Матлыгина Алёна Дмитриевна (11 лет) - Черноисточинский пруд: настанет ли завтра?

Введение

Летом 2016г. в Нижнем Тагиле остро встала проблема качества воды, подаваемой в дома жителей города. Стало невозможно не только пить эту воду, но мыть посуду, купаться, стирать в ней. От воды шёл неприятный запах канализации.

Я решила исследовать – почему это произошло? Узнав от мамы, что мы, жители Дзержинского района, получаем воду из Черноисточинского пруда, я решила изучить причины возникновения и масштабы данной проблемы.

Первый визит к пруду оставил неприятное впечатление – мутная вода, малахитовый налёт на камнях, мёртвая рыба и неприятный запах дали понять, что с прудом случилась беда. После объезда пруда по периметру стало ясно, что размеры катастрофы глобальны – болен весь водоём. Для проведения детального исследования, было решено изучить литературу по методам исследования, ознакомиться с путями решения проблемы и подобрать те из них, которые подойдут к нашему случаю. Выбор пал на гидрологические методы исследования, биоиндикацию водоёма, проведение химических анализов в лабораторных условиях. За время исследования было сделано несколько выездов на объект. Для получения более полной информации материал собирался с шести опорных точек по периметру пруда.

Выяснилось, что состояние Черноисточинского пруда катастрофично. Причиной стала хозяйственная деятельность человека. Изучив материалы по данной теме, я поняла, что мало очистить пруд – надо предотвратить возникновение подобных ситуаций и в будущем. Для этого необходимо проинформировать население о серьёзности проблемы и путях её устранения. Для этого были проведены съемки на Черноисточинском пруду и смонтирован небольшой фильм, который я показала одноклассникам и разместила его в интернете.

Одним из путей решения проблемы может стать создание гидропарка, который не только обеспечит циркуляцию воды, но и привлечёт туристов. Создание такого объекта поможет не только решить проблему, но создаст рабочие места, частично компенсирует затраты на очистку пруда. Более того, именно такой парк позволит узнать историю развития нашего края, род занятий людей, живших на Урале, поможет почувствовать себя исследователем, который, используя открытия прежних дней, будет способен решать задачи будущего!

Гипотеза: экологическое состояние Черноисточинского пруда катастрофично. Причиной загрязнения является хозяйственная деятельность человека, обусловленная его малой информированностью.

Актуальность исследования обусловлена тем, Черноисточинский пруд является питьевым источником Нижнего Тагила. Его гибель приведёт к дефициту воды в городе.

Объект исследования – Черноисточинский пруд.

Предмет исследования – Экологическое состояние Черноисточинского пруда.

Целью исследования стало изучение экологического состояния Черноисточинского пруда и причин его загрязнения.

В соответствии с поставленной целью, мы разработали следующие задачи:

1.Исследовать экологическое состояние пруда

2.Исследовать причины загрязнения

3.Изучить методы по очистке пруда

4.Создать информационный ролик о состоянии пруда

5.Разработать один из методов по очистке Черноисточинского пруда

Практическая ценность работы: Информационный ролик можно использовать для ознакомления местного населения с экологическими проблемами пруда и методами их ликвидации. Опыт по решению подобных вопросов в других регионах можно использовать для очистки Черноисточинского пруда.

При работе над проектом использованы следующие методы работы:

• Изучение литературы
• Метод сравнения
  • История создания Черноисточинского пруда.
  • Значение Черноисточинского пруда в настоящее время
  • Виды загрязнений водоёмов

Метод наблюдения

Биоиндикация водоёма

Гидрохимический метод

Химический анализ

Метод съёмки и фотографирования

Интервью

Метод анализа

Метод синтеза

В процессе исследования изучена литература по теме и использована информация с интернет-сайтов, проведены беседы с жителями пос. Черноисточинск. Сделаны выезды на Черноисточинский пруд, где изучены особенности местности, состояние пруда и возможные причины загрязнения.

1.Теоретическая часть

В начале XVIII века на Урале начинается бурное развитие металлургии. В 1726г. Акинфием Демидовым создаётся Черноисточинский завод у Чёрного озера. Строится плотина, в результате чего озеро превращается в пруд. Позднее, в 1849г. Клементием Ушковым запущен канал, который привёл к увеличению Черноисточинского пруда. С XVIII - XIX вв. пруд используется для заводских целей. После внедрения паровых машин он теряет промышленное значение.[1]

Вывод: Создание Черноисточинского пруда было обусловлено производственной необходимостью.

