это сокровище?! Можно заново построить разрушенный город. Можно посадить новый лес, выкопать пруд. Но живую речку, если она умирает, как всякий живой организм, сконструировать невозможно. Вот почему нас заинтересовала данная тема, которая остается актуальной и сейчас.

Рыбаков никаких нет, значит, нет рыбы. Черемухи нигде не видно, да и большой реку назвать нельзя – все чаще она именуется ручьем, а кое-где река Кузьмиха закована в стальные или бетонные трубы.

Рис. 1. Река, «закованная» в бетон…

Проблемный вопрос: Есть ли будущее у реки Большая Кузьмиха?

Цель исследования: Определить изменения, которые произошли с рекой Большая Кузьмиха, и её современное экологическое состояние.

Задачи исследования:

1. По картам, литературным источникам, публикациям, материалам из интернета выявить перемены, которые произошли с рекой Большая Кузьмиха.

2. Исследовать состояние реки на сегодняшний день.

3. Провести химический анализ воды в школьных лабораторных условиях и химической лаборатории водоканала

4. Определить качество воды методом биотестирования.

5. Разработать рекомендации по проведению мероприятий для оздоровления реки.

2.Методы исследования

Для ответов на поставленные вопросы проанализирована литература, проведен визуальный осмотр реки от истока до устья и ее левый приток ручей Кочумиха с целью установления современного состояния реки, определения основных источников ее загрязнения. В различных местах проведены замеры глубины, ширины, скорости течения, рассчитаны расходы воды. Методом биотестирования определенокачествоводы. Проведен химический анализ воды.

3.Общая характеристика реки Большая Кузьмиха

Историческая справка. Река получила свое название в честь села Кузьмиха, которое вплотную прилегало к Ангаре, с запада и востока имея границами две небольшие речки, Большая и Малая Кузьмиха. С XIX века через село пролегла Кругобайкальская железная дорога. После постройки ГЭС, в 1956 году, от неё остались лишь каменные опоры железнодорожного моста через Б. Кузьмиху.

4.Полевые наблюдения

Питание реки осуществляется за счёт грунтовых вод и атмосферных осадков. Последние гидрологические сведения о реке Б. Кузьмиха датируются 1971 годом и взяты из гидрологических ежегодников, выпускаемых Иркутским гидрометцентром и представлены в таблице 1.

Таблица 1-Характеристика реки Большая Кузьмиха в 1971 году по данным ИГМУС

В настоящее время гидрологическое состояние реки оценивается не регулярно, по запросам администрации города Иркутска.

Для проведения гидрологических измерений нами на реке был разбит временный гидрологический пост.

Для выбора места расположения поста было проведено рекогносцировочное обследование участка реки, от объездной дороги микрорайона Юбилейный, до центральной магистрали по улице Академической. Соответствующее место нашлось в 540 метрах от школы и 73,5 метрах от большого торгового центра «БУМ». Рядом с пешеходным мостом, соединяющим микрорайоны Энергетиков и Южный.

Поскольку река малая с узким руслом и спокойным течением, не глубокая, рядом находится пешеходный мост через реку выбран реечный тип поста.

Рис. 2. Схема расположения временного гидрологического поста.

При открытии гидрологического поста выполнены следующие работы: установка реперов, нивелирование берегов и промеры глубин, установлена водомерная рейка, проведено нивелирование поста (основного и контрольного реперов, водомерной линейки), разбит гидроствор.Нивелирование берегов реки для определения уровня 0 поста проведено полуинструментальным методом. Привязка плановая и высотная. Плановую привязку основного и контрольного реперов выполнил специалист ОАО «Востсибтранспроект» с помощью тахеометра Geomax ZTS 605 LR. Основной репер имеет координаты 52º13ˊ59ˊˊс.ш. и 104˚17ˊ39ˊˊ в.д. и высоту 441,04 м. Контрольный репер координаты 52º13ˊ58ˊˊ с. ш. и 104˚17ˊ38ˊˊ в.д. и высоту 440,58 м. Водомерная рейка имеет координаты 52º13ˊ59ˊˊ с. ш. и 104˚17ˊ39ˊˊ в.д. и высоту 437,42 м – это нулевой уровень гидрологического поста.

От основного репера по берегу и руслу реки измерение высот точек берегов проведено методом ватерпасовки.

Рис.3. Привязка гидрологического поста к системе высот

Справочные данные по учебному гидрологическому посту Б. Кузьмиха

Координаты гидропоста: 52º13ˊ59ˊˊ с. ш. и 104˚17ˊ39ˊˊ в.д.

Расстояние от устья: 1,2км Отметка нуля водомерного поста (в Балтийской системе высот): 437,42 м

После активной застройки территории гидрологические характеристики сильно изменились. Нами разработана программа наблюдений за уровнем воды на посту. Наблюдения проводятся в летний период времени один раз в сутки в 8 часов утра. По полученным данным строится график изменения уровня воды в реке.За непродолжительный период наблюдений можно сделать вывод, что высокий уровень воды наблюдается в апреле- мае, в период интенсивного таяния снега, далее остаются практически неизменными.

Сопоставив график хода уровня с графиком осадков можно сделать вывод, что уровень воды в летний период не зависит от количества осадков, следовательно, преобладает подземное питание реки.

Проведенные нами исследования реки в летние и осенние месяцы в период с 2019 по 2022 год представлены в таблице 2.

Таблица 2-Гидрологические характеристики реки Б. Кузьмиха

Расход воды в 2020 увеличился, что вероятнее всего можно объяснить большим количеством осадков летом этого года.

Следует отметить, что за последние 50 лет расход воды в реке уменьшился почти в 10 раз.

График 1- Изменения уровня воды и количество осадков за 2022 год

Рис.4. Полевые измерения на реке Большая Кузьмиха (2019 - 2022год)

5. Экологическое состояние реки

За последние 40 лет изменилась прибрежная растительность в среднем и нижнем течении реки, многие участки берега заболочены и замусорены

Рис.5. Заболоченная пойма реки

В черте города вдоль реки нарушен регламент, установленный Водным кодексом РФ (статья 65). С 2004 года по настоящее время пересохли и исчезли два водоема в нижнем течении реки. Строительство объектов ведется непосредственно по берегам и над руслом реки (ул. Академическая, 26, Торговый центр Б.У.М.)

Наиболее опасные для здоровья реки соседи: садоводство «Энергетик», АЗС (БРК, КрайсНефть), торгово-развлекательный центр, строй-рынок «Радужный» и гаражные объединения (более 15) расположенные вдоль её берегов.

Вода реки содержит большое количество примесей, по берегам много бытового мусора. Во время полевых исследований мы с друзьями произвели очистку берегов Кузьмихи.

Рис. 6. Экологический субботник на реке Кузьмиха

После нашего неоднократного обращения в администрацию города некоторземлепользователи благоустроили прилегающую к их объектам территорию.6.Определение качества воды

6.1. Химический анализ воды

Для проведения химического анализа воды мы обратились с просьбой в химическую лабораторию водоканала, куда были предоставлены взятые с реки Кузьмиха пробы воды. Результаты представлены в таблице 3.

Для сравнения даны показатели по реке Ангара (данные ИЗК СО РАН) и ПДК ГОСТ 17.1.1.01-77

Таблица 3-Химический анализ воды реки Б. Кузьмиха

По результатам анализа можно сделать вывод, что вода в реке Кузьмиха относится к гидрокарбонатному классу, мягкая. По показателю PH реакция воды нейтрально-щелочная.

Количество иона железа превышает ПДК в 23 раза что вероятнее всего объясняется геологическим строением территории и заболоченной поймой.

Повышенное содержание сульфатов в воде Кузьмихи (в сравнении с Ангарой), можно объяснить антропогенным воздействием человека (это садоводства, гаражные кооперативы, автомойки, АЗС непосредственно на берегах реки).

При разложении органических веществ растительного происхождения образуются ионы аммония, в окислительных условиях при участии бактерий аммонийный азот окисляется до нитритного, т.е. источником этих соединений в водах реки могут служить утечки из выгребных ям садоводств, поверхностные стоки. Этим мы можем объяснить повышенное содержание нитратов в реке.

Показатели химического анализа воды реки не превышают норм ПДК кроме железа и гидрофосфатов.

6.2. Практическая часть

6. 2. 1. Проведение анализа воды в школьной лаборатории

1.Определение содержания растворенного кислорода в пробе воды.

Для определения содержания кислорода используем метод Винклера, основанный на взаимодействии в щелочной среде марганца с растворенным кислородом. Анализируемую пробу воды (100 мл) из склянки с тубусом через резиновый трубки поместили в бескислородную склянку, после ввели 1 мл щелочного раствора иодида калия. Раствору гидроксида марганца с осадком дали отстояться 10 минут и добавили в него 5 мл соляной кислоты, ожидали растворения осадка. Добившись полного растворения осадка отобрали 50 мл раствора и перенесли в коническую колбу на 250 мл. Раствор титровали раствором тиосульфата натрия до светло желтой окраски. После добавили 1 мл свежеприготовленного раствора крахмала и продолжили титрование до исчезновения синей окраски.

Содержание растворенного кислорода Сх в мгО2/л находят по формуле

где М - молярность раствора Na2S2O3; n - объем тиосульфата, пошедшего на титрование, мл; V - объем склянки, мл; 2 - объем пробы, вылившейся при фиксации кислорода, мл.

Полученный нами результат составляет 3мг /л, что ниже ПДК (4,0 мг/л)

Таким образом, содержание РК в водоёме является важным показательным фактором благополучия, экологического и санитарного состояния водоёма. Кислород участвует в разложении биологических соединений.

Снижение концентрации РК в водоёме может свидетельствовать о его загрязнении легкоокисляющимися (чаще всего органическими) примесями.

Обратим внимание, что биохимические и биологические процессы, происходящие в водоёме, зависят от концентрации РК и поэтому его резкое снижение приводит к негативным последствиям. Они включают в себя: эвтрофикацию (анаэробными бактериями, фотосинтезирующими бактериями и водорослями), вымирание аэробных организмов, лавинообразный рост концентрации легкоокисляемых органических примесей.

2.Определение содержания ионов водорода в воде: рН-фактор воды.

Приближенно реакцию раствора можно определить с помощью специальных реактивов, называемых индикаторами, окраска которых меняется в зависимости от концентрации ионов водорода. В нашем случае мы использовали следующие индикаторы: метиловый оранжевый, лакмус и фенолфталеин.

С помощью индикаторов мы определили, что исследуемая нами вода имеет нейтральную среду, т.е. рН воды равен 6-6,5.

3.Определение карбонатной жесткости воды.

Для определения карбонатной жесткости налили в склянку 10 мм анализируемой воды и добавим 5-6 капель фенолфталеина. Возникновение розовой окраски говорит о наличии карбонат-ионов.

4.Определение взвешенных веществ в воде

Определение проводили по методике ПНД Ф 14.1:2:4.254-2009.

Таблица 4- Определение взвешанных веществ в воде

Среднее значение взвешенных веществ = 12, 7 мг/л. Для рыбохозяйственных водоемов ПДК (предельно допустимая концентрация) равна 10 мг/л.

Таким образом концентрация взвешенных веществ в реке Б. Кузьмиха превышает ПДК для рыбохозяйственных водоемов. Превышение среднего значения величины взвешенных веществ показывает влияние на качество воды не только природного фактора (останки организмов растительного и животного происхождения), но и техногенные (нефтепродукты, сельскохозяйственные и фекальные стоки, смывы с почв во время дождя и таяния снега). Повышенное содержание органических веществ приводит к снижению содержания кислорода, который расходуется на биохимическое окисление, то есть увеличивается количество организмов более устойчивых к низкому содержанию кислорода, например, бактерий.

5.Обнаружение общего железа

Для определения общего железа поместили в пробирку 10 мл исследуемой воды, добавили одну каплю азотной кислоты, несколько капель перекиси водорода и примерно 0,5 мл раствора роданида калия. Мы обнаружили ярко-розовый цвет, что свидетельствует об высоком содержании железа.

Рис.7. Обнаружение общего железа

6. Определение ионов хлора

Для определения ионов хлора поместили в пробирку 5 мл исследуемой воды и добавили 3 капли раствора нитрата серебра и наблюдали за изменениями в растворе. Вода резко помутнела, через некоторое время появился осадок. Это говорит об высоком уровне содержания хлора.

Химический анализ воды позволяет сопоставить полученные данные со стандартными показателями качества воды, установленными нормативными документами. А гидробиологический метод позволяет дать характеристику состояния водной экосистемы по растительному и животному населению водоема. Этот метод дает комплексную оценку качества воды т.к. учитывает взаимодействие разных загрязняющих веществ с биотой.

6.2.2 Определение качества воды гидробиологическим методом

Оценка качества воды была определена методом биотестирования по методике ФР.1.39.2007.03222

Методика биотестирования. Метод основан на определении изменений выживаемости и плодовитости дафний при воздействии токсических веществ, содержащихся в тестируемой воде, по сравнению с контролем.

Кратковременное биотестирование (до 96 час) позволяет определить острое токсическое действие воды на дафний по их выживаемости. Показателем выживаемости служит среднее количество тест-объектов, выживших в тестируемой воде или в контроле за определенное время. Критерием токсичности является гибель 50 и более процентов дафний за период времени до 96 ч в тестируемой воде по сравнению с контролем. Критерием токсичности является достоверное отличие от контроля показателя выживаемости дафний. Кратковременное биотестирование (до 96 час) позволяет определить острое токсическое действие воды на дафний по их выживаемости. Показателем выживаемости служит среднее количество тест-объектов, выживших в тестируемой воде или в контроле за определенное время.

Начальная плотность посадки - 6-10 особей на 1 л воды. Спустя 5-7 суток, в течение которых дафнии привыкают к лабораторным условиям существования и начинают размножаться, в сосуды доливают воду для дальнейшего культивирования. Культуру дафний выращивают в климатостате, люминостате, боксе или помещении, не содержащем токсических паров или газов. Оптимальная температура для культивирования дафний и биотестирования составляет 20+2°С, освещенность 400-бООлк при продолжительности светового дня 12- 14ч. При проведении эксперимента культура дафнии выращивалась в пресноводном аквариумном центре Лимнологического института СО РАН. Биотестирование воды реки Больщая Кузьмиха проводилось в августе-ноябре 2019-2022 года. Отборы проб проводились в 3 точках: У торгового комплекса БУМ, в районе садоводств (поселок Юбилейный), у устоев старого моста.

Ход эксперимента

Для проведения эксперимента взяли 3 сосуда для исследуемой воды и 3 сосуда для контрольной пробы, не содержащей токсичных веществ. Налили в них по 100 мл исследуемой воды и по 100 мл чистой воды для контроля.

Воду профильтровали через фильтроваль­ную бумагу. В качестве контрольной воды использовали водопроводную воду с отстаиванием в течение 7 суток. В каждый сосуд поместили по 10 особей дафний (односуточных). Их мы перенесли стеклянной трубкой диаметром 7 мм, погрузив его в воду. Повторность трехкратная. Дафний во время эксперимента не кормили. Учет выживших дафний проводили через 1, 6, 24, 48, 72 и 96 часов. При определении зоны загрязнения водоема учитывали совокупное поведение дафний (Таблица 5)

Таблица 5 - Комплексная экологическая классификация качества поверхносных вод суши по О.П. Оксиюк и В.Н. Жукинскому

Результаты эксперимента представлены в таблицах

Таблица 6. Эксперимент № 1

Рис.8.. Количество выживших особей (эксперимент 1)

Вывод: Нашли среднее арифметическое число выживших дафний в контроле и опыте. Для расчета процента гибели дафний в опыте по отношению к контролю использовали формулу: Х₁-Х₂/Х_2,х100%

где Х₁ — среднее арифметическое число выживших дафний в контроле; Х₂ — среднее арифметическое число выживших дафний в опыте

Так как в пробе погибло 25% дафний, что свидетельствует об слаботоксичности воды в данных образцах и среднем уровне загрязнения реки.

Таблица 7. Эксперимент № 2

В результате получили следующую реакцию тест-объекта на тестируемую воду: - спустя 1 час после начала тестирования погибла 1 особь; спустя 6 часов количество погибших особей составило -3; спустя 24 часа погибло 6 особей (всего от начала тестирования), что составило 60% особей, помещенных в тестируемую воду. Гибель особей в таком и большем количестве в любой период тестирования говорит об остром токсическом действии тестируемой воды на тест-объект. По отношению к контролю за время тестирования погибло 70 %, т.е. проба воды оцени­вается как токсичная. Сильный уровень загрязнения (особи держатся в придонном слое, часть теряет активность, наблюдаются случаи «вертячки»)

Рис.9. Количество выживших особей (Эксперимент 2)

Для контроля проба воды была взята в этой же точке в ноябре 2022

Таблица 8 Эксперимент № 3

Рис.10. Количество выживших дафний (Эксперимент 3)

Так как в пробе погибло 20% дафний, то это свидетельствует об отсутствии токсичности в данных образцах воды. Зона загрязнения- 3, что свидетельствует о слаботоксичности воды и среднем уровне загрязнения (Наличие повышенной активности у отдельных особей, у остальных ‒ периоды активности сменяются нормальным состоянием).

Полученные результаты отличаются от проведенных в летний период времени, что вероятнее всего можно объяснить окончанием дачного сезона, и понижением антропогенной нагрузки на водоем.

Таким образом:

1.Вода в реке Большая Кузьмиха на грани между загрязненной и удовлетворительно чистой.

2.Вода реки Большая Кузьмиха может быть использована в рекреационных целях, что и делают жители окрестных домов

7. Выводы и рекомендации

Малым рекам принадлежит исключительно важная роль в биосфере. Они в силу своей природной уязвимости в первую очередь реагируют на хозяйственную деятельность человека - на вырубку лесов, распашку, осушение, орошение, они обладают более низкой способностью к самоочищению, быстрее загрязняются. Проблема чистой воды - одна из острейших в мире. Необходимо беречь и охранять водные ресурсы.

В настоящее время решить экологические проблемы малых рек одними только природоохранными мерами невозможно. Необходима разработка и осуществление специальных инженерных мероприятий. Очевидно, что успех данной деятельности возможен только в том случае, если усилия экологов и инженеров объединены в единой программе экологического обустройства.

1. Расход воды в реке Б. Кузьмиха за последние 50 лет уменьшился в 10 раз.

2. По гидрохимическому анализу вода в реке гидрокарбонатная, нейтрально-щелочная.

3. На основе анализа воды методом биотестирования уровень загрязненности между удовлетворительно чистой и загрязненой.

4. Вода реки может использоваться только в рекреационных целях.

Рекомендации

1. Продолжить комплексное исследование состояния реки и прибрежной территории с привлечением ученых экологов, биологов, географов, архитекторов, историков и других специалистов для составления экологического паспорта реки.

2. Продолжить реализацию комплекса мероприятий по оздоровлению реки и благоустройству прибрежной зоны с участием коллектива школы, землепользователей и партнеров (укрепление склонов через посадку зеленых насаждений, проведение экологических субботников, организацию профилактических мероприятий).

3. Провести экологический мониторинг водоема методом биоиндикации для учета изменения среды под действием анторопогенного фактора.

4. Провести биохимический анализ почвы берегов реки для выяснения влияния различных видов антропогенного воздействия на естественный гидрохимический режим реки

5. Провести анализ воды в устье реки для оценки антропогенного воздействия и определения уровня загрязнения воды в Ангаре.

8. Список литературы

1. Атлас развития Иркутска. - Иркутск: Изд-во Ин-та географии СО РАН, 2011. - 131 c.

2. Большаков А.Г Принципы организации прибрежных территорий как экологиче-ского каркаса территорий //Известия ИГУ. Сер. Биология. Экология. Том 4, №2 (10), 2011. – С.5-11.

3. Водный кодекс РФ / Кодексы и законы РФ.

4. Гидрологический ежегодник1971г. Том 7.Бассейн Карского моря (Восточная часть) Вып. 2-4. Бассейн реки Ангары

5. Кузьмиха, село. Электронный ресурс. URL:http://www.lib23.irk.ru/sverdl.htm.

6. Методика измерения массовых концентраций взвешенных и прокаленных взве-шенных веществ гравитационным методом ПНДФ 14.1:2:4.254-09.

7. Методика определения токсичности воды по смертности плодовитости дафний. Федеральный реестр. ФР.1.39.2007.03222. Москва «Акварос», 2007

8. Министерство природных ресурсов РФ. Руководство по определению методом биотестирования токсичности вод, донных отложений РЭФИА, НАА-Природа, Москва, 2002

9. Методика определения массовой концентрации сульфатов в воде методом турбидиметрии ПНД Ф 14.1:2:2.3075-13.

10. Наставление гидрологическим станциям и постам. Выпуск 2. Часть 2.

11. Оксиюк О.П., Жукинский В.Н. Комплексная экологическая классификация каче-ства поверхностных вод суши. Гидробиологический журнал, 1993.-Т.29, вып.4.-С.62-76.

12. Проект планировки Южной части Свердловского округа. Электронный ресурс. URL: // http:// rudocs.exdat.com/docs/index-419103.html.

13. Фотографии с высоты 492 м. Электронный ресурс. Программа "Google Планета Земля".