Наблюдения над русловыми процессами

Река постоянно несет определенное количество твердого вещества, которое называется наносами – взвешенными, если они находятся в толще воды, и влекомыми, если они движутся по дну. Наносы преимущественно образуются в ходе размыва водотоком своих берегов и дна. В результате очертания русла реки изменяются, что называется русловыми деформациями; мелкие места (перекаты) и глубокие места (плесы) чередуются и постоянно изменяются во времени. Это называется русловым процессом.

В наблюдения за этим процессом прежде всего входит определение мутности воды  - количества наносов, содержащееся в единице объема воды. Его можно определить с помощью литровой бутылки от молока, набрав в нее воды на том же створе, где рассчитывался расход воды, а затем профильтровав эту воду и высушив фильтр. Вес оставшегося на фильтре вещества и будет мутностью воды в г/л. Умножив эту величину на расход воды, получим расход наносов, а умножив далее на количество секунд – сток наносов за определенный период. 

Кроме этого, в наблюдения  входят фиксация любых изменений береговой линии: размыва берегов, образования излучин (меандр), их спрямления и т.п., а также движения перекатов.

 

Гидрохимические исследования

 

Химические свойства воды

 

Вода – уникальный на планете раствор, содержащий минеральные и органические вещества в ионном, молекулярном и коллоидном состоянии. Содержание растворенных веществ воде называется соленостью. Соленость воды создает определенный уровень осмотического давления и влияет на плотность воды. По степени солености природные водоемы делятся на: пресные — концентрация солей до 1 г/л; солоноватые — концентрация солей 1-10 г/л; соленые — концентрация солей 10-50 г/л; рассолы — концентрация солей более 50 г/л.

Содержание солей в пресных и солоноватых водах обычно называют минерализацией и выражают в мг/л. В пресных водоемах преобладают три вида солей: карбонаты (до 80%), сульфаты и хлори­ды. Содержание солей щелочноземельных металлов кальция и магния определяет жесткость воды. Причем карбонаты и гидрокарбонаты этих металлов образуют вре­менную, а сульфаты — постоянную жесткость воды. Временная и постоянная жесткости вместе составляют общую жесткость воды. В зависимости от концентрации этих солей выделяют воду: мягкую — до 2 ммоль/л; средней жесткости — 2-6 ммоль/л; жесткую — 6-10 ммоль/л; очень жесткую — свыше 10 ммоль/л.

Активная реакция воды обусловлена ее способностью воды диссоциировать на ионы Н⁺ и ОН^-. Концентрацию водородных ионов выражают ее отрицательным десятич­ным логарифмом и обозначают рН. Все обитатели водной среды приспособились к определенному уровню рН: одни предпочитают кислую реакцию (рН<7), другие - щелочную (рН>7), третьи - нейтральную (рН = 7). Активная реакция среды может меняться в водоеме в течение суток на 2 и более единиц. Ночью рН ниже в связи с увеличением содержания углекислого газа  в результате дыхания растений, днем — выше за счет использования его на фотосинтез.

Количество растворенных газов существенно влияет на видовой состав и жизнедеятельность водных обитателей. Газы проникают в воду из атмосферы, образуются при дыхании живых существ и гниении органических веществ. Для жизни водных организмов наибольшее значение имеют кислород, углекислый газ, сероводород и метан.

Кислород хорошо растворяется в воде, но количество его не постоянно и зави­сит от температуры. В одном литре воды содержится следующее количество кисло­рода:

при 0° — 10.29 мл; при 10°. — 8.02 мл; при 20° —6.57мл; при 30° —5.75мл. Кислород постоянно расходуется на дыхание и окисление. Если расход его зна­чительно превышает поступление, то наступает дефицит, приводящий к замору жи­вотных.

Углекислый газ образуется при дыхании живых существ и разложении органи­ческих веществ. Он хорошо растворяется в воде и содержится здесь в большем коли­честве, чем в атмосферном воздухе. При нормальном атмосферном давлении, при 0° С в 1 литре воды растворяется 0.514 мл газа.

Сероводород образуется в результате гниения белковых веществ, поэтому вода, загрязненная органическими остатками, пахнет сероводородом. Этот газ очень ядо­вит и даже в небольших количествах опасен для всех животных. При 20° С в 1 литре воды растворяется 2500 мл сероводорода.

Метан образуется при разложении клетчатки и содержится в пузырьках возду­ха, поднимающихся со дна стоячих водоемов. Ядовит.

 

Химический анализ воды

Техника отбора проб из воды. Виды отбора проб бывают разовые и зональ­ные, когда воду отбирают через строго определенные промежутки времени.  Виды проб подразделяются на простые и смешанные. Анализ простой пробы дает сведения о составе воды в данный момент в одном месте. Смешанная проба образуется в результате слияния простых проб, взятых в местах, не сильно отличаю­щихся друг от друга. Объем воды для неполного анализа (гигиеническая оценка, не­которые определения и т.д.) — 1 литр. Для подробного анализа, с учетом повторности, требуется около 3 литров воды.

В водоеме пробы воды следует брать с сезонной периодичностью и в местах, наиболее отличающихся одно от другого: в зарослях, на чистом плесе, в местах с подводной растительностью; в глубоких водоемах — на различных глубинах.

Каждую пробу снабжают этикеткой, в которой указывается: точное место, день и час отбора, номер бутыли с пробами. Усредненную пробу протекающей воды берут в местах наиболее сильного тече­ния на глубине 20-30 см. Сразу измеряют температуру воды. В течение двух часов определяют рН, содержание сульфатов; в течение суток — прозрачность, содержание кислорода. Хранят пробу при температуре 3-4° в темном месте.

Определение рН. Определение рН проще всего провести колориметрическим методом с помощью универсального ин­дикатора. В небольшую фарфоровую чашечку или в одно из углублений специаль­ной фарфоровой пластинки (можно также пользоваться предметным стеклом или пробирками) наливают немного (1-2 мл) испытуемой воды и добавляют в нее 1 -2 капли универсального индикатора. Затем сравнивают цвет (именно цвет, а не густоту или интенсивность) окраски жидкости со специальной отпечатанной на бумаге шкалой, которая должна быть приобретена в комплекте с универсальным индикатором. Вели­чина рН, обозначенная рядом с тем окрашенным прямоугольником на шкале, к кото­рому ближе всего подходит цвет жидкости, и будет величиной рН испытуемой воды. Для удобства вместо раствора универсального индикатора можно пользоваться уни­версальной индикаторной бумагой, которая продается в розницу.

Определение содержания хлоридов. Хлориды являются состав­ной частью большинства природных вод, однако большое содержание хлоридов геологичес­кого происхождения в поверхностных водах — явление редкое. Поэтому обнаруже­ние большого количества хлоридов является показателем загрязнения воды бытовы­ми или некоторыми промышленными сточными водами.

Приготовление реактивов. 10% раствор нитрата серебра (AgNO₃) — 10 г AgNО₃ растворяют в 90 Мл дис­тиллированной воды и добавляют 1-2 капли азотной кислоты. 1:4. Хранить раствор AgNO₃, в темном месте с притертой крышкой.

Ход определения. В пробирку отбирают 5 мл исследуемой воды и добавляют 3 капли раствора нитрата серебра. Приблизительное содержание хлоридов определяют по осадку или мути. Характерные признаки этой реакции и связанные с ними содержание хлоридов отражены в табл. 1.

Таблица 1

Характерные признаки реакций и содержание хлоридов в пробах воды

 

Характерные признаки	Содержание хлоридов, мг/мл
Опалесценция или, слабая муть	1-10
Сильная муть	10-50
Образуются хлопья, но осаждаются не сразу	50- 100
Белый объемистый осадок	Более 100

 

Качественное и количественное определение сульфатов. Есте­ственное содержание сульфатов в поверхностных и грунтовых водах обусловлено вы­ветриванием пород и биохимическими процессами в водоносных слоях. Их содержа­ние определяет, в известной мере, некарбонатную (постоянную) жесткость воды. Содержание сульфатов в водоемах может быть повышенным вследствие сброса в них сточных вод с неорганическими и органическими соединениями серы.

Приготовление реактивов:

1. Хлорид бария ВаСl 5% раствор — 5 г соли растворяют в 95 г дистиллированной воды, после растворения фильтруют через «синюю ленту».

2. Соляная кислота НСl (1:5) с плотностью 1.19 г/см₃.

3. Сульфат калия K₂S0₄, стандартный раствор:

а) основной стандартный раствор — 0.9071 г безводного K₂S0₄ растворяют в мер­ной колбе в 1 л дистиллированной воды;

б) рабочий стандартный раствор K₂S0₄ получают, разбавляя основной раствор в 10 раз. 1 мл раствора содержит 0.05 мг сульфата.

Приготовление шкалы стандартных растворов. Вносят в три пробирки последовательно 2, 4, 8 мл рабочего стандартного ра­створа K₂S0₄ а в следующие 1.6, 3.2, 6.4 мл основного раствора K₂S0₄. Объем во всех пробирках доводят дистиллированной водой до 10 мл. Получается шкала ра­створов с содержанием сульфатов: 10, 20, 40, 80,160, 320 мг/л.

Определение.

В пробирку вносят 10 мл исследуемой воды, добавляют 0.5 мл соляной кислоты (1:5). В каждую из пробирок шкалы стандартных растворов также вносят по 0.5 мл НСl. Затем в пробирки с исследуемой водой и стандартным раствором вносят до 2 мл 5% раствора BaCl₂. Содержимое пробирок перемешивают и сравнивают со шкалой. Приблизительное содержание сульфатов в воде можно определить по табл. 2.

Таблица 2

Характерные признаки реакций и содержание сульфатов в пробах воды

 

Характерные признаки	Содержание сульфатов, мг/мл •
Отсутствие мути	5
Слабая муть, появляющаяся через 3-5 минут	10
Слабая муть, появляющаяся после добавления НСl (1:5)	10-100
Сильная муть, быстро осаждающаяся	более 100