VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Пензенское водохранилище. История создания , анализ состояния воды и экологический мониторинг (40-лет со дня введения в эксплуатацию Пензенского гидроузла)

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Курмаева А.М. 1

---

1МБОУ СОШ №59 г. Пензы

Филатова Н.В. 1

---

1МБОУ СОШ № 59 г. Пензы

Работа в формате PDF

160.2 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение.

На территории Пензенской области много живописных уголков природы, но особенно красивы здесь водоёмы. К ним можно отнести реки и озёра, пруды, ручьи и родники. В области также много водохранилищ, но самым большим является Пензенское, его местные жители любовно называют "Сурским морем". Летом этого года я, являясь участником движения "Зеленая волна" приняла участие в исследовании самого знакового и важного места Пензенской области - Пензенского водохранилища, которое проводилась в рамках масштабного проекта "Экологический патруль Зеленой волны". Организаторами выступили: Пензенский фонд научно-технического развития, Пензенское областное отделение РГО при поддержке Пензенского государственного университета и Пензенского районного отделения РГО. В течение нескольких дней мы проводили комплексное исследование Пензенского водохранилища, а именно состав воды и состояние прибрежной зоны, с трех точек, находящихся на противоположных берегах водоема: с. Алферьевка, с. Старая Яксарка, р.п. Золотаревка

Пензенское водохранилище имеет большое значение для г. Пензы и г. Заречного, так как именно эта вода, пройдя соответствующую степень очистки, используется для питья и приготовления пищи. Поэтому я решила провести дополнительное исследование и убедиться в безопасности воды в этом водоеме.

Цель работы - сделать попытку оценки экологического состояния водохранилища и качества воды с трех точек: с. Алферьевка, с. Старая Яксарка и р.п. Золоторёвка и проведение сравнительного анализа полученных данных.

В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:

Изучить особенности изменений природных условий реки в связи с созданием гидротехнического сооружения

обобщить информацию о мониторинговых исследованиях экологического состояния Пензенского водохранилища

провести полевые исследования и дать оценку экологического состояния водоема.

Я считаю, что выбранная мною тема важна и актуальна, т.к. в настоящее время главным вопросом относительно пензенского водохранилища является состояние качества воды в нем. К тому же в декабре 2018 года исполняется 40 лет со дня введения в эксплуатацию Пензенского гидроузла.

Методы исследования:

Наблюдение

Измерение

Лабораторный опыт

Сравнение

Анализ

Практическая значимость: Полученные данные могут быть использованы как базовые, при проведении экологического мониторинга по изучению текущего состояния природных компонентов Пензенской области.

2.1.История создания Пензенского водохранилища.

В 60-е годы прошлого века г. Пенза динамично и активно развивался и строился. Росли кварталы с новенькими пятиэтажками. Реконструировались существующие заводы и фабрики, набирали темп новые предприятия. В 1957 году закончилось строительство города-спутника Заречного. 
Поэтому потребность в воде, как для питьевого, так и для промышленного назначения постоянно увеличивалась. До ввода в эксплуатацию водохранилища забор воды осуществлялся русловым водозабором из реки Суры в районе посёлка Терновка. В летнее время, ситуация с водоснабжением становилось критической. Поэтому строительство водохранилища стало жизненно необходимым. В Пензе начинается подготовка к небывалой для нашего края стройке – сооружение рукотворного моря. Генеральным проектировщиком выступил московский институт «ГипроКомунСтрой». Специалисты этого учреждения предложили вариант комплексного водохранилища, для решения нескольких задач: мелиорации, водоснабжения, рыбоводства и создания зоны отдыха для горожан. Специально для организации строительства водохранилища, министерством водного хозяйства РСФСР в сентябре 1969 года, был создан трест «ПензаГидрострой». Перед трестом стояла сложная задача. Необходимо было подготовить к затоплению территорию на площади более 11 тысяч гектар, требовалось вырубить лес и срочно переселить более 2 тысяч человек из восьми населенных пунктов: Камайка, Алферьевка, Казеевка, Ленинка, Борок, Усть-Уза, Смычка, Старая Яксарка. В кротчайшие сроки для переселенцев было построено более 25 тысяч квадратных метров жилья в селах Алферьевка, Засечное и в новом районе - Гидрострой. Из зоны затопления переместили все животноводческие помещения, скотомогильники, деревенские кладбища, выполнили санитарную обработку территории. Впервые годы строительства, создавалась мощная производственная база треста. Были возведены бетонные и ремонтно-механические заводы, автобаза, подстанция, поселок строителей. Над сооружением гидроузла круглосуточно трудилось более 800 человек.

Строительство Пензенского гидроузла было осуществлено за 99 месяцев, с октября 1969 по декабрь 1978 года.      Настоящим праздником для гидростроителей стал день 29 июня 1976 года, когда состоялось перекрытие русла реки Суры в створе плотины. С этого момента воды реки Суры пошли по новому искусственному руслу. Гидроузел на реке Суре введён в эксплуатацию 29 декабря 1978 года. В этом году Пензенскому водохранилищу исполняется 40 лет.

Пресса назвала эту стройку – стройкой века. За восемь лет, объединенными усилиями 15 организаций, было создано одно из крупнейших в стране водохранилищ с объемом 560 млн. м³. Гладь водоема раскинулась на 110 км², общая длина плотины составила почти 3 км. Это самый крупный водоем на территории Пензенской области, выполняющий на сегодняшний день, вместе с гидроузлом, две задачи:

Гарантированное обеспечение водой города Пензы и Заречного;

Защита нижележащих территорий от затопления и подтопления во время весеннего половодья.

Гидроузел оправдал ожидания. Благодаря созданным запасам воды, стало возможным орошение сельхозугодий на площади более 60 тыс. гектаров. В верхней части водохранилища было создано полносистемное рыболовное хозяйство. Пензу уже не беспокоило паводковое затопление. Но главное было обеспечено бесперебойное снабжение двух городов питьевой водой.

2.2. Органолептический и химический анализ воды

В августе 2018 года я со своими коллегами, участниками молодежного движения «Зеленая Волна» под руководством наставников исследовала состав воды и берега этого крупного водоема Легкий бриз, волновой прибой, а также разрушения горных пород в береговой зоне - все это признаки моря, а потому называть так Пензенское водохранилище разрешено научно. Это исследование очень значимо. Дело в том, что это водохранилище является питьевым резервуаром нашего города и прибрежная часть, прилегающая к нему, - это водоохранная территория, и большое значение имеют не только те реки, которые впадают непосредственно в Сурское водохранилище, но и площадь водосбора. Экспедиция продолжалась несколько дней и исследования проводились с разных сторон водоема: с. Алферьевка, с. Старая Яксарка и пгт. Золотарёвка. Было взято несколько проб, ведь в разных частях водоема состав воды может отличаться. Чтобы провести анализ воды, мы использовали специальную переносную лабораторию «Пчелка-У-био». Первый анализ взятых проб мы проводили на месте и определяли органолептические показатели воды. Полученные результаты приведены в таблице:

Оценку цветности проводили путем сравнивания ее с дистиллированной водой на фоне листа белой бумаги при боковом освещении.

Для определения прозрачности, набирали в пробирку воду, помещали перед источником света и смотрели на нее перпендикулярно направлению света.

Определение запаха: в чистую емкость объемом 100 мл наливали исследуемую воду на 2/3 ее объема, прикрывали стеклышком и осторожно взбалтывали. Сдвинув с емкости стекло, определяли запах.

На первый взгляд вода относительно чистая, в районе с. Алферьевка и с. Старая Яксарка прозрачная, не имеет ни цвета, ни запаха. Со стороны пгт. Золотаревка вода прозрачная, но имеет желтоватый оттенок и небольшой запах тины.

Так же прямо на месте было проведено ряд исследований на содержание в воде хрома шестивалентного, хлора, железа и нитратов, измеряли PH воды. Результаты приведены в таблице:

Ph в районе с. Старая Яксарка равен 5 , следовательно вода имеет кислую среду (Приложение1). В районе с. Алферьевка и пгт. Золотаревка, Ph 6-6,5, следовательно, вода имеет нейтральную среду, ближе к кислой (Приложение1). Этот показатель очень важен, так как напрямую влияет на видовой состав обитателей водоёма. Кроме того, при низких значениях Рh сильно возрастает коррозирующее действие воды на сталь и бетон. На Ph воды оказывают влияние такие факторы как горные породы прибрежной территории, рост активности водорослей, количество дождей, таяние льда и т.д.

С помощью «Хромат-теста», входящего в состав переносной лаборатории, было определено содержание в воде шестивалентного хрома, который отличается своей токсичностью и канцерагенностью. В результате проведенного анализа, было определено, что показатели хрома при норме 0,5 мг/л, в районе с. Старая Яксарка и Алферьевка превышены в 6 раз, а в районе пгт. Золотаревка в 12 раз. Анализ по диапазонной шкале показывает примерное количество вещества в воде и, выявив такое большие содержание хрома, требуется более детальное и точное его измерение и выявление причин концентрации в водах Пензенского водохранилища. Не исключено, что хром попадает в водоем в результате стоков промышленных предприятий. В верховьях реки Суры со стороны с. Золотаревка, располагается ряд промышленных предприятий имеющих в своем составе гальванические цеха, текстильные и суконные предприятия (г. Сурск)

При определении содержания железа, на тестере диапазон определяемых концентраций мг/л составлял 0-30-50-100-1000. Во всех трех исследуемых образцах индикатор показал содержание железа 0 мг/л при ПДК 0,3 мг/л. Сравнив эти показатели с данными в период с 2006 по 2010 года, где они составляли 0,3мг/л, можно говорить о том, что содержание железа в Сурском водохранилище в пределах нормы. Если и есть превышение, то оно будет незначительным и связанно с геологическим строением водотоков, преобладанием ожелезненных песчаников.

Исследуя содержание в воде хлора, наличие которого не допускается, в с. Старая Яксарка и Алферьевка, тесты подтвердили его полное отсутствие, а в пгт. Золотаревка было обнаружено содержание активного хлора в количестве 1,2 мг/л.

Содержание нитратов в пробах воды из с. Старая Яксарка и Алферьевка, определяемое по диапазонной шкале – 0 мг/л., а в пгт. Золотаревка составило 5 мг/л. Данные показатели в пределах нормы. Сравнив эти результаты с данными за 2016 года, где содержание нитратов составляло 4 мг/л., можно сказать, что содержание нитратов в воде Пензенского водохранилища уменьшилось. Скорее всего, это связано с тем, что в этом году было более сухое лето и отмечалось меньшее количество стоков с полей в реки и водохранилище. Так как большая часть нитратов попадает в водоемы именно с полей.

Взяв пробы воды с собой, я провела дополнительное ее исследование в лаборатории детского технопарка «Кванториум». Используя анализатор качества воды TDS-3 или по-другому солемер — прибор для определения количества растворённых примесей в воде, то есть уровня её загрязнённости (или жёсткости), я определила степень минерализации исследуемых проб. Полученные данные приведены в таблице:

Жёсткость воды – совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния — так называемых «солей жёсткости». Полученные результаты свидетельствуют о том, что вода Пензенского водохранилища в районе сел Старая Яксарка и Алферьевка имеет невысокую степень минерализации и относится к категории пресных, а вода в районе пгт. Золоторевка имеет показатель, относящий ее к водам с относительно повышенной минерализацией (Приложение 2), т.е. имеет большее содержание солей кальция и магния. Большая часть запасов кальция и магния поступает в водоёмы при выветривании и вымывании минеральных отложений, таких как доломит и магнезит. Так же часто эти элементы поступает в воду со стоками промышленных предприятий. Хотя кальций и магний и считаются одними из самых важных элементов для полноценного здоровья человека, их избыток способен оказывать и пагубное влияние на организм человека. Симптомами магниевой интоксикации считают в первую очередь тошноту, рвоту и диарею. Кроме того, может появиться сонливость и дислексия, замедлиться пульс, нарушиться координация движений. Высокое содержание кальция в воде может привести к возникновению мочекаменной болезни. Из-за слишком жёсткой воды высыхает кожа, волосы тускнеют и становятся ломкими. Соли кальция и магния регулируют буферные свойства воды, связывают многие токсические вещества (соли тяжелых металлов и др.), пере­водят их в нерастворимые осадки, а также положительно влияют на развитие в организме рыб некоторых болезней.

Микроскопического анализа воды

В лаборатории «Кванториума» был проведен и микроскопический анализ всех трех проб воды. Исследование проводилось на электронном микроскопе при увеличении в 600 крат. В воде было обнаружено много живых организмов. В составе фитопланктона преобладают такие одноклеточные микроорганизмы как сине-зеленые водоросли, характерные для летнего периода. Они обитают в верхушечной толщи воды водоема и представляют собой небольшие, колонии которых образуют зеленоватую пленку на поверхности водоема. Еще был замечен самый распространённый одноклеточный организм, обитающий в стоячей воде - эвглена зеленая. Данный микроорганизм представляет собой вытянутый овальный скелет из цитоплазмы со жгутиком на одном из концов ее тела. Передвигается эвглена очень быстро, поэтому подробного рассмотрения данного одноклеточного добиться не удалось. Однако были замечены и небольшие скопления одноклеточных водорослей - хламидомонад, организмом из отдела зеленые водоросли. У данного типа имеются не только жгутики, а так же светочувствительный глазок, помогающий ей в передвижении. Был еще замечен солнечник, который достаточно быстро перемещался в области видимости микроскопа. Так же были обнаружены различные виды скопления бактерий.

Микрофлора всех трех образцов идентичная и соответствует составу, характерному для данного типа водоема, на что указывает типичное массовое размножение сине-зеленых водорослей в летнее время, называемое цветением воды. Причиной тому служит резкое сокращение скорости воды в водохранилище и образование застойных и слабо прочных зон. В результате из состава обитателей планктона водоема выпадают виды, приспособленные к жизни в проточных, речных водах, а их место занимают водоросли, приспособленные к жизни в стоячих и медленно текучих водах. Получается, что водохранилище, в отличии от естественных водоемов, не представляет собой сбалансированную, экологическую систему, способную к саморегулированию. К факторам, обуславливающим цветение воды в Пензенском водохранилище можно отнести так же большое содержание на дне водоема органики – остатков древесины, почвы, торфа и т.д., которая оказалась в зоне затопления в период строительства плотины. В результате всего вышеперечисленного в водохранилище резко сокращается и исчезает численность представителей фитопланктона потребляющих первичную продукцию. А это типичный пример дисбаланса в экосистеме, когда численность видов нижестоящего трофического уровня, не контролируется вышестоящими. Плотины вызывают заболачивание пойм выше водохранилищ и нарушают режим поемности ниже их. Отсутствие весеннего половодья ведет к быстрой деградации старичных водоемов, уменьшению рыбных запасов и сокращению видового разнообразия животных и растений. Как показывают наблюдения, после постройки Сурского водохранилища, в пределах Пензенской области, исчез редкий вид растений – рогульник плавающий, занесенный в Красную книгу РФ. Однако воздействие водохранилища на биоразнообразие нельзя считать однозначно негативным. По данным ученых, постройка такого крупного водоема, как Пензенское водохранилище, в лесостепи привлекло на гнездования, а так же отдых вовремя перелетов многих видов птиц, в том числе и редких. В результате чего Пензенское водохранилище может быть отнесено к ключевым орнитологическим территориям международного значения.

Заключение.

Безусловно, строительство Пензенского водохранилища сопровождалось нанесением большого ущерба водным экосистемам. К сожалению, он никем не оценивался, основной задачей было обеспечение населения городов Пензы и Заречного водой. При строительстве Пензенского гидроузла в связи с необходимостью сдачи объекта в сжатые сроки, были допущены действия, нанесшие серьезный экологический ущерб. Почва и торфяные залежи на большой части дна этого водоема не были удалены и вывезены. Ценный массив ильмовой дубравы, ранее входивший в Пензенский заповедник, был вырублен. Высококачественная древесина из-за спешки проведения работ в основном не вывозилась, а сжигалась на месте. Пни не были раскорчеваны, они и сейчас напоминают о себе при понижении уровня воды в водохранилище. Все это привело к повышению содержания органических веществ в воде и ускоренному илонакоплению на дне водохранилища.

До постройки Пензенского гидроузла пойма р. Сура на отрезки от города Пенза до села Засечное, представляла собой достаточно хорошо сохранившийся природный комплекс. Сток реки не регулировался плотиной и на рассматриваемой территории не нарушались процессы жизнедеятельности поймы. Еще в 60 годы прошлого столетия, воды реки Сура выше города Пензы были сравнительно чистыми. Показателем этого была высокая численность рыб и особенно чувствительных к загрязнению речных раков. Особенно сильные изменения в жизни водных биоценозов начались в конце 70-х – начале 80-х гг. когда сток реки начал регулироваться плотиной Пензенского гидроузла и течение ее замедлилось. В этот период значительно снизилась численность рыб не только ценных промысловых пород (сом, щука, судак), но и таких как елец, пескарь подуст. Так же, на рассматриваемом участке русла исчезла стерлядь. Если в 70- е гг. ее, хотя и редко, отлавливали рыболовы любители, то, начиная с 1980 г., никакой информации об этой рыбе получить, не удалось. В тоже время возросла численность уклейки и леща. Последний стал основным промысловым видом, отлавливаемый рыболовами любителями.

Но водоем существует и уже почти полвека радует нас своей неописуемой красотой. Сорок лет назад воды Суры, повинуясь воли человека, потекли по новому руслу, образовавсамый большой водоём Пензенской области, благодаря чему существенно увеличились водные ресурсы региона. И не найдётся в Пензе людей, которые ни разу не были на его берегах и не наслаждались дивными пейзажами родного Сурского края! Сейчас наша первостепенная задача состоит в том, чтобы сохранить его для будущих поколений. Значительный рост населения, резкое увеличение промышленных, сельскохозяйственных, транспортных, энергетических и других антропогенных выбросов в реки, питающие Сурское водохранилище привели к нарушению качества воды, появлению в нем  отличных от естественной природной среды химических, радиоактивных и биологических веществ.

По результатам проделанной работы, можно сделать следующие выводы:

Пензенское водохранилище используется для водоснабжения городов Пенза и Заречный.

Химический состав поверхностных вод, исследуемого водоема, показывает, что самое большое превышение показателей ПДК наблюдается по шестивалентному хрому. Важно знать! Соединения шестивалентного хрома, при больших концентрации в окружающей среде, могут вызвать раковые заболевания у животных и человека, живущих в этой среде.

Со стороны пгт. Золоторевка, по сравнению с другими исследуемыми точками, уровень загрязнения химическими элементами значительно выше.

Вода в пробах со стороны с. Алферьевка и с. Старая Яксарка умеренно загрязненная, а со стороны пгт. Золоторевка – загрязненная.

Повышенное содержание химических элементов в водотоках может иметь как природный, так и антропогенный характер.

На основе приведенных данных можно заключить, что Пензенское водохранилище, как всякий искусственный водоем, нуждается в системе мероприятий, направленных на борьбу с загниванием и зарастанием. Кроме того, необходима целенаправленная работа по оптимизации видового состава, ихтиофауны и воспроизводству численности наиболее ценных промысловых рыб.

 Вопросы экологической безопасности Пензенского водохранилища - одни из самых острых и требуют реализации ряда мероприятий направленных на охрану этого водоема.     

Для улучшения экологического состояния берегов водохранилища необходимо контролировать выбросы промышленных предприятий, которые осуществляют сток опасных веществ в воды рек, питающих Пензенское водохранилище.

Проводить работы по очистке берегов от упавшего леса. В целях уменьшения эрозии почвы в водоохраной зоне посадить защитные лесополосы.

Учащиеся сельских школ, расположенных в прибрежных населенных пунктах, совместно с участниками движения «Зеленый патруль», в рамках проекта «Зеленая волна» могут проводить работы по очистке берегов Пензенского водохранилища от мусора.

Запретить стихийный отдых, который ведет к сильному загрязнению побережья бытовыми отходами, порче лесных насаждений и пожарам. Благоустройство этой зоны, создание здесь соответствующей инфраструктуры могло бы не только сохранить Пензенское водохранилище, но и приносить большие доходы.

Проводить научно-исследовательские работы по внедрению различных методов очистки воды, отработке гидравлического режима работы водосбросного сооружения.

Пензенское водохранилище – это настоящее богатство Пензенского края и нам всем сегодня нужно объединиться и встать на его защиту, чтобы наши дети не думали о том, где достать каплю чистой воды. Чтобы в нем можно было купаться и не бояться, чтобы рыбу можно было употреблять в пищу и ее всегда было много.

Список используемой литературы:

А.И Иванов, Н.В Чернышов, Е.Н.Кузин «Природные условия Пензенской области. Современное состояние» монография 2017 г.

П.Х. Зайдфудим, А.И.Иванов, В.Н.Чупис «Стратегия и механизмы инновационного развития долины реки Суры (конвергентное проектирование)» том 1 2011 г.

А.И. Иванов, В.Ю. Ильин, Е.А. Дудкин «Водно-болотные угодья Пензенской области» 2016 г.

https://www.syl.ru/article/337571/surskoe-vodohranilische-opisanie-otdyih-na-surskom-vodohranilische

http://alfaeco.su/shop/ekopribory/analizator-kachestva-vody-tds-3/#

http://ekolog.org/books/37/2_2_4.htm

http://www.gosthelp.ru/text/GN21568998Predelnodopusti.html

Приложения:

Приложение 1

Таблица. Классификация природных вод в зависимости от значений рН

Приложение 2

Таблица определения степени минерализации воды