Научно - исследовательская работа "Качество воды в р.Волга"

Научно – исследовательская ( или исследовательская, или творческая) работа

«Исследование качества воды в реке Волга»

Содержание

Введение

«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. Ты наполняешь нас радостью, которую не объяснишь нашими чувствами… Ты самое большое богатство на свете…». Созерцание удивительных по своей красоте фотографий речных просторов нашей республики еще раз подтверждают слова известного французского писателя и поэта Антуана де Сент-Экзюпери.

Вода является самым важным компонентом природы, она  играет чрезвычайно важную роль в жизни человека, животного и растительного мира. Для человека вода имеет важное производственное значение: она и транспортный путь, и источник энергии, и сырье для получения продукции, и охладитель двигателей, и очиститель и т.д. Особа ценна для человека пресная вода рек. Питьевая вода должна быть не только пресная, но еще и «чистая».

Республика  Татарстан достаточно хорошо обеспечена водными ресурсами. Они слагаются из запасов воды в реках, озерах, прудах, а также включают верхние горизонты подземных вод [1].

Источниками водоснабжения г. Казани являются река Волга и подземные воды. За счёт поверхностных вод Волги обеспечивается 92% от общей потребности города в воде. Остальное приходится на долю подземных водных источников  [4].

Принимая во внимание, что качество питьевой воды при централизованном водоснабжении зависит от трех основных факторов: качества воды в источнике, технологии водоподготовки и состояния водопроводной сети, в настоящей работе рассмотрено первое звено цепи – сезонные изменения поверхностных вод участка  реки Волги по некоторым показателям качества и биологические свойства речной воды.

Состояние Великой реки Волга последнее время ухудшается, происходит катастрофическое   снижение качества воды, в летние месяцы происходит ее активное «цветение». Поэтому проблема сохранения качества воды является на данный момент самой актуальной. Актуальность гидроэкологических исследований связана с обострением экологической обстановки в различных регионах России. В настоящее время масштабы антропогенного воздействия на природные системы возросли и достигли гигантских величин. Важность проблемы охраны окружающей природной среды подчеркивается в законе Российской Федерации «Об охране окружающей природной среды».

Цель работы: исследование качества воды в  реке Волге на выбранном участке, выявление факторов, влияющих на состояние речной воды.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• изучить литературу по теме;
• составить физико-географическое описание реки Волга и исследуемого района;
• изучить особенности термического режима реки;
• определить параметры качества воды в реке на цветность, запах, прозрачность, мутность, кислотность.
• провести  оценку речной воды;
• проанализировать полученные результаты.

Методика проведения исследования: Для изучения качества воды  были выбраны органолептические исследования (с помощью органов чувств).  Они дают возможность предварительно обследовать состояние реки и ее берегов, по виду, цвету или запаху воды увидеть тревожные симптомы, которые в дальнейшем требуют детального изучения.

Материалы и оборудование: чистые бутылки для отбора воды, универсальная индикаторная бумага со шкалой, цилиндры, фильтровальная бумага, воронка, химический стакан, лист белой бумаги (с текстом), пробирки, микроскоп.

1.Физико-географическое описание реки Волга и исследуемого района.

Волга - великая русская река длиной 3530 км. Река Волга берёт начало на Валдайской возвышенности (на высоте 229 м), впадает в Каспийское море. Волга— крупнейшая в мире река внутреннего стока, то есть не впадающая в мировой океан. Речная система бассейна Волги включает 151 тыс. водотоков (реки, ручьи и временные водотоки) общей протяжённостью 574 тыс. км. Бассейн реки Волга занимает около 1/3 Европейской территории России и простирается от Валдайской и Среднерусской возвышенностей на западе до Урала на востоке. Основная, питающая часть водосборной площади Волги, от истока до городов Нижнего Новгорода и Казани, расположена в лесной зоне, средняя часть бассейна до городов Самары и Саратова — в лесостепной зоне, нижняя часть — в степной зоне до Волгограда, а южнее — в полупустынной зоне. Волгу принято делить на 3 части: верхняя Волга — от истока до устья Оки, средняя Волга — от впадения Оки до устья Камы и нижняя Волга — от впадения Камы до устья. Протяженность Волги в пределах республики Татарстан составляет 230 км.

Огромный бассейн реки Волги (1360 тыс.кв.км) составляет около 8%  территории России. Здесь проживает свыше 42% всего населения страны, производится свыше 20% промышленной и сельскохозяйственной продукции страны. Средний расход воды 7710 куб. м/сек. Волга - самая крупная и полноводная река Европы. Первое упоминание о ней встречается в трудах древнегреческого историка Геродота (5 век до нашей эры). В письменных древнеримских источниках 2-4 веков Волга географически идентифицировалась как река Ра - “щедрая”. В арабских источниках именуется Ателью - рекой рек, великой рекой. Русское название Волга (ст.-слав. Вольга) произошло от праславянского Vьlga, волглый — волога — влага.  [6]

Для изучения состояние водной экосистемы был выбран участок реки Волга в 60 км от города Казани Лаишевского района Республики Татарстан, на базе отдыха «Голубой залив», координаты: 55°29'36", 49°5'38.84".  Климат исследуемого участка характеризуется как умеренно континентальный с теплым летом и умеренно холодной зимой. Самым теплым месяцем является июль, средняя температура его равна +20°С, январь наиболее холодный месяц со средней температурой -13°С. Рельеф равнинный. Природная зона – лесная, преобладают хвойные деревья (сосны). В лесу замечены зайцы, белки, лисы, ежи, лягушки, ужи, ящерицы, дятлы, кукушка.

Для оценки состояния водоема проводилось предварительное обследование местности. Для регистрации данных заполнялся бланк записи результатов описания[2]. Первичное наблюдение проводилось 8 мая 2016 года. Береговая линия ровная. Пляж песчаный. На берегу прорастают  отдельные деревья тополь и сосны. Исследуемое дно песчаное. Вблизи берега в воде прорастает рогоз узколистый (камыш) небольшой участок и элодея канадская в большом количестве. В реке обитает рыба: лещ, сом, щука. Само побережье чистое, но обнаружены единичные пластиковые бутылки, стеклянные бутылки и брошенный мангал. На исследуемом участке расположено большое место для разведения костра.  

2. Оценка качества воды в реке Волга и результаты исследования.

Отбор проб осуществлялся  каждые две недели с мая 2016 года по сентябрь 2016 года. Каждая проба нумеровалась, записывались   температура воздуха и воды, пробы хранились в темном помещении. Описывалось качество воды по показателям: температура, запах, прозрачность, мутность,  цветность и рН.  Результаты занесены в таблицу (приложение 1), по которым сделаны соответствующие выводы.

2.1. Определение температура воды.

Температуру воды определяют с помощью специального термометра или обычным термометром, непосредственно у водоисточника при взятии пробы воды. Термометр опускают в воду на 10-15 минут и его показания отмечают немедленно по извлечении его из воды, после установления постоянной температуры.

Колебания температуры оказывают разное влияние на растения и водных животных. От температуры воды зависит развитие фито- зоопланктона. Например, бактерии гниения могут развиваться только при температуре выше 10 градусов [2].

Температура очень важна для поддержания высокого качества воды. От нее зависят многие физические, химические и биологические свойства воды.

Температура определяет:

• количество кислорода, которое может раствориться в воде (в холодной воде может содержаться больше кислорода, чем в теплой, потому что газы легче растворяются в холодной воде);
• фотосинтетическую деятельность водорослей и растений-макрофитов;
• скорость метаболических процессов у водных организмов;
• чувствительность организмов к ядовитым отходам, паразитам и болезням[7].

Результаты исследования. Анализ измерения температуры воды показал, повышение температуры отмечается в июле и августе, что характерно для этих месяцев в нашей полосе. Однако лето 2016 года было аномальным из-за высоких температур воздуха в июле и августе. Результаты измерений показывают прямую зависимость повышения температуры воды от повышения температуры воздуха. Температура воды  в реке на исследуемом участке 27 июля  составила 26 градусов.

Высокие температуры вызывают рост организмов, которые неблагоприятно влияют на рыб и здоровье людей. Самой благоприятной для жизни рыбы считается температура +15-20°С. Подогревание воды может существенно изменить и поведение рыб - вызвать несвоевременный нерест, нарушить миграцию [8].  Дальнейшее повышение температуры приводит к гибели рыбы. В этом году на берег было выброшено много мертвой рыбы. Возможно, были и другие факторы, предшествующие гибели рыбы.

Повышение температуры воды способно нарушить структуру растительного мира водоёмов[9].

Летом в реке идеальные условия для развития сине-зеленых водорослей, повышение температуры ускоряет процесс. Во время цветения они значительно снижают содержание кислорода в воде и способствуют появлению мертвых зон, где из-за нехватки кислорода гибнет флора и фауна. Сине-зеленые токсичны, представляют серьезную угрозу для здоровья людей. Купание в такой воде чревато сыпью, астмой,  рвотой, нарушением работы печени.

Распространение сине-зеленых водорослей летом – это серьезная экологическая проблема Волги.  Они активно разрастаются вдоль берегов. Эти водоросли покрывают до 20-30% водохранилищ и стали настоящим бедствием для Волги. Опасность их активного появления в том, что эти растения выделяют до 300 видов органических веществ, большая часть из которых ядовита. 200 видов этих веществ до сих пор остаются неизвестными. Отмершие водоросли попадают на дно и увеличивают содержание фосфора, азота и создают идеальную среду для собственного самовоспроизведения. В результате происходит вторичное загрязнение. Вода, которая берется для водоснабжения не очищается от токсинов сине-зеленых.

Повышение температуры воды в реке обусловлено не только климатическими изменениями, характерными для этого сезона.

Деятельность человека может быстро изменить температуру воды. Вырубка деревьев по берегам реки может привести к повышению температуры. Наиболее крупные проблемы термального загрязнения связаны с тепловыми электростанциями.

Тепловое загрязнение усугубляется поступлением в водоём органических и минеральных веществ (смыв удобрений с полей, навоза с ферм, бытовых стоков), происходит процесс эвтрофикации, то есть резкого повышения продуктивности водоёма. Азот и фосфор, служат питанием для водорослей, в том числе микроскопических, позволяет последним резко усилить свой рост. Размножившись, они начинают закрывать друг другу свет, в результате чего идёт процесс их массового отмирания и гниения, сопровождающийся ускоренным потреблением кислорода, вплоть до полного его исчерпания.

Все перечисленные выше последствия теплового загрязнения водоёмов наносят огромный вред природным экосистемам и приводят к пагубному изменению  среды обитания человека [10].

2.2. Определение запаха воды

Запах воды обусловлен наличием в ней летучих пахнущих веществ. Они могут возникать в воде естественным образом с развитием в водоеме водорослей, плесеней, актиномицетов и других водных организмов, а также появиться при их отмирании. В таком случае запах характеризуют как землистый, гнилостный, болотный, сероводородный и т.д. Кроме характера запаха определяют его интенсивность. В колбу с притёртой пробкой наливают исследуемую воду (2/3 объёма) и сильно встряхивают в закрытом состоянии. Затем открывают и сразу же отмечают характер и интенсивность запаха. Запах воды определяют сразу по извлечению воды.

По характеру запахи делят на две группы:

• естественного происхождения (живущие и отмершие в воде организмы, загнивающие растительные остатки и др.)
• искусственного происхождения (примеси промышленных и сельскохозяйственных сточных вод) [11].

На запах воды оказывают влияние состав содержащихся в ней веществ, температура, значения рН, степень загрязненности водного объекта, биологическая обстановка.

Нежелательно, чтобы вода имела запах, если она используется для питьевых и некоторых технических целей.

Запахи естественного происхождения [11]:

Результаты исследования. Обнаружен запах  по характеру естественного происхождения болотный при отборах воды 09 июля слабый, 27 июля и 18 августа заметный. Запахи в воде связаны с жизнедеятельностью водных организмов и их отмирании, так как в этот период было отмечено интенсивное цветение воды в реке и появление в большом количестве сине-зеленых водорослей. На запах воды оказывают влияние состав содержащихся в ней веществ, температура, значения рН, степень загрязненности водного объекта, биологическая обстановка.

2.3. Определение  мутности и прозрачности воды

Мутность воды — показатель, характеризующий уменьшение прозрачности воды в связи с наличием неорганических и органических тонкодисперсных взвесей, а также развитием планктонных организмов. Причинами мутности воды может быть наличие в ней песка, глины, неорганических соединений (гидроксида алюминия, карбонатов различных металлов), а также органических примесей или живых существ, например бактерио, фито- или зоопланктона.

Прозрачность воды в гидрологии — это отношение интенсивности света, прошедшего через слой воды, к интенсивности света, входящего в воду.

В речной воде находятся взвешенные вещества, которые уменьшают ее прозрачность. Существуют несколько методов определения прозрачности воды.

Для определения степени прозрачности был использован  метод «шрифт», текст бумаги на белом листе. За бутылкой исследуемой воды помещают текст на белом листе бумаги. Если удается прочитать текст, то вода считается чистой, прозрачной [11].

Результаты исследования. Полученные результаты показали, что вода 27 июля и 18 августа считается не прозрачной и мутной.

Следует отметить, что на прозрачность воды влияет не только мутность, но и её цвет.

2.4. Определение цветности воды

Цветность воды - условно принятая характеристика для описания цвета природной и питьевой воды - это косвенный показатель количества содержащихся в воде растворенных органических веществ. Она определяется свойствами и структурой дна водоема, характером водной растительности, рельефом и типом почв, формирующих берега, наличием в водосборном бассейне болот и торфяников, и др. Цветность определялась визуально, характеризуя цвет воды в пробирке высотой 10–12 см на белом фоне (например, бесцветная, слабо-желтая, желтая, буроватая и т.д.) При отсутствии окраски вода считается бесцветной. Зеленоватая окраска воды бывает, когда бурно размножаются микроскопические водоросли и животные [11].

Результаты исследования. По показателю цветности наибольшие результаты зарегистрированы  при отборах воды 27 июля и 18 августа. Выявленные изменения обусловлены природным характером. В этот период отмечалось интенсивное цветение воды в реке и появление в большом количестве сине-зеленых водорослей. Цветность воды в реке Волге  - характерная слабожелтая определяется наличием песка и глины. Об этом свидетельствуют результаты определения взвешенных частиц. Фильтрование воды производилось при помощи фильтрованной бумаги, через которую пропускали исследуемую воду. После фильтрации записывались результаты, что осталось на фильтре: песок, мелкие механические частицы.

2.5. Кислотно–щелочной баланс воды рН

Кислотно–щелочной баланс воды рH можно определить с помощью универсальной индикаторной бумаги, сравнивая ее окраску со шкалой. Питьевая вода должна иметь нейтральную реакцию (рH около 7). Величина рH воды водоемов хозяйственного, питьевого, культурно бытового назначения регламентируется в пределах 6,5-8,5  [11].

Для наглядности и сравнения были взяты три пробы воды: дистиллированная вода, вода из реки и уксус.

Дистиллированная вода — очищенная вода, практически не содержащая примесей и посторонних включений. Получают перегонкой в специальных аппаратах — дистилляторах. Дистиллированная вода имеет pH =5,4- 6,6  [12].

Результаты исследования показали, что  рН воды  реки Волга по месяцам отличаются,  но не значительно 6,5 и 7,0 соответственно и соответствует норме.

Заключение

Крупнейшая река Европы Волга считается  одной из самых грязных в России. Согласно данным Росгидромета анализ поверхностных вод реки Волга свидетельствует о низком качестве воды. Вода в Волге оценивается как “загрязненная”, а местами даже как “чрезвычайно грязные” [10].

В настоящее время в бассейне Волги сосредоточено около 45% промышленного и примерно 50% сельскохозяйственного производства России. Объем загрязненных стоков, сбрасываемых в бассейны региона, составляет 38% от общероссийского. Главная водная артерия перегорожена глухими плотинами, как тромбами. Волга и ее притоки буквально захлебываются от промышленных, сельскохозяйственных и коммунальных стоков.

Волга из могучей полноводной реки превратилась в цепь слабопроточных водоемов, где все ее физические, химические и биологические свойства изменились коренным образом. Стоячая река, потерявшая способность к самоочищению, постепенно превращается в антисанитарный водоем. Живая волжская вода мертвеет на глазах [13].

И не надо  будет гадать, «чей стон раздаётся над великой русской рекой». То стонет сама Волга, изрытая вдоль и поперёк, больная, с рассольной водой, перетянутая плотинами гидростанций, распухшая от водохранилищ, с убывающим год от года знаменитым рыбным богатством. Участие в спасении Волги – долг каждого из нас.

Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о наличии проблемы загрязнения реки Волги  и неблагополучии её экологического состояния.  Для предотвращения экологической катастрофы необходимо  проведение дорогостоящих  природоохранительных мер, основными из которых  являются:

• регулирование водного стока;
• прекращение сброса сточных вод;
• внедрение маловодных и замкнутых систем водоснабжения промышленных предприятий;
• строительство новых и совершенствование построенных очистительных систем;
• принятие мер по сохранению чистоты и полноводности малых рек  путем прекращения вырубки лесов вдоль берегов и  у истоков, укрепления береговой линии посадки, прекращения распашки прибрежной полосы.

Но начинать надо с малого. А.П. Чехов как-то сказал: «Если каждый человек на куске своей земли сделал бы все, что он может, как прекрасна была бы Земля наша». Каждый человек может внести малую лепту в сохранении нашей реки. Не оставлять мусор на берегу. Не сжигать и не закапывать стеклянный, пластиковый, металлический мусор. И взрослым, и детям надо знать правила поведения во время отдыха на природе. Даже безобидная, на первый взгляд, мойка машин на берегу водоема, способствует активному загрязнению воды в реке. Мы с друзьями ежегодно проводим «чистку» побережья «Голубого залива», организуем концерты и  конкурсы для детей на экологическую тему.

Работа рассматривает лишь один из аспектов проблемы. Исследования в этом направлении могут быть продолжены. Это могло бы быть изучение химического состава воды. Химический анализ  позволит точно установить природу возможного загрязнения и его потенциальные источники.

Своей работой я хотела бы привлечь внимание одноклассников к проблеме сохранения окружающей среды.

Мы слышим речек медленную речь…

Летят, звеня, дождинки с небосвода,

Клубится на заре тумана дым…

Все это называется природа,

Давайте же сердца ей отдадим!

3.  Выводы

1. Результаты проведенного исследования воды в реке Волга в районе базы отдыха «Голубой залив» свидетельствуют о повышении всех значений показателей в летний период июль, август, и именно в этот период вода в реке Волга считается грязной, что говорит об ухудшении ее экологического состояния.
2. Выявленные изменения качества воды в реке Волга при помощи органолептических методов показывают, что качество воды представляет угрозу жизни для живых организмов.
3. Исходя из результатов исследования, река Волга по значению рН соответствует норме. Но наличие запаха, механических частичек и живых организмов говорит о недопустимости использования воды для питья и приготовления пищи без предварительной обработки.

Список использованной литературы

1. География Татарстана (пробное учебное пособие) – Казань, «Магариф», 1994
2. Сенова О. Наблюдение рек.  Пособие для проведения общественного экологического мониторинга ответственный редактор - СПб, 32 стр.
3. Кузнецов А. Л., Будаева В. А. Антропогенное влияние человека на водную экосистему Верхней Волги (г. Дубна — п. Белый Городок) // Молодой ученый. — 2014. — №13. — С. 108-113.

Ресурсы интернета

4. http://www.kznvodokanal.ru/production/water-supply      Водоканал
5. http://bibliofond.ru/view.aspx?id=821431    Курсовая работа по дисциплине «Учение о биосфере». Экологическое состояние реки Волги и пути ее улучшения Специальность 020801.65 «Экология» Студентка группы ДБЭ-21 Себякина Ю.Е.
6. http://kazved.ru/page.     Казанские ведомости  23 августа 2012 | Выпуск №124 от 23 августа 2012 года
7. http://boomerangclub.ru/up/images/informaciya/priroda-sakhalina-i-kuril/multemediinie-diski/salmon/baza/pages/5_13.htm    Температура воды.
8.    http://sam-stroy.info/fazenda/fish/1453699682.htm  Влияние температуры воды на клёв рыбы
9. http://www.km.ru/referats/BBB30C9B43BE405797D925ABD19AD95D Термальное загрязнение. Реферат
10. http://www.protown.ru/information/hide/2833.html   Федеральный портал Качество воды
11. http://vodeco.ru/general-water/osnovnie-pokazateli.html Основные показатели качества воды
12. https://ru.wikipedia.org/wiki/  ВикипедиЯ. Дистиллированная вода
13. https://ria.ru/eco/20090714/177327889.html Экологические проблемы реки Волги. Справка

Приложение 1