HANKKEEN NIMI: JÄRVIEN KUNNOSTUS JA RAVINTEIDEN KIERRÄTYS SISÄISTÄ KUORMITUSTA HYÖDYNTÄMÄLLÄ - ALUSVEDEN PUHDISTUKSEN UUSI SOVELLUS

Transkriptio

1 HANKKEEN NIMI: JÄRVIEN KUNNOSTUS JA RAVINTEIDEN KIERRÄTYS SISÄISTÄ KUORMITUSTA HYÖDYNTÄMÄLLÄ - ALUSVEDEN PUHDISTUKSEN UUSI SOVELLUS HANKESUUNNITELMA AJALLE: HANKKEEN KESTO: 26 kk SUUNNITELMAN LAATIJA: Prof. Jukka Horppila/ Helsingin yliopisto 1. Yhteenveto Rehevöityneiden järvien kunnostus on vain harvoin johtanut veden laadun pysyvään paranemiseen. Suurin ongelma on se, että järven suurimmat ravinnevarastot ovat sedimentissä, jonka poistaminen on mahdollista vain harvoin. Siksi useimmat kunnostusmenetelmät pyrkivät vain pidättämään fosforin sedimentissä. Nämä kunnostustoimet ovat useimmiten tehottomia ja niiden vaikutukset vain väliaikaisia, koska rehevissä oloissa monet mekanismit edistävät fosforin kiertoa sedimentistä veteen. Nykyisessä kunnostusstrategiassa on myös kaksi periaatteellista ongelmaa:1) pidättämällä fosforia järviin estetään niiden toipuminen pitkällä aikavälillä ja 2) järviin kertynyttä fosforia ei saada kiertoon. Tässä hankkeessa sovelletaan uutta kunnostusmenetelmien yhdistelmää, joka ratkaisee nämä ongelmat. Sen sijaan, että yritetään hillitä sisäistä kuormitusta, käytetään sitä hyväksi. Hankkeessa käytettävässä uudessa menetelmässä hapettomuudesta kärsivän syvänteen runsasravinteista alusvettä pumpataan rannalle sijoitettuun ravinnesuodattimeen ja johdetaan kosteikon kautta takaisin järveen. Tällöin sedimentin fosforivarastot alkavat pienentyä, järvi alkaa karuuntua ja poistettava fosfori saadaan talteen. Hankkeessa menetelmää sovelletaan pahoin rehevöityneellä Lahden Kymijärvellä. Hankkeen toteuttaa Helsingin yliopiston ympäristötieteiden laitos yhteistyössä paikallisten viranomaisten ja ravinnesuodattimia toimittavan yrityksen kanssa. Kunnostuksen vaikutuksia Kymijärven ravinnedynamiikkaan ja rehevyyteen sekä ravinteiden poiston tehoa seurataan mittausten ja näytteenoton avulla. Hankkeessa sovel- lettavalla uudella menetelmällä voidaan yhtäaikaisesti konkreettisesti parantaa rehevöityneiden vesien tilaa ja samalla tehostaa ravinteiden kierrätystä ottamalla vesistöön kertyneitä ravinteita käyttöön. Lisäksi projektissa edistetään liiketoimintaa kehittämällä uudesta menetelmästä laajasti eri kohteissa sovellettavaa tuotetta. Paitsi että hankkeessa kohennetaan rehevöityneen Kymijärven tilaa, hanke tuo tietoa uudesta järvien kunnostusmenetelmästä, joka voi monissa kohteissa syrjäyttää aiemmin

2 käytetyt tehottomat menetelmät. Hanke voi siis hyvin laajasti vaikuttaa järviekosysteemien hoitoon ja kunnostukseen ja antaa viranomaisille uusia keinoja järvien rehevöitymisestä aiheutuvien haittojen vähentämiseksi. 2. Hankkeen tausta ja tarve 2.1. Rehevöityneiden vesistöjen kunnostuksen haasteellisuus Liiallisen fosforikuormituksen aiheuttama rehevöityminen on yksi suurimpia vesiekosysteemien ympäristöongel- mia. Rehevöityminen heikentää vesien käyttökelpoisuutta ja niiden tarjoamia ekosysteemipalveluja mm. heikentyneen veden laadun takia (esim. samentuminen, sinileväkukinnat). Tärkein rehevöitymistä ehkäisevä vesien- suojelutoimenpide on ulkoisen ravinnekuormituksen alentaminen. Lisäksi sadoilla järvillä on toteutettu järviekosysteemin sisäisiä kunnostustoimia rehevöitymisen aiheuttamien haittojen vähentämiseksi. Kunnostus on kuitenkin osoittautunut hyvin haasteelliseksi. On vain hyvin harvoja tapauksia, joissa veden laatu on saatu pysy- västi paranemaan ja useimmiten kunnostuksen positiiviset vaikutukset ovat olleet vain lyhtykestoisia. Tämä joh- tuu siitä, että rehevöitymiskehityksen aikana vesistöön varastoitunut fosfori kiertää monien mekanismien kautta yhä uudelleen takaisin perustuottajien käyttöön ja ylläpitää voimakasta levätuotantoa. Tällaisia mekanismeja ovat esimerkiksi voimakkaan hajotustoiminnan aiheuttama hapettomuus, intensiivisen levätuotannon aiheuttama veden korkea ph sekä tiheiden kalakantojen aiheuttama fosforin kierto. Niinpä esimerkiksi Suomen järvien tilatavoitteita ei ole saavutettu (EU:n vesipuitedirektiivi), vaikka satoja kunnostusprojekteja on toteutettu. Myös maailmanlaajuisesti kunnostusprojektien onnistumisprosentti on ollut huono. Suuri ongelma rehevöityneiden järvien kunnostuksessa on se, että vesiekosysteemin suurimmat ravinneva- rastot ovat poikkeuksetta sedimentissä. Sedimentin ravinteiden poistaminen ruoppaamalla on kuitenkin mahdol- lista vain hyvin harvoissa tapauksissa. Tämän vuoksi useimmat kunnostusmenetelmät tähtäävät siihen, että fosfori pyritään pidättämään sedimentissä (esim. hapetus, fosforin kemiallinen saostaminen). Kokemukset ovat kuitenkin osoittaneet, että on erittäin vaikeaa saavuttaa tilanne, jossa hyvin ravinnepitoisen sedimentin yllä toimisi kirkasvetinen, karu järviekosysteemi. Rehevissä oloissa niin monet mekanismit edistävät fosforin kiertoa sedimentistä veteen, että kunnostustoimet jäävät useimmiten tehottomiksi tai niiden vaikutukset lyhytaikaisiksi.

3 Nykyisessä kunnostusstrategiassa on kaksi suurta periaatteellista ongelmaa. Ensinnäkin pidättämällä fosforia vesiekosysteemiin estetään ekosysteemin toipuminen pitkällä aikavälillä. Lyhytaikaisiksi suunnitellut, nopeaan veden laadun paranemiseen tähtäävät kunnostusprojektit voivat siten olla pitkällä aikavälillä vahingollisia. Toiseksi, fosfori on arvokas luonnonvara, jonka varannot ovat rajalliset ja jonka saatavuus on käymässä yhä huonommaksi. Siksi vesiekosysteemeihin kertyneiden fosforivarantojen hyödyntäminen olisi paljon järkevämpää kuin fosforin pidättäminen pohjasedimentteihin Kunnostus sisäistä kuormitusta hyödyntämällä Sedimenttiä ja siinä olevia ravinteita voidaan poistaa ruoppaamalla. Ruoppaaminen on kuitenkin erittäin kallis kunnostusmenetelmä. Ongelmia aiheuttavat myös ruopattujen massojen vaatimat laajat sijoitusalueet ja valuma- vesien käsittely. Ruoppaus aiheuttaa lisäksi merkittäviä haittoja ekosysteemille esimerkiksi samentumisen ja mahdollisten haitta-aineiden (esim. monet ympäristömyrkyt) liikkeelle lähdön vuoksi. Niinpä laajamittainen ravin- teiden poisto järviekosysteemistä ruoppaamalla on mahdollista vain harvoin. Siksi tässä tutkimuksessa tutkitaan mahdollisuuksia kunnostaa rehevöityneitä järviä menetelmällä, joka ratkaisee molemmat edellä mainitut pääongelmat; fosforin poistamisen vesiekosysteemistä ja poistetun fosforin talteen ottamisen. Sen sijaan että yritetään hillitä sisäistä kuormitusta eli fosforin vuota sedimentistä veteen, voitaisiin kääntää ajattelu toisin päin ja käyttää sisäistä kuormitusta hyväksi. Fosforin poistaminen ja hyödyntäminen sedimentin mukana on yllä mainittujen syiden vuoksi vaikeaa ja tehotonta. Sisäinen kuormitus kuitenkin siirtää sedimentistä veteen liukoista fosforia, joka on helpommin poistettavissa ja helpommin hyödynnettävissä. Siksi tässä tutkimuksessa sovelletaan aivan uutta kunnostusstrategiaa, joka hyödyntää sisäistä kuormitusta ja edistää fosforin uudelleen käyttöä Syvännealueet fosforin lähteinä Lämpötilakerrostuvien järvisyvänteiden alusvesi ei saa kerrostuneisuuskaudella happitäydennystä. Voimakkaan hajotustoiminnan vuoksi rehevien järvien syvännealueilla esiintyy siksi usein loppukesällä hapettomuutta. Hapen loppuessa sedimentin rauta pelkistyy kolmiarvoisesta kahdenarvoiseksi ja tällöin rautayhdisteisiin sitoutunut fosfori liukenee veteen. Tämän vuoksi rehevöityneiden vesialueiden syvänteissä alusvedessä liukoisen fosfaattifosforin (PO4) pitoisuus on usein korkea. Lisäksi hapettomuutta ja korkeita fosfaattipitoisuuksia voi

4 esiintyä myös talvella jääpeitteen alla riippuen jääpeitteen kestosta. Tämän sedimentistä tulevan fosforivuon hillitsemiseksi käytetään yleisesti keinotekoista ilmastusta tai hapetusta. Suomessakin hapetusta on käytetty sadoilla järvillä. Tässä tutkimuksessa tutkitaan päinvastaista ratkaisua: otetaan alusveteen kertynyt fosfori talteen sen sijaan että pyritään pidättämään se sedimentissä Alusveden poisjohtaminen Alusveden poisjohtaminen on menetelmä, jota on Euroopassa ja Pohjois- Amerikassa käytetty rehevöityneiden järvien tilan parantamiseksi järvellä. Suomessa menetelmää on käytetty noin kymmenellä järvellä. Menetelmässä syvänteen alusvettä, johon on sisäisen kuormituksen vuoksi konsentroitunut runsaasti fosforia, johdetaan pumppaamalla tai lappoperiaatteella toimivalla purkuputkella syvänteestä luusuan kautta alavirtaan. Useimmissa tapauksissa menetelmä on edistänyt fosforin poistumista järvestä, sekä alentanut fosforipitoisuutta alus- vedessä ja usein myös päällysvedessä, sekä johtanut veden kirkastumiseen. Riittävän pitkällä aikavälillä käytettynä menetelmä alentaa sedimentin fosforivarastoa ja siten myös fosforivuota sedimentistä veteen. Kaiken kaikkiaan alusveden poisjohtaminen on yksi harvoista kunnostusmenetelmistä, joiden avulla on mahdollista saada aikaan rehevöityneen järven todellinen ja pysyvä karuuntumiskehitys. Alusveden poisjohtamisessa on kuitenkin kaksi merkittävää puutetta silloinkin, kun se johtaa kohdevesistön tilan paranemiseen: 1) fosforia ei yleensä saada talteen, mistä johtuen se 2) saattaa aiheuttaa ongelmia purkuvesistössä. Tässä projektissa tutkitaan alusveden poisjohtamisen uutta sovellusta, jolla nämä ongelmat vältetään Alusveden poisjohtamisen uusi sovellus Tässä projektissa tutkitaan menetelmää, jossa hapettomuudesta kärsivän syvänteen vettä pumpataan rannalle sijoitetun suodattimen läpi ja johdetaan edelleen kosteikon kautta takaisin järveen. Tällaista kolmen kunnostus- menetelmän (alusveden pumppaus - suodatin kosteikko) yhdistelmää ei ole aiemmin tutkittu. Päästösieppareita/suodattimia on Suomessa asennettu joidenkin järvien tulouomiin, joiden mukana vesistöön valuu runsaasti fosforia. Saostuksessa syntyvä lietesakka voidaan käyttää esim. pelloilla kasvualustana. Tässä tutkimuksessa ravinnesuodatinta käytetään muuten samalla periaatteella, mutta vesi suodattimeen pumpataan järven syvänteestä. Tällöin saavutetaan alusveden poisjohtamisen edut, mutta vältetään sen haittapuolet. Fosfori saadaan

5 talteen eikä syvänteestä poistettu fosfori kulkeudu alapuolisiin vesistöihin. Kustannukset ovat todennäköisesti suuremmat kuin lappoperiaatteella toteutetussa alusveden poisjohtamisessa, mutta edut vastaavasti huomattavasti suuremmat ja pysyvät. Kustannuksista voidaan myös vähentää talteen saatu fosfori. Lisäksi on otettava huomioon, että tällä hetkellä lukuisia järvisyvänteitä hapetetaan tehottomasti varsin suurin kustannuksin ja tässä tutkimuksessa esitetty menetelmä on huomattavasti perustellumpi kunnostusvarojen käyttökohde. Uudella menetelmällä saavutetaan myös muita etuja verrattuna tavanomaiseen alusveden poisjohtamiseen. Ensinnäkin, kun alusvettä johdetaan pois järvestä, johdettava vesimäärä on sidoksissa järven virtaamaan. Poistettava vesimäärä ei saa ylittää luonnollista poisvirtaamaa luusuasta. Muuten järven veden pinta alkaa laskea. Lisäksi useimmiten vain osa poistuvasta virtaamasta voidaan ottaa alusvedestä, koska lähtöuomaa ei voida tukkia kokonaan. Tämä rajoittaa menetelmän tehokkuutta, sillä alusveden johtamisen tehokkuus veden laadun parantajana riippuu poistettavan veden virtaamasta suhteessa alusveden tilavuuteen. Menetelmä onkin yleensä tehokas vain järvillä, joissa virtaama on suuri suhteessa järven tilavuuteen (veden viipymä on alhainen). Ongelmana on usein myös se, että virtaama on pienimmillään juuri loppukesällä kun liukoisen fosforin pitoisuus alusvedessä olisi suurimmillaan. Koska nyt tutkittavassa menetelmässä vesi palautetaan samaan järveen, tätä rajoitetta ei ole ja menetelmää voidaan käyttää tehokkaammin. Toiseksi, kosteikon liittäminen mukaan menetelmään lisää paitsi fosforin poiston tehoa myös typen poistumista ekosysteemistä. Kosteikon läpi virtaavasta vedestä poistuu ravinteita sedimentoituvan aineksen mukana sekä kasvillisuuden sitomana. Lisäksi kosteikossa poistuu typpeä ilmakehään denitrifikaatio-prosessin kautta. Hyvin hoidetussa kosteikossa typen ja fosforin poistoteho on usein kymmeniä prosentteja Tausta- ja lähtökohtatilanteen kuvaus, ml. aiheeseen liittyvä lainsäädäntö Kymijärvi tutkimusalue ja sen tila Lahdessa sijaitseva Kymijärvi (6,5 km2, suurin syvyys 11 m, keskisyvyys 2,6 m) rehevöityi voimakkaan ulkoisen kuormituksen takia pahasti ja 1970-luvuilla. Ulkoista kuormitusta on sittemmin vähennetty tuntuvasti ja nykyisin se on selvästi alle järven sietokyvyn rajan. Tästä huolimatta järvessä esiintyy vuosittain massiivisia sini- leväkukintoja. Syynä on voimakas sisäinen kuormitus. Rekolanpohjan syvänteellä esiintyy säännöllisesti hapettomuutta sekä kesällä että talvella ja pohjanläheisen

6 veden fosforipitoisuus nousee loppukesällä korkeaksi. Kymijärveä on tämän vuoksi hapetettu vuodesta 2008 Rekolanpohjan syvänteelle asennetulla Mixox-hapettimella, joka kierrättää pinnanläheistä happipitoista vettä syvemmälle. Tulokset osoittavat kuitenkin, että hapetus ei kykene pitämään syvänteen alusvettä hapellisena. Huolimatta hapetuksesta syvänteen alusvedestä loppuu happi kesäkerrostuneisuuden aikana. Myös talvisin happipitoisuus on useina vuosina laskenut alle 1 mg/l. Kymijärven ekologinen tila putosi vuonna 2013 tyydyttävästä välttävään. On todennäköistä, että hapetus voimistaa järven levätuotantoa, vaikka sen tarkoitus on päinvastainen. Hapetuksen vaikutuksesta syyskierto tapahtuu luontaista paljon aikaisemmin ja alusveteen sedimentistä vapautunut fosfori kiertää tuottavaan kerrokseen leville otolliseen aikaan; korkean veden lämpötilan vallitessa ja valaistuksen ollessa voimakkaampi kuin luontaisen kierron aikaan myöhemmin syksyllä. Samansuuntaisia tuloksia on saatu esimerkiksi Tuusulanjärvellä Lainsäädäntö Alusveden poisjohtamiseen tarvitaan yleensä ympäristölupa, koska pois johdettu ravinnerikas vesi voi aiheuttaa haittoja alapuolisissa vesistöissä. Tässä hankkeessa kokeiltavalle menetelmälle ympäristölupaa tai vesilain mu- kaista lupaa ei useimmissa tapauksissa tarvita, koska vesi puhdistetaan ja palautetaan samaan järveen. Kymijärven osalta asiasta on pyydetty lausunto Hämeen ELY-keskukselta, ja lausunnon saavuttua lupa haetaan tarvittaessa. Kymijärven vesialueen omistaa Lahden Kaupunki, joka on mukana hankkeessa. Samoin ranta-alue, jossa hankkeessa käytettävä kosteikko sijaitsee ja johon ravinnesuodatin asennetaan, on Lahden Kaupungin aluetta, eikä lainsäädännöllisiä ongelmia maankäytön suhteen siksi ole Hankkeen liittyminen vesien- ja merenhoidon tavoitteisiin ja/tai RAKI-ohjelman tavoitteisiin sekä laajempiin alueellisiin tai toimialakohtaisiin kehitysohjelmiin Hanke toteuttaa sekä hallitusohjelman, vesien/merenhoidon että RAKIohjelman tavoitteita. Hankkeessa sovellettavalla uudella menetelmällä voidaan yhtäaikaisesti konkreettisesti parantaa rehevöityneiden vesien tilaa ja samalla tehostaa ravinteiden kierrätystä ottamalla vesistöön kertyneitä ravinteita käyttöön. Lisäksi projektissa edistetään liiketoimintaa kehittämällä uudesta menetelmästä laajasti eri kohteissa sovellettavaa tuotetta. Hanke edistää myös EU:n vesipuitedirektiivin asettamaa velvoitetta, jonka mukaan vesien on saavutettava ekologisesti hyvä tila. Vastoin tavoitteita Kymijärven

7 tila laski 2013 tyydyttävästä välttävään ja tämän hankkeen avulla on mahdollista kääntää kehityskulku toiseen suuntaan. Lisäksi hanke edistää alueellisesti Lahden Vesijärven ja sen läheisten järvien hoitoa ohjaavan Vesijärvi -ohjelma III:n tavoitteita. Ohjelma on Päijät-Hämeen Vesijärvisäätiön koordinoima ja sen tavoitteena on mm. saavuttaa Lahden lähijärvissä EU:n vesipuitedirektiivin mukainen hyvä tila sekä varmistaa alueen järvien monipuolinen virkistyskäyttöarvo ( 3. Hyödynsaajat ja sidosryhmät Hankkeen hyödynsaajia ovat sekä vesien kunnostusta suunnittelevat ja hallinnoivat viranomaiset että vesien käyttäjät. Hanke tuo tietoa uudesta järvien kunnostusmenetelmästä, joka voi monissa kohteissa syrjäyttää aiemmin käytetyt tehottomat menetelmät. Hanke voi siis hyvin laajasti vaikuttaa järviekosysteemien hoitoon ja kunnostukseen ja antaa viranomaisille uusia keinoja järvien rehevöitymisestä aiheutuvien haittojen vähentämiseksi. Hankkeen perusteella voidaan myös arvioida kunnostuksen kustannukset esimerkiksi järvestä poistettua ja kiertoon saatua fosforikiloa kohti. Koska hankkeessa kehitettävällä menetelmällä voidaan pysyvästi kohentaa rehevöityneiden järvien tilaa ja siten myös niiden tarjoamia ekosysteemipalveluja, hyötyjiä ovat myös järvien käyttäjät, mukaan lukien sekä virkistyskäyttäjät että talousveden käyttäjät. Välittömästi hankkeesta hyötyvät tutkimuskohteena olevan Kymijärven käyttäjät. Järveä on pitkäaikaisesti ja tuloksettomasti yritetty kunnostaa perinteisin menetelmin ja sinä aikana järven tila on huonontunut. Järvellä on kova käyttöpaine ja sen tilan paraneminen vaikuttaisi suureen käyttäjäjoukkoon 4. Tavoitteet, tulokset ja niiden seuranta Hankkeella pyritään alentamaan Kymijärven sedimentin fosforivarastoa, mikä johtaa koko järven fosforivaraston pienenemiseen ja sisäisen fosforikuormituksen alenemiseen. Koska sisäinen kuormitus on tällä hetkellä järven huonon veden laadun pääasiallinen syy, hanke johtaa pitemmällä aikavälillä veden ravinnepitoisuuden alenemi- seen ja sitä kautta sinileväkukintojen vähenemiseen. Samalla saadaan järven sedimenttiin varastoitunutta fosforia takaisin kiertoon. Hankkeen vaikutuksia seurataan mittauksilla ja näytteenotolla sekä järvessä (mm. lämpötila, ravinnepitoisuus sekä vesipatsaassa että sedimentissä, kasviplanktonbiomassa) että ravinnesuodattimen ja kosteikon tulo- ja lähtövesissä (ravinnepitoisuus, kiintoaine, lämpötila).

8 Hanke toimii pilottihankkeena uudelle menetelmälle. Tulokset ovat sovellettavissa suurelle määrälle rehevöityneitä järviä, sillä Kymijärvi on esimerkiksi morfometrialtaan hyvin tyypillinen suomalainen järvi (alhainen keskisyvyys, yksi merkittävä syvänne). Menetelmä on periaatteeltaan myös varsin yksinkertainen ja on jalkautettavissa suureen määrään kohteita. Suomen Ympäristökeskuksen julkaiseman Järvien Kunnostus-kirjan (2005) mukaan Suomessa on tuhansia järviä, joissa esiintyy syvänteiden vähähappisuutta. Menetelmän soveltuvuus riippuu aina paikallisista olosuhteista (esim. kerrostuneisuusjakson kesto), mutta varovaisenkin arvion mukaan menetelmä soveltuisi sadoille järville. Keskusteluissa on esimerkiksi jo noussut esiin mahdollisuus soveltaa menetelmää Lahden Vesijärven Enonselällä (26 km2). Siellä tilanne on samankaltainen kuin Kymijärvellä; rehevyyshaittoja on tuloksetta yritetty vähentää hapettamalla. Tämän hankkeen tulokset siis viitoittavat mahdollisuuksia soveltaa menetelmää myös paljon suuremmissa kohteissa. Hanke on myös hyvin innovatiivinen, sillä siinä sovelletaan alusveden poistoa tavalla, jonka ravinteiden poistotehoa ja ekosysteemivaikutuksia ei ole koskaan selvitetty. Kunnostusprojektin tulee olla monivuotinen, sillä sedimentin suurten fosforivarastojen vuoksi ravinteiden poistoa tulee jatkaa yleensä ainakin 3-5 vuotta, ennen kuin merkittäviä vaikutuksia järviekosysteemiin on odotettavissa. Ekosysteemitason vasteet ravinnekiertojen muutoksille ovat yleensä hitaita (esim. kalakannat) ja tämän vuoksi voimakkaita muutoksia esimerkiksi Kymijärven ekologisessa tilassa ei tämän kaksivuotisen hankkeen aikana vielä todennäköisesti tapahdu. Hanke on kuitenkin välttämätön kunnostuksen aloittamiseksi ja uuden menetelmän kokeilemiseksi ja esimerkiksi sedimentin huokosveden fosforipitoisuusgradientissa tulokset voivat alkaa näkyä jo hankkeen kuluessa. Kunnostusta Kymijärvellä ei lopeteta tämän hankkeen päättymisen jälkeen vaan kunnostuksen jatko ja sen vaikutusten seuranta vuoden 2019 jälkeen tapahtuu muulla rahoituksella (esim. Lahden kaupunki, Vesijärvisäätiö). Tästä on jo keskusteltu ko. tahojen kanssa. Kymijärven tuloksettoman hapetuksen lopettamisen vuoksi säästyvät varat on esimerkiksi jatkossa mahdollista ohjata alusveden puhdistukseen. 5. Hankkeen ympäristö- ja muut vaikutukset sekä vaikuttavuuden arviointi Hankkeen vaikutukset ympäristöön ovat lähtökohtaisesti positiivisia. Koska menetelmä, toisin kuin kohdejärvellä aiemmin toteutettu hapetus, poistaa ekosysteemistä ravinteita pysyvästi, se johtaa tavoitteena olevaan ekosysteemin karuuntumiseen. Kymijärveä on pitkäaikaisesti ja tuloksettomasti yritetty kunnostaa kierrätyshapetuksella ja sinä aikana järven tila on

9 huonontunut. Hankkeella ei ole potentiaalisia negatiivisia vaikutuksia ympäristöön. Sedimentissä mahdollisesti olevien haitta-aineiden liikkeelle lähtöä alusveden pumppaus ei aiheuta ja sen sedimentin pinnalla aiheuttama mekaaninen häiriö on vähäisempi kuin järvellä 10 vuoden ajan toteutetun kierrätys- hapetuksen vaikutus. Alusveden pumppaus lämmittää alusvettä (koska harppauskerros siirtyy alaspäin), mutta vaikutus on selvästi lievempi kuin kierrätyshapetuksen lämmittävä vaikutus. Lisäksi nyt tutkittavan menetelmän kannalta lämpeneminen on positiivinen seikka, koska se kiihdyttää fosforin siirtymistä sedimentistä veteen ja siten tehostaa pumppauksen fosforinpoistotehoa. Tutkimuksen alkuvaiheessa, kun optimaalista pumppaustehoa haetaan, alusveden pumppaus voi poikkeuksellisissa sääoloissa edistää kerrostuneisuuden purkautumista, mutta tämä vaikutus liittyy myös lämpötilamuutoksiin ja on lievempi kuin hapetuksen vastaava vaikutus. Hankkeen vaikutuksia Kymijärveen arvioidaan menetelmäosiossa kuvatuin menetelmin. Laajemmin hanke vaikuttaa järvien kunnostustoiminnan tehostumiseen tuottamalla tietoa uudesta kunnostusmenetelmästä, jota voidaan soveltaa lukuisilla kohteilla. Hanke vaikuttaa myös järvien hoito- ja kunnostustyön aktiivisuuteen. Monilla järvillä pitkään jatkuneet tehottomat kunnostustoimet ovat johtaneet projektien päättymiseen, kunnostuksen hiipumiseen ja kansalaisaktiivisuuden laskuun. Hanke edistää myös ravinteiden kierrätystä. Hiekkasuodattimeen jäävä fosfori on yhdessä hiekan kanssa erittäin hyvää ainesta peltoihin levitettäväksi. 6. Hankkeen teknis-taloudellinen toteutettavuussuunnitelma/arvio Hanke on täysin realistisesti toteutettavissa. Filtra G -suodattimen toimivuus on testattu aiemmin lukuisissa kohteissa, joissa sillä on puhdistettu valuma-alueelta tulevia vesiä. Suodattimen toiminnan kannalta tämä hanke ei poikkea näistä hankkeista paitsi siten, että suodattimeen tulevaan vesimäärää voidaan tässä hankkeessa kontrolloida pumppaustehoa säätelemällä. Tämä parantaa suodattimen toimintaedellytyksiä, koska vaaraa liian suurista virtaamista tai suodattimen kuivumisesta ei siten ole. Veden pumppaus on puolestaan yksinkertainen toimenpide. Kosteikon virtaaman kannalta hanke ei aiheuta ongelmia, koska alusveden pumppausta ei tehdä kevään ja syksyn ylivirtaamakausilla, koska järvi ei silloin ole kerrostunut. Pumppausta tehdään vain kesäkerrostuneisuuden aikaan, jolloin valuma-alueelta tuleva virtaama on vähäinen eikä tulvimisen vaaraa siten ole. Tämä on varmistettu maastokäynneillä, joihin osallistuivat sekä Helsingin yliopiston, Lahden kaupungin että Nordkalkin edustajat. Helsingin yliopiston osuus hankkeesta on pääosin Ympäristötieteiden laitoksen henkilökunnan työpanosta, josta Vesijärvisäätiö maksaa apulaisprofessori Tom Jillbertin kustannukset.

10 Hankkeen kustannusarvio ja eri osapuolten osuudet rahoituksesta on tarkistutettu kaikilla osapuolilla. Rahoituspohjassa ei siten ole odotettavissa muutoksia hankkeen aikana. Merkittävimmät tehtävät hankinnat ovat Filtra G puhdistusjärjestelmän läpivirtauskaivo, siilo ja annostelija, sekä veden puhdistuksessa kuluvat kalsium- hydroksidi-granulit. Lisäksi asennusvaiheessa kustannuksia aiheuttavat puhdistusjärjestelmän vaatimat kaivutyöt sekä pumppauskalusto. Nordkalk osallistuu merkittävällä osuudella granulien kustannuksiin ja Lahden kaupunki puolestaan pumppaus- ja asennuskustannuksiin. Granulien kulutus riippuu pumpattavan veden määrästä, joka edelleen riippuu mm. järven kerrostuneisuuskauden kestosta. Siten kustannukset voivat vaihdella eri vuosien välillä riippuen sääoloista. Kustannus on arvioitu siten, että pumppausta tehdään 10 l/s virtaamalla 3.5 kk vuodessa (kesä-syyskuu). Koska granulit ovat suurin yksittäinen hankintakustannus, hankkeen kuluja voidaan myös tarpeen mukaan säädellä virtausta säätelemällä (esim. jaksottainen pumppaus, kappale 7.2). Tällöin alenevat myös pumppauskustannukset. Hanke on siten toteutettavissa, vaikka esimerkiksi pumppauskustannuksissa tapahtuisi ennakoimattomia muutoksia. 7. Hankkeen toteutus 7.1. Hankkeen yleinen toteutus Kymijärvellä tehottomaksi todettu hapettaminen lopetetaan ja sen sijaan aletaan hyödyntää sisäistä kuormitusta sekä ottaa talteen alusveteen konsentroituva fosfori. Tästä on jo sovittu Kymijärven hoitoa ohjaavien viranomaisten (Lahden kaupungin ympäristöpalvelut) kanssa. Tällä tavoin saadaan ekosysteemin ja erityisesti pohjasedimentin fosforivarastoa pienennettyä, mikä on edellytys kestävälle ja pysyvälle kunnostamiselle. Tehoton hapetus vain kierrättää fosforia yhä uudestaan perustuottajien käyttöön. Jotta alusveden puhdistuksen vaikutukset järven ravinnedynamiikkaan voidaan luotettavasti selvittää, on lähtötilanne ennen alusveden pumppauksen aloittamista selvitettävä. Tämä toteutettiin ennen tätä hanketta kesällä 2017 Lahden kaupungin ja Hämeen ELY-keskuksen (sopimus Y ) rahoituksella. Tutkimuksessa selvitettiin Kymijärven sedimentin fosforivaraston suuruus eri sedimenttikerroksissa sekä sedimentin huokosveden fosforipitoisuus. Nämä ovat ne parametrit, joihin uuden tutkittavan kunnostusmenetelmän tulee vaikuttaa, jotta järviekosysteemi alkaa karuuntua. Lisäksi selvitettiin alusveden liukoisen

11 fosforin varaston kehitys kesän aikana, koska liukoisen fosforin pitoisuus ja kokonaismäärä ovat oleellisia tietoja suunniteltaessa alusveden pumppauksen tehoa ja ajoitusta. Pintasedimenttinäytteistä määritettiin myös sedimentin yleiset ominaisuudet (vesipitoisuus, orgaanisen aineksen pitoisuus) sekä huokoisuus, joka on tärkeä suure diffuusionopeuden arvioimiseksi. Tässä hankkeessa aloitetaan alusveden puhdistus. Järvestä valumaalueella sijaitsevan 1.5 ha kosteikon yläpuolelle asennetaan Filtra G - ravinnesuodatin. Rekolanpohjan syvänteestä vedetään putki, jonka kautta pumpataan alusvettä suodattimeen. Kalkkisaostukseen perustuva Filtra G -suodatin (Nordkalk) on perustelluin valinta Kymijärvelle. Tarjolla on myös sulfaattipohjaisia ravinnesuodattimia, mutta ne eivät ole soveltuva vaihtoehto sulfaatin haitallisen vaikutusten vuoksi (voimakas happamoittava vaikutus, mahdollinen vaikutus kerrostuneisuuteen, fosforin jatkokäytön vaikeutuminen, sedimentin P-sidontakapasiteetin lasku). Lisäksi Vesijärvellä on kokeiltu sulfaattipohjaista suodatinta, eivätkä tulokset ole keskimäärin kovin hyviä (suullinen tiedonanto, Lahden Ympäristöpalvelut). Nordkalk on ainoa tarkoitukseen sopivia kalkkipohjaisia puhdistusjärjestelmiä toimittava yritys ja toimii hankkeessa partnerina. Filtra G -menetelmä perustuu kalsiumhydroksidista valmistettujen granuloiden liukenemiseen sekoitetussa läpivirtausastiassa, jolloin veden ph:n nousu mahdollistaa liukoisen fosforin saostumisen kalsiumfosfaatteina. Muodostunut sakka poistetaan vedestä hiekkasuodattimessa. Suodattimeen saostunut kalkki ja fosfori voidaan hyödyntää mm. maataloudessa ravinteena ja kalkitusaineena. Kymijärven pumpattavan alusveden käsittelyyn on suunniteltu noin kuution kokoinen läpivirtausastia, johon annostellaan Nordkalk Filtra G kalsiumhydroksidigranuloita. Tämän jälkeen käsitelty vesi johdetaan edelleen hiekkasuodattimeen (koko noin m3), jossa saostunut fosfori sekä jo kiintoaineeseen sitoutunut fosfori poistetaan suodattamalla. Käsitellyn veden korkealle noussut ph (> 10) tasataan kosteikossa, jossa vesi virtaa noin 800 m matkan ennen Kymijärveä. Tällöin vesi neutraloituu ilman hiilidioksidin liukenemisen seurauksena sekä sekoittumalla muuhun valumaveteen. Tarkempi tekninen suunnittelu ja toteutus tehdään kevättalven ja kevään 2018 aikana. Alusveden pumppaus aloitetaan kesällä 2018, kun lämpötilakerrostuneisuus on muodostunut, ja hapettomaan alusveteen on konsentroitunut fosforia. Kerrostumisen ajankohta riippuu sääoloista, mutta aiempien mittausten mukaan tämä tapahtuu useimmiten kesäkuun alkupuolella. Kesän 2017 lähtötilannetutkimus antaa nykytilanteesta tarkan kuvan ja tuloksien valmistuttua syksyllä 2017 voidaan tarkemmat suunnitelmat tehdä loppuvuoden 2017 aikana.

12 Lisäksi tässä hankkeessa seurataan pumppauksen aikana fosfori- ja typpipitoisuuksia (sekä kokonais- että liuenneet ravinteet) järven vesipatsaassa (syvänteen päällysvesi ja alusvesi), sekä pumpatussa vedessä ravinnesuodattimen ja kosteikon ylä- ja alapuolella. Näin saadaan selville sekä pumppauksen vaikutukset järvessä että suodattimen ja kosteikon puhdistusteho. Lisäksi mitataan sedimentistä samat parametrit kuin yllä kuvatussa lähtötilanneselvityksessä kesällä Näin saadaan selville pumppauksen vaikutus sedimentin fosforivarastoon ja fosforin diffuusioon sedimentistä veteen. Tulokset analysoidaan talvella , tehdään niiden mukaan mahdolliset muutokset (esim. pumppausteho ja - syvyys) ja alusveden puhdistusta ja sen vaikutusten seurantaa jatketaan kesällä Näytteenottomenetelmät Kymijärvellä on lisäksi Lahden Kaupungin asettama automaattinen mittauslautta, joka tuottaa intensiivinäytteenottojen välillä koko ajan dataa lämpötilasta ja happipitoisuudesta eri syvyyksiltä sekä päällysveden klorofylli- ja fykosyaniinipitoisuudesta (kasviplankton- ja sinileväbiomassa). Lautan tuottamat mittaustulokset ovat hankkeen käytettävissä. Lisäksi hankkeessa seurataan vesinäytteenoton avulla liukoisen fosforin (PO4-P) konsentraatiota alusvedessä noin 2 viikon välein tehtävällä näytteenotolla. Tämä on tarpeellista, jotta voidaan arvioida pumppauksen vaikutuksia ja tarvetta sekä suodattimeen pumpattavan fosforin määrää. Näytteenoton yhteydessä mitataan lämpötilan ja hapen vertikaaliprofiilit YSI CTD-sondeja käyttäen. Näin saadaan selville lämpötila- ja happiolojen yhteys liukoisen fosforin vapautumiseen. Lämpötilaprofiilien tarkka tuntemus on tärkeää myös sen vuoksi, että alusveden pumppaus voi vaikuttaa alusveden tilavuuteen. Alusveden pumppaus ei yleensä riko kerrostuneisuutta, mutta pohjanläheisen veden lämpötila voi nousta, kun kylmää alusvettä johdetaan pois. Tämä voi lyhyellä aikavälillä lisätä fosforin vapautumista sedimentistä, mutta pitkällä aikavälillä vaikutus kunnostuksen tehokkuuteen on positiivinen, koska tällöin fosforia saadaan entistä tehokkaammin poistettua ekosysteemistä. Pumpatun veden fosfori- ja typpipitoisuuksia (sekä kokonais- että liuenneet ravinteet) seurataan säännöllisesti vesinäytteiden avulla ravinnesuodattimen ja kosteikon ylä- ja alapuolella näytteenottotiheyden riippuessa pumppaustehon vaihteluista. Pumppauksen vaikutuksia sedimentin fosforivarastoon tutkitaan sedimenttiprofiileista, jotka otetaan kaksi kertaa kerrostuneisuuskauden aikana (heti kerrostuneisuuden muodostuttua ja loppukesällä) HTHnäytteenottimella. Sedimenttiprofiili siivutetaan 0,5-1 cm siivuihin n

13 cm syvyyteen asti ja sedimenttisiivuista määritetään kokonaisfosforipitoisuus (rikkihappo-vetyperoksidi märkäpoltto ja määritys Lachat Quickchem 8000 auto- analysaattorilla) sekä muut ravinnedynamiikkaan vaikuttavat mineraalit (esim. rauta ja rikki, ICPplasmaspektrometri). Sen sedimenttisyvyyden perusteella, mistä fosforipitoisuus alkaa pintaa kohti kasvaa (stabilaatiotaso), voidaan määrittää labiilia fosforia sisältävä kerros, josta voi vapautua fosforia yläpuoliseen vesipatsaaseen. Lisäksi tehdään huokosvesitutkimus, jonka perusteella saadaan arvio vapautumisherkän fosforin määrästä eri sedimenttikerroksissa sekä fosforin diffuusionopeus sedimentistä vesipatsaaseen. Huokosvesinäytteet otetaan sedimenttiprofiileista 1 cm välein Rhizon -suodattimilla. Suodattimien (huokoskoko 0,2 µm) läpi imetään sedimentin huokosvettä alipaineen avulla (vakuumikoeputki/ruisku). Suodatetusta vesinäytteestä määritetään liukoisen fosforin (PO4-P) pitoisuus. Huokosvesimääritysten avulla lasketaan diffuusionopeudet. Tämän avulla voidaan arvioida, miten pumppaus vaikuttaa sedimentistä veteen suuntautuvaan fosforivuohon. Näytteenottojen tarkka ajoitus riippuu kerrostuneisuuden kestosta ja ajoittumisesta. Alku- ja loppukesän näytteenottojen lisäksi näytteitä voidaan hakea useamminkin, jos pumppaus esimerkiksi välillä keskeytetään. On mahdollista, että pumppausta ei ole ainakaan kaikkina kesinä syytä tehdä jatkuvasti, vaan se kannattaa välillä keskeyttää ja antaa liukoista fosforia konsentroitua alusveteen ennen kuin pumppausta taas jatketaan. Kerrostuneisuuskauden pituus vaihtelee myös kesien välillä luontaisesti riippuen sääoloista. 8. Resurssit, kustannusarvio ja rahoitussuunnitelma, sekä hankeen organisaatio Hankkeen kokonaiskustannusarvio on euroa, josta ympäristöministeriön rahoitusosuus on euroa. Kustannukset koostuvat Filtra-G järjestelmän asennus- ja käyttökustannuksista, palkkakustannuksista (hankkeen vaikutusten seuranta), sekä seurannasta aiheutuvista muista kuluista (analyysit). Hanke toteutetaan pääosin Helsingin yliopiston ympäristötieteiden laitoksella, joka sijaitsee Viikin kampuksella, missä tutkimuksen käytössä ovat kaikki tarvittavat laitteet ja laboratoriopalvelut (esim. ravinneanalyysit). Tutkimusta vetää prof. Jukka Horppila. Hänellä ja hänen tutkimusryhmällään on vuosikymmenien kokemus järvien sedimentteihin ja kunnostukseen liittyvästä tutkimuksesta. Tutkimuksen käytännön toteutukseen palkataan sedimenttitutkimuksissa meritoitunut dosentti Juha Niemistö (seurannan näytteenotto, näytteiden käsittely, aineiston käsittely ja laskelmat). Hankkeen

14 suunnittelusta ja tulosten käsittelystä huomattavan vastuun kantaa apulaisprofessori Tom Jilbert, joka on myös käytännön toteutuksessa mukana yhdessä dosentti Leena Nurmisen kanssa. Hankkeessa ovat partnereina mukana Lahden kaupunki (venekalusto, automaattiset vedenlaatumittaukset, pumppaus ja sen kontrollointi) ja Nordkalk (ravinnesuodattimen mitoitukseen, asennukseen ja toimintaan liittyvät kysymykset sekä ohjausryhmätyöskentely). Molemmat partnerit osallistuvat hankkeeseen myös taloudellisesti. Hanke toteutetaan lisäksi tiiviissä yhteistyössä alueen vesien hoitoa koordinoivan ja hanketta osittain rahoittavan Vesijärvisäätiön kanssa. 9. Viestintäsuunnitelma Paikallisesti hankkeesta tiedotetaan Lahden kaupungin ja Vesijärvisäätiön tiedotuskanavien kautta. Vesijärvisäätiön nettisivuille päivitetään jatkuvasti tietoa mm. Kymijärven tilasta ja siellä tehtävistä toimenpiteistä (vesijarvi.fi/fi/pienjarvet/kymijarvi). Tästä hankkeesta tehdään ko. osoitteeseen omat sivut ja hankkeesta toimitetaan jatkuvasti ajanmukaista tietoa sivujen ylläpitäjälle. Lisäksi alueella järjestetään säännöllisesti yleisötilaisuuksia, joissa alueen asukkaita informoidaan alueen vesien hoidosta ja tilasta. Hankkeesta tiedotetaan myös näissä tilaisuuksissa. Projekti on myös tiiviissä kontaktissa Suomen ympäristökeskuksen koordinoiman valtakunnallisen Vesienkunnostusverkoston kanssa ( Verkosto mm. välittää tietoa järvikunnostuksista ja järjestää tapahtumia, joissa myös tämä hankkeen tuloksia tullaan esittelemään maanlaajuisesti. Hankkeen viestinnällä pyritään sekä pitämään Kymijärven käyttäjät ajan tasalla järven tilasta ja siellä tehtävistä hoitotoimista että tiedottamaan myös viranomaisia ja vesien käyttäjiä laajemmin uuden kunnostusmenetelmän vaikutuksista ja toteuttamistavoista. Kunnostuksen edetessä ja aineistojen kertyessä julkaistaan lisäksi artikkeleita ammattilehdissä (esim. Vesitalous) sekä tieteellisissä julkaisusarjoissa (esim. Ecological Engineering). Näin projektin tulokset leviävät myös kansainvälisesti.