Исследовательская работа "Оценка качества воды реки Илевны"

Содержание

Введение.

Вода - это жизнь - гласит народная мудрость. Водные ресурсы - важнейший стратегический ресурс экономического развития страны и устойчивости биосферы. От наличия и качества водных ресурсов, их рационального использования в большой степени зависят общее состояние природной среды. В настоящее время состояние малых рек, особенно в европейской части страны, 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.

Каковы бы ни были по размерам и значению  естественные источники воды, все они – часть окружающей среды, которая ждёт от человека разумных правил поведения, бережного к себе отношения.^[1]

Если не проводится соответствующий анализ, то и происхождение тех или иных изменений в реке или водоеме может быть истолковано неверно. Отсюда вытекает важность изучения малых рек, их водного, биологического и химического режима, природных и хозяйственных связей.

Вода во многих реках стала непригодной не только для питьевого, но и для технического водоснабжения. Главная причина снижения качества воды – в ухудшении самоочистительной способности рек. Нарушились как физико-химические, так и биологические механизмы этого процесса. С помощью физических, химических, биологических исследований можно оценить качество воды рек и их состояние, обозначить тенденции в их изменении. Эти исследования дают понять, какие воздействия на водоемы являются неблагоприятными, и каким образом можно восстановить здоровье объекта. 

На территории Муромского района протекает более 20 малых рек, которым относится и  река Илевна. На различных ее участках вода используется человеком для хозяйственно-питьевых и культурно-бытовых нужд населения, поэтому была выдвинута гипотеза, что вода реки загрязнена. Загрязнение воды может быть от недостаточно очищенных сбросов сточных вод различных предприятий, а также от смыва с полей части почвы, содержащей различные агрохимикаты. Актуальность выбранной темы состоит в том, что качество воды в реке может влиять на здоровье людей, которые используют водоем в рекреационных и бытовых целях.

Цель работы: изучить качество воды по гидрохимическим показателям в реке Илевна.

Задачи:

• Изучить информацию в научной литературе и СМИ о характеристике реки в исследуемом регионе.
• Произвести  отбор проб  и химический анализ воды.
• Сравнить полученные результаты с нормами и сделать выводы.
• Определить общесанитарный индекс качества воды (ИКВ).

Исследование проводилось в июле 2014 года в рамках школьной экспедиции по комплексному изучению реки Илевна. Полученные результаты пополнили банк данных о малых реках Муромского района.

1. Литературный обзор.

1. Что такое малая река.

Рекой принято считать постоянно действующий водоток, функционирующий круглый год либо пересыхающий или перемерзающий на очень короткий период и не каждый год. В России применяются два количественных критерия для классификации равнинных рек на малые, средние и большие - длина реки и площадь водосбора. К малым относятся реки с водосбором не более 2000 км2. Наряду с количественными характеристиками малых рек указывается, что ’’малой следует считать такую реку, бассейн которой располагается в одной географической зоне, и гидрологический режим ее под влиянием местных факторов может быть не свойственен рекам этой зоны”^[2].
Региональные природные условия определяют многие особенности режима малой реки. Однако в целом ее характеристики, а следовательно, использование и охрана самым тесным образом связаны с географической зональностью, с определяющими ее водность условиями увлажнения - избыточного, неустойчивого, недостаточного. Возможности использования малой реки (особенно как источника местного водоснабжения) существенно различаются в зависимости от того, находится ли она в верховьях большого речного бассейна, в средней или нижней его части. В первом случае малая река активно формирует сток, создает водоносность главных речных артерий, поэтому ее использование для местной "малой" ирригации, отбор воды на промышленное и сельскохозяйственное водоснабжение сказываются на водохозяйственном балансе крупных регионов^[3].

В Российской Федерации насчитывается 2,5 млн. малых рек и ручьев. К этой категории водных источников относятся водотоки с площадью водосбора до 2 тыс. км2 и средним многолетним расходом воды до 5 м3/сут.  за период низкого стока. На долю малых рек приходится значительная часть среднего объема речного стока: от 10 до 85% в разных регионах, или около 50% в среднем по стране^[4]. Малые реки принимают с водой различные наносы и растворенные вещества, поступающие с водосборов. В свою очередь малые реки формируют средние и большие реки, предопределяя их экологическую чистоту. На берегах малых рек проживает значительная часть населения России.

2. Экологические проблемы малых рек.

Изменения рек и водоемов могут быть как естественного, так и антропогенного происхождения. В первом случае они обычно носят циклический характер, обусловленный периодическими колебаниями климата. Обнаруженные в тот или иной период отклонения от привычного режима реки более или менее скоро исчезают, нередко сменяясь противоположными. Во втором случае выявленные нарушения довольно устойчивы. Естественные и антропогенные факторы чаще действуют одновременно, и определить основные причины отмечаемых изменений бывает нелегко.

Большой вред принесла и приносит бесконтрольная распашка пойм и склонов долин малых рек. Помимо ухудшения качества воды в реке распашка пойм снижает местные возможности получения кормов с продуктивных луговых угодий. Заливные луга, чье плодородие возобновлялось и увеличивалось благодаря отложению ила, всегда были одним из важнейших источников кормов для животноводства.

Моторные лодки и другой маломерный флот не только влияют на качество вод, но и создают шумовой эффект, часто делают невозможным нормальное существование водных и наземных экосистем, вредны и самому человеку. Пагубные последствия для рек и водоемов этого вида транспорта общеизвестны^[5].

Многие из указанных видов деятельности продолжались десятилетиями, но ее масштабы и влияние на реки многократно возросли в последние годы и имеют тенденцию к дальнейшему росту. Нельзя делать вывод, что хозяйственная деятельность и нормальное функционирование малых рек и водоемов абсолютно несовместимы.

Антропогенных факторов изменения химического состава воды малых рек множество. Это непосредственное поступление в реки сточных вод от промышленных предприятий, в результате которого происходят коренные изменения состава воды и появляются специфические вещества, губительные для естественного природного фона; загрязнение удобрениями и ядохимикатами, поступающими с сельхозугодий, а также ливневыми и талыми водами урбанизированных территорий; зарегулирование стока малых рек, нарушающее их естественный гидрологический и гидрохимический режим; изъятие стока рек на местные хозяйственные нужды - орошение, водоснабжение животноводческих комплексов и др.

Наибольший ущерб малым рекам наносят промышленные стоки: сброс в водоемы неочищенных сточных вод; смыв ядохимикатов ливневыми осадками; газодымовые выбросы; утечки нефти и нефтепродуктов. Наибольший вред причиняет выпуск в реки неочищенных сточных вод - промышленных, коммунально-бытовых, коллекторно-дренажных и др., который в настоящее время по ряду водных экосистем не только не уменьшается, но и продолжает расти^[6].

Из-за загрязнения стоками начинаются различные биогенные мутации. Из рек и озер пропадают многие виды рыбы, а которые остаются - непригодны в пищу. Значительно скудеют флора и фауна водоемов. Избыток кислорода вызывает так называемое цветение. Изменяется и химический состав воды, повышается содержание азота, фосфора и хлорсодержащих веществ.

Весьма значительной является проблема загрязнения водоемов отходами сельскохозяйственной деятельности: проведение без соблюдения требований экологической безопасности работ по внесению минеральных удобрений и ядохимикатов, а также практически повсеместное нарушение правил хранения средств химии и органики, сброс сточных вод животноводческих комплексов при отсутствии или неэффективной работе очистных сооружений, размещение в водоохранных зонах скота, складов ГСМ, сбросы отходов перерабатывающих сельскохозяйственных предприятий^[7].

Огромное количество таких опасных загрязняющих веществ, как пестициды, аммонийный и нитратный азот, фосфор, калий и др., смываются с сельскохозяйственных территорий, включая площади, занимаемые животноводческими комплексами. По большей части они попадают в водоемы и в водотоки без какой-либо очистки, а поэтому имеют высокую концентрацию органических веществ, биогенных элементов и других загрязнителей.

Третьей по негативной значимости для малых рек является проблема сброса в них бытового и промышленного мусора. Этот мусор, разлагаясь, выделяет канцерогенные вещества - источники различных заболеваний.

Особую тревогу вызывает проблема заиления рек. Заиление малых рек на севере лесостепи приводит к подъему уровня грунтовых вод и заболачиванию пойм, которые становятся непригодными для какого-либо использования. Повышается вероятность затопления в период весеннего половодья или сильного дождевого паводка сел, деревень и городов, пахотных земель. На юге лесостепной зоны заиление малых рек ведет к катастрофическому изменению всей экосистемы; наблюдается процесс опустынивания. Кардинальным образом меняется состав растительности, начинают преобладать полупустынные и пустынные виды, практически исчезают отдельные древесные виды кустарников, а деревья могут существовать только при условии регулярного полива^[8].

3.  Физико – географическая характеристика Илевны.

Первая полная информация о реке встречается в 1890 году, где сказано, что Илевна - река Владимирской губернии, левый приток Оки; берет начало в Муромском уезде, в дачах с. Мордвинова; общее направление ЮВ, длина 50 верст, ширина 5 сажень, глубина 7 фт. И. образует границу Маленковского и Муромского уездов и впадает в Оку, в 8 верстах от Мурома, близ д. Покучалова^[9].

Последние измерения реки проведены в 1989 году. Илевна — река во Владимирской области России, левый приток Оки. Длина реки составляет 41 км, площадь водосборного бассейна — 861 км². Исток расположен около деревни Губино Селивановского района (55°41′35″ с. ш. 41°41′14″ в. д.). По данным государственного водного реестра России относится к Окскому бассейновому округу, водохозяйственный участок реки — Ока от впадения реки Мокша до впадения реки Тёша, речной подбассейн реки — бассейны притоков Оки от Мокши до впадения в Волгу. Речной бассейн реки — Ока. По данным геоинформационной системы водохозяйственного районирования территории РФ, подготовленной Федеральным агентством водных ресурсов:

• Код водного объекта в государственном водном реестре — 09010300112110000030305
• Код по гидрологической изученности (ГИ) — 110003030
• Код бассейна — 09.01.03.001
• Номер тома по ГИ — 10
• Выпуск по ГИ — 0

Гидрологическая изученность^[10]

Территория исследования расположена в Селивановском и Муромском районах Владимирской области, в зоне  правых притоков огромного Волжского бассейна. Река протекает на Русской равнине, соответственно связана с  ней своей геологической историей. Данная территория является частью Русской платформы, чехол которой в этом районе сложен  осадочными породами поздней перми и  юрской системы.

Рельеф здесь волнистый: высокие гривы чередуются с межравнинными понижениями, большую часть территории занимает речные  долины, которые глубоко врезаны, характеризуются узкой поймой, крутыми, обрывистыми берегами. На северо-востоке района развита овражная сеть со значительной глубиной вреза. Часть оврагов относится к действующим и площадь распространения их с каждым годом увеличивается.

Территория принадлежит к III  агроклиматическому району. Наиболее холодный месяц – январь, со средней температурой  -11,2˚ С, наиболее тёплый – июль, со средней температурой +18,5˚ С. В течение года в районе преобладают ветры юго-западного и южного направлений, их повторяемость составляет 38%. Территория расположена в зоне достаточного увлажнения. Годовая сумма осадков 532 мм. Осадки по временам года и по месяцам распределить неравномерно. Лето – наиболее обильное осадками время года. В день с осадками выпадает слой воды от 2 до 5 мм.

На берегах реки  расположены населённые пункты.  Верхняя часть реки – это пересыхающие водотоки. Илевна  имеет небольшие притоки. Это типично равнинная река. Основное питание она получает за счёт  поверхностного стока, подземных вод и атмосферных осадков. У реки крутые берега, в верхней части средняя глубина  воды от 0.1 до 0.5, в нижней части до 2 - 4 метров. Долина рек V-образная. Поверхность поймы состоит из прируслового вала, центрального понижения и притеррасной ложбины. Пойма сложена аллювиальными отложениями, дно реки глинисто-песчанное,  на многих участках глинистое, илисто-песчаное. В долине реки действует линейная эрозия^[11].

По данным, взятым из архива Пестенькинского сельсовета, в 30-е и 40-е годы XX века в деревне Пестенькино на реке Илевна функционировала небольшая мельничная плотина. При мельнице работали генераторы, которые давали электрический ток по вечерам. После коллективизации сельского хозяйства были построены водокачки для нужд колхоза (ферм, летних стойбищ, для орошения полей капусты).

2. Методы исследования.

2.1. Отбор и хранение проб.

     Химические пробы воды отбирались в чистые стеклянные банки объёмом 1,5 литров. Исследование проводилось в  кабинете  химии с применением лабораторного оборудования.

2.2.  Изучение органолептических показателей воды.

     Органолептические методы анализа основаны на оценке параметров окружающей среды при помощи органов чувств (органы зрения, обоняния).

2.2.1.  Определение цвета воды.

     Цвет воды не должен обнаруживаться в столбике высотой 15 см. Пробирка заполняется водой и сравнивается с белым фоном бумаги.  

2.2.2.  Определение прозрачности воды.

     Прозрачность воды зависит от нескольких факторов: количества взвешенных частиц ила, глины, песка. Мерный цилиндр заполняется водой до высоты 15  см.  Под цилиндром расположить газетный текст на расстоянии 4 см от дна сосуда и попытаться прочитать его. Затем вода сливается до тех пор, пока возможно прочитать. Линейкой измерить высоту столба воды.

 2.2.3  Определение запаха воды.

      Запах воде придают вещества, которые попадают в неё естественным путём. Характер запаха и его интенсивность определяют при 20 и 60 0 С., используя данные таблицы 1. Интенсивность запаха природных вод не должна превышать 2 балла.

     Пробирку с водой закрыть  и интенсивно встряхнуть. Затем открыть и понюхать воду (см. таблицу 1).                                                                                                                                

                                                                                                                        Таблица 1.

                                             Интенсивность запаха воды.    

2.3. Химический анализ воды.

2.3.1.   Определение жесткости воды.  

  1) Необходимо взять пробы воды по 50 мл.

  2) Приготовить раствор соляной кислоты 0,05 М , в литровую колбу внести 3,98 мл            (приблизительно 4 мл ) концентрированной кислоты (38%-ной с плотностью 1,19 г/мл) и долить дистиллированную воду до метки на горловине колбы . Если используется другой исходный раствор кислоты для приготовления 0,05М раствора , то необходимо сделать пересчет . Раствором соляной кислоты заполняется бюретка .

   3) Для приготовления раствора метилового оранжевого  0,1г его растворяют в 100мл

дистиллированной воды.

   4) Провести анализ пробы воды. В коническую колбу (200-250мл) налить 50мл анализируемой воды. Добавить 3-4 капли раствора метилового оранжевого. Далее провести  титрование раствором кислоты из бюретки до изменения окраски индикатора с желтой на розовую. Определить объем раствора кислоты , использованного на титровании Vк (в мл ) по бюретке .

   5) Провести расчет карбонатной жесткости воды ( Х) по формуле (1):

                                      3,0*Vк*Ск

                              X= ─────────

                                             Vв                                                                                (1)

Где  Ск – молярная концентрация раствора соляной кислоты (00,5М)

        Vв –   объем воды, взятой для титрования (50мл)

        Vк – объем раствора кислоты, использованного на титрование.

2.3.2.    Определение водородного показателя pH

                 В пробирку налить 5 мл исследуемой воды , 0,1мл универсального индикатора, перемешать и по окраске раствора оценить величину pH .  

 2.3.3.  Определение ионов Fe3+

        Для определения содержания в воде железа потребуется 50% раствор KNCS, HCL-24%.

К 10мл  исследуемой воды прибавить 1-2 капли HCL и 0,2мл (4 капли ) 50%-ного раствора KNCS. Перемешать и наблюдать за развитием окраски.  

                               Fe3++3NCS- = Fe (NCS)3                                         (2)

        2.3.4. Определение сульфатов.

      Приготовление основного стандартного раствора сульфатов калия: 0,9071 г K2SO4 растворить в мерной колбе вместимостью 1дм3 в дистиллированный воде и довести объем раствора дистиллированной водой до метки . 1см3 раствора содержит 0,5мг сульфат –иона.

Приготовление рабочего стандартного раствора сульфата калия.

 Основной раствор разбавить 1:10 дистиллированной водой . 1см3 раствора содержит 0,05 мг сульфат-иона.

 Приготовление 5%-ного раствора хлорида бария: 5г BaCl2 растворить  в дистиллированной воде и довести объем до 100см3.

 Приготовление 1,7%-ного раствора нитрата серебра: 8,5г AgNo3 растворить в дистиллированной воды и подкислить 0,5см3 концентрированной азотной кислоты.

В калометрическую пробирку диаметром 14-15 мм налить 10 см3 исследуемой воды, добавить 0,5% см3 соляной         кислоты (1:5). Одновременно приготовить стандартную шкалу. Для этого в такие пробирки налить 2,4,8 см3 рабочего раствора сернокислого  калия и 1,6; 3,2; 6,4 см3 основного раствора налить K2SO4 м и довести дистиллированной водой до 10см3, получая таким образом стандартную шкалу с содержанием: 10,20,40,80,160,320 мг/дм3 сульфат-иона. Прибавить в каждую пробирку по 0,5см3 соляной кислоты (1:5), затем в исследуемую воду и образцовые растворы по 2см3 5%-ного раствора хлорида бария, закрыть пробками, перемешать и сравнить со стандартной шкалой .

                     SO42- + Ba2+=BaSO4↓ (белый осадок)        (3)

2.4. Оценка качества природных вод.

2.4.1.Определение общесанитарного индекса качества воды (ИКВ).

Для определения ИКВ  было использовано методическое пособие авторов: Алексеев С.В., Груздева Э.В., Муравьева А.Г., Гущина Э.В. “Практикум по экологии” М., АО МДС, 1996г.

В соответствии ГОСТ 27065-86 «Качество вод. Термины и определения» для характеристики воды используется комплексный показатель индекс качества воды (ИКВ) – обобщенная числовая оценка качества воды по совокупности основных показателей и видам водопользования. Общесанитарный индекс качества воды рассчитывается по формуле:

                         при условии ∑γi = 1                        (4)        

где γi – вес показателя, входящего в общесанитарный ИКВ; ωi – баллы (от 1 до 5), присваиваемые каждому показателю, входящему в общесанитарный ИКВ; р – показатели, входящие в общесанитарный ИКВ.

Для определения общесанитарного ИКВ сначала проводится анализ проб воды, в котором устанавливаются величины показателей, затем проводится их балльная оценка с помощью таблицы 2, после чего определяется величина ИКВ по формуле (4).

Таблица 2

Общесанитарный индекс качества воды.

Качественное состояние воды водных объектов в зависимости от величины ИКВ определяется по таблице 3.

Таблица 3

Классификация качества воды водоемов в зависимости от общесанитарного ИКВ.

Классификация качества, состояние водных ресурсов  и возможности использования воды отражены в таблице 4.

Таблица 4

Классификация качества и возможности использования воды в водоемах

различного вида водопользования

Большое значение в проделанной работе играл химический анализ воды. Так как в средней школе №1 нет нужного оборудования, данная работа частично проводилась в химической лаборатории Муромского завода ОАО «Муромтепловоз». Данный химический анализ воды из реки Илевна проводился методами фильтрования (хлориды примеси), фотоэлектрометрическими (железо, аммиак, нитраты, нитриты), патенцеометрическими (кислотность).

    3. Результаты исследования.

Во время экспедиции был собран фактический материал по данной проблеме, обработанный по вышеописанным методикам, представленный ниже.

В ходе исследования на реке Ильевна было заложено три пробные площадки в  местах с достаточно высокой антропогенной нагрузкой (см. приложение 2). Первая точка расположена у автомобильного моста через трассу Муром-Меленки около деревни Коржавино, вверх по течению, от которой расположено сельхоз предприятие. Вторая точка находится у моста на трассе Муром – Кольдино, вверх по течению расположено пастбище. Третья  точка находится у автомобильного моста  около древни  Пестенькино через трассу Муром-Малое Юрьево, в данной точке идет строительство нового моста, около дороги сконцентрировано большое количество строительной техники, на возвышенности находится летняя ферма, вверх по течению пастбище.

При изучении качества воды большое внимание было уделено органолептическим свойствам (см. таблицу 5).

                                                     Таблица 5

Органолептические свойства воды

 Как видно из таблицы  по органолептическим свойствам у речной воды не наблюдаются отклонения от нормы.

В условиях школьной лаборатории произведен первичный анализ воды, в ходе которого определено содержание химических элементов в воде (см. таблицу 6)

       Таблица 6.

Результаты химического анализа воды.

Как видно из таблицы, в воде Отобранные пробы воды были переданы в химическую лабораторию завода «Муромтепловоз», где были получены результаты, представленные в таблице 7.

Таблица 7.

Лабораторный анализ проб поверхностных вод реки Илевны.

Как видно из таблицы, норма не превышена ни по одному показателю. Отмечено небольшое превышение показателей у воды второй пробы по сравнению с первой пробой и третьей. Взвешенных частиц больше обнаружено в пробе номер 1, предположительно это связано со скоростью течения.  Полученные данные позволили определить общесанитарный индекс качества воды (см. таблицу 8).

Таблица 8.

Общесанитарный индекс качества воды

Вывод: индекс качества воды в реке Илевна  по результатам пяти тестов составляет-3,8, значит качество состояния воды – умеренно загрязненная, класс качества – 3. Вода пригодна к использованию со стандартной очисткой.

4. Выводы и заключение.

Анализируя литературные источники, можно сказать, что малые реки 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. органолептическим свойствам воды не наблюдаются отклонения от нормы.

В ходе проведенных исследований качества воды можно сделать следующие выводы:

1. Река Илемна относится к малым рекам Муромского района.

2.  По органолептическим свойствам воды не наблюдаются отклонения от нормы.

3. Нормы качества речной воды  не превышены ни по одному показателю.

4. Отмечено небольшое превышение показателей у воды второй пробы по сравнению с первой пробой и третьей.

5.  Индекс качества воды  равен 3,8, что соответствует  состоянию воды – умеренно загрязненная.

6.  Класс качества воды – 3. Вода пригодна к использованию со стандартной очисткой.

Анализ воды из реки показал, что содержание химических веществ в Илевне не превышают норму, что положительно влияет на экологическое равновесие водной системы.

Сегодня в России, как и во всем мире, наблюдается негативное состояние верхних звеньев речных систем — малые реки деградируют и отмирают. Причина — многообразная деятельность человека: сведение лесов, строительство, откачивание подземных вод и падение уровня грунтовых вод, сброс отходов сельскохозяйственного и промышленного производства и накопление в донных отложениях малых рек опасных биогенных химических загрязнений.

В последние годы резко возрос интерес к ресурсам малых рек. Данное  исследование доказывает, что спасти малые и большие реки нашей Родины можно, если предпринимать конкретные действия. Пусть малыми шагами, но необходимо ежегодно сокращать число источников загрязнения поверхностных водоемов.

Рекомендации:

1. Результаты работы использовать на уроках химии, географии, природоведения, биологии.

2. Данные исследования могут пополнить базу данных по рекам Муромского района.

Литература

1. Временные методические указания по комплексной оценке качества поверхностных и морских вод по гидрохимическим показателям. – М., 1986. – 5 с. (утв. Госкомгидрометом СССР).
2. «География Владимирской области. Природа». И. А. Карлович, А. И. Левицкая, И. Е. Карлович. ООО ВОГТ.
3. Епанчин А. А. Топонимика Мурома и его окрестностей.2001.- 80 с.
4. РД 52.24.643-2002 Метод комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям.
5. СанПиН 2.1.5.980-00. Гигиенические требования к охране поверхностных вод, 2000. – 23 с.
6. Хабарова Е.И., Роздин И.А., Никитина С.В., Леонтьева С.В. Расчет и оценка эколого-значимых параметров. Учебно-методическое пособие. – М.: МИТХТ, 2010. – 64 с.
7.  Шапошникова И.А., Молчанова М.М., Жаринова Т.А. «Металлы в неживой природе». Перспектива. 2012.

                           Приложение 1.

Фотоматериал.

               Фото 1 – Определение хлорида натрия в воде

                     2

                                            3

 Фото 2,3 – Определение карбонатной жесткости воды

Приложение 2.

Карта – схема исследуемой территории.

Условные знаки:

Площадка №1(Коржавино )

Площадка №2 (Лазарево )

Площадка №3 (Пестенькино )