Мониторинг воды водоемов города Димитровграда

13

Научная и инженерная выставка молодых исследователей

Мониторинг воды водоемов города Димитровграда

Бибарсова Алина Рашидовна

Нерсесьян Роберт Вячеславович

Иванников Роман Игоревич

г. Димитровград, МБОУ СОШ № 23

Введение.

Вода – самое распространенное и самое удивительное вещество на нашей планете. Она окружает нас повсюду: в водоемах, на земле и даже в воздухе – в виде снега, дождя и пара. Вода, как и воздух – везде!

Замечать отсутствие воды человек начинает только тогда, когда ее не хватает. Даже при незначительном уменьшении содержания воды в организме человека начинает мучить жажда, при потере же 5 л воды человеческий организм теряет способность нормально функционировать. Если потеря воды организмом увеличивается, человек может просто умереть.

Осознавая необходимость повышения общественной осведомлённости и вовлечённости в охрану качества воды, мы приняли участие во Всемирном Дне Мониторинга Воды по приглашению Международной Ассоциации Воды. Официально Всемирный День Мониторинга Воды отмечается 18 сентября, однако нам было предложено выбрать свой день мониторинга воды в любую дату между 22 марта и 31 декабря.

Международная Водная Ассоциация (МВА) – это всемирная сеть профессионалов в сфере исследования воды, связывающая друг с другом теорию и практику и охватывающая все грани водного цикла. МВА решает мировые проблемы в сфере воды и санитарии путём продвижения сотрудничества, развития знаний и выработки интегрированных устойчивых решений. МВА имеет членов в 130 странах мира.

Цель нашего исследования: провести мониторинг качества воды в водоёмах города Димитровграда.

Задачи:

1. Ознакомиться с правилами тестирования воды;

2. Выбрать несколько водоёмов города для забора проб воды;

3. Протестировать пробы воды на:

• растворённый кислород (РК);

• кислотность (pH);

• мутность (прозрачность);

• температуру.

1. Проанализировать результаты мониторинга воды.

Методы исследования:

1. Изучение литературы и информации о значении воды и её свойствах.

2. Метод лабораторных исследований.

3. Метод визуального наблюдения.

4. Метод фиксирования результатов (фотографии).

5. Описательный метод (ведение практического дневника).

6. Компьютерная обработка данных.

Глава I . Свойства и значение воды.

1. Что такое вода?

Вода окружает нас повсюду с самого рождения. Что же такое вода? Ответ на этот вопрос мы нашли в различных энциклопедиях.

Википедия даёт такое определение: «Вода — (оксид водорода) — химическое вещество в виде прозрачной жидкости, не имеющей цвета (в малом объёме), запаха и вкуса (при нормальных условиях). Химическая формула: Н₂O. В твёрдом состоянии называется льдом или снегом, а в газообразном — водяным паром» [2].

В медицинской энциклопедии «Вода - жидкость без запаха, вкуса, цвета; самое распространенное природное соединение» [3] .

А в геологической энциклопедии говорится о том, что «Вода - хим. соединение водорода и кислорода. Весовой состав ее: 11,19% Н и 88,81% О. Молекулярная масса 18,0153» [4].

Забота о получении достаточного количества воды, пригодной для питья и удовлетворения культурно-бытовых потребностей населения, не оставляет человечество на протяжении всего его существования. При водоснабжении городов и большей части промышленных предприятий 90% воды, сбрасывается обратно в реки и водоемы в виде сточных вод, загрязненных отходами хозяйства. С ростом городского населения и развитием канализации загрязнение рек и водоемов стало приобретать глобальные масштабы. В итоге ухудшается качество воды. Под качеством природной воды в целом понимается характеристика ее состава и свойств, определяющая ее пригодность для конкретных видов водопользования (ГОСТ 17.1.1.01–77), при этом критерии качества представляют собой признаки, по которым производится оценка качества воды [5].

1.2. Вода в природе

На первый взгляд кажется, что воды на планете много. На долю воды приходится примерно 70% поверхности земного шара, но мир страдает от жажды, потому что основная масса воды солёная, ведь она является уникальным растворителем. В ней столько соли, что можно покрыть всю сушу слоем 200м. В одном литре океанической воды содержится примерно 35 грамм соли (хлор, натрий, сульфаты, магний, кальций). Пресной же воды очень мало, а её источники (реки, озёра, болота, ледники, подземные воды) размещены неравномерно. Вода образует водную оболочку нашей планеты – гидросферу. Она включает воду в трёх агрегатных состояниях – жидком, твёрдом и газообразном. В атмосфере нашей планеты вода находится в виде капель малого размера, в облаках и тумане, а также в виде пара. При конденсации выводится из атмосферы в виде атмосферных осадков (дождь, снег, град, роса).

Необходимая для жизни вода перемещается в результате постоянного круговорота. Каждую секунду миллионы кубометров воды превращаются в пар. Поднимаясь в воздух, они образуют облака, которые вместе с воздушными потоками перемещаются на сотни километров, перенося с собой живительную влагу [6].

Рисунок 1.

Круговорот воды в природе [7].

1.3. Применение воды

Важна ли для здоровья человека чистая вода? Безусловно! Ответ на этот вопрос имеет только один вариант. Ежедневно человек употребляет для питья  примерно 1,5 – 3 , а не редко и более литров жидкости. Если количество потребляемой воды становится меньше, то неизменно появляются проблемы с выводом вредных отходов жизнедеятельности из организма и обменом веществ. Многим известен научный факт, что без пищи возможно прожить примерно 70 дней, а без воды – не более 10. Часто можно слышать, что вода – неисчерпаемый природный ресурс. Да, вода неисчерпаема, но наше неразумное, нерациональное к ней отношение может привести к тому, что вода будет загрязнена настолько, что её использование станет невозможным. В наш промышленный век добыть чистую воду из естественных природных источников не просто. Вода трудится в промышленности, в сельском хозяйстве и в энергетике. Она повсеместно используется человеком.

• В земледелии.

Выращивание достаточного количества сельскохозяйственных культур на открытых засушливых землях требует значительных расходов воды на орошение, доходящих до 90 % в некоторых странах.

• Питьё и приготовление пищи.

Живое человеческое тело содержит от 55 % до 78 % воды, в зависимости от веса и возраста. Потеря организмом человека более 10 % воды может привести к смерти. Для нормального функционирования организма человеку нужно усвоить около 3 литров воды за день в зависимости от температуры и влажности окружающей среды, физической активности и т. д.

• Растворитель.

Вода является растворителем для многих веществ. Она используется для очищения как самого человека, так и различных объектов человеческой деятельности. Вода используется как растворитель в промышленности.

• Теплоноситель.

Среди существующих в природе жидкостей вода обладает наибольшей теплоёмкостью. Теплота её испарения выше теплоты испарения любых других жидкостей, а теплота кристаллизации уступает лишь аммиаку. В качестве теплоносителя воду используют в тепловых сетях, для передачи тепла по теплотрассам от производителей тепла к потребителям. Воду в качестве льда используют для охлаждения в системах общественного питания, в медицине. Большинство атомных электростанций используют воду в качестве теплоносителя.

• Замедлитель.

Во многих ядерных реакторах вода используется не только в качестве теплоносителя, но и замедлителя нейтронов для эффективного протекания цепной ядерной реакции. Также существуют тяжёловодные реакторы, в которых в качестве замедлителя используется тяжёлая вода.

• Пожаротушение.

В пожаротушении вода зачастую используется не только как охлаждающая жидкость, но и для изоляции огня от воздуха в составе пены.

• Спорт.

Многие виды спорта проходят на водных поверхностях, на льду, на снегу и даже в воде. Это подводное плавание, хоккей, лодочные виды спорта, биатлон и пр.

• Инструмент.

Вода используется как инструмент для разрыхления, раскалывания и даже резки пород и материалов. Она используется в добывающей промышленности, горном деле и в производстве. Достаточно распространены установки по резке водой различных материалов: от резины до стали. Вода, выходящая под давлением несколько тысяч атмосфер способна разрезать стальную пластину толщиной несколько миллиметров, или более при добавлении абразивных частиц.

• Смазка.

Вода применяется как смазочный материал для смазки подшипников из древесины, пластиков, текстолита, подшипников с резиновыми обкладками и др. Воду также используют в эмульсионных смазках.

Глава II. Практическая часть: мониторинг воды.

2.1. Выбор водоёмов для проведения мониторинга воды.

Для проведения мониторинга воды мы выбрали четыре водоёма города Димитровграда.

Таблица данных мониторинга воды в водоёмах приведена в Приложениях I, II.

• Пруд Зеркальный

Пруд образован земляной плотиной длиной 690 метров на реке Ерыкла. В центре плотины расположен открытый водосброс. Плотина не проезжая. Пруд имеет площадь водного зеркала 34,53 га, объем 576 тыс. м³, средняя глубина 1,67 метра.

• Рыба парк. Малое озеро.

Естественный (природного происхождения), закрытый (непроточный) водный объект. Питается родниками. Находится в западной части города. Используется жителями Димитровграда как рекреационный ресурс. Площадь зеркала озера 1652 м², объем зеркала - 915 м³. Глубина: максимальная-1,40 метров; средняя-0,46 метров. Нуждается в искусственной очистке. МКУ «Служба охраны окружающей среды» разработан проект мероприятий по расчистке родников, удалению водной растительности и формированию береговой линии. Берега в месте взятия пробы пологие, поросшие камышами и другой болотной растительностью. В озере много лягушек.

• Река Черемшан

  Длина — 336 км, площадь бассейна — 11 500 км², средний расход воды в устье 36,1 куб. м/с. Исток расположен на Бугульминско-Белебеевской возвышенности. Питание снеговое. Весной река расходует 60-70 % годового стока. Левые притоки реки Большой Черемшан - Кармала, Тарханка и Бол, правые - Большая Сульча, Малый Черемшан, Шарля, а также Темерлин и Тия. Берега у реки песчаные, покрыты смешанными и хвойными лесами. В русловой части часто встречаются перекаты, острова, рыбацкие заколы, а также мели [9]. Забор воды проводили на городском пляже.

• Пруд Верхний

Пруд расположен в Центральном жилом районе на реке Мелекесска. Создан искусственно для водопотребления промышленными предприятиями и отдыха горожан. МКУ «Служба охраны окружающей среды» проводило зарыбление пруда растительноядными видами рыб (толстолобик, белый амур, пятнистый амур) для биологической очистки пруда. Также проводили искусственную техническую очистку пруда [10].

Берега в месте взятия пробы пологие, поросшие густой травянистой растительностью. В пруду обитают лягушки.

2.2. Забор проб воды.

Во время проведения мониторинга воды необходимо соблюдать инструкция по технике безопасности (Приложение III).

Для забора образца воды мы использовали закрываемую крышкой тару с широкой горловиной (объемом 1литр). Контейнер полностью заполняли образцом воды и плотно закрывали крышкой, чтобы предотвратить утерю растворенных газов. Тесты производили сразу на месте взятия проб. Подробную процедуру сбора образцов можно посмотреть в Приложении IV.

2.3. Измерение мутности воды.

Мутность - это показатель относительной прозрачности воды. Причиной мутности воды бывают взвешенные и коллоидные вещества, такие как глина, ил, органические и неорганические вещества, а также микроорганизмы. Не нужно путать мутность с цветом, поскольку вода, окрашенная в темный цвет может быть чистой, а не мутной. Мутная вода может быть результатом эрозии почвы, городских стоков, цветения воды, а также возмущения донных осадков, вызванного движением судов и обилием рыб, питающихся на дне.

Для проведения теста на мутность мы использовали белый контейнер. К его дну мы приклеили стикер диска Секки за 24 часа до использования, чтобы дать клею засохнуть.

Диск Секки - простейший гидробиологический прибор, используемый для измерения глубины водоема по зрительным ощущениям. Представляет собой чёрно - белый диск диаметром 50 см. Назван (1865) пo имени итальянского лимнолога А. Секки [11].

Наш диск гораздо меньших размеров.

2.4. Измерение температуры воды.

Водные животные (напр. речные насекомые, рыбы) чувствительны к изменениям температуры воды и для выживания и размножения им необходим определенный диапазон температур. Если температура воды в течении длительного времени оказывается за пределами этого диапазона, то это может повредить организмам и вызвать их гибель. Также температура влияет на количество растворенного кислорода, которое может содержать вода. Холодная вода может содержать больше кислорода, чем теплая, а всем водным организмам необходим кислород для выживания. Кроме того, температура влияет на уровень фотосинтеза водных растений, а также на чувствительность водных животных к токсичным отходам, паразитам и болезням. Теплая вода, сбрасываемая с заводов и фабрик, вырубка деревьев, обеспечивающих тень над водным объектом, а также воды, стекающие с улиц городов, могут вызвать изменения температуры, что грозит нарушением баланса водных систем.

Для измерения температуры воды в водоёмах мы использовали термометр с жидкокристаллическим дисплеем, который имеет самоклеющуюся заднюю сторону. Для удобства мы приклеили его к контейнеру сбора образцов. Температура отображалась на зеленом дисплее термометра.

2.5. Измерение растворённого кислорода (ПриложениеV)

Поступление кислорода в водоем происходит путем растворения его при контакте с воздухом, а также в результате фотосинтеза водными растениями. Растворенный Кислород (РК) очень важен для здоровья водных экосистем. Всем водным животным для выживания необходим кислород. Природные водные объекты с высоким уровнем содержания растворенного кислорода являются наиболее благоприятной и устойчивой средой, способной поддерживать разнообразие водных организмов. Изменения водной среды, вызванные как природными явлениями, так и деятельностью человека, могут отрицательно сказываться на наличии растворенного кислорода.

Процент насыщенности воды растворенным кислородом является важным показателем качества воды. Холодная вода способна удерживать больше растворенного кислорода, чем теплая. К примеру, при температуре 28°C 100-процентно насыщенная вода содержит 8 мг/л растворенного кислорода. В то же время при 8°C вода может содержать 12 мг/л кислорода до ее полного насыщения. Высокий уровень содержания бактерий и гниющих растений может привести к снижению процента насыщения. Это может вызвать большие колебания уровня растворенного кислорода в течении дня, что в свою очередь вредно сказывается на возможностях растений и животных к размножению и развитию.

Таблица 1.

Процент насыщения воды кислородом.

2.6. Определение кислотности воды (рН) (ПриложениеVI).

Величина pH - это мера качества воды, отражающая уровень ее кислотности или щелочности. Диапазон pH изменяется от 0 (очень кислотная) до 14 (очень щелочная), а 7 - нейтральная вода. Большинство водных животных предпочитают уровень pH от 6.5 до 8.0. Они адаптированы к конкретному уровню pH, и могут умереть, прекратить размножаться или поменять место обитания, если уровень рН варьируется за пределами этого диапазона. Низкий pH может также привести к повышению содержания токсичных для водных растений и животных соединений. Это может нанести вред водной жизни. На уровень pH могут воздействовать примеси из атмосферы (или кислотные дожди), сбросы сточных вод, дренажные воды с шахт и карьеров, а также виды природных пород данной местности.

Таблица 2.

Классификация вод по рН [12]

Заключение.

На протяжении всей своей жизни человек ежедневно имеет дело с водой. Он использует ее для питья и пищи, для умывания, летом – для отдыха, зимой – для отопления. Для человека вода является более ценным природным богатством, чем уголь, нефть, газ, железо, потому что она незаменима.

Проведенный нами мониторинг позволил исследовать качество воды различных водоёмов города Димитровграда. Мы научились делать заборы образцов воды, овладели методикой определения мутности воды, измерения её температуры, насыщения кислородом и кислотности.

Данные мониторинга показывают, что температура воды во всех четырёх водоёмах в июле выше, чем в июне (в среднем на 12-14°С). Это вполне объяснимо, ведь июль – второй и самый жаркий летний месяц.

Самая мутная вода на момент взятия проб была в пруду Зеркальном. Это объясняется наличием глины в грунт и достаточно мощным слоем (40 см) ила. Самая прозрачная вода оказалась в пруду Верхнем, именно в нём МКУ «Служба охраны окружающей среды» проводила техническую очистку и его вода используется для водопотребления.

Мы определили, что показатели растворённого кислорода одинаковы во всех водоёмах, однако отличаются по месяцам (в июне – 4 мг/л, в июле - 8 мг/л). Процент насыщения воды растворённым кислородом составляет в июне 42, в июле – 106.

Экспериментальным путём доказано, что величина pH в водоёмах мало отличается, самая большой показатель кислотности в пруду Зеркальном (значение pH – 9, щелочная). В остальных водоёмах вода слабощелочная (значение pH от 7 до 8).

Считаем, что цели и задачи нашего исследования достигнуты.

Исследование воды

• Это важно: всем нужна чистая вода!

• Это просто: для участия не нужно быть специалистом, справиться с работой может любой школьник!

• Это весело: вы можете принимать участие в этом событии с вашими друзьями или родственниками!

Желаем вам крепкого здоровья и чистой воды!

Практическая значимость проекта.

Материалы полученных наблюдений могут быть использованы на уроках географии, природоведения, биологии, химии, на занятиях элективных курсов, во внеклассной работе по предметам. Проведенная работа имеет большой воспитательный потенциал, так как прививает любовь к родному краю, природе.