Научно-исследовательская работа: "Оценка степени загрязнения поверхностных вод Южноуральского водохранилища".

20

Региональный очно-заочный конкурс исследовательских работ и проектов

«Природа – бесценный дар, один на всех»

(в рамках «Экологического марафона «Планета детей – 2017»)

Номинация: Вода – бесценный дар

ТЕМА

«Оценка степени загрязнения поверхностных вод Южноуральского водохранилища»

Выполнил:

Гуляйкин Кирилл, ученик 7 класса

МКОУ «Берёзовская СОШ»

Увельский муниципальный район

Научный руководитель:

Гуляйкина Елена Владимировна,

учитель географии.

2017 год

Содержание:

1. Введение…………………………………………………………………..2

2. Особенности географических условий района исследования………..3

3. Исследование водоёма…………………………………………………...5

4. Наличие сооружений, промышленных объектов на водохранилище.7

5. Животный мир……………………………………………………………9

6. Рыбалка на Южноуральском водохранилище………………………...9

7. Отдых на Южноуральском водохранилище………………………….10

8. Проведение лабораторных исследований……………………………..10

9. Заключение ……………………………………………………………….18

10. Литература…………………………………………………………20

Введение

Вода – одно из самых распространенных веществ на земле. Она покрывает большую часть земной поверхности. Значение воды в процессах жизнедеятельности очень велико.

Когда-то можно было брать воду прямо из рек. Теперь равнинные реки, их притоки уже не те, и пить из них без специальной очистки не позволят врачи. «Водная проблема», «Водный голод», «Водный кризис» - этими и подобными тревожными заголовками полны в последнее время газеты и журналы мира. Как не тревожиться, если появление все новых химических веществ в отходах производства, смытые дождями с полей удобрения и ядохимикаты, приводят к резкому увеличению количества стоков, содержащих вещества, опасные для всего живого.

«Закон о природе» запрещает спускать в водоёмы отходы производств, зхламлять берега мусором. Кроме того, если мы будем красть у природы очень много воды, то наши водоёмы обмелеют, и могут совсем исчезнуть.

Если раньше водоём был чистым, то сейчас он катастрофическими темпами зарастает. Долгое время оно не чистилось! Поэтому я считаю, что нужно именно сейчас обратить внимание

Цель моего исследования: проанализировать, какие характеристики имеет вода Южноуральского водохранилища.

Задачи:

• изучить географическую характеристику района исследования

• познакомиться с научно-популярной литературой по данной теме

• изучить свойства воды и провести исследование Южноуральского водохранилища.

Объектом моего исследования является Южноуральское водохранилище

Гипотеза исследования: Я предполагаю, что воды Южноуральского водохранилища загрязнены.

Увельский район расположен на юго-востоке Челябинской области в 100 км от областного центра. Внутри территории Увельского района находится город Южноуральск областного подчинения (с 1 февраля 1963 г.) и шахтерский поселок Красногорск административного подчинения городу Еманжелинску.

Площадь Увельского района составляет 2330 км². По состоянию на 01.01.2017 года численность населения в районе составляет 31 733 человек, в том числе мужской пол 46,9%, женский пол 53,1%.

Рис. 1. Административная карта Увельского района.

Климат района - континентальный с резкими колебаниями температур. Зима холодная и продолжительная, лето относительно жаркое с периодически повторяющимися засухами. Особенности климата связаны с расположением области в глубинах Евразии, на большом удалении от морей и океанов. Продолжительность безморозного периода в среднем 137 дней. Количество осадков, в среднем, составляет 340 мм в год.

Зимой район находится под влиянием Азиатского антициклона. Континентальный воздух, поступающий из Сибири, приносит морозную и сухую погоду. Меридиональное простирание Уральских гор и открытость Зауралья в сторону Северного Ледовитого океана способствуют частому вторжению арктического воздуха, для которого характерны низкие температуры и малое содержание влаги. В летний сезон в южные районы поступает континентальный тропический воздух, приносящий жаркую, сухую погоду. Таким образом, с перемещением воздушных масс происходят переносы тепла и влаги.

Атмосферные осадки распределяются неравномерно. Суммы осадков уменьшаются с запада на восток от 500 до 300 мм. Наибольшая сумма осадков приходится на летний сезон. Зимой количество осадков резко уменьшается. В теплую половину года выпадает 75-78% годовой суммы осадков. Средняя мощность снежного покрова достигает 34-38 см при продолжительности 156-160 дней. В общей сумме осадков влага от снега составляет около 25%.

Количество ветреных дней в году составляет соответственно 162 и 140 дней. Средняя скорость ветра 3,6 м/с [21].

Таблица 1. Среднегодовое направление ветра Увельского района, %

(по данным отдела экологии)

Рис. 2. Роза ветров территории Увельского района.

Ветровые условия в среднем для Увельского района отличаются преобладанием ветра южного, северного, северо-западного и юго-западного направления. Поэтому выбросы промышленных предприятий Челябинского промышленного центра, располагающегося севернее и г. Троицк, располагающиеся южнее, могут оказывать влияние на состояние воздушного бассейна территории.

1. Исследование водоёма

Я живу в п.Берёзовка Увельского района Челябинской области. Здесь родились и выросли мои родители. Поселок находиться в центральной части Челябинской области. Рельеф поселка сравнительно ровный, большие овраги отсутствуют. Поселок расположен в подзоне лесостепи с благоприятными почвенно-растительными условиями. Почвы – чернозём. В окрестностях – лиственные леса на тёмно-серых лесных почвах. В настоящее время практически вся окружающая село территория занята пашнями.

Объектом моего исследования является Южноуральское водохранилище, которое образовалось в 1952 году на реке Увелька (бассейн р. Оби) при строительстве Южноуральской ГРЭС. Объект расположен в Увельском районе Челябинской области. На юго-восточном берегу водохранилища расположен город Южноуральск, на северо-восточном — село Кичигино, на северо-западном — посёлок Березовка. С восточной стороны к водохранилищу примыкает Кичигинский бор, памятник природы. Бор представлен в основном соснами и богат дикими ягодами

Назначение водохранилища – обеспечение технических нужд Южноуральской ГРЭС (водоём-охладитель), хозяйственно-питьевое и производственное водоснабжение населения и предприятий г. Южноуральска и пос. Увельский, орошение.

Площадь водохранилища – 1700 гектаров. С севера на юг оно вытянуто на 8 километров, с запада на восток — на 2 километра. Средняя глубина – 8 метров, наибольшая достигает 11 метров. Среднегодовой сток в створе гидроузла 190,1 млн м³.Вода мутная, прозрачность от 30 сантиметров до одного метра.

Водохранилище вытянуто вдоль русла р. Увельки с севера на юг. Дно илистое, с остатками затопленных деревьев, местами каменистое. Правобережная часть водоёма пологая, местами распахана. Левый берег в верховьях высокий, обрывистый, в нижней части – пологий. В районе размещения насосных станций берега крутые, обрывистые, каменистые, с незначительными обвалами.

На внутренний водообмен, скорости течения и температурный режим водоёма значительное влияние оказывает Южноуральская ГРЭС. В водохранилище выделяются три температурные зоны: с естественным температурным режимом (до 21°С в летнее время); умеренного подогрева (приплотинный участок) ‒ с эпизодическим превышением температуры; максимального подогрева с постоянным превышением температуры, достигающей в летний период +33,0…+35,0°С.

Прозрачность воды невысокая (до 1,4 м), в паводковый период – до 0,5 м. По химическому составу вода пресная, относится к гидрокарбонатному классу, смешанной группе, повышенной минерализации (45–638 мг/дм³). Водородный показатель рН 7,3‒8,9. Распределение концентраций биогенных веществ неоднородно по акватории и отражает уровень антропогенного воздействия на отдельные участки водохранилища, иногда превышая нормативы, установленные для рыбохозяйственных водоёмов, в частности, по нитритам – до 35 раз.

4
.Наличие сооружений, промышленных объектов на водохранилище.
Южноуральская ГРЭС (полное официальное название — филиал филиала ОАО «ОГК-3» «Южноуральская ГРЭС») — тепловая электростанция России, расположена в городе Южноуральске Челябинской области. Это была одна из первых в СССР тепловых электростанций мощностью 1000 МВт. Здания и сооружения ГРЭС расположены на четырёх террасах с разностью отметок верхней и нижней террасы в 25,5 метров. Поручение строительства Южноуральской ГРЭС было оформлено в виде постановления Совета Министров СССР № 248 от 02 июня 1948 года. Строительство было поручено Министерству электростанций. Строительство было завершено к апрелю 1952 года. Пусковые операции на первом котле станции были начаты 23 апреля, а включение генератора в сеть состоялось 28 апреля в 0 часов 23 минуты [27].

Рис. 3. Южноуральская ГРЭС-1. Фото Е.В. Гуляйкиной.

Рис. 4. Строительство Южноуральской ГРЭС-2. Фото Е.В. Гуляйкиной.

Из-за технического износа оборудования Южноуральской ГРЭС, было запланировано строительство нового. 14 августа 2010 года в основание Южноуральской ГРЭС-2 был заложен символический «первый камень».

Инженерным центром энергетики Урала были оценены сейсмические условия, почвенно-растительный и животный мир. Одним из серьезных экологических факторов является шумовое загрязнение окружающей среды. Проведена оценка шумового загрязнения воздуха на изучаемой территории. По требованию ГОСТ 12.1.003-83. СНиП II-12-77 «Нормы проектирования. Защита от шума» фоновые значения не превышают предельно допустимый уровень (от 32 до 52 дБА). Напряженность электрического поля Е (кВ/м) определялась при промышленной частоте 50Гц на высоте 2,0 м от земли. Измерения были проведены в 41 точке. По результатам наблюдения фоновые значения напряженности электрического поля не превышают предельно допустимый уровень. Также при обследовании территории аномалий радиоактивного излучения не обнаружено.

Разработчики утверждают, что строительство энергетического комплекса Южноуральской ГРЭС-2 производилось с использованием новейших существующих технологий газоочистки и с привлечением передовых технологий сжигания топлива, учитывающих экологическую политику предприятия в целом. По данным специалистов, улавливающая способность фильтров на новых блоках достигает 99,9% [30].

5.Животный мир

В водохранилище обитают макрофиты 12 видов. Общая площадь зарастания около 3%. Наиболее развиты тростник и рогоз в виде узкой полосы вдоль правого берега на глубине до 1,7 м.

Фитопланктон мало изучен. Из 97 видов основу видового разнообразия составляют зелёные (66,0%), диатомовые (16,5%) и цианопрокариоты (11,3%). В отдельные годы наблюдается массовое цветение цианопрокариот, вызывающее значительное ухудшение качества воды. В составе зоопланктона выявлено 34 вида: веслоногих ‒ 10 видов, ветвистоусых ‒ 11, коловраток ‒ 13. Донная фауна представлена главным образом хирономидами (15 видов), олигохетами (4 вида) и моллюсками (5 видов). Встречаются пиявки, личинки стрекоз.

В составе ихтиофауны плотва, окунь, карась, ёрш, линь, язь. В разные годы в водохранилище производились посадки леща, судака, карпа, белого амура, белого толстолобика, гибрида толстолобика, форели, рипуса и гибрида сиг‒рипус.

На водохранилище ведётся промысловый лов рыбы. В зимний период сплошной ледяной покров на акватории водохранилища не устанавливается, поэтому зимних заморов не происходит.

6.Рыбалка на Южноуральском водохранилище

На водоеме производится промысловый лов рыбы. Основными способами поддержания рыбных ресурсов в водохранилище являются нерест и зарыбление. Несколько лет назад любительская рыбалка здесь была платной, в настоящее время путевок не требуется.

В советское время водоем был ценным питомником леща, которого здесь удили килограммами. Но в девяностые всего леща выгребли тралами.

Наибольший интерес представляют щука (встречаются экземпляры весом в нескольких килограммов), судак (обычно до 500 граммов).

Ловят рыбу по всей акватории водохранилища, но наиболее популярное место — за поселком Кичигино, ближе к месту впадения реки Увельки. Зимой опасно рыбачить со стороны плотины. Ловят с лодок и с берега, зайдя в воду.

7.Отдых на Южноуральском водохранилище

Отдохнуть на Южноуральском водохрнтилище можно и «дикарями», и с комфортом. К отдыху в палатках или в автомобиле располагают песчаные берега. Для сторонников комфорта на восточном берегу водохранилища действуют базы отдыха и детские лагеря.Многие из современных баз работают круглый год, имеются комфортабельные корпуса и домики, тюбинговые трассы, бани, прокат

Цель моей работы достигнута и решены поставленные задачи. А вот гипотеза, выдвинутая мной, не подтвердилась.

Пресная вода – это наше богатство. Запасов воды, пригодной для использования человеком, в том числе для приготовления пищи и просто для питья, не так уж и много по сравнению с общим количеством воды на планете. Затрачивается немалый труд на то, чтобы нам было легко и удобно получать это благо.

8.Проведение лабораторных исследований

Внешний вид водного объекта может дать очень важную информацию о качестве воды в нем.

Внешний осмотр водного объекта показал:

1.Отсутствие пленок и пятен на поверхности воды, нефтяных пятен на берегу, на водных и прибрежных растениях;

2.На месте исследования плавающей мусор или мусор на дне и берегах реки замечен не был.

В нашей школьной лаборатории я провел опыты. В качестве объекта наблюдения был осуществлен забор воды в двух постах наблюдения: 1 – р. Кабанка, 2 – Южноуральское водохранилище. При этом была соблюдена методика отбора проб: установлено три створа, забор воды велся на двух глубинах.

Для оценки степени загрязнения были проведены:

Опыт №1. Определение цветности.

Цветность природной воды зависит от присутствия солей железа и гуминовых кислот. Качественную оценку цветности можно провести путем сравнивания ее с дистиллированной водой на фоне листа белой бумаги при боковом освещении. В нашем случае в опытной 1 и 2 цвет определен как светло-коричневый.

Рис.5 . Определение цветности воды. Фото Е.В. Гуляйкиной.

Опыт №2. Определение прозрачности

Для определения прозрачности воды используем прозрачный мерный цилиндр с плоским дном, в который наливаем воду, подкладываем под цилиндр на расстоянии 4см от его дна текст, высота букв которого 2мм, а толщина линий букв - 0,5 мм.

Просматривая шрифт сверху через столб воды и, сливая или доливая исследуемую воду в цилиндр, находим высоту столба, ещё позволяющую читать шрифт. Проводим исследование в хорошо освещённом помещении на расстоянии около 1м от окна. Прозрачность выражается в сантиметрах высоты столба жидкости (с точностью до 0,5см). Результаты заносим в таблицу.

Рис.6. Определение прозрачности воды. Фото Е.В. Гуляйкиной.

Опыт №3. Запах

100 мл исследуемой воды (20 С) наливают в колбу V= 150-200 мл с широким горлом, закрываем пробкой, встряхиваем вращательными движениями, открываем пробку и быстро определяем характер и интенсивность запаха. Результаты заносим в таблицу.

Опыт № 4. Определение кислотности воды

Промышленные предприятия, автомобильный транспорт выбрасывают в атмосферу оксиды азота, серы, углерода, которые в атмосфере, соединяясь с водой, образуют кислоты. Они губительно действуют на живые организмы, строения, памятники.

Используя индикаторную бумагу (или, если имеется, рН-метр), можно определить наличие кислот в воде. Кислотность определяется показателем рН. Если в пробе рН меньше 5, 6 то это говорит о кислотных выпадениях в изучаемом районе.

Для проведения опыта отлили по 10мл фильтрата из каждой пробы. Опустили в каждую пробирку универсальный индикатор и определили кислотность фильтрата. Сравнили окраску индикатора со шкалой универсального индикатора. Результаты занесли в таблицу.

Опыт №5. Проверка на наличие хлорид-ионов (Cl) в воде

Хлорид-ионы отрицательно действует на организм. Он оказывает раздражающее и прижигающее действие, вызывая некроз тканей, а затем первичное токсико-химическое воспаление, к которому может в дальнейшем присоединиться вторичная инфекция. При небольших концентрациях вызывает общее недомогание.

При больших дозах поступления в организм появляется сильный кашель, боль и стеснение в груди, одышка, кровохаркание. Окрашенный цвет раствора не концентрированный, что говорит о безопасном наличии этих веществ.