В 1967 году НИИ Союзводоканалпроект был разработан проект по строительству водоочистной станции и подачи питьевой воды в город Нижний Тагил. В 1971 году началось строительство Черноисточинского гидроузла. Необходимо было построить две насосные станции, микрофильтры, реагентное хозяйство, хлораторную, административно-бытовой корпус, котельную, резервуар чистой воды, два магистральных водопровода диаметром 1000 мм, протяженностью 20 км.

В 1977 году была сдана в эксплуатацию первая очередь очистной станции. Черноисточинский пруд получил статус питьевого источника. С 1982 года гидроузел полностью вступил в строй и производит все виды очистки воды. В 1997 году гидроузел передан из подчинения НТМК и присоединен к ООО «Водоканал» Нижнего Тагила.

С первых дней строительства гидроузла на Черноисточинском пруду запретили эксплуатацию моторных лодок. Поэтому когда-то раздававшийся монотонный гул лодочных моторов постепенно стих. [2]

В настоящее время воду из Черноисточинского пруда используют Гальянский и Дзержинский районы г. Нижнего Тагила.

Вывод: В настоящее время Черноисточинский пруд является питьевым источником половины Нижнего Тагила.

Токсическое загрязнение - химический загрязнитель, который не является естественным веществом и не характерен для водных экосистем. Основными веществами, вызывающими ядовитое загрязнение - гербициды, пестициды и индустриальные составы.

Органическое загрязнение происходит, когда избыток органического вещества, такого как удобрение, попадает в воду. Когда растет количество органического вещества в водоеме, происходит его разложение. Это приводит к истощению кислорода. Нехватка кислорода убивает живые организмы в водоеме. Поскольку живые организмы умирают в воде, происходит и их разложение, которое приводит к дальнейшему истощению кислорода.

Органическое загрязнение происходит, когда неорганические загрязнители, такие как азот и фосфаты, накапливаются в водных экосистемах. Их высокий уровень вызывает чрезмерно быстрый рост водорослей. Поскольку водоросли умирают, они становятся органическим материалом в воде. Огромный распад этого вещества, в свою очередь, понижает кислородный уровень.

Тепловое Загрязнение может произойти, когда вода используется как хладагент промышленными предприятиями и затем возвращается в водную среду в более высокой температуре, чем это было первоначально. Тепловое загрязнение может привести к уменьшению уровня растворенного кислорода в воде, также увеличивая биологическую необходимость водных организмов в кислороде.
Экологическое Загрязнение имеет место, когда химическое загрязнение, органическое загрязнение или тепловое загрязнение вызваны по своей природе, а не деятельностью человека. Примером экологического загрязнения была бы увеличенная норма заиливания водного пути после оползня, который увеличивает количество отложений в воде. Другой пример - когда большое животное, такое как олень, тонет в наводнении, и большое количество органического материала скапливается в воде в результате. Главные геологические события, такие как извержение вулкана могли бы также быть источниками экологического загрязнения. [3]

Вывод: для определения методов по очистке водоема необходимо определить вид загрязнения.

Практическая часть

2.1 Паспорт Черноисточинского пруда

Черноисточинский пруд расположен среди гор хребта Весёлые горы в 25 км к югу от Нижнего Тагила. В Черноисточинский пруд впадают реки: Каменка, Большая и Малая Березовка, Бобриха, Мусатиха, Белогорская Каменка, Чауж, Свистуха, Свистунья, Бурундуковка, Лодочников, Продольный ручей, Ипатьевская, Змеева и Ушковский Канал. Единственная река, вытекающая из Черноисточинского пруда, - это река Исток.

На пруду находятся острова: Сосновый, Воровской, Ивойлов, Лешаков, Родионов, Мусатова, Пуганый, Петрушков, Каменный, Нефонтов, Куца, Тепленький, Поленков, Кедровый, Сухонький, Горбатый, Средний, Дальний. В Черноисточинский пруд вдаются мыс Крутики и мыс Березовый. Также находятся полуостров Лиственный, отмель Безымянная, впадина Бороздина и три залива: Черноисточинский, Егоро-Каменский и Чауж.

Черноисточинский пруд имеет форму в виде сердечка и протянулся с северо-востока к юго-западу на 9 км., а с юго-востока к северо-западу на 5 км. Площадь пруда составляет 26,4 км².[4]Общая площадь водосбора пруда - 370 кв. км. Полезный объем пруда - 75,0 млн. куб. м.

В пруду водятся лещ, окунь, щука, карась, рипус, линь. В пруду обитают моллюски, черви, пиявки.

