Комплексное описание озера Большие Барны

Областной фестиваль «Вода на Земле»

Карабашский городской округ

«Муниципальное общеобразовательное учреждение»

«Средняя общеобразовательная школа №6»

Исследовательский  проект

«Комплексное описание озера Большие Барны»

Автор проекта: ученик 9 класса

Тимошенко Александр

Руководитель проекта:

Петухова Галина Владимировна

                                                                      Челябинск 2011

Содержание

1. Введение. Общая характеристика озера Большие Барны
2. Комплексное описание озера Большие Барны

1. Методы и направления исследования озера Большие Барны
2.  Гидрология  озера.
3.  Гидрохимия озера.
4. Антропогенное влияние.

3. Перспективы изменения состояния озера.
4. Приложения.
5. Список литературы.

1. Введение. Общая характеристика озера Большие Барны.

« Вода, у тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха,

 тебя невозможно описать, тобой наслаждаются,

не ведая, что ты такое. Нельзя сказать, что ты необходима

  для жизни: ты – сама жизнь…»

А. де Сент- Экзюпери

    Природные воды, с одной стороны, важнейший компонент природной среды, с другой стороны жизненная необходимость для всего живого не Земле. Роль озер в жизни общества очень трудно переоценить. Судьбами водоемов, их изучением, вопросами использования и охраны занимаются не только различные хозяйственные и административные организации. Они волнуют общественность, ими занимаются научные общества учащихся. Все это требует тщательного внимания к водным ресурсам в целом и к озерам в частности. Особую актуальность эта тема приобретает в нашей области, из-за крайне низкой обеспеченности водой.(1)

   Челябинская область по сравнению с другими уральскими областями наименее обеспечена водными ресурсами.(2) К тому же водные ресурсы распределены по территории области крайне не равномерно. Лучше всего обеспечено водой население горно-заводской зоны, к которой относится и наш военный городок.

     Неотъемлемой частью разнообразных ландшафтов нашего края являются  озера. Озер в области около 3170.(2) В 60-е проблемой озер занималась д.г.н. Педагогического Университета М.А. Андреева, в 2000 продолжил изучение к.г.н. С.Г.Захаров.(3)        Отличительной особенностью озер нашего края является их небольшой размер. Средняя величина зеркала озера составляет 0,67 кв. км. Наибольшая озерность присуща восточным предгорьям, где и расположен объект нашего исследования – озеро Большие Барны.     Распространение озер объясняется как геолого-тектоническими, так и гидроклиматическими особенностями территории. Высокая озерность восточных предгорий связана с новейшей тектоникой. Наличие тектонических нарушений и разломов способствовали образованию впадин, к которым приурочены озера. Описание озера, его морфометрические и гидрохимические показатели отсутствуют или крайне скудны, специальных исследований данного объекта не проводилось, поэтому научное общество учащихся школы ведет изучение озера на протяжении последних пяти лет. Целью изучения озера явилось изучение гидрологических  и гидрохимических показателей водоема. Для чего были организованы ежегодные экспедиции для изучения проблемы.

     Озеро Большие Барны (приложение 1) расположено в восточных отрогах хребтов Юрма, Большой Таганай, в узкой межгорной котловине, которая граничит на севере с Соймановской долиной, в которой расположен город Карабаш, с юга горой Ицыл.  Физико - географическое положение объекта по  своему уникально, название озера по данным разных авторов произошло от башкирского - « барн» подарок (приложение 2).  Озеро находится на стыке геоморфологических структур Среднего и Южного Урала (по хребту Юрма проходит граница)(3). По изрезанности береговой линии напоминает равнинные озера области, у которых плавная округлая линия. Озеро вытянуто линейно в форме овала, с севера на юг в середине прогиба (приложение 3).

      Общие запасы пресной воды озер  восточных предгорий составляют почти 4 млрд.м3. Эти озера служат источниками водоснабжения городов и населенных пунктов используются как рекреационные зоны.

2. Комплексное описание озера Большие Барны.

1. Методы и направления исследования озера Большие Барны.

Основные направления исследования

гидрология  озера                                                                   гидрохимия озера

описание котловины                                                 определение    органолептики

морфометрия озера                                                   определение кислотности

режим водоема                                                           мониторинг гидрохимии

        Направления исследования озера выбраны исходя из параметров известности данных об озере. Прорабатывая литературные и справочные источники, мы столкнулись с проблемой отсутствия или скудости данных о водоеме. Удалось выяснить из архивной справки, что первичное описание озера относится к 50-м годам прошлого столетия, после приказа Л.П.Берия о строительстве закрытой военной точки для укрепления обороноспособности страны. А так как территория военной части и ДОСа относилась к РВСН и ПВО РФ, то и исследования водоема не представлялись сколь нибудь возможными. Поэтому решив восполнить пробел, НОУ школы посвятило исследованию озера не один год. За основу были взяты работы М.А.Андреевой (1,2,4,5,6), работы С.Г.Захарова(3,4).

         Методами  исследования определены стандартные  методики, предложенные Н.А.Пугал(7), Басковым (8) , Сысоевым А.Д.(9) и С.Г.Захаровым.  Описание котловины и морфометрию снимали, применяя рекомендации для студентов естественно- технологического факультета ЧГПУ при исследовании гидрологических объектов.

Исследования гидрохимии велись с использованием микролабораторий « Химлабо» и микроскопов Altami VideoKit v1,4, с привлечением лаборатории ЗАО « Карабашмедь». Так как наблюдения велись в течение пяти лет, результаты не вызывают сомнений.

2.  Гидрология озера

    Происхождение озерных котловин во многом определяет их форму и размеры. В образовании озерных котловин на территории Южного Урала основную роль играли тектонические, водно- эрозионные, водно-аккумклятивные и провальные процессы. О происхождении озера можно судить по внешнему виду озера. Котловина озера  Большие Барны  связана с провальными процессами, так как чаша озера овальной формы, мелкое. Сформировано вдоль глыбовых нарушений хребта Юрма, в результате просадочных явлений, происходивших в коре выветривания. По сути, озеро появилось на месте углубления  продолговатой формы, видоизмененной экзогенными процессами. Максимальная глубина озера всего 4 метра, в плане форма овальная и корытообразная в поперечном срезе (приложение 3). Распределение глубин с характерным увеличением прибрежной зоны (приложение 4). Береговая линия слабо развита, берега не высокие, сложены в основном рыхлыми песчано-галечными породами. Дно неровное с выходами кварцитов из-за которых вода имеет слегка стеклянный блеск. Озеро проточное с севера в него впадает протока озера Малые Барны, с юга рукотворная дамба для сброса воды в реку Большой Киолим. Площадь озера не велика всего около 3 км2.

Таблица № 1 Основные морфометрические характеристики озера Большие Барны.

3. Гидрохимия озера Большие Барны

     На протяжении пяти лет мониторингу подвергнуто  озеро Большие Барны. Озеро расположено в непосредственной близости от школы, что позволяет легко организовать круглогодичный мониторинг гидрохимического состава воды.

Пробы воды из данных водоемов  брались для анализа в течение пяти лет 2007, 2008,2009 и 2010, 2011  год, три раза в год по следующей схеме.

Таблица №2 Сроки взятия проб воды  из озера.

    Контрольные точки забора образцов определялись с учетом гидрологических и морфометрических особенностей чаши озера. Так как озеро проточное это сказывается и на гидрохимии озера, из-за ускоренного водообмена.

    Работу над гидрохимией озера начали с определения органолептических показателей, для определения которых пользуемся нашими органами чувств. К органолептическим показателям относится цветность, мутность (прозрачность), вкус. Органолептические показатели обязательны при  начальной процедуре выявления  химического состава воды  (приложение 5,6,7)  

   Целесообразно выявление водородного показателя и определение степени загрязненности ионами металлов для определения экологического состояния водоема        ( приложение 9).

    Также были измерено количество растворенных в воде веществ, по методике            Н.А. Пугал, для точного выявления гидрохимического состава воды. Полученные данные сравнили с данными ЗАО « Карабашмедь» и получили подтверждение правильности результатов измерения.

            Таблица №3    Результаты измерений количества растворенных веществ в воде озера Большие Барны.

  Качество воды в озере Большие Барны относится к третьему классу. До 2010 года вода не имела заметного вкуса и запаха, но в связи с замором рыбы качество воды заметно ухудшилось, что повлекло за собой изменение показателей органолептики. Но пробы 2011 года показали заметное улучшение качества воды, как отмечалось ранее, из-за ускоренного водообмена.

       Таблица №4  Результаты измерения параметров воды в озере Большие Барны

Из сводной таблицы заметно изменение параметров органолептических показателей воды в озере, что отражает проточность озера. Проточность озера способствует быстрому восстановлению качества воды и  восстановлению флоры и фауны. Подробно методика и результаты наблюдений за гидрохимическим составом воды указаны в приложениях(5,6,7)

4. Антропогенное влияние

   Все расширяющееся использование озер в хозяйственных, лечебно-оздоровительных и рекреационных целях приводит к негативным явлениям в режиме водоемов.

   Антропогенные загрязнения ухудшают качество воды, тормозят биохимические процессы, являются токсичными для гидробионтов. Действие токсичных веществ на водные организмы довольно сложное. В контакт с загрязнением в первую очередь вступает фитопланктон. Малые концентрации химикатов усиливают фитопродуктивность, а большие – снижают. При стимулировании особенно быстро размножаются сине-зеленые водоросли, которые делают водоемы не только непригодными для питьевого водоснабжения, но и сами выделяют токсические вещества (аммиак, фенолы, цианиды), вызывающие различные заболевания рыб. Озеро Большие Барны  подвергается постоянному воздействию человека, что провоцирует  эвтрофикацию  и  вызывает замор рыбы.

   Основную опасность представляет нарастание в воде биогенных элементов и в первую очередь азота. Содержание нитратов в водах озера уже сейчас достигло критических размеров, превышение которых может вызвать вспышку сине-зеленых водорослей и «цветение» воды.  И тогда начнется качественное изменение свойств воды.

   При постоянном  потоке отдыхающих озеро загрязняется бытовыми отходами. С территории массового отдыха вместе со стоками поступают в озера биогенные вещества, стимулирующие эвтрофирование водоемов. При этом усиливается «цветение» воды, появляется неприятный вкус и запах, снижается прозрачность воды, ухудшается кислородный режим.

  Посетителями нарушаются прибрежные ландшафты, вытаптывается травяной покров, повреждается лесная растительность, что проводит к осыпанию и разрушению берегов, а также к эрозии почв ( приложение 9). Все это вызывает необратимые процессы, нарушающие нормальное развитие водоемов.

  В результате бесхозяйственного отношения к водным объектам они загрязняются, иссякают их водные ресурсы, обедняется флора и фауна, снижается эстетическая ценность окружающих ландшафтов.

3. Перспективы изменения состояния озера.

   В области проводится природоохранная работа, но пока нужно сказать честно, она малоэффективна. В полной мере это можно отнести к озеру Большие Барны. Озеро как небольшой водоем начинает зарастать по берегам, если раньше их регулярно чистили драгой и с баржи, то в данном случае берега озера не чистились в течение десяти лет. По нашим наблюдениям процессы эвтрофикации будут нарастать. В течение ряда лет наблюдаются заморы рыбы. Для выявления причин этих явлений были проведены замеры кислотности воды по значениям водородного показателя ( приложение 10).

        Наиболее ценные озера области взяты под охрану государства и объявлены памятниками природы. Но наше озеро имеет ценность для жителей городка как рекреационная зона и красивейший природный ландшафт. А у местной власти просто нет средств на поддержание порядка и чистоты озера. Местные жители, хотя и выходят на субботники не справляются с потоками мусора на берегах. И местный водоем постепенно теряет свою привлекательность, становясь обыкновенным болотом.

Приложение 1

Карта схема географического положения озера Большие Барны

Озеро Большие Барны (обозначено красной стрелкой) расположено в восточных отрогах хребтов Юрма, Большой Таганай, в узкой межгорной котловине, которая граничит на севере с Соймановской долиной, в которой расположен город Карабаш, с юга горой Ицыл.  

Приложение 2

Справка о происхождении топонима Большие Барны

Приложение 3

Схема (рисунок) плана и поперечного профиля озера Большие Барны.

Приложение № 5

Определение мутности и прозрачности воды

Цель: Определить прозрачность и мутность озера Большие Барны

Оборудование: штатив с пробирками, лист темной бумаги.

Объект исследований: пробы воды из озера Большие Барны.

Предварительные сведения. Мутность воды обусловлена содержанием взвешенных в воде мелкодисперсных примесей - нерастворимых или коллоидных частиц различного происхождения.

Мутность воды обуславливает и другие характеристики воды, такие как:

Наличие осадка, который может отсутствовать, быть не заметным или очень большим (количество осадка может измеряться в миллиметрах);

Наличие и количество взвешенных частиц, или грубодисперсных примесей.

Прозрачность воды измеряют как высоту столба воды, при взгляде сквозь который на белой бумаге можно различить стандартный шрифт.

Оценка мутности и прозрачности воды

Выводы: Мутность образцов составляет степень 1-2 балла (слабо опалесцирующая), прозрачность в соответствии со стандартами ГОСТ, наличие взвешенных примесей от мелкодисперсных до грубодисперсных частиц. Как питьевая вода может быть использована только  после соответствующей санитарной обработки.

Приложение № 6

Определение цветности воды

Цель: Определить цветность воды из озера Большие Барны.

Оборудование: штатив с пробирками, лист белой бумаги.

Объект исследований: пробы воды из озера Большие Барны.

Предварительные сведения: Цветность - естественное свойство воды, обусловленное присутствием гуминовых веществ и комплексных соединений железа. Цветность воды может зависеть от свойств и структуры дна водоема, характера водной растительности и прилегающих к водоему почв, наличия торфяников и других факторов.

Если окраска воды не соответствует обычной природной окраске, определяют высоту столба жидкости, при котором обнаруживается окраска. Удовлетворительная цветность воды устраняет необходимость определения загрязнителей, предельно-допустимая концентрация, которых установлены по цветности.

Определение цветности воды

Выводы: Большая часть образцов имеет неярко выраженную окраску. От бесцветной до буро- желтой, что позволяет сделать выводы об удовлетворительном состоянии воды.

                                                                                                                           Приложение № 7

Определение запаха воды

Цель: Определение запаха  воды из озера Большие Барны органолептическими методами.

Оборудование: штатив с пробирками, пробки

Объект исследований: пробы воды из озера Большие Барны.

Предварительные сведения: Запах воды обусловлен наличием в ней летучих пахнущих веществ, которые попадают в воду естественным путем или со сточными водами. Практически все органические вещества имеют запах и передают его воде. Обычно запах определяют при температуре воздуха не ниже 20 градусов и при температуре 60 градусов воды.

Запах по характеру подразделяют на две группы, естественного происхождения и техногенного характера. Для работы взяты образцы из озера Большие Барны.

Определение запаха природных вод

Выводы:  В течение ряда лет заметна изменяющаяся палитра запахов. Образец  № 12 из озера Большие Барны имеет четко выраженный гнилостный запах в результате весеннего замора рыбы, то есть вода не пригодна для питья.

                                                                                                                             Приложение 10

Определение кислотности воды по значениям водородного показателя (pH)

Цель: научиться определять  pH воды с помощью тест полоски.

Оборудование: штатив с пробирками, пробирка, пробка, капельница.

Объект исследования: пробы воды для анализа из озера Большие Барны.

Реактивы и материалы: раствор универсального индикатора или тест-полоски индикаторные, лист белой бумаги, контрольная шкала для определения pH.

Предварительные сведения. Кислотность воды определяется значением водородного показателя (pH). Для природных вод этот показатель обычно колеблется от 6,5 до 8,5. Кислотность воды природных водоемов может измениться под влиянием промышленных выбросов (оксиды серы, азота, углерода) и сточных вод. На кислотность вод природных водоемов оказывает характер грунтов местности. Понижение или повышение кислотности воды вне указанных, особенно простейших. При значении водородного показателя ниже  pH 4,5 погибают такие неприхотливые рыбы как голец; при значениях pH 5 в водоеме щука и окунь; при pH 5,5 погибают лосось, плотва и форель.

Правила отбора проб воды из водоемов, атмосферных осадков, снега льда. Пробу воды отбирают в чистую стеклянную или пластмассовую бутыль не менее 0,5 л (в бутыли должно остаться не более 5-10 мл воздуха); пробы не следует анализировать в течение нескольких часов после отбора или хранить в холодильнике.

Проведение исследования. При проведении исследований пробирку ополаскивают несколько раз анализируемой водой, наливают 5 мл исследуемой воды и добавляют 3-4 капли универсального индикатора, закрывают пробиркой и встряхивают с контрольной шкалой. Для правильного определения интенсивности окраски раствор рассматривают сверху на белом фоне.

Выводы: Из приведенной выше таблицы показателей кислотности видно  характерное уменьшение водородного показателя в течение ряда лет, что в первую очередь спровоцировано снижением кислорода  в воде и выбросами завода. В школьных условиях не возможно проведение аналитического титрования из-за отсутствия необходимого оборудования, поэтому проверку результатов проделали на ЗАО « Карабашмедь». Аналитический объёмный метод — кислотно-основное титрование — также даёт точные результаты определения кислотности растворов. Раствор известной концентрации (титрант) по каплям добавляется к исследуемому раствору. При их смешивании протекает химическая реакции. Точка эквивалентности — момент, когда титранта точно хватает, чтобы полностью завершить реакцию, — фиксируется с помощью индикатора. Далее, зная концентрацию и объём добавленного раствора титранта, вычисляется кислотность раствора. Выводы сделанные ранее простым методом подтверждены.

Список литературы

1. Андреева М.А. Озера Южного и Среднего Урала. Челябинск: ЮУКИ, 1973. С.208
2. Архипова Н.П.Ястребов Е.В. Как были открыты Уральские горы. Челябинск: ЮУКИ, 1982.
3. Атлас Челябинской области. Челябинск, 2011.
4. Буданов Н.Д. Гидрогеология Урала. М.: Наука, 1964.
5. Водные ресурсы и водное хозяйство Урала. Свердловск: Ср-Ур. кн. издательство,1977.
6. Гидрологические ежегодники. Гидрометеоиздат. 1988-2010.
7. Захаров С.Г. Озера Южного Урала. Челябинск, Абрис 2009.
8. Кривопалова З.Ф. Антропогенизация водных объектов Южного Урала и пути их реконструкции. Проблемы экологии Южного Урала. Челябинск, 1995. Т 1-2.
9. Кривопалова З.Ф. Экологическая оценка Долгобродского водохранилища. Проблемы экологии Южного Урала. 1996. Т 1.
10. Ландшафтный фактор в формировании гидрологии озер Южного Урала. Л.     Наука, 1978.
11. Матарзин Ю.М., Катаев А.Б.,Кузнецова Л.А. Гидрохимия водохранилищ                   ( гидрологические аспекты формирования состава и качества воды). Пермь. 1987.
12. Ресурсы поверхностных вод. Т.11. Урал и Приуралье. Л.: Гидрометеоиздат, 1973.
13. Румянцева А.Я. Климат Челябинской области. Челябинск, 1988. С. 185
14. Танаева Г.В., Кривопалова З.Ф. Цветение воды в водоемах Южного Урала. Челябинск, 1995. С. 17-23.
15. Черняева Л.Е., Черняев А.М., Еремеева М.Н. Гидрохимия озер. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. С. 336.
16. Черняев А.М. и др. Водное хозяйство Урала. Свердловск, 1991. С. 143.
17. Экология озера Тургояк. Миасс, 1998. С. 153.

Аннотация к исследовательскому  проекту                                                   «Комплексное описание озера Большие Барны»

        Описание озера, его морфометрические и гидрохимические показатели отсутствуют или крайне скудны, специальных исследований данного объекта не проводилось, поэтому научное общество учащихся школы ведет изучение озера на протяжении последних пяти лет.  Ежегодно собирались экспедиции с целью составления комплексного описания. Мною  были изучены морфометрические и гидрохимические показатели озера. В работе уделено внимание и антропогенной нагрузке озера, которое местное население использует в рекреационных целях. Свои исследования проверялись в лабораториях « Карабашмедь» и местной КЭЧ.