После этого в эту пробирки мы добавили хлорид бария(2) в большей концентрации и увидели во все пробирках осадок белого цвета, который подтвердил наличие хлорид-ионов. Количественно, к сожалению, мы эти данные описать не можем, так как в школе нет точных весов. Результаты занесли в таблицу [38].

Опыт № 6. Проверка на наличие сульфат-ионов (SO4²) в воде

Сульфаты поступают в организм человека с пищей, водой, респираторным путем. При приеме внутрь они оказывают тормозящее действие на желудочную секрецию. Токсическое действие на детей проявляется при длительном употреблении воды с содержанием сульфатов [39].

Чтобы определить наличие сульфат - ионов, мы в пробирки с талой водой добавили 0,5мл соляной кислоты, затем 5мл 10% хлорида бария(2).

Рис. 7. Проверка на наличие сульфат-ионов в талой воде.

Фото Е.В. Гуляйкиной.

О наличие сульфат - ионов в воде в больших количествах говорит наличие осевших белых хлопьев в результате реакции, которых было малое количество.

Следующий этап опыта. В пробирку мы налили 10мл воды, добавили 0,5 мл раствора соляной кислоты концентрации 1:5 и добавили 2 мл 5% раствора хлорида бария(2). После этого мы наблюдали слабое помутнение в воде. По данной методике, это значит, что в 1 литре воды содержится от 5-10 мл сульфат-ионов, что составляет допустимое их количество. Результаты занесли в таблицу.

Опыт № 7. Обнаружение катионов свинца (Pb2+)

Внутрь организма человека свинец может попасть через дыхательные органы или органы пищеварения, откуда с кровью попадает далее. Причем попадание свинцовой пыли через легкие гораздо опаснее, чем через пищевод. Очень большое количество этой самой пыли содержится в городе, где воздух заполнен выхлопными газами.

Болезнь, вызванная свинцом, называется плюмбизм. Наряду со многими тяжелыми металлами он блокирует работу ферментов. Выяснили, что при увеличении содержания свинца в крови в 10 раз деятельность ферментов снижается в 100 раз. При этом наступает поражение почек, печени, нервной системы, мозга.

В пробирки с пробой внесли 1мл 50% раствора уксусной кислоты, перемешали. Добавили 0,5 мл 10% раствора дихромата калия. При наличии в исследуемой пробе ионов свинца выпадает желтый осадок свинца. Содержание катионов свинца более 100мг/л. Если наблюдается помутнение раствора то концентрация катионов более 20мг/л, а при опалесценции –0,1мг/л. Результаты занесли в таблицу.

Опыт № 8. Обнаружение катионов железа (Fe3+)

В пробирки добавили 10 мл пробы добавили 1 каплю концентрированной азотной кислоты, затем добавили 2-3 капли пероксида водорода и 0,5 мл раствора троданида аммония. При содержании железа 0,1мг/л появляется розовое окрашивание, а при более высоком - красное.

Fe³ + 3CNS = Fe(CNS)₃

Результаты занесли в таблицу.

Опыт № 9. Обнаружение катионов меди (Cu2+)

Повышенное содержание соединений меди в организме весьма токсично для человека.

Причины избытка меди:

• избыточное поступление в организм (вдыхание паров и пыли соединений меди в условиях производства, бытовые интоксикации растворами соединений меди, использование медной посуды);

• нарушение регуляции обмена меди.

Основные проявления избытка меди:

• функциональные расстройства нервной системы (ухудшение памяти, депрессия, бессонница);

• при вдыхании паров может проявляться "медная лихорадка" (озноб, высокая температура, проливной пот, судороги в икроножных мышцах);

• воздействие пыли и окиси меди может приводить к слезотечению, раздражению конъюнктивы и слизистых оболочек, чиханию, жжению в зеве, головной боли, слабости, болям в мышцах, желудочно-кишечным расстройствам;

• нарушения функций печени и почек;

• поражение печени с развитием цирроза и вторичным поражением головного мозга, связанным с наследственным нарушением обмена меди и белков (болезнь Вильсона-Коновалова);

• увеличение риска развития атеросклероза.

В фарфоровые чашки поместили 3-5мл пробы, осторожно выпарили досуха и нанесли на периферийную часть пятен капли концентрированного раствора аммиака. Появление интенсивно-синей или фиолетовой окраски свидетельствует о присутствие ионов меди Cu²⁺. Результаты занесли в таблицу [47].

Опыт № 10. Обнаружение ионов кобальта (Cо²⁺)

Вредное воздействие кобальта в высоких концентрациях связывают главным образом и в первую очередь с тем, что избыточное поступление кобальта в организм сопровождается состоянием гипоксии или «ощущением» клеткой нехватки кислорода. Ионы кобальта Cо²⁺ с роданид-ионами образуют голубое окрашивание. Результаты занесли в таблицу.

Таблица 2

Результаты опытов анализа воды с опытных точек

По данным таблицы мы сделали выводы. Сложность возникла в том, что в школьной химической лаборатории нет точных весов. Поэтому все реакции мы могли оценить только количественно.

Оценивая прозрачность, мы увидели, что во всех 2 пробах вода достаточна прозрачная. Запах болотистый тинистый. Кислотность всех 3 проб относится к слабой. По выпадению белого осадка при определении хлорид-ионов, можно сделать вывод, что данные вещества существуют в воде. Судя по интенсивности осадков – их незначительное количество.

Во всех 2 пробах отсутствуют сульфат-ионы, катионы свинца, катионы железа, меди и кобальта.

Заключение

Изучение Южноуральского водохранилища позволило не только мне научится работать с литературой, но и узнать новое о природе родного поселка. На мой взгляд, цель работы достигнута.

Оценка степени загрязнения водохранилища осуществлялась на основе химических анализов проб воды, взятых в двух точках в пределах поселка Березовка. Исследования проводились в школьной химической лаборатории.

Пробы воды характеризуются достаточной прозрачностью и отсутствием запаха и нейтральной средой.

В пробах в незначительном количестве присутствуют хлорид-ионы, сульфат-ионы; их концентрация не превышает допустимых норм. Это значит, что антропогенное воздействие на окружающую среду, в пределах допустимых значений.

Катионы меди, ионы кобальта, катионы свинца, катионы железа во всех пробах отсутствуют. Это объяснимо отсутствием источников поступления металлов в данном районе.

Сравнивая результаты двух опытных образцов, речка находится в боле лучшем состоянии, чем водохранилище, так как вода в ней проточная. Никаких примесей практически река Кабанка не имеет т.к. не имеет промышленных стоков и химических предприятий. Это показывает наличие зеленых водорослей в реке, здоровых рыб, отсутствие химических примесей в пробах воды. Проблема реки Кабанка заключается в обмелении и зарастании берегов кустарниками и деревьями, заболачивании поймы.

Таким образом, экологическое состояние Южноуральского водохранилища на территории пос. Березовка Увельского района в настоящий момент времени можно считать удовлетворительным.

Хотелось бы предложить следующее:

1. Ежегодно проводить субботники по очищению реки Кабанка от мусора.

2. Как можно чаще приводить в порядок места, предназначенные для отдыха на берегах Южноуральского водохранилища.

Данная работа может быть использована в качестве наглядного краеведческого материала на уроках географии.

Список литературы

1. Боже В.С., Черноземцев В.А. Челябинск: Энциклопедия/ Сост.. -Челябинск: Каменный пояс, 2001г. -1112с.

2. Буйволов Ю.А. Физико – химические методы изучения качества природных вод. Методическое пособие. М.: Экосистема, 1997.

3. Врата Рифея (серия «Вся Россия»): Сборник.- Москва : Московский писатель, 1996г.- 488с.

4. Гальперштейн Л.Я. «Моя первая энциклопедия: Науч.-поп.издание для детей».- Москва: ООО «Издательство «Росмэн-Пресс», 2004г. -255с.

5. Журнал «Информация. Природа, погода, экология» № 3. Челябинск, 1999 год.

6. Журнал «Уральский перекресток» № 1, 2002 год.

7. Колобовский Е.Ю. Изучаем малые реки. Ярославль: «Академия развития», 2004 год.

8. Спленгер О.А. «Слово о воде» - Ленинград: Гидрометеоиздат, 1980г.-152с.

9. Советский энциклопедический словарь. Москва: «Советская энциклопедия», 1990 год.