VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Мониторинг экологического состояния реки Подкумок

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Черкасова А.К. 1

---

1МБОУ СОШI №1, МБУДО ЦДТЭиТ

Извекова Т.Г. 1Извекова Е.Ю. 1

---

1МБОУ СОШ №1 им. М.Ю. Лермонтова Г. Пятигорска

Работа в формате PDF

312.4 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя

Введение

Брат Синих гор, Подкумок,

Скажи мне, дай ответ:

Какую в сердце думу

Хранишь ты сотни лет?

Река Подкумок вместе с Кумой и Малкой относятся к главным рекам особо охраняемого эколого-курортного региона Российской Федерации -Кавказские Минеральные Воды. Река Подкумок пересекает с юго-запада на северо-восток весь район Кавминвод. Начало свое она берет у Дарьинских высот близ Кисловодска и впадает справа в реку Куму у города Георгиевска. На его берегах расположены города Кисловодск, Ессентуки, Пятигорск, Георгиевск, а также много других населённых пунктов. Состояние реки Подкумок вызывает большую тревогу учёных и общественности, поскольку эта река выполняет важные экологические функции, формируя значительную часть ландшафтной структуры курортного региона, а также являясь одним из источников питания подземных минеральных вод. Поэтому проблема экологического состояния реки Подкумок очень актуальна. Начиная с середины прошлого века, в бассейне реки комитетом по водному хозяйству Ставропольского края проводится постоянный мониторинг качества поверхностных вод. В районе города Пятигорска имеется только один контрольный створ ниже города, которого недостаточно для анализа факторов загрязнения. В нашей школе с 1988 г. работает ШНО учащихся. Экологическая секция научного общества «Экология и природопользование» изучает природные условия особо охраняемого эколого-курортного региона Кавказские Минеральные Воды, проводят исследования, разрабатываются проекты, участвуют в мониторингах, социологических опросах, и экологических десантах. Изучение экологического состояния реки Подкумок в экологической секцией клуба «Премьер» было начато ещё в 1998 г. в условиях лаборатории МОУ СОШ №1, а затем продолжено в лаборатории геоэкологии и природопользования при поддержке кандидата геолого-минералогических наук, доцента СГУ Б.Л. Годзевича, преподавателя химии и экологии МОУ СОШ №1 города Пятигорска Е.Ю. Извековой. Основываясь на уже собранные материалы по экологическому состоянию реки Подкумок, хранящиеся в архивах школьного экологического общества, нами была продолжена работа по изучению изменения экологического состояния вод и поймы реки Подкумок. Практическая значимость - работа может быть использована: на уроках экологии в средней и высшей школе; в средствах массовой информации; в качестве пропаганды экологической культуры населения, при проведении социологических опросов.

Цель работы: изучение историко-культурного наследия, экологического состояния реки Подкумок выше города Пятигорска за последние три года, проведение мониторинга изменения экологического состояния воды реки Подкумок в связи с увеличением антропогенной нагрузки

Задачи: изучение литературного и исторического материала, связанного с историей КМВ; географическое описание и геоэкологическая характеристика реки; комплексное исследование воды реки Подкумок; экологическая оценка поймы реки Подкумок.

2. Материал и методика исследований

В качестве материала для исследования были взяты пробы воды реки выше города Пятигорска. Заборы воды были взяты 15 мая, 30 августа 2013 года. Исследования проводились по методике Алексеева С.В., Груздева Н.В., Грушина Э.В., изложенной в «Экологическом практикуме школьника» 2005, по методикам Ихер Т.П., Шиширина Н.Е. и др. «Комплексный анализ пресноводных систем» 2003, «Бентосные беспозвоночные малых водоемов» 2003, а также были использованы «Методы определения вредных веществ в воде водоемов» 1981, под редакцией члена-корреспондента АМН СССР, профессора А.П.Шицковой. Определение органолептических показателей и химический анализ воды проводились в условиях химической лаборатории под руководством преподавателя химии Извековой Е.Ю. Определение бактериологических показателей проводилось в лаборатории Роспотребнадзора, городского центра гигиены и эпидемиологии Пятигорска. Исследование воды реки Подкумок проводилось по следующим параметрам: определение органолептических и общесанитарных показателей; степень бактериологического загрязнения, а также производилась оценка качества воды методом биоиндикации. Полученные результаты в процессе исследования воды реки Подкумок сравнивались с общими требованиями к составу и свойствам воды (Сан Пин 2.1.5 980-00) и показателями прошлых лет (использовались ранние работы ШНОУ). Так же проводилось визуальное исследование загрязнения поймы реки Подкумок.

Основная часть

3. Обзор литературы

Первые литературные источники, включающие количественные измерения и описания реки Подкумок содержатся в трудах академика Иогана Антона Гильденштедта (1745 г., Рига – 1781г., Петербург) исследовавшего в 1771-1773 гг. минеральные источники в подошве Машука по заданию Российской академии наук. К сожалению, в настоящее время литературы с описанием комплексного состояния реки Подкумок встретить сложно, поэтому при создании проекта мною были использованы материалы из различных сборников, периодической печати и интернет сайтов. Наибольший вклад в создание проекта имели научные труды, учебники и статьи Годзевича Б. Л. кандидата г.-м н, доцента СГУ. При создании проекта были также использованы научно-практические работы участников ШНОУ Вахминой Е. (1999г.), Усовой О. (2003-2005), Кузьминой В. (2005-2007), Долговой В. (2009-2010), Крымовой А. и Даррагом О. (2014 - 2016).