В поймах пруда и по берегам впадающих в него рек произрастает более 1000 видов растений. Наиболее встречающиеся растения: рогоз, рогульник, рдест, роголистник, кубышки, кувшинки, вех, ситняг, белокрыльник, ежеголовка, стрелолист, лютик, ряска. Водоплавающие птицы: утки, кулики, вальдшнепы.

На одном берегу находится посёлок Черноисточинск. Он состоит из частных домов с приусадебными участками, которые активно используются под огороды. Жилой массив находится на возвышенности относительно пруда. Неподалёку от жилого массива находится шламоотстойник горводоканала.

Вывод: местоположение Черноисточинского пруда, окружающая его растительность, жилой массив и шламоотстойник горводоканала служат источниками органического и фосфатного загрязнений, малая проточность воды создаёт дополнительные условия для размножения сине-зелёных водорослей.

2.2 Определение качества воды

Для полноты исследования и получения объективных результатов пробы воды из Черноисточинского пруда были взяты с шести опорных точек:

• У жилого массива
• У дамбы
• Пионерский лагерь «Чайка»
• База отдыха «Белогорская». Лодочная станция
• Юго-западная оконечность пруда
• Ушковский канал

2.2.1 Биоиндикация качества воды

Качество воды определялось методом Индекса Майера. Собранный биоматериал идентифицировался по классификационной таблице и регистрировался в журнале. Согласно полученным результатам определялась степень загрязнения каждого из шести участков водоёма.

Метод основан на том, что различные группы водных беспозвоночных приурочены к водоемам с определенной степенью загрязненности. При этом организмы-индикаторы относятся к одному из трех разделов, представленных в таблице Индекс Майера

Нужно отметить, какие из приведенных в таблице групп обнаружены в пробах. Количество найденных групп из первого раздела необходимо умножить на 3, количество групп из второго раздела – на 2, а из третьего – на 1. Получившиеся цифры складываются: X*3+Y*2+Z*1=SПо значению суммы S (в баллах) оценивают степень загрязненности водоема:

• более 22 баллов – водоем чистый и имеет 1 класс качества;
• 17-21 баллов – 2 класс качества;
• 11-16 баллов – умеренная загрязненность водоема, 3 класс качества;
• Менее 11 – водоем грязный, 4-7 класс качества.

Эта методика подходит для любых типов водоемов. Она более проста и имеет большое преимущество – в ней не надо определять беспозвоночных с точностью до вида.

По итогам проделанной работы выяснилось, что наибольшая загрязненность воды - у жилых массивов. Наиболее чистое место – впадение Ушковского канала в пруд. Журнал регистрации представлен в приложении 1.

Вывод: результаты, полученные в ходе данного исследования, позволяют предположить, что загрязнение Черноисточинского пруда спровоцировано деятельностью человека.

2.2.2 Гидрологические исследования

Гидрологические методы исследования позволяют без особых затруднений определить качество воды.

Исследования проводились следующими методами:

• Определение запаха
• Определение прозрачности воды по диску Секки
• Определение мутности путём взвешивания фильтра
• Определение цветности воды путём сравнения с дистиллированной водой

Визуальные исследования позволили установить, что вся площадь Черноисточинского пруда затянута сине-зелёными водорослями (цианобактериями). Питанием для данных бактерий является содержание в воде фосфатов, увеличение органики, повышение температуры воды. Наибольшая загрязненность воды была выявлена у жилого массива, дамбы и шламоотстойника горводоканала. Наиболее чистое место – впадение Ушковского канала в пруд. Журнал регистрации представлен в приложении 2.

Вывод: результаты, полученные в ходе данного исследования, позволяют предположить, что загрязнение Черноисточинского пруда спровоцировано деятельностью человека.

2.2.3 Химический анализ

Метод химического анализа позволяет установить наличие и количество химических элементов, содержащихся в воде.

Исследование проб воды проводилось в химической лаборатории Гимназии №86.

• Спиртовка
• Колбы с образцами воды
• Штатив для пробирок
• Пробирки (не менее 10 штук)
• Ершики для мытья пробирок
• Набор необходимых химреактивов
• Шкала цветности
• Фильтровальная бумага
• Весы

Образцы исследовались на содержание кальция, магния, железа, свинца, меди и хлора.

В ходе исследования выяснилось, что пробы воды со всех опорных точек содержат кальций; пробы, взятые у жилого массива, содержат хлор. Остальных химические элементы не найдены.

Вывод: полученные результаты позволяют исключить химическое загрязнение пруда. Деятельность горводоканала провоцирует небольшое увеличение содержания хлора в пруду.

2.3 Создание фильма о состоянии Черноисточинского пруда

Целью создания видеоролика являлись популязация полученных знаний и формирование понимания у населения размера и причин возникшей экологической катастрофы. Съёмки проводились по периметру Черноисточинского пруда. В повествовании были озвучены риски по использованию воды и рыбы из пруда, возможные предпосылки возникновения проблемы, пути их устранения.

Этапы создания видеоролика:

1.Написание сценария.

2.Съёмки на натуре.

4.Монтаж видеоролика.

5.Озвучка.

6.Запись и оформление диска.

Фильм был показан учащимся Гимназии №86 г. Нижнего Тагила и получил положительные отзывы ребят. Фильм размещён в социальных сетях и на Youtube. Данный ролик был удостоен показа на церемонии закрытия всероссийского экологического фестиваля в Москве «Древо жизни», заявлен для участия на детских кинофестивалях «Зеркало будущего», «День детского экологического кино 2017», участвует во всероссийском конкурсе «Моя планета».

Вывод: Создание видеоролика позволило не только глубже изучить материал, но и донести его в доступной форме до жителей России.

2.4 Изучение и разработка методов по очистке воды

С сине-зелёными водорослями можно бороться различными традиционными способами – механическим и химическим, путём ограничения факторов их роста, к которым относится повышенная температура, свет, избыток кислорода и органики. Известны биохимические методы борьбы с цианобактериями, метод обработки воды резонансными частотами, заселение пруда рыбами, питающимися водорослями, очистка воды при помощи плавающих островов с растительностью. Наряду с этим известен тот факт, что в проточном водоёме сине-зелёные водоросли не приживаются.

Составляя паспорт водоема, мы увидели, что проточность Черноисточинского пруда чрезвычайно мала – при большом количестве впадающих речек, вытекающая из пруда река всего одна – Исток. Следовательно, чтобы исключить один из благоприятных факторов для возникновения цианобактерий, необходимо повысить проточность водоёма.

Изучив историю Черноисточинского пруда, мы узнали, что в XIX веке здесь уже проводились гидротехнические работы – Клементием Ушковым был построен канал, решивший проблему по нехватке воды. Что если воспользоваться его опытом, и построить подобное гидротехническое сооружение, которое обеспечивало бы циркуляцию воды? Подобный объект можно оснастить механическими сооружениями, связанными с гидротехникой прошлого, такими, как – Архимедовы винты, горизонтальные и вертикальные водяные колёса, акведуки, фонтаны, каскады, водопады и прочие устройства, отражающий развитие гидротехники, и осуществляющие циркуляцию воды.

Наряду с этим, в гидропарке можно создать «биологический» уголок, в котором будут представлены очищающие воду растения - рогульник, водокрас, ряска, пистия, апоногетон, пузырчатка и др. Данные растения не только помогут частично решить проблему очистки воды, но их биомассу возможно использовать как удобрения, корм для скота, и проч.

Создание гидропарка следует рассматривать не только, как одно из средств по борьбе с цианобактериями. Наличие подобного туристического объекта, аналогов которому нет не только в нашем регионе, но и в России в целом, позволит привлечь туристов, частично окупить затраты по очистке пруда и познакомить посетителей с историей развития нашего края.

Вывод: работу по борьбе с цианобактериями следует вести по нескольким направлениям, используя не только традиционные методы, но и способы, помогающие получить финансовую выгоду.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подводя итоги проделанной работы, хочется отметить, что поставленная цель достигнута, задачи выполнены. Мы познакомились с предпосылками возникновения катастрофы, изучили методы по их устранению. Был создан фильм, повествующий о состоянии Черноисточинского пруда, который знакомит зрителей о серьёзности ситуации, изучен потенциал для создания на базе пруда туристического объекта.

В проделанной работе мы рассмотрели особенности местности, причины возникновения экологической проблемы, методы её устранения.

Для этого мною была прочитана научно–популярная литература, проделан ряд опытов и исследований, сделано несколько выездов на местность.

В практической работебылснят фильм о Черноисточинском пруде, разработан прообраз культурно-познавательного парка, проведены уроки по экологии в Гимназии 86 г. Нижнего Тагила.

Процесс работы над данной темой очень увлёк меня. Обойдя большую часть периметра пруда, я поняла его значимость для нашего города, увидела, как легко бывает нарушить экологическое равновесие и как сложно вернуть его.

Кроме того, данная работа помогла мне понять, что от каждого из нас зависит благополучие той местности, в которой мы живём. Необходимо помнить об этом и стараться делать всё для того, чтобы родной край был чистым, светлым и уютным!

Источники информации

1. Дружинин С.В. "Исследование воды и водоемов в условиях школы", 2008 http://lib2.podelise.ru/docs/21550/index-7593-1.html

2.http://atis-ars.ru/txt/?mode=ajar&namefile=%D0%93%D0%9D+2.1.5.1315-03.html§ion_id=24

3.http://www.pandia.ru/text/78/069/17314.php

4.http://www.grgo.ru/okrug/4868/

5.http://eco-garmony.blogspot.ru

6.http://www.grgo.ru/okrug/4868/

7.http://teplosten-aqua.ru/articles/pokazateli-kache...

8.http://zoovet.info/vet-knigi/108-zoogigiena/prakti...

Приложение №1

Экологическое состояние водоёма.

Пробы. Биоиндикация

1 проба

У жилого массива

20.08.2016

7 *2=14

• класс качества
• класс качества

2 проба

У дамбы

20.08.2016

3*2+14=20

3 проба

База отдыха Белогорская. Лодочная станция.

21.08.2016

5*2+9=19

2 класс качества

4 проба

Ушковский канал

21.08.2016

2*3+11*2+14=42

1 класс качества

5 проба

Юго-западный берег пруда.

21.08.2016

1*3+4*2+13=24

1 класс качества

6 проба

Пионерский лагерь «Чайка»

21.08.2016

3*3+1*2+6=17

2 класс качества

Характеристика площадок.

У жилого массива

1.Пологий берег. Умеренная растительность.

2. Илистое дно.

3. Глубина – 40 сантиметров.

4. Прозрачность воды – средняя.

5. Время – 17:20 Дата 20.08.2016

6. Температура воздуха – 32 градуса жары.

7. Вода резка пахнет аммиаком и разложениями.

8. На берегу лежит мертвый окунь.

У дамбы

• Умеренно – крутой спуск. Наличие цианобактерий.
• Каменистое дно.
• Глубина – 40 сантиметров.

4. Прозрачность воды – средняя.

5. Время – 17:30 Дата 20.08.2016

6. Температура воздуха – 32 градуса жары.

7. Вода резка пахнет аммиаком и разложениями.

8. На берегу лежит мертвый окунь.

Пионерский лагерь «Чайка»

• Пологий берег. Обильная растительность.
• Песчаное дно.
• Глубина – 40 сантиметров.
• Прозрачность воды – выше средней.
• Время – 13:30 Дата 21.08.2016
• Температура воздуха – 32 градуса жары.
• Вода немного пахнет затхлостью.
• На берегу лежит мертвый окунь.

База отдыха Белогорская. Лодочная станция

1. Умеренно – крутой спуск. Обильная растительность.

2. Каменисто – илистое дно.

3.Глубина – 45 сантиметров.

4. Прозрачность воды – ниже средней.

5. Время – 15:00 Дата 21.08.2016

6.Температура воздуха – 31 градус жары.

7. Вода немного пахнет затхлостью.

8. На берегу лежит мертвый окунь.

Юго-западный берег пруда

• Умеренно – обрывистый берег. Обильная растительность.
• Каменисто – илистое дно.
• Глубина – 50 сантиметров.
• Вода мутная – результат цветения зелёных водорослей.
• Время – 15:40 Дата 21.08.2016
• Температура воздуха – 31 градус жары.
• Вода немного пахнет затхлостью.

Ушковский канал

• Пологий берег. Умеренная растительность.
• Илистое дно.
• Глубина – 20 сантиметров.
• Прозрачность воды – средняя.
• Время – 16:30 Дата 21.08.2016
• Температура воздуха – 34 градуса жары.
• Вода немного пахнет затхлостью.

Приложение №2

Гидрологические исследования

1.Цветность

Для воды поверхностных водоемов этот показатель допускается не более 20 градусов по шкале цветности.

2.Характер и интенсивность запаха

Для питьевой воды допускается не более двух баллов.

3.Прозрачность воды

Вода с прозрачностью от 20 до 30 см — слабо мутная, от 10 до 20 см — мутная, до 10 см — очень мутная.

Приложение №3

Приложение №5

Приложение №7

Фильм о состоянии Черноисточинского пруда

[1] http://historyntagil.ru/5_3_20.htm

[2]http://www.grgo.ru/okrug/4868/

[3] http://eco-garmony.blogspot.ru

[4] http://www.grgo.ru/okrug/4868/

Данная исследовательская работа выявляет причины зарастания сине-зелеными водорослями одного из главных питьевых источников г. Нижнего Тагила. Практическая часть работы проводилась на протяжении лета и осени 2016 г. Результаты исследования были отображены в документальном фильме, который размещён в соцсетях и на YouTube: