TUUSULANJÄRVEN HAPETTAMINEN VUONNA 2009

Transkriptio

1 Keski-Uudenmaan vesiensuojelun kuntayhtymä Kultasepänkatu 4 B 425 Kerava TUUSULANJÄRVEN HAPETTAMINEN VUONNA 29 Kuopiossa Anneli Heitto Erkki Saarijärvi Vesi-Eko Oy Water-Eco Ltd Yrittäjäntie 12 Y-tunnus: Kuopio tiedustelut@vesieko.fi Puh

2 JOHDANTO HAPETUS MENETELMÄNÄ JA TOTEUTUS TUUSULANJÄRVELLÄ SÄÄ JA VIRTAAMAT Sää Virtaamat HAPETUKSEN VAIKUTUKSET Kerrostumisolosuhteet Happipitoisuus Ravinnepitoisuudet Veden ph Muu vedenlaatu: klorofylli-a ja näkösyvyys Pohjasedimentin kaasukuplinta Pohjaeläimet Tuusulanjärven tilan ilmentäjinä JOHTOPÄÄTÖKSET Lähteet:... 2 Kansilehden valokuva: Eeva Kauppinen, Vesi-Eko Oy Water-Eco Ltd, 25. Vesi-Eko Oy Water-Eco Ltd 29

3 2 1. JOHDANTO Vesi-Eko Oy Water-Eco Ltd on hapettanut Tuusulanjärven syvännealueita Keski- Uudenmaan vesiensuojelun kuntayhtymän toimeksiannosta vuodesta 1998 lähtien. Hapettaminen on osa Tuusulanjärven kunnostusta, jonka tavoitteita ovat ( järveen tulevan ravinnekuormituksen vähentäminen ja järven rehevyystason pienentäminen järven säilyminen uimakelpoisena läpi vuoden, mikä edellyttää sinilevien massaesiintymien kuriin saamista petokalakantojen säilyminen vahvoina ja luontaisesti lisääntyvinä järven virkistyskäyttöarvon kasvu. Tuusulanjärven tilaa pyritään kohentamaan useiden samanaikaisten toimenpiteiden avulla. Kunnostustoimenpiteitä on toteutettu sekä valuma-alueella että järvellä ( kosteikot ja laskeutusaltaat maatalouden vesiensuojelutoimenpiteet (suojavyöhykkeet, kosteikot) kaavoitus ja vesihuollon kehittäminen umpeenkasvaneiden ja liettyneiden rantojen ruoppaus vesikasvillisuuden niitot ravintoketjukunnostus (petokalojen istutus ja särkikalojen pyynti) hapettaminen lisävesien johtaminen Päijänne-tunnelista Rusutjärven kautta Tuusulanjärveen. Kunnostustoimenpiteiden tarkoituksena on parantaa Tuusulanjärven veden laatua ja happipitoisuutta, vähentää hapen kulutusta, sisäistä kuormitusta ja leväesiintymiä, parantaa veden vaihtuvuutta sekä lisätä järven virkistyskäyttömahdollisuuksia. Vuonna 29 toteutetut toimenpiteet: hapetus hoitokalastus, saalis 66,1 tonnia kalaistutukset, 2 kpl ankeriaita heinäkuussa ranta-alueiden vesikasvillisuutta poistettiin 55 m 3 Rantamo-Seittelin kosteikon rakennustyöt saatiin päätökseen Tuusulanjoen kunnostustyöt valmistuivat Tässä raportissa on käsitelty Tuusulanjärven hapettamista vuonna 29 ja hapettamisen vaikutusta happitilanteeseen ja sisäiseen kuormitukseen. Happitilanteen lisäksi raportissa on arvioitu järven nykytilaa ja verrattu sitä aikaisempiin hapetusvuosiin. Vesi-Eko Oy Water-Eco Ltd 29

4 3 2. HAPETUS MENETELMÄNÄ JA TOTEUTUS TUUSULANJÄRVELLÄ Hapettamisen tarkoituksena on ylläpitää pohjanläheisen veden happipitoisuutta tarpeeksi korkeana, jotta hapettomuudesta johtuvan ns. sisäisen kuormituksen seurauksena sedimentistä veteen vapautuvien ravinteiden määrä vähenisi. Pohjan pysyessä hapellisena siellä viihtyvät myös järven kannalta tärkeät pohjaeläimet, jotka pohjaa pöyhiessään kuljettavat happea syvemmälle sedimenttiin parantaen siten edelleen pohjan tilaa. Hapetuksen avulla pyritään myös elvyttämään pohjan aerobista (hapellinen) hajotustoimintaa, ja sitä kautta estämään anaerobisissa (hapeton) prosesseissa syntyvien haitallisten aineiden (rikkivety, metaani, ammonium) syntymistä. Sedimentin metaanin tuotannon vähentyessä kaasukuplien aiheuttama sedimentin resuspensio vähenee vähentäen samalla sedimentistä veteen vapautuvien ravinteiden määrää. Hapetinlaitteiden toiminta perustuu hapekkaan päällysveden pumppaamiseen pohjan lähelle. Päällys- ja alusveden lämpötilaeroista johtuen alusvesi on talvella ja kesällä tiheämpää kuin päällysvesi. Tiheyserojen vuoksi kevyempää ja hapekkaampaa päällysvettä ei pääse luontaisesti kulkeutumaan pinnalta pohjalle. Syksyllä ja keväällä, kun järven vesi on tasalämpöistä ja tuulet pääsevät sekoittamaan vesimassaa, Mixox-hapetuspumput ovat yleensä pysähdyksissä. Tuusulanjärvi on matalahko ja epäsäännöllisesti kerrostuva järvi. Tuusulanjärvelle ei ole luonteenomaista syksyn viilenemiseen asti jatkuva kesäaikainen lämpötilakerrostuneisuus, vaan järven vesimassa kiertää luonnostaan viileistä tai tuulisista sääjaksoista johtuen (Lappalainen 1998). Ajoittaisista kesäaikaisista kierroista huolimatta alusvesi on muuttunut hapettomaksi hyvin lyhyessä ajassa, kun tuottavasta kerroksesta pohjalle laskeutuva orgaaninen aines hajoaa ja kuluttaa tilavuudeltaan pienen alusvesikerroksen happivarantoja. Tuusulanjärvellä hapettimien avulla pyritäänkin lisäämään järven kiertoherkkyyttