Wybrane elementy limnometrii (pomiary niekrórych cech jezior)

Olbrzymie znaczenie wody dla życia i działalności człowieka jest bezsporne. Jest ona jednym z podstawowych elementów przyrody, w jej środowisku zachodzi większość przemian, mających decydujące znaczenie dla powstania i utrzymania życia na naszej planecie. Dzięki wyjątkowym własnościom fizyko - chemicznym woda stanowi jeden z najbardziej istotnych czynników determinujących liczna przemiany na powierzchni Ziemi. Jest najpopularniejszym i występującym w największej ilości rozpuszczalnikiem związków chemicznych, stanowi środowisko większości reakcji i procesów chemicznych, fizycznych i biologicznych. Odgrywa również dużą rolę w transporcie i przemianach energii i materii na Ziemi.

W życiu człowieka woda stanowi niezastąpione medium. Jest ona jednym z podstawowych składników pożywienia, decyduje o warunkach higienicznych, w jakich żyją ludzie, jest czynnikiem limitującym niemal wszystkie pola aktywności zawodowej (rolnictwo, usługi, energetyka, przemysł i inne działy gospodarki), bez wody wreszcie trudno sobie wyobrazić wiele form wypoczynku człowieka.

W wyniku ciągle pogorszającego się stanu środowiska, spowodowanego narastającą antropopresją, na całym świecie zasoby wód nadających się do wykorzystania gospodarczego gwałtownie maleją. Sytuacja Polski pod tym względem jest wyjątkowo niekorzystna. Zasoby wody w przeliczeniu na osobę są w naszym kraju niezwykle małe.

Ponieważ woda, spośród innych składników środowiska, jest najbardziej narażona na zanieczyszczenia, ochrona jej zasobów stwarza poważne problemy nie tylko techniczne, naukowe, ale i społeczne. Jednym z kierunków zapobiegania nadmiernemu zanieczyszczaniu wód jest nieustanne podnoszenie świadomości ekologicznej społeczeństwa. Wodna ścieżka dydaktyczna "Łukomie", zrealizowana przez Harcerskie Centrum Edukacji Ekologicznej w Funce, wpisuje się w nurt tego typu działań. Należy podkreślić, że programy edukacyjne realizowane w ramach wodnej ścieżki dydaktycznej są tak skonstruowane, zaś sprzęt i aparatura zostały dobrane w taki sposób, aby mogły być zrozumiałe i przyswojone z jednej strony przez dzieci z wyższych klas szkoły podstawowej, a z drugiej by można było wybrać taki program edukacyjny i sprzęt do jego realizacji, który spełni też wymagania studentów zainteresowanych problematyką badania i ochrony wód.



Bezpieczeństwo na wodzie

Ze względu na fakt, że realizacja programu dydaktycznego w przeważającej części odbywa się na wodzie - na pokładzie łodzi, bezwzględnym warunkiem rozpoczęcia zajęć jest przeszkolenie uczestników w zakresie zasad zachowania się na łodzi i zapewnienie im pełnego bezpieczeństwa podczas realizacji zajęć. Z tego też powodu realizacja programu wodnej ścieżki dydaktycznej "Łukomie" może odbywać się jedynie pod nadzorem specjalnie wykwalifikowanej kadry dydaktycznej w małych, maksymalnie kilkunastoosobowych grupach z zachowaniem szczególnych środków ostrożności, zwłaszcza wtedy kiedy uczestnikami są dzieci.

Przeszkolenie, dotyczące zasad zachowania się na łodzi i zapewnienia bezpieczeństwa na wodzie, powinno odbyć się przed wejściem grupy na pokład.


Trasa 1 - mała ścieżka wodna

Cel:

Zapoznanie uczestników z organizacją badań, przyrządami, aparaturą i technikami pomiarowymi służącymi do określenia jakości wód jeziornych.

Trasa:

Start - Funka -> punkt A - "Góra Zamkowa" -> punkt B - "Funka" -> punkt C - "Małe Swory" -> Funka - zakończenie.




Opis ogólny:

Program trasy przewiduje przepłynięcie łodzią motorową o specjalnej konstrukcji przez cały akwen Jeziora Charzykowskiego i dotarcie do trzech miejsc największych przegłębień jeziora, reprezentatywnych dla poszczególnych jego plos (części). Początek trasy znajduje się w Funce, skąd łódź wypływa w kierunku południowym do punktu A - "Góra Zamkowa", zlokalizowanego niedaleko miejscowości Charzykowy. Po zrealizowaniu programu przewidzianego w tym punkcie łódź powraca do Funki, aby w jej pobliżu zrealizować badania w punkcie B - "Funka" i następnie dotrzeć do punktu C - "Małe Swory", zlokalizowanego w północnej części jeziora w okolicy miejscowości Małe Swornegacie. Stamtąd łódź powraca do Funki, gdzie następuje zakończenie terenowej części zajęć.

Czas:

Przewidywany czas realizacji pełnego programu tej trasy wynosi jeden dzień. Zalecane jest zorganizowanie przerwy połączonej z posiłkiem po zakończeniu programu dydaktycznego punktu A.

Program szczegółowy

Zadania:

- zapoznanie z technikami wykonywania planów batymetrycznych jezior,

- sposoby lokalizacji punktów pomiarowych na jeziorze, lokalizacja punktu A za pomocą odbiornika satelitarnego,


- zakotwiczenie łodzi nad głęboczkiem,

- pomiar przezroczystości wody,

- wyznaczenie profilu termiczno - tlenowego,

- pobranie prób: naturalnej, jakościowej i ilościowej planktonu,

- pobór prób wody,

- pobór prób bentosu,

- pobór prób osadów dennych,

- pomiar konduktancji prób wody,

- pomiar pH prób wody (metoda kolorymetryczna i elektrometryczna),


- wykonanie analiz chemicznych prób wody,

- zapoznanie z zasadą działania i obsługą echosondy,

- samodzielna lokalizacja punktów dydaktycznych w oparciu o plan batymetryczny przy użyciu odbiornika satelitarnego i echosondy.

Opis szczegółowy:

Po odbiciu od kei, w drodze do punktu A, następuje zapoznanie uczestników z trasą, którą popłynie łódź i punktami wyznaczającymi poszczególne etapy ścieżki (A - "Góra Zamkowa", B - "Funka", C - "Małe Swory"). Omówione przy tym zostają zasady lokalizacji punktów badawczych na jeziorze. Do realizacji tego zadania potrzebna jest mapa okolic Jeziora Charzykowskiego (Łukomie) oraz plan batymetryczny jeziora.

Po omówieniu i umiejscowienia punktów pomiarowych na planie batymetrycznym jeziora następuje zapoznanie uczestników z przyrządami i technikami sporządzania planów batymetrycznych (proste sondy z obciążnikami, echosonda, techniki wykonania planów batymetrycznych z lądu i z łodzi, zasady rozmieszczania kwadratowych i trójkątnych siatek pomiarowych na lądzie, zasady rozmieszczania ciągów pomiarowych przy sondowaniu z łodzi itp.).

Przed dopłynięciem do punktu A omówione zostają sposoby lokalizacji punktów pomiarowych na jeziorze, w tym najnowocześniejsze techniki z wykorzystaniem nawigacji satelitarnej za pomocą GPS. Po dopłynięciu w okolice punktu A - "Góra Zamkowa" wszyscy uczestnicy pod kierunkiem instruktora biorą aktywny udział w lokalizacji punktu A na wodzie za pomocą odbiornika satelitarnego. Dokładną lokalizację punku A - "Góra Zamkowa" przeprowadza się z użyciem echosondy zamontowanej na łodzi. Następuje zakotwiczenie łodzi nad głęboczkiem i rozpoczęcie programu pomiarów i poboru prób planktonu, wody, bentosu i osadów dennych zgodnie z zadaniami opisanymi dalej.



Zadanie 1


Pomiar przezroczystości wód jeziora, czyli wyznaczenie zasięgu przenikania promieniowania słonecznego. Ponieważ narzędzia i metodyki służące do tego celu uległy istotnym zmianom (krążek Secchiego, limnoaktynometry, mierniki oświetlenia z wyselekcjonowanymi wąskimi przedziałami długości fali świetlnej), wyniki tych pomiarów są często nieporównywalne. Ze względu na to, że pomiar przezroczystości wody za pomocą krążka Secchiego jest metodą najbardziej tradycyjną, wyniki pomiarów przezroczystości za pomocą tej metody przedstawiają długie ciągi możliwe do porównania, jak również z uwagi na prostotę pomiaru i tanie narzędzie, metoda ta stosowana jest z powodzeniem do tej pory przez profesjonalne ekipy zajmujące się badaniem wód.

Pomiar przezroczystości krążkiem Secchiego polega na opuszczeniu do wody na wyskalowanej lince metalowego, białego krążka o średnicy 30 cm i zanotowaniu głębokości przy której krążek przestaje być widoczny. Potem krążek spuszcza się jeszcze głębiej i podnosząc do góry, obserwuje moment ponownego ujrzenia jego tarczy. Obydwa zanotowane wyniki powinny być jednakowe. Przyjmuje się z pewnym przybliżeniem, że zasięg przenikania promieniowania słonecznego wynosi około dwukrotną wartość widzialności krążka Secchiego. Należy zaznaczyć, że w dni słoneczne pomiaru dokonuje się po ocienionej stronie łodzi.

Zadanie 2

Wyznaczenie profilu termiczno - tlenowego, będącego podstawą do wielu dalszych ustaleń i obliczeń. Obecnie do tego celu służą sondy tlenowe. Są to urządzenia elektroniczne z opuszczaną na wyskalowanym kablu specjalną sondą, zawierającą elektrody umożliwiające jednoczesny pomiar temperatury, stężenia tlenu w wodzie oraz procentowego nasycenia wody tlenem. Należy w tym miejscu wspomnieć, że konstruowane są obecnie sondy wieloparametrowe, które mierzą i rejestrują więcej parametrów wody (głębokość, temperaturę, zawartość tlenu, konduktację, pH, stężenia niektórych jonów w wodzie a nawet zawartość chlorofilu-a). Wyniki tych pomiarów mogą być rejestrowane w pamięci operacyjnej przyrządu, a potem wydrukowane na zwykłej drukarce komputerowej lub przetransponowane bezpośredni do komputera i tam opracowane za pomocą specjalnych programów. Niestety urządzenie te są niezwykle drogie, a ich obsługa wymaga specjalnego przeszkolenia użytkowników.

Wyznaczenie profilu termiczno - tlenowego polega na opuszczeniu od góry (od powierzchni zwierciadła wody) sondy tlenowej i notowaniu głębokości, temperatury, stężenia tlenu i procentowego nasycenia wody tlenem. Pomiarów dokonuje się w odległościach minimum co jeden metr, a na głębokościach, gdzie występuje skok termiczno - tlenowy, dla zwiększenia dokładności, z większą częstotliwością. Zanotowane dane posłużą do wykreślenia profilu termiczno tlenowego punktu A i będą podstawą dalszych analiz podczas opracowywania wyników pomiarów, co może być realizowane po zakończeniu części terenowej zajęć. Wykreślenie profilu termiczno - tlenowego można zrealizować tradycyjnie (np. na papierze milimetrowym) lub, dla grup bardziej zaawansowanych przy użyciu komputera z wykorzystaniem arkuszy kalkulacyjnych.

Zadanie 3

Pobór prób planktonu za pomocą siatki planktonowej. Jest to proste urządzenie zbudowane w taki sposób, że siatka z tkaniny jedwabnej lub włókna syntetycznego o odpowiednio małym rozmiarze oczek, rozmieszczonych bardzo równomiernie, uszyta jest w kształcie zwężającego się leja. Umocowana jest ona od góry na metalowym pręcie, uformowanym w kształcie okręgu, a od dołu zamknięta metalowym naczyniem zbiorczym z zaworem pozwalającym zamknąć jego wylot. Siatka umocowana jest na lince za pomocą które możemy zanurzyć ją pod powierzchnię wody i po przefiltrowaniu przez siatkę wody pobrać próby planktonu. Praktykowane jest pobieranie trzech rodzajów prób planktonowych: naturalnej, jakościowej i ilościowej.

Pobór próby naturalnej odbywa się bez użycia siatki planktonowej. Naczynie, do którego pobiera się próbę, zanurza się w wodzie i pobiera się próbę wody z powierzchni jeziora. Następnie próbę konserwuje się roztworem formaliny w taki sposób, aby po zmieszaniu powstał ok. dwuprocentowy roztwór formaliny w wodzie.

Pobór próby jakościowej odbywa się przez zanurzenie siatki na głębokość zbliżoną do podwójnej widzialności krążka Secchiego i przefiltrowanie słupa wody przez siatkę planktonową. Po wyciągnięciu siatki z wody i odfiltrowaniu nadmiaru wody zawartość naczynia zbiorczego zlewa się poprzez zawór do wcześniej przygotowanego naczynia i konserwuje podobnie jak próbę naturalną.


Poboru próby ilościowej dokonuje się za pomocą czerpacza wody (np. czerpacza Patalasa, Ruttnera itp.). odmierza się określoną objętość wody, pobierając odpowiednią ilość czerpaczy z kilku głębokości strefy eufotycznej, i filtruje przez siatkę planktonową. Plankton pozostający na bocznych powierzchniach siatki, spłukuje się wodą z zewnątrz siatki, tak aby cała zawartość znalazła się w naczyniu zbiorczym, po czym jego zawartość przenosi się ilościowo do pojemnika na plankton i konserwuje tak jak poprzednie próby. Wszystkie próby powinny być odpowiednio oznakowane i opisane. Opisy powinny zawierać informacje, z jakiego zbiornika pochodzi próba, który punkt pomiarowy reprezentuje oraz datę poboru próby. W przypadku prób ilościowych konieczna jest również informacja o objętości wody, z której pochodzi próba (ile czerpaczy wody przefiltrowano przez siatkę).



Analizę składu gatunkowego i ilościowe określenie udziału poszczególnych gatunków zoo- i fitoplanktonu można przeprowadzić pod mikroskopem w części kameralnej zajęć dydaktycznych w laboratoriach Harcerskiego Centrum Edukacji Ekologicznej.

Zadanie 4

Pobór prób wody będzie realizowany za pomocą czerpacza wody. Istnieje wiele konstrukcji przyrządów służących do tego celu. Przeważnie noszą one nazwy pochodzące od nazwisk swoich konstruktorów (czerpacze: Francewa, Nansena, Ruttnera, Patalasa, Bernatowicza i inne). Zadaniem ich jest zamknięcie w swoim wnętrzu słupa wody pobranego na żądanej głębokości i dostarczenie go na łódź w celu przeprowadzenia różnorakich badań. Zamykanie czerpaczy na określonej głębokości w wielu konstrukcjach odbywa się za pomocą tzw. "posyłaczy", czyli metalowych obciążników obejmujących linę, na której opuszczany jest przyrząd. Po dotarciu do przyrządu "posyłacz" uderza o zbijak, co powoduje zwolnienie naciągu sprężyn zamykających klapy urządzenia i zamknięcie w jego wnętrzu słupa wody z określonej głębokości (np. batometry: Francewa, Ruttnera, Bernatowicza). Odmiennie i oryginalnie został zaprojektowany czerpacz Patalasa. Jest to prostopadłościan zbudowany przeważnie z blachy mosiężnej w taki sposób, że ścianki górna i dolna tworzą ściśle dopasowane do krawędzi, uchylne wieczka. Dolne otwiera się do wnętrza, a górne na zewnątrz przyrządu. Podczas opuszczania aparatu parcie wody na powierzchnie uchylnych pokryw powoduje jego otwarcie. Zamykanie przyrządu na żądanej głębokości odbywa się poprzez energiczne szarpnięcie liny nośnej, na której jest on zamocowany. Powoduje to dociśnięcie górnego wieczka do krawędzi aparatu i zamknięcie jej sprężynowym zatrzaskiem.

Zaletą tego czerpacza jest prostota konstrukcji i łatwość prawie samoczynnego zamykania go na odpowiedniej głębokości. Główna wada natomiast to brak pewności, czy aparat nie zamknął się samoczynnie przed osiągnięciem żądanej głębokości, zwłaszcza wtedy gdy pobór prób odbywa się przy silnym falowaniu lub gdy przyrządem posługuje się osoba z małym doświadczeniem. Przeważnie wytwarza się dwa modele czerpaczy Patalasa: większy o pojemności 5 litrów i mniejszy litrowy. Pobór prób wody w punkcie A odbywa się przy użyciu czerpacza Patalasa. Próby pobiera się z głębokości 1 m pod powierzchnią lustra wody i 1 m nad dnem. Przed pobraniem próby naddennej należy jeszcze raz sprawdzić za pomocą echosondy głębokość w miejscu, w którym pobieramy próbę. Zapobiegnie to pobraniu do aparatu osadów dennych w przypadku, gdyby łódź zdryfowała w kierunku płytszego miejsca w stosunku do punktu, w którym oznaczona została maksymalna głębokość. Próby wody pobrane czerpaczem Patalasa lewaruje się za pomocą wężyka do uprzednio przygotowanych pojemników z polietylenu lub polipropylenu (butelki "plastikowe"). Podobnie, jak w przypadku prób planktonowych, pojemniki z próbami wody powinny być odpowiednio oznakowane i opisane. Oprócz danych o akwenie, punkcie pomiarowym i dacie poboru należy pamiętać o zapisaniu głębokości, z jakiej została pobrana próba.

Należy tak oznakować pojemniki do poboru prób wody, aby uniknąć pobrania prób wody do pojemników, do których wcześniej pobierane były osady denne. Może to być przyczyną poważnych błędów analitycznych przy oznaczaniu składu chemicznego wód. W tak pobranych próbach wody zostaną zmierzone niektóre parametry fizykochemiczne, jak również przeprowadzone zostaną analizy chemiczne.

Zadanie 5

Pobór prób bentosu realizowany będzie przyrządem, za pomocą którego można pobrać próbkę powierzchniową osadów dennych. Przyrządy takie nazywają się czerpaczami dna. Analogicznie, jak w przypadku aparatów do poboru prób wody, istnieje wiele rozwiązań technicznych w tym zakresie (czerpacze dna: Zabłockiego, Petersena, Ocean, Ekamana - Birge'a, Ceeba, Szczepańskiego, Klekowskiego itd.).


Pobór prób bentosu w punkcie A zostanie dokonany przy użyciu czerpacza Ekmana - Birge'a. Jest to metalowa, prostopadłościenna skrzynka, której dolną część zamykają metalowe szczęki, zatrzaskujące się po zwolnieniu napięcia sprężyn. Górną część przykrywa metalowa siateczka i uchylne wieczka połówkowe. W pozycji otwartej napięcie sprężyn pokonywane jest przez stalowe linki odciągowe, zamocowane na zaczepach urządzenia spustowego.



Po delikatnym opuszczeniu aparatu na dno za pomocą "posyłacza" zwalnia się napięcie sprężyn i zamyka przyrząd. W tym momencie daje się słyszeć charakterystyczny trzask zamykanych szczęk. Po wyciągnięciu przyrządu na powierzchnię otwiera się czerpacz, a jego zawartość przenosi na sito bentosowe. Za pomocą sita oddziela się organizmy bentosowe od pozostałej zawartości osadów dennych. Czynność tę wykonuje się poza łodzią, przepłukując sito nowymi porcjami czystej wody, aż do momentu oddzielenia organizmów bentosowych. Przypomina to wypłukiwanie samorodków złota przez poszukiwaczy przepłukujących piasek w korytach rzek. Aby wykonać tę czynność prawidłowo, konieczna jest demonstracja sposobu przepłukiwania osadu wodą przez instruktora. Oddzielone organizmy bentosowe przenosi się ilościowo do przygotowanych pojemników i konserwuje formaliną. Po dokładnym oznakowaniu i opisaniu mogą być one przedmiotem dalszych badań w części kameralnej zajęć dydaktycznych.

Zadanie 6

Pobór prób osadów dennych dokonuje się za pomocą czerpacza dna Ekmana - Birge'a. Pobór osadu odbywa się analogicznie jak pobór dla oznaczenia bentosu. Po wyciągnięciu czerpacza na powierzchnię przenosi się jego zawartość do specjalnie oznakowanych pojemników, szczelnie je zamyka i opisuje. Badania osadów dennych można prowadzić w części kameralnej zajęć. Po pobraniu próbek osadów dennych następuje podniesienie kotwicy i łódź bierze kurs na punkt B - "Funka". W trakcie płynięcia do następnego punktu dydaktycznego rozpoczyna się część analityczna badań prób wody.

Zadanie 7

Pomiar konduktancji (przewodnictwa elektrolitycznego właściwego) próbek wody wykonywany jest za pomocą przyrządów elektronicznych zwanych konduktrometrami.

Pomiar ten polega na zanurzeniu elektrody w próbce wody i odczycie wartości przewodnictwa na ciekłokrystalicznym wyświetlaczu przyrządu. Ponieważ wartość przewodnictwa jest zależna od temperatury roztworu, aparat posiada dodatkową elektrodę temperaturową dla skompensowania różnic temperatury wody podczas pomiaru konduktancji. Wyniki pomiarów należy zapisać we wcześniej przygotowanych tabelach wyników pomiarów i obserwacji ( raptularzach ).




Zadanie 8

Pomiar odczynu wody - pH. Oznaczenie tego parametru można wykonać dwoma sposobami. Metodą kolorymetryczną i elektrometryczną. Dla celów dydaktycznych wskazane jest zademonstrowanie obydwu metod, przy czym właściwe pomiary powinny być wykonane metodą elektrometryczną z wykorzystaniem pehametru.

Pomiar pH metodą kolorymetryczną polega na odmierzeniu do specjalnego naczynia określonej objętości wody, dodaniu do niej wskaźnika i porównaniu wytworzonej barwy ze skalą wzorców. Wyniki uzyskiwane podczas pomiarów prostymi metodami kolorymetrycznymi dają jedynie wartości przybliżone pH, których stopień dokładności zależy od rozpiętości skali wzorców lub zakresu pomiarowego, dla jakiego przyrząd został przygotowany. Ponadto błędy pomiarowe wynikają z różnic w indywidualnej ocenie kolorów przez poszczególne osoby.

Pomiaru pH metodą elektrometryczną dokonuje się za pomocą przyrządu elektronicznego zwanego pehametrem, zaopatrzonego w odpowiednie elektrody. Właściwą elektrodę pomiarową stanowi elektroda szklana, zbudowana ze szklanej rurki zakończonej banieczką o niezwykle cienkich ściankach. Po zanurzeniu w roztworze na szklanej banieczce powstaje skok potencjału zależny od stężenia jonów wodorowych w roztworze. Jest on odprowadzany z banieczki za pomocą systemu elektrod do przyrządu pomiarowego, gdzie mikroprocesor przetwarza ten sygnał i przekazuje do wyświetlacza ciekłokrystalicznego, który podaje wynik w jednostkach pH.

Ponieważ wartość pH jest zależna od temperatury, aby wyniki pomiarów dokonanych w różnych temperaturach były porównywalne, konieczna jest kompensacja temperatury. Jest ona realizowana za pomocą dodatkowej elektrody - elektrody temperaturowej.

Podczas wykonywania pomiarów należy zwrócić szczególną uwagę na posługiwanie się delikatną elektrodą szklaną, a zwłaszcza na jej końcówkę zakończoną banieczką szklaną, która bardzo łatwo ulega uszkodzeniu pomimo tego, że producenci elektrod dokładają starań, aby ją należycie zabezpieczyć, stosując osłony z grubego szkła lub z tworzyw sztucznych. Po zanurzeniu elektrody w roztworze trzeba usunąć pęcherzyki powietrza, które z reguły dostają się pomiędzy osłonę i banieczkę. Powoduje to zakłócenia w pracy przyrządu i jest przyczyną błędów pomiarowych. Wyniki pomiarów należy zapisać w tabelach wyników pomiarów.

Zadanie 9

Wykonanie analiz chemicznych i oznaczenie na ich podstawie niektórych parametrów chemicznych oraz wartości substancji odpowiedzialnych za stan jakości wód jeziornych. W tym miejscu należy zwrócić uwagę na wiek i stopień wykształcenia uczestników korzystających z programu wodnej ścieżki dydaktycznej. Dla najmłodszych dzieci bez przygotowania chemicznego można przeprowadzić zajęcia pokazowe z wykorzystaniem najprostszych zestawów analitycznych (np. Aquamerck, Aquaquant, Microquant - firmy Merck).

Uczestnicy z podstawowym i średnim przygotowaniem chemicznym (uczniowie ostatnich klas szkoły podstawowej i młodzież szkół średnich) mogą po przeszkoleniu samodzielnie prowadzić analizy prób wody za pomocą wyżej wymienionych zestawów analitycznych. Młodzież szkół średnich może ponadto zapoznać się z systemem pomiarów reflektometrycznych i wykonać analizy w oparciu o reflektometr (np. system Reflectoquant z reflektometrem Rqflex plus).




Uczniowie szkół średnich o specjalistycznych profilach z rozbudowanymi programami z dziedziny chemii i przygotowaniem laboratoryjnym (np. młodzież z techników chemicznych, techników ochrony środowiska itp.) oraz studenci wyższych uczelni mogą zapoznać się z przedstawionymi powyżej systemami analitycznymi oraz przeprowadzić samodzielnie analizy o rozszerzonym zakresie parametrów w oparciu o system Spectroquant z wykorzystaniem fotometru SQ-118 lub fotometru NOVA 60 firmy Merck. Aparaty te posiadają wewnętrzną pamięć długich szeregów pomiarowych z dostępem do wyników w kilku żądanych konfiguracjach danych. Mają możliwość bezpośredniej współpracy z drukarkami komputerowymi oraz współpracują bezpośrednio z komputerami, transportując uzyskane wyniki do baz danych. Specjalne programy komputerowe umożliwiają również wszechstronną analizę i obróbkę wyników analiz chemicznych.

Prawie wszystkie oznaczenia wykonywane za pomocą wyżej przedstawionych systemów analitycznych można przeprowadzić na łodzi lub w terenie. Reflektometry zasilane są z baterii, natomiast fotometry oprócz zasilania sieciowego posiadają możliwość przełączenia na zasilanie akumulatorowe. Oznaczenie takich parametrów, jak azotu całkowitego, fosforu całkowitego, chemicznego zapotrzebowania tlenu itp., wymagających uprzedniej mineralizacji próby lub prowadzenia reakcji w wysokich temperaturach, należy wykonać po zakończeniu części terenowej zajęć w Harcerskim Ośrodku Edukacji Ekologicznej w Funce, gdyż termoreaktor wymaga zasilania sieciowego (duży pobór mocy na ogrzanie roztworów do wysokich temperatur).

Przeprowadzenie wszystkich oznaczeń parametrów fizykochemicznych nie będzie możliwe przed dopłynięciem do następnego punktu dydaktycznego, tj. punktu B - "Funka". Oznaczenia i analizy rozpoczęte po pobraniu prób w punkcie A - "Góra Zamkowa" można dokończyć na lądzie podczas przerwy lub kontynuować je po pobraniu prób w punkcie B. Po zakończeniu programu dydaktycznego, przewidzianego do realizacji w punkcie A, łódź powraca do Funki, gdzie następuje przerwa, w trakcie której uczestnicy jedzą posiłek. Po przerwie obiadowej łódź wypływa w kierunku północnym.

Zadanie 10

Zapoznanie z zasadą działania i obsługą echosondy. Przed dopłynięciem do punktu B (może się to odbywać jeszcze przed wypłynięciem łodzi) następuje zapoznanie uczestników z zasadą działania echosondy i przeprowadzany jest krótki instruktaż dotyczący obsługi konkretnego urządzenia, zamontowanego na pokładzie łodzi w taki sposób, aby wybrane z grupy osoby mogły, posługując się namierzaczem satelitarnym i echosondą, zlokalizować drugi punkt dydaktyczny - B na jeziorze i zakotwiczyć łódź nad głęboczkiem w okolicy Funki.

Po zakotwiczeniu łodzi uczestnicy przystępują do realizacji zadań w punkcie B - "Funka", które są takie same jak w punkcie A. Należy dążyć do takiej realizacji programu poboru prób i badań, aby po zapoznaniu się z przyrządami, aparaturą i technikami poboru i analiz w punkcie A uczestnicy mogli samodzielnie lub z niewielką pomocą instruktora realizować program dydaktyczny w punkcie B, a w punkcie C wykonać go całkowicie samodzielnie.

Pobór prób i zakres pomiarów parametrów fizykochemicznych jest identyczny na wszystkich punktach dydaktycznych. Takie zaprojektowanie wodnej ścieżki dydaktycznej ma swoje uzasadnienie z punktu widzenia badawczego i edukacyjnego. Dla celów badawczych konieczne jest dostarczenie informacji o jakości wód i osadów dennych poszczególnych części (plos) Jeziora Charzykowskiego, natomiast celem dydaktycznym jest praktyczne zapoznanie wszystkich uczestników z przyrządami, aparaturą oraz technikami pomiarowymi i analitycznymi wykorzystywanymi w badaniach jezior.




Dlatego też w trakcie realizacji programów na poszczególnych punktach dydaktycznych należy zwrócić szczególną uwagę na to, aby możliwie wszyscy uczestnicy zajęć brali czynny udział w pracach. Należy przy tym tak organizować wykonywanie poszczególnych zadań, aby każdy uczestnik wykonał jak największą ilość prac w trakcie przebiegu badań. Zależy to oczywiście od liczebności grupy, wieku uczestników oraz stopnia wykształcenia i przygotowania do tego typu zajęć. Należy jednak pamiętać o konieczności zaktywizowania całej grupy do wykonywania zadań w ramach programu. Po pobraniu prób w punkcie B - "Funka" łódź kieruje się do punktu C - "Małe Swory". W drodze do punktu C kontynuowane są pomiary i analizy prób wody z punktu A oraz B.

Zadanie 11

Samodzielne zlokalizowanie za pomocą odbiornika satelitarnego i echosondy punktu C na jeziorze i zakotwiczenie łodzi w punkcie pomiarowym. Program poboru prób i zakresie pomiarów i analiz jest identyczny jak w poprzednich punktach, wykonanie jego zajmie jednak znacznie mniej czasu ze względu na mniejszą głębokość, ograniczony do niezbędnego minimum instruktaż (tylko ewentualne przypomnienie wiadomości przekazanych na poprzednich punktach) i nabyte już umiejętności uczestników.

Po zakończeniu poboru prób łódź powraca do Funki. W drodze powrotnej kontynuowane są pomiary parametrów fizykochemicznych pobranych prób wody. W przypadku gdy pomiary i analizy nie zostaną zakończone na łodzi (np. mała grupa studencka realizująca ambitny program badawczy o szerokim spektrum parametrów z wykorzystaniem systemu analitycznego Sectroquant), konieczne jest kontynuowanie ich na lądzie po dopłynięciu do Funki, tak aby można było dysponować pełnym zestawem informacji o jakości wód jeziora na wszystkich punktach badawczych.

Na tym kończy się program prac terenowych w ramach "małej ścieżki wodnej". Należy zaznaczyć, że jest to pierwszy etap pracy i dotyczy tylko poboru prób i pomiarów parametrów fizykochemicznych wody. Dalsza część pracy powinna być wykonana na lądzie. Dotyczy to wykonania niektórych analiz chemicznych, niemożliwych do przeprowadzenia na łodzi bądź to z braku czasu, bądź z przyczyn aparaturowych (np. mineralizacja prób), wykonania analiz hydrobiologicznych, (plankton, bentos), wykonania badań osadów dennych oraz opracowania wyników pomiarów i przeprowadzenia oceny jakości wód jeziora. Z uwagi na niewielką objętość niniejszego zeszytu zagadnienia te mogą być tu tylko zasygnalizowane, niemniej jednak można je realizować już w pierwszym roku działania wodnej ścieżki dydaktycznej po odpowiednim przeszkoleniu instruktorów.

Trasa 2 - duża ścieżka wodna

Cel:

Zapoznanie uczestników z organizacją badań, przyrządami, aparaturą i technikami pomiarowymi służącymi do określenia jakości wód jeziorowych oraz pomiarami parametrów wód płynących, jak również określenia na ich podstawie wpływu zlewni o różnym charakterze na jakości wód jeziora.

Trasa:


Start - Funka -> A - "Góra Zamkowa" -> 2 - "Wolność" -> 1 - "Jarcewska" -> Funka - przerwa na posiłek. Start - Funka -> 3 - "Czerwona" -> B - "Funka" -> Funka - zakończenie pierwszego dnia.

Start - Funka -> C - "Małe Swory" -> 4 - "Brda wpływ" -> 5 - "Brda wypływ" -> Funka - przerwa na posiłek. Start - Funka -> 6 - "Struga Siedmiu Jezior" -> Funka - zakończenie.


Opis ogólny:

Program tej ścieżki przewiduje uwzględnienie oprócz zagadnień limnologicznych (rozumianych w węższym zakresie tego terminu jako naukę, której przedmiotem są wody stojące) pewnych aspektów wpływu zlewni na jakość wód jeziorowych z elementami potamologii (nauki zajmującej się wodami płynącymi).

Ścieżka zaczyna się w Funce, skąd łódź wypływa w kierunku południowego plosa Jeziora Charzykowskiego. Celem pierwszego etapu jest dotarcie do punktu A - "Góra Zamkowa". Po zrealizowaniu programu w tym punkcie łódź dopływa w okolice punktu 2 - "Wolność", gdzie następuje pobór prób wody ze Strugi Wolność, jednego z dopływów Jeziora Charzykowskiego. Następnie zostaje pobrana próba wody w punkcie 1 - "Jarcewska", reprezentującym kolejny dopływ jeziora - Strugę Jarcewską, obrazującą wpływ zlewni typowo antropogenicznej na jakość wód zbiornika. Następnym etapem jest pobranie prób wody w punkcie 3 - "Czerwona". Realizacja tego zadania wymaga wyjścia na ląd, gdyż pobór prób wody Strugi Czerwonej od strony jeziora jest niemożliwy z uwagi na utrudniony dostęp do miejsca wpływu tej rzeki do jeziora. Kolejnym punktem programu jest dopłynięcie do punktu B - "Funka", gdzie realizowany jest program analogiczny jak w punkcie A.

Następnego dnia łódź wypływa z Funki w kierunku północnym i kieruje się do punktu C - "Małe Swory", zlokalizowanego w północnym plosie jeziora w okolicy miejscowości Małe Swornegacie. Następnie dopływa do punktu 4 - "Brda wpływ" i punktu 5 - "Brda wypływ", gdzie pobierane są próby wody. Po pobraniu prób w tym punkcie łódź powraca do Funki, gdzie uczestnicy jedzą obiad. Po posiłku realizowany jest program w punkcie 6 - "Struga Siedmiu Jezior", w którym oprócz poboru prób wody dokonywany jest pomiar prędkości przepływu w korycie Strugi Siedmiu Jezior, odprowadzającej do Jeziora Charzykowskiego wody z terenu Parku Narodowego "Bory Tucholskie". Po zakończeniu pomiarów prędkości przepływu łódź powraca do Funki, gdzie kończy się część terenowa ścieżki dydaktycznej.

Czas:

Łączny czas potrzebny na pełną realizację programu dużej ścieżki wodnej wynosi dwa dni. Przewidywany czas realizacji programu do osiągnięcia punktu B - jeden dzień. Po pobraniu prób w punkcie 1 przewiduje się dopłynięcie do Harcerskiego Centrum Edukacji Ekologicznej w Funce i zorganizowaniu przerwy połączonej z posiłkiem. Realizacja programu w punkcie 3 i punkcie B odbywa się po obiedzie pierwszego dnia.

Realizacja programu punktów C, 4 i 5 przebiega do obiadu drugiego dnia, a po przerwie obiadowej uczestnicy kończą cały program w punkcie 6 i powracają do Funki.

Program szczegółowy

Zadania:


- zapoznanie z technikami wykonywania planów batymetrycznych jezior,

- sposoby lokalizacji punktów pomiarowych na jeziorze, lokalizacja punktu A za pomocą odbiornika satelitarnego,

- zakotwiczenie łodzi nad głęboczkiem,

- pomiar przezroczystości wody,

- wyznaczenie profilu termiczno - tlenowego,

- pobranie prób: naturalnej, jakościowej i ilościowej planktonu,

- pobór prób wody,

- pobór prób bentosu,

- pobór prób osadów dennych,


- pobór prób wody w ciekach doprowadzających i odprowadzających wody z jeziora,

- pomiar konduktancji prób wody,

- pomiar pH prób wody (metoda kolorymetryczna i elektrometryczna),

- wykonanie analiz chemicznych prób wody,

- zapoznanie z zasadą działania i obsługą echosondy,

- samodzielna lokalizacja punktów dydaktycznych w oparciu o plan batymetryczny przy użyciu odbiornika satelitarnego i echosondy,

- pomiar prędkości przepływu w korytach otwartych za pomocą prostych metod pływakowych oraz z użyciem młynków hydrometrycznych,

obliczanie objętości przepływów.

Opis szczegółowy:


Celem tej ścieżki, jest obok określenia na podstawie badań stanu czystości wód jeziora Łukomie (Charzykowskiego), zbadanie wpływu na jakość wód jeziora poszczególnych zlewni cząstkowych, reprezentowanych przez dopływy do jeziora. Dlatego też program merytoryczny tej ścieżki obejmuje, oprócz poboru prób wody, planktonu i bentosu w miejscach dopływów i odpływu cieków zasilających i odprowadzających wody do i z jeziora.



Po wypłynięciu z Funki łódź kieruje się do punktu A - "Góra Zamkowa", gdzie następuje pomiar niektórych parametrów fizykochemicznych wody oraz pobór prób wody, planktonu, bentosu i osadów dennych, identycznie jak to ma miejsce podczas realizacji tego punktu w małej ścieżce wodnej. Następnie łódź płynie w okolice punktu 2 - "Wolność", aby tam pobrać próby wody, planktonu i bentosu ze Strugi Wolność, zasilającej południową część jeziora Łukomie. Pobór prób ze wszystkich dopływów oraz odpływu odbywał się będzie albo poprzez dobicie łodzi do specjalnie do tego celu przygotowanych pomostów, skąd będzie można wyjść na ląd i dokonać poboru prób albo poprzez wypłynięcie "wyprawy badawczej" na małych łódkach lub pontonach, odpływających od zakotwiczonej w pewnej odległości od wpływów rzek głównej łodzi.

W przypadku organizowania "desantów badawczych" należy zwrócić szczególną uwagę na warunki bezpieczeństwa uczestników biorących udział w tych wyprawach. Powinny to być niewielkie grupy (najwyżej kilka osób), pozostające pod nadzorem wcześniej przeszkolonych instruktorów, najlepiej posiadających uprawnienia ratowników wodnych.

Po pobraniu próbek i dokonaniu pomiarów niektórych parametrów fizykochemicznych (temperatura, zawartość tlenu, pH, konduktancja) w punkcie 2 łódź płynie do punktu 1 - "Jarcewska", w którym badany jest kolejny dopływ do Jeziora Charzykowskiego - Struga Jarcewska, doprowadzająca do jeziora wody ze zlewni typowo antropogenicznej (podlegającej dużemu wpływowi gospodarki człowieka). Realizacja programu tego punktu kończy pierwszą część ścieżki i łódź powraca do Funki. Po przerwie obiadowej badany jest punkt 3 - "Czerwona", reprezentujący inny dopływ jeziora - Strugę Czerwoną, zasilającą jezioro zlewni mieszanej (część zlewni podlega dużym wpływom rolniczym, końcowy odcinek rzeki natomiast odwadnia zlewnię typowo leśną).

Realizacja programu w tym punkcie wymaga wyjścia na ląd, dlatego że wpływ Strugi Czerwonej do jeziora położony jest w miejscu niedostępnym dla małej łodzi lub pontonu (szeroki pas roślinności przybrzeżnej oddzielającej brzeg od otwartej tafli wody). Aby dojść do miejsca, w którym możliwy jest pobór prób, należy tu dobić do pomostu i dalej udać się na krótką, pieszą wycieczkę oznakowaną szlakiem/ w tym miejscu zlokalizowane są również bardzo ciekawe ścieżki florystyczne i faunistyczne, będące integralną częścią wodnej ścieżki dydaktycznej.

Po wykonaniu programu poboru prób i wykonaniu pomiarów (tak jak na poprzednich wpływach) wracamy do łodzi i udajemy się do punktu B - "Funka", gdzie realizowany jest program badań opisany w małej ścieżce wodnej, który wyczerpuje zakres prac przewidzianych do realizacji pierwszego dnia. Drugi dzień rozpoczyna się od dopłynięcia i zbadania punktu C - "Małe Swory", potem, analogicznie jak poprzedniego dnia, realizowane są badania cieków doprowadzających i odprowadzających wodę z jeziora. Kolejno badane są punkty 4 - "Brda wpływ" i 5 - "Brda wypływ". Szczególnie urokliwy jest wpływ Brdy - największego dopływu Jeziora Charzykowskiego. Czysta woda, bogata roślinność i piękny krajobraz tego miejsca pozostawiają niezapomniane wrażenia tym bardziej, że pobór prób w tym punkcie realizowany jest w formie "ekspedycji badawczej" na małej łodzi lub pontonie. Pobór prób w punkcie 5 kończy program tej części ścieżki wodnej. Łódź z uczestnikami wraca do Funki na posiłek.

Ostatnim etapem dużej ścieżki wodnej jest pobór prób szczególnego cieku zasilającego Jezioro Charzykowskie - Strugi Siedmiu Jezior, odprowadzającej do niego wody z terenu Parku Narodowego "Bory Tucholskie". Struga ta, doprowadzająca do zbiornika bardzo czyste wody, reprezentuje wpływ zlewni typowo leśnej na jakości wody w jeziorze. Oprócz poboru prób i pomiarów parametrów wody przewidziano w tym punkcie przeprowadzenie pomiarów prędkości przepływów i na tej podstawie obliczenie potem objętości przepływu wody w rzece.

Spośród wielu metod pomiaru prędkości przepływu zademonstrowane lub wykonane mogą być zarówno metody bardzo proste, wykorzystujące pływaki powierzchniowe, jak i profesjonalne przyrządy i metody pomiaru prędkości przepływu w korytach otwartych za pomocą młynków hydrometrycznych. Grupy zaawansowane mogą po zanotowaniu wskazań wodowskazu lub odczytaniu stanu wody na zamontowanym limnigrafie - wodowskazie samopiszącym - dowiązywać uzyskane wyniki obliczeń objętości przepływów do stanów wód i na tej podstawie wykreślać krzywe konsumpcyjne Strugi Siedmiu Jezior.




Należy zaznaczyć, że ta część ścieżki dydaktycznej przeznaczona jest raczej dla osób dysponujących już pewnym zasobem wiedzy z dziedziny hydrologii (wyższe klasy szkół średnich, studenci, nauczyciele itp.).

Pomiary prędkości przepływów kończą program dużej ścieżki wodnej, łódź powraca do Funki, gdzie następuje zakończenie części terenowej zajęć. Ze względu na niewielką objętość i wstępny charakter niniejszego zeszytu ograniczono się w nim do zaprezentowania tylko części terenowej ścieżek, niemniej możliwa jest również realizacja ich części kameralnej. Zasygnalizowano to w kilku miejscach przy omawianiu programów limnometrycznych ścieżki.

Na zakończenie pragniemy podkreślić, że naszkicowane programy wodnej ścieżki dydaktycznej "Łukomie" są tylko propozycją programową jej autorów. Poszczególne grupy, mogą realizować, w oparciu o istniejącą bazę sprzętową, aparaturową i zaplecze socjalne Harcerskiego Centrum Edukacji Ekologicznej w Funce, własne programy dydaktyczne, uzgodnione z kierownictwem HCEE i przedyskutowane z instruktorami.

Mamy nadzieję, że informacje tu zawarte ułatwią zapoznanie się z założeniami, sposobami przeprowadzania zajęć i chociaż w małym stopniu z przyrządami i aparaturą niezbędną do realizacji części limnometrycznej wodnej ścieżki dydaktycznej "Łukomie". Szczegóły poznacie na trasach wodnych ścieżek, zapoznają Was z nimi instruktorzy, którzy służyć będą pomocą merytoryczną i zapewnią bezpieczeństwo wszystkim uczestnikom "wypraw po wodę czystą i trawę zieloną".

Do zobaczenia zatem na wodzie.