Подкумок стал вдохновителем многих художник, поэтов и писателей, и даже композиторов, причем как классиков, так и современников. Одним из них стал В.А.Хачиков, создатель книги «Пятигорск - вечно юный и прекрасный», также были использованы произведения М.Ю.Лермонтова «Измаил-Бей», «Герой нашего времени»; С.Рыбалко «Легенда о Подкумке». Также были использованы Интернет-материалы по данной теме. С историей нашего региона, его городами, возникшими в начале как крепости и станицы, с Подкумком, неразрывно связаны имена выдающихся личностей России. Первые количественные измерения и описания реки Подкумок содержатся в трудах академика Иогана Антона Гильденштедта (1745г. Рига – 1781г. Петербург) исследовавшего в 1771-1773 гг. минеральные источники в подошве Машука по заданию Российской академии наук. В период исследований пятигорского края И.А. Гильденштедтом местность была частью Большой Кабарды и принадлежала князьям Тархановым из рода Джамбулата. В начале июня 1820 года на КМВ впервые приехал А.С. Пушкин, здесь он впервые увидел стремительно несущийся с гор Подкумок. Спокойная и величавая Нева не шла ни в какое сравнение с неукротимым характером горной реки. В Кисловодске поэт любовался говорливой Ольховкой, которая, сливаясь с Берёзовой, несёт свои воды в Подкумок. Со старшим сыном генерала Раевского, Пушкин сиживал на берегу этой реки и вслушивался в её мелодию. На берегах Подкумка происходили события, описанные М.Ю. Лермонтовым в романе "Герой нашего времени»: "Вчера я приехал в Пятигорск, нанял квартиру на краю города, на самом высоком месте, у подошвы Машука… ", - такими строками начинается "Княжна Мери" и знакомство читателей с лермонтовским Пятигорском. Очарованный красотой местных гор М.Ю. Лермонтов в 1837 году написал картину «Вид Пятигорска» (см. Приложение 2), на которой отразил красоту не только снеговых гор, но и особенности местности Пятигорска: слева – Горячая гора, внизу –город и река Подкумок. Также Подкумок упоминается в произведении Лермонтова Измаил-Бей: "Давным-давно, у чистых вод, Где по кремням Подкумок мчится, Где за Машуком день встает, А за крутым Бешту садится...Еще одно упоминание о Подкумке можно найти в воспоминаниях бывшего сослуживца М.Ю.Лермонтова по Гродненскому гусарскому полку А.И. Арнольди, вспоминавшему о своем пятигорском жилище: «...подле нас жил Лермонтов со Столыпиным, а за ними Глебов с Мартыновым. С галереи нашей открывался великолепный вид: весь Пятигорск лежал как бы у ног наших, и взором можно было окинуть огромное пространство, по которому десятками рукавов бежал Подкумок…». Попал под очарование Подкумка и расположенного на его берегах Пятигорска композитор М. И. Глинка. Впервые на Кавказ он приехал в 1823 году. Позднее в своих "Записках" он писал: "Вид теперешнего Пятигорска в то время был совершенно дикий, но величественный…так же, как и теперь, тянулся величественно хребет Кавказских гор, покрытых снегом, так же по равнине извивался ленточкой Подкумок". На берегах Подкумка жил и работал другой известный русский композитор А. А. Алябьев. В Пятигорске он написал несколько широко известных произведений, в частности, "Кабардинскую песню" и "Черкесские песни". Здесь у композитора возник замысел создать оперу на тему Пушкинского «Кавказского пленника». Современных поэтов и писателей, так же не оставили равнодушными воды Подкумка. « И прошумел Подкумок: «Я с вечностью дружу»…»- вот строки из «Легенды Кавказа» Сергея Рыбалко, современного поэта, нашего земляка.

3.2 Краткая физико-географическая и геологическая характеристика

реки Подкумок и его прибрежной зоны

Река Подкумок является правым притоком реки Кумы и представляет собой горную реку. Она берёт начало на Скалистом хребте Большого Кавказа, на территории Карачаево-Черкесской Республики. Общая длина реки 155км. Площадь водосброса 2220км. В районе Пятигорска река представлена своим средним течением и имеет среднюю ширину 20 – 30м, а глубину 0,5 – 1,5 м/с. Русло реки очень извилисто, имеет целый ряд петель и рукавов. Его дно сложено галечником, песком, валунами. Русло реки подвергается весьма сильным деформациям, что приводит к образованию наносных островов. После паводков и при повышении уровня воды в реке острова эти затопляются. Питание реки смешанное за счёт дождевых, талых и подземных родниковых вод. Средний годовой расход воды около 7м 3 в секунду. Часть стока по трещинам инфильтруется в водоносные горизонты, служит источником подземных вод (Годзевич, 2002). Подкумок принимает большое количество мелких притоков, берущих начало в горах, один из которых, река Юца, впадает в него справа, в черте южной части города Пятигорска. Режим реки непостоянный. Паводки происходят весной при снеготаянии и летом в период максимального выпадения дождей. В 2002 году экстремальный паводок нанёс большой ущерб жилым застройкам, были снесены мосты, инженерные коммуникации, нарушено железнодорожное и автотранспортное сообщение, не удалось избежать человеческих жертв и серьёзных техногенных разрушений, которые в наиболее тяжёлой форме проявились в городах – курортах Ессентуки, Кисловодск и Пятигорск. Река Подкумок течёт в выработанной долине, шириной 2 – 4км, с хорошо выраженной поймой и тремя надпойменными террасами. Пойма разделяется на низкую и высокую поймы (до 3 – 4м), постоянно заливаемые в летние паводки. Террасы разделяются на первую (высота 10 – 15м) и вторую (20-25 м) надпойменные, которые получили название пятигорских и имеют поздне-четвертичный возраст. На них находится нижняя часть Пятигорска. Третья надпойменная терраса (джамагатская) высотой 40 – 60м, занимает обширное пространство междуречья и относится к среднечетвертичной эпохе. Подкумок производит интенсивную боковую реже глубинную эрозию, разрушая берега, что вызывает периодичные обвалы краевых частей террасы и оползни на склонах гор. Долина реки Подкумок в районе города Пятигорска очень живописна и привлекает туристов и отдыхающих. Она обрамляется живописной группой гор - диапиров Пятигорска – Машук, Лысой, Бештау, являющихся главными природными достопримечательностями пятигорского курорта, памятниками природы краевого значения (Годзевич 2004) (Приложение 2, рис. 1,2,3).

3.3 Флора и фауна реки Подкумок

Растительный и животный мир Подкумка и его прибрежной зоны неоднозначны на разных участках реки. Исток реки находится довольно высоко над уровнем моря, поэтому там встречаются представители горной флоры и фауны (асфоделина тонкая, асфоделина крымская, катран, шпажник и т.д.). В прибрежных зарослях встречаются разные виды насекомых (жужелица кавказская, яркие бабочки: адмирал, крапивница, павлиний глаз и др.). Однако стоит отметить, что в целом наблюдается тенденция к обеднению видового состава растений и животных реки и ее прибрежной зоны. Связано это с все более интенсивным освоением Подкумка человеком, который к тому же засоряет реку. Человек все больше и больше заселяет берега реки, уничтожая дикую флору и фауну. Ее разнообразие заменяется немногочисленными видами - урбанистами, способными выдержать соседство с человеком (грачи, сойка, воробьи, серая крыса, различные виды синиц, серая ворона, комары, мухи, осы, капустная белянка и т.д). В самой реке встречаются караси, плотва и другие виды рыб, не особенно требовательные к чистоте воды. Наличие пиявок говорит о средней степени загрязненности реки. Обеднению живого мира реки, способствует прохождение многих ее малых притоков через города, где в жилой зоне они превратились в сточные канавы, а в промышленной в них сбрасывают свои отходы промышленные предприятия. Поэтому в Подкумке крайне редко можно встретить требовательные к чистоте воды виды, как форель, бокоплав гамарус, ручейник, поденка. Среди растений встречаются прибрежные виды (горец птичий, почечуйный, тополь белолиственница, различные виды злаков, череда трехраздельная, тополь черный, конский щавель, цикорий, подорожники). По берегам можно встретить заросли терновника, различные виды ив, свидину, хвощ и прочие растения, сопутствующие человеку. В верховьях реки можно встретить ольху черную. Обеднению фауны реки способствует и вырубка лесов на берегах и замена их сельскохозяйственными полями, на которых используются гербициды, пестициды, удобрения. В результате река мелеет и загрязняется ядами. В связи с улучшением экологического состояния вод реки Подкумок в последнее время в реке увеличилась популяция речных рыб: карасей, плотвы и других видов рыб (Приложение 2, рис.9)

3.4 Экологическая характеристика реки Подкумок

Нами был проведен анализ данных мониторинга состояния реки Подкумок, приведенный в государственных докладах «О состоянии окружающей природной среды Ставропольского края», за период с 1996-2017 гг., проводимый Росгидрометом РФ. Река Подкумок находится в пределах обширного артезианского бассейна, который отличается большим разнообразием состава подземных вод, тесно связанных с поверхностными. Поэтому чистота, качество и количество поверхностных вод этого региона приобретают особое значение для формирования и надлежащего поддержания целебных источников. Река Подкумок протекает в черте г. Пятигорска на протяжении 12 км. Контроль качества воды р. Подкумок ведется по бактериологическим и химическим показателям. Дифференцированная оценка степени загрязнения по видовому разнообразию и показательному значению таксонов проводится по системе Вудивисса и её модификациям (Руководство по гидробиологическому мониторингу…, 1992; Ганьшина, Горидченко, 1994; Методы изучения состояния…, 1996; Боголюбов, 1997). По системе Грехема, видоизменившего систему Вудивисса, индекс загрязнения поверхностных вод колеблется от 1 до 6 (такая классификация оценки качества вод принята в зарубежных странах и положена в основу ГОСТ 17.1.2.04-77 и ГОСТ 17.13.07-82, а также инструктивно-методических документов служб Росгидромета и Госсанэпиднадзора России): 1 – самые чистые воды; 2 – чистые воды; 3 – воды удовлетворительной чистоты; 4 - загрязнённые воды; 5 – грязные воды; 6 – очень грязные воды. В результате определения уровней загрязнения речных вод по отдельным створам можно получить обобщённую характеристику и оценку хозяйственной значимости водотоков с точки зрения экологического благополучия: воды 1 класса экологически полноценные, могут использоваться для питья, рекреации, рыболовства и орошения; воды 2 класса экологически полноценные, имеют питьевое значение, могут использоваться для рекреации, рыболовства и орошения; воды 3 класса экологически полноценные, могут использоваться для питья с предварительной очисткой, а также для рыболовства и орошения; воды 4 класса экологически неблагополучны, имеют ограниченное применение в рыболовстве и для орошения, пригодны для технических целей; воды 5 класса экологически неблагополучны, имеют техническое значение; воды класса экологически неблагополучны, мёртвые, применяются для технических целей с предварительной очисткой. В 1996-97 гг. участок реки Подкумок в пределах города Пятигорска являлся наиболее загрязненным. Здесь наблюдалось повышенное содержание следующих загрязняющих веществ: железо общее, нефтепродукты, сульфаты. Загрязняющие вещества были представлены нефтепродуктами, нафтеновыми кислотами, фенолами в виде чистого продукта и водно-продуктовой эмульсии в количествах значительно превышающих ПДК (концентрация нефтепродуктов составляла 100-600 ПДК). Вода в створе оценивалась как «загрязненная» - 4 класс. Анализ гидрохимических данных в 1998 году показал, что качество воды в наблюдаемых створах, оценивалось как умеренно загрязненное и загрязненное (3-4 класс). Один из наиболее загрязненных участков реки Подкумок был расположен ниже города Пятигорска. В 1999 году качество воды в реке Подкумок ухудшилось и оценивалась как «грязная» (5 класс). В 2000 году анализ гидрохимических данных показал, что качество воды оценивается как «умеренно- загрязненное» (3 класс). В 2001 году качество воды осталась на уровне 2000 года, классифицируется как «умеренно загрязненная» (3 класс). В 2002 году вода в реке Подкумок в пределах города Пятигорска оценивалась, как «загрязнённая» (4 класс). В воде наблюдалось повышенное содержание следующих загрязняющих веществ: железо общее, нефтепродукты, сульфаты. Анализ гидрохимических данных в 2003 - 2007 годах показал, что качество воды в наблюдаемых створах, оценивалось как «умеренное загрязнённое» (3 класс). По данным Государственного Доклада «О санитарно-эпидемиологической обстановке в г. Пятигорске в 2016 году» объем стока ливневых вод в городе составил 5,37 млн. м в год. Вместе с поверхностными стоками в реку Подкумок поступило 11,8 тыс. тонн загрязненных веществ, в том числе нитраты - 143 т., взвешенные вещества - 147,5 т., фосфаты - 0,7 т., нефтепродукты - 0,3 т., сульфаты -2435,4 т., сухой остаток - 6804,5 т., хлориды - 193,0 т. В 2017 году качество воды качество воды реки Подкумок улучшилось, по сравнению с предыдущим, 2016 годом, но сохраняется бактериальное загрязнение. По результатам санитарно-бактериологических исследований, процесс обеззараживания сточных вод осуществлялся в соответствии с санитарными требованиями, воды неочищенные в реку не сбрасывались (Госдоклад «О санитарно-эпидемиологической обстановке в городе Пятигорске в 2017 году») Качество воды оценивается 2 классом. Результаты изменения экологического состояния вод реки Подкумок представлены в графике. (Диаграмма №1, график №1, рис.1)

4.Результаты исследований

4.1. Органолептические показатели

При анализе воды под органолептическими показателями понимают те, которые определяют внешний вид воды и воспринимаются органами чувств. Исследования проводились по методикам А.П. Щицковой, Т.П. Ихер, СВ. Алексеева, СЕ. Мансурова и сравнивали с общими требованиями к составу и свойствам воды (СанПин 2.1.5.980-00).

4.1.1Определение запаха (Приложение 2, рис. 15)

Запах зависит от загрязнения воды химическими веществами, живущими и отмирающими микроорганизмами и т.д. Определение запаха проводили след. образом: заполнили колбы пробами воды на 1/3 объема, закрыли пробками; взболтали содержимое колб; затем открыли колбы и осторожно, неглубоко вдыхая, определили, что исследуемая вода, собранная в мае запаха не имеет, а в пробах взятых в августе- слабый (1 балл). Испытание повторили при нагреве воды до 60 С (поместили колбы в горячую воду). После нагрева воду в колбах взболтали, открыли - запах не ощущался.

4.1.2 Определение цветности

Цвет природной воды обусловлен наличием в ней гуминовых кислот, загрязнений промышленных предприятий, соединений железа, цветных водорослей. Цветность определяли след. образом: за эталонный раствор приняли дистиллированную воду; заполнили пробирку пробами воды на высоту 10 см; на белом фоне (лист бумаги) рассмотрели содержимое пробирки сверху в проходящем естественном свете; сравнили с эталонным раствором. В результате выяснили, что цвет исследуемой воды незначительно отличается от эталонного раствора - имеет слабый серо-желтый оттенок.

4.1.3 Определение прозрачности

Суммарное количество взвешенных частиц в воде влияет на ее прозрачность. Прозрачность также определил визуально, след. образом: в стеклянный цилиндр с плоским дном налили исследуемую воду (предварительно взболтав) на высоту 30 см; поместили цилиндр над газетным текстом стандартного шрифта на высоте 4 см; постепенно отливая воду из цилиндра, определили что высота столба, сквозь который текст можно прочитать, 12.5 см. Анализируя все результаты, полученные в результате эксперимента, можно сделать вывод о том, что вода в реке Подкумок малопрозрачная и без специальной очистки не может быть использована для питья (доступная прозрачность питьевой воды должна быть не менее 30см).

4.2 Химические методы исследования воды

4.2.1Водородный показатель (рН)

Водородный показатель в большинстве природных вод находится в пределах от 6,5 до 8,5 и зависит от соотношения свободного диоксида углерода и бикарбонат-иона. В результате происходящих в воде химических и биологических процессов рН воды может быстро изменяться, и этот показатель мы определили сразу же после отбора пробы с помощью специального прибора (рН-метра). Метод основан на измерении разности потенциалов, возникающих на границах между внешней поверхностью стеклянной мембраной электрода и исследуемым раствором, с одной стороны и внутренней поверхностью мембраны и стандартным раствором - с другой.

4.2.2 Содержание растворённого в воде кислорода

Содержание растворённого в воде кислорода имеет большое значение при оценке санитарного состояния водоёмов. Снижение его содержания указывает на резкое изменение биологических процессов в водоёме, на загрязнение водоёмов веществами биохимически-интенсивно окисляющимися. Содержание кислорода мы определили иодохимическим методом по Винклеру след. способом: взяли пробы на кислород и зафиксировали его на месте сразу после отбора пробы - для этого ввели 1 мл сульфата марганца и 1 мл щелочного раствора йодита калия; склянку доставили в лабораторию, добавили 5 мл хлористоводородной кислоты. Йодистые соединения окисляются, выделившийся йод окрашивает раствор в жёлтый цвет. Затем титровали 0,02 н раствором тиосульфата натрия до слабо жёлтого цвета, добавили 1 мл раствора крахмала, продолжая титровать до исчезновения синей окраски. Содержание растворённого в воде кислорода (мг/л) рассчитали по формуле: X=A*H*8*1000/V-2, где А - количество раствора тиосульфата, пошедшего на титрование; Н - нормальность раствора с учётом поправки; 8 - эквивалентная масса кислорода; V - объём пробы в склянке 2 - объём воды выделившийся при введении реактивов для фиксации кислорода. По общим требованиям к составу и свойствам воды и водных объектов растворённый кислород не должен быть менее 4 мг/дм3 в любой период года в пробе. Сравнивая их с полученными данными, можно сделать вывод: содержание кислорода в пробах воды, взятых в контрольные дни, соответствует норме, даже превышает его, почти в 2 раза (табл. 3).

4.2.3 Определение щелочности

Под щелочностью понимают способность некоторых компонентов, содержащихся в воде, связывать эквивалентное количество сильной кислоты. Щёлочность создают все катионы, которые в воде были уравновешены гидроксид-ионами, анионами слабых кислот (карбонатов, гидрокарбонатов). Щёлочность определяется количеством сильной кислоты, необходимой для замещения этих анионов. Расход кислоты эквивалентен их общему содержанию в воде и выражает общую щёлочность воды. Щелочность определили след. методом: отмерили 100 мл исследуемой воды, добавили метиловый оранжевый индикатор (2 капли) и титровали на белом фоне в присутствии контрольного раствора 0,1 н раствора хлористоводородной кислоты до начала перехода окраски метилового оранжевого из жёлтой в оранжевую. Расчёт общей щёлочности (мг-экв/л) вычисляем по формуле: М=В*К*1000= В*К*100 V, где В - объём 0,1 н раствора HCL, израсходованный на титрование по метиловому оранжевому; К - поправочный коэффициент 0,1 н раствора хлористоводородной кислоты. V - объём пробы, взятой для определения. По общим требованиям к составу и свойствам воды водных объектов она не должна превышать 4-4,5 мг-экв/дм. Значение щёлочности практически соответствует норме. Лишь незначительно превышает её в пробах взятых в реке Подкумок в мае и августе 2017 года(табл. 4).

4.2.4 Определение сухого остатка

Сухой остаток характеризует общее содержание растворённых в воде минеральных и частично органических веществ, температура кипения которых превышает 110 С, нелетучих с водяными парами и неразлагающихся при указанной температуре. Определение сухого остатка произвели после прокаливания весовым путём - это разность между весом чашки с осадком и весом пустой чашки. По количеству сухого остатка судят о степени минерализации воды. По общим требованиям к свойствам воды водных объектов Сан Пин 2.1.5.980-00 минеральный состав воды по сухому остатку не должен превышать 1000 мг/дм3. Данные, полученные в результате исследований, соответствуют норме и не зависят от времени года (табл. 8).

4.2.5 Определение жёсткости

Общая жёсткость воды обусловлена присутствием растворённых соединений кальция и магния и колеблется в широких пределах в зависимости от типа пород и почв, слагающих бассейн водосбора, а также от сезона года. По ГОСТ 2874-73 «Вода питьевая» общая жёсткость не должна превышать 7 мг-экв/л. Жесткость определили так: взяли 50 мл исследуемой воды развели её дистиллированной водой до объёма 100 мл.; добавили 5 мл буферного раствора и индикатор хром тёмно-синий и титровали 0,05 н раствором трилона Б до изменения окраски в эквивалентной точке из оранжевого в тёмно-синий: Расчет провели по формуле: X=A*0,05*K*1000/V, где А - количество раствора трилона Б, израсходованного на титрование пробы (мл) К - поправочный коэффициент раствора трилона Б V - объём пробы воды, взятой для титрования (мл). По общим требованиям к составу и свойствам воды водных объектов она не должна превышать 4-4,5 мг-экв/дм. Жесткость воды в реке Подкумок незначительно превышает норму. (табл. 5) (данные ГОСТа от 2874-73 (7мг-экв/л)). Результаты исследования приведены в таблицах (табл. 6,7).

4.2.6 Содержание ионов кальция и магния

Соли кальция и магния входят в состав всех поверхностных и подземных вод. Их содержание обусловлено геологическими условиями бассейнов рек и водоносных горизонтов подземных вод, а также сбросами сточных вод.Содержание ионов кальция определили так: в коническую колбу влили 100 мл исследуемой воды; добавили 2мл 2 н раствора гидроксида натрия и 10 мг сухой смеси индикатора, титровали раствором трилона Б (сухой индикатор - смесь 0,5 мурексида и 100 г хлорида натрия растертого в ступке в тонкий порошок) при энергичном помешивании до перехода окраски от красного цвета к лиловому. Содержание ионов кальция рассчитывали по формуле: Сса = А1*0,05100*1000 = 0,5*А, где А- количество раствора трилона Б, израсходованного на титрование. Содержание магния рассчитывали по формуле: Х=А-В, где А - общая жесткость (мг-экв/л), В - содержание кальция (мг-экв/л). Суммарное количество ионов кальция и магния составляет общую жесткость воды. Результаты исследования приведены в таблицах (табл. 6,7).

4.2.7 Определение солевого состава.

4.2.7.1 Реакции на наличие хлорид-аниона

В поверхностных водах количество хлоридов зависит от характера пород слагающих бассейн реки. Содержание хлорид-анионов мы определили след. методом: взяли 50 мл исследуемой воды, Добавили 1 мл хромата калия, затем титровали раствором нитрата серебра до появления слабо-оранжевого оттенка. Содержание хлоридов вычисляли по формуле (мг/дм ): X=A*K*H*1000/V, где А - количество нитрата серебра, израсходованного на титрование (мл) К - поправочный коэффициент раствора нитрата серебра Н - количество хлоридов, соответствующее 1 мл раствора нитрата серебра (мг) V - объём пробы, взятой для определения (мл). В соответствии с СанПин содержание хлоридов не должно превышать 350 мг/дм3. Результаты наших исследований показывают, что содержание хлоридов в воде реки значительно ниже нормы. Содержание хлоридов в пробах, взятых ниже города (по данным лаборатории городского центра гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора Пятигорска), незначительно превышает их содержание в пробах, взятых выше города (табл. 9).

4.2.7.2 Реакции на наличие сульфат-анионов, нитрит- и нитрат-анионов

Содержание сульфатов в пригородных водах обусловлено выщелачиванием горных пород, биохимическими процессами. Сульфаты попадают в водоёмы и со сбросами различных сточных вод. Исследования на содержаниесульфат-анионов проводили так: 100 мл исследуемой воды поместили в стакан, прибавили 2-3 капли индикатора метилового оранжевого и выпарили до 50 мл. После раствор профильтровали. Фильтрат вместе с промывными водами вновь выпарили в стаканчике до 50 мл. Раствор довели до кипения и при помешивании внесли 10 мл 5% гор раствора ВаС12. Раствор с получившимся осадком на водной бане нагрели до t 80-90^о. Раствор осветлился, проверили полноту осаждения, прибавляя к раствору 1-2 капли ВаС12 (муть отсутствовала) - осаждение полное. Стакан накрыли часовым стеклом нагрели в течение 2 ч. на водной бане, после чего оставили при комнатной t° до следующего дня. Раствор отфильтровали. Осадок на фильтре промыли несколько раз горячей дистиллированной водой до отр. пробы на CL (+AgN03). Фильтр с осадком поместили в прокаленный взвешенный тигель. Прокалили в муфельной печи до получения осадка белого цвета. Охладили в эксикаторе, взвесили, вновь прокалили до постоянной массы. Расчёты произвели по формуле: X=(A-B)*0,4115*1000/V, где А - m тигля с осадком (мг), В - m тигля (мг) 0,4115 - коэффициент для пересчёта BaS04 на S04 " V - объём пробы. Содержание сульфатов в воде реки Подкумок значительно ниже нормы (500мг/л), что свидетельствует о снижении количества неочищенных сточных вод в реку в последние годы. ( табл. 10). Данные по содержанию аммиака, нитритов и нитратов были представлены лабораторией городского центра гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора Пятигорска. Время и место забора воды идентичны. Концентрация аммиака, нитритов в воде реки Подкумок соответствует норме, (табл. 11, 12), а концентрация нитрат-ионов превышает норму в 2-2,5 раза. Это объясняется смыванием удобрений с полей, а также стоками промышленных и частных предприятий. Причём показатели нитратов в створах воды, взятых выше города превышают показатели нитратов в створах воды, взятых ниже города примерно на 4,4 мг/л, и не зависят от времени года. Это свидетельствует о том, что загрязнение река получает в черте города (табл. 13).

4.3 Бактериологические исследования воды

Качество воды поверхностных водоемов, в том числе р. Подкумок регламентируется СанПин 2.1.5. 980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод». Согласно этому документу, вода не должна содержать возбудителей кишечных инфекций. Кроме того: ОКБ - не более кое/100 мл; ТКБ - не более кое/100 мл; колифаги - не более кое/100 мл. Большое количество ОКБ и ТКБ - показатель свежего фекального загрязнения. Колифаги - индикаторы в отношении энтеровирусов. Исследования проводились нами с мая по август 2010г. Заборы воды осуществлялись выше города и сравнивались с данными представленными лабораторией городского центра гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора Пятигорска, за этот же период. Лабораторные исследования воды реки Подкумок подтверждают, что вода в реке загрязняется выше города Пятигорска по течению и имеет устойчивое бактериальное загрязнение, что возможно связано с отсутствием централизованной канализации в населенных пунктах, расположенных в верховьях зоны формирования реки. Гигиенические показатели незначительно превышают норму и колеблются от 523 до 883 КОЕ/100 мл, в зависимости от времени года - с повышением t° воздуха устойчивое бактериальное загрязнение увеличивается. Патогенная флора не обнаружена. Сравнивая, с показателями 2005 года они сильно уменьшились от 400тыс. до 110000 КОЕ/100 мл, т.к. в в 2009 году оборудование по обеззараживанию сточных вод на Кавминводских очистных сооружениях канализации посредством ультрафиолетового излучения уже установлено

4.4 Исследования качества речных вод методом классификации проб макробентоса

В своем естественном состоянии различные природные водоемы могут сильно отличаться друг от друга. На водную флору и фауну действуют такие показатели, как глубина водоема, скорость течения, кислотно-щелочные свойства воды, мутность, кислородный и температурный режим, количество растворенной органики, соединений азота и фосфора, и многие другие. На все эти параметры влияет как антропогенная нагрузка, так и естественные процессы, происходящие в водоемах. Для водоемов разных типов в норме будет характерен разный видовой состав и обилие водных организмов (гидробионтов). Биотический индекс Вудивисса - один из наиболее надёжных и широко используемых в мире методов биологической оценки качества воды, т.к учитывает сразу два параметра бентосного сообщества: общее разнообразие беспозвоночных и наличие в водоёме организмов, принадлежащих к «индикаторным» группам. В эти группы объединены животные, характеризующиеся определённой степенью сапробности. При повышении степени загрязнённости водоёма представители этих групп исчезают из него. Исследовав 6 створов в разное время года, на разных участках реки, мы определили, что уровень чистоты вод Подкумка может быть определен 1 классом, о чем свидетельствует наличие таких видов, как беззубка, нейреклипсис, плоские пиявки, бокоплав, водяной клоп, красотка, ручейник и т.д. Таким образом, воду реки можно считать экологически полноценной. Её можно использовать для питья с предварительной очисткой, рекреации, рыболовства и орошения.

4.5 Визуальное определение состояния поймы реки Подкумок

По результатам мониторинга, мы можем утверждать, что состояние вод реки Подкумок улучшается, всё меньше и меньше загрязняющих веществ обнаруживается в составе воды при лабораторных исследованиях, что благоприятно влияет на флору и фауну прибрежной зоны. Благодаря действующим государственным программам экологическая ситуация региона имеет тенденцию к улучшению. Визуальный осмотр поймы реки показал удручающую картину: скопление строительного и бытового мусора, коммуникации, сухие деревья, котловины, образованные незаконным изъятием грунта. Нерадивые водители сливают в реку машинное масло, моют машины, превращая Подкумок в грязный поток. По всей длине реки берега стеснены застройками промышленных сооружений. Во многих местах появились железобетонные берегоукрепляющие сооружения. Вдоль берегов реки и пересекая ее, проходят многочисленные коммуникации. В русле реки уложено множество труб неизвестного назначения. Во время весенних паводков коряги и ветки деревьев, которые приносит река, цепляются за эти трубы, грозя снести эти коммуникации. Жилая застройка по берегам не всегда соответствует зонам отчуждения, установленным Постановлением Губернатора Ставропольского края. Река Подкумок является приемником сточных и ливневых вод. Сброс ливневых вод с территории города осуществляется в реке Подкумок по 10 выпускам без очистки. Особую настороженность вызывает внешний вид поймы реки Подкумок: строительные свалки, свалки бытового мусора, включающие как пищевые отходы, так и мусор из полимеров. Так же в последнее время увеличились случаи несанкционированного изъятия из прибрежной зоны твердых материалов: гравий, камень, песок. Экологи бьют тревогу изменение поймы реки может привести к катастрофическим последствиям уже в ближайшие годы. (Приложение 3, рис. 11,13)

5. Выводы и рекомендации

Проведенное комплексное исследование воды реки Подкумок, как выше, так и ниже города Пятигорска, показало, что вода реки Подкумок по основным показателям соответствует общим требованиям к составу и свойствам воды (Сан Пин 2.1.5 980-00). По таким показателям, как содержание ионов магния, количество сухого остатка, содержание аммиака и нитритов, показатели, взятые выше города Пятигорска практически соответствуют показателям, взятых ниже города, что говорит о том, что в черте города воды фактически не загрязняются. В результате исследований было обнаружено небольшое превышение нитрит- ионов в заборах воды, взятых выше черты города. Это свидетельствует о том, что загрязняющие вещества попадают в воду выше города, с сельхозугодий и ферм. Так же нами обнаружено превышение нормы в 3 раза содержание нитрат-ионов в воде как выше города, так и ниже, основная масса загрязняющих веществ попадает в воду в черте города, несмотря на установку дополнительных очистных сооружений. Загрязнителями являются также частные мастерские по обработке меха, частные станции технического обслуживания, где производится замена масел, мойка машин. Отходы этих предприятий попадающими в реку Подкумок через ливнёвки без очистки. Химический состав вод реки Подкумок в 2010 году фактически соответствует нормам, установленным СанПин, превышая его лишь по нескольким показателям. По данным лаборатории городского центра гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора Пятигорска в 2010 году реке Подкумок присвоен 1 класс по системе Вудивисса, такое же состояние определяется в 2013 и 2018 годах.

Визуальный осмотр поймы реки показал удручающую картину: скопление строительного и бытового мусора, коммуникации, сухие деревья, котловины, образованные незаконным изъятием грунта, застройка зон отчуждения. Нерадивые водители сливают в реку машинное масло, моют машины, превращая Подкумок в грязный поток. Мониторинг экологического состояния реки Подкумок за исследуемый период с 2004 г.показал: снижение содержания хлоридов на 45% в воде Подкумка; снижение содержания сульфатов в 2 раза; незначительное повышение содержания нитритов на 0,1 мг/л (по сравнению с прошлыми годами); тенденция к повышению содержанию нитратов в воде (на 50% больше) (значительное превышение нормы в последние годы); повышение щёлочности воды на 2%; тенденция загрязнения поймы реки бытовым мусором; несанкционированная добыча твердых материалов из поймы реки; более интенсивная застройка берегов и зон отчуждения.

Чтобы поправить ситуацию, необходимо поддерживать новые очистные сооружений на должном техническом уровне; содержать на должном техническом уровне и увеличить количество «ливневок», через которые неочищенные воды попадают в реку; создать единую городскую систему мониторинга состояния водных объектов, программу по очистке русел и берегов малых рек; разработать экономический механизм регулирования водопользования и стимулирования организаций к проведению природоохранных мероприятий; на административном уровне контролировать выполнение законодательства, регламентирующего хозяйственную деятельность в водоохранных зонах и на прибрежных полосах рек; запретить вырубку леса на берегах водоема; ограничить использование удобрений и ядохимикатов на полях; проводить массово-разъяснительную работу с местным населением, учащимися школ, организовать выступления по радио и телевидению, фотовыставки в целях формирования экологической культуры, воспитания бережного отношения к природе и сохранения природных комплексов; создать социальную рекламу на телевидение, радио и на улицах города; продолжить мониторинг открытых водоемов; уменьшить долю неканализационного частного сектора; регулярно очищать русло и пойму реки от скопившегося мусора; запретить добычу твёрдых материалов в пойме реки Подкумок и ужесточить наказание за добычу твердых материалов поймы реки, загрязнение вод и берегов мусором; более тщательно осуществлять контроль за строительство в зоне отчуждения.

Мониторинг экологического состояния реки Подкумок (по системе Вудивисса)

Литература и иные источники

1. Алексеев С.В., Груздев Н.В. и др. Практикум по экологии. М.: АОМДС, 1996г.

2. Алексеев С.В., Груздев Н.В., Грушина Э.В. Экологический практикум школьника. М.: Учебная литература, 2005 г.

3. Багдасарян Г.А. и др. Методические указания по санитарно-микробиологическому анализу воды поверхностных водоемов. М., 1981г.

4. Бутенко Н.И. и др. Физическая география Ставропольского края. Ставрополь: Сервисшкола, 2000г.

5. Вишнякова В.Ф. и др. Экология Ставропольского края. Ставрополь: Сервисшкола, 2000г.

6. Годзевич Б.Л. Тайны и беды целительных гор. Ставрополь: журнал «Эко». 2001г.

7. Годзевич Б.Л. Географическая экология и природопользование. Ставрополь: журнал «Эко», 2002 г.

8. Годзевич Б.Л. Учебные программы: «Географическая экология», «Основы рационального природопользования», Ставрополь, 2000г.

9. Годзевич Б.Л. Концепция географической экологии и особенности её преподавания в школе. Ставрополь журнал «Эко», 2003 г.

10. Годзевич Б.Л. Проблемы сохранения бальнеологических ресурсов курортов Кавказских Минеральных Вод//. Вопросы географии и геоэкологии. М-лы 46 научно-методической конференции «XXI век – век образования» - Ставрополь: Изд-во СГУ 2002 стр.12-19.

11. Государственный доклад « О санитарно-эпидемиологической обстановке в городе Пятигорске в 2003 году». Пятигорск, 2016 г.

12. Государственный доклад « О санитарно-эпидемиологической обстановке в городе Пятигорске в 2008 году». Пятигорск, 2017 г.

13. Ихер Т.П., Шиширина Н.Е., Гарарина Л.Ф. Комплексный анализ пресноводных систем. М., 2003 .

14. Ихер Т.П., Шиширина Н.В., Курчакова О.А. Бентосные беспозвоночные малых водоемов. М., 2003 .

15. Кузьмина В.И. Экологический проект. Экологическое состояние реки Подкумок в городе Пятигорске. 2007

16. Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Экология 9 класс. М., Дрофа, 1995.

17. Крушинина Н.В., Александрова М.М., Крушинина Е.Ю. Химический анализ качества водных сред в центрах школьного экологического мониторинга. М., Содействие химическому и экологическому образованию, 2003.

18. Мансурова С. Е., Кокуева Г. Н. Школьный практикум// Следим за окружающей средой нашего города.- М.,Владос,2001.

19. Новиков Ю.В., Ласточкина К.О., Болдина З.Н. Методы определения вредных веществ в воде водоемов. М., медицина, 1981г.

21. Щелкова А.П. и др. Методики определения вредных веществ в воде водоемов.

Приложения

Таблица 15 Качество воды реки Подкумок в разные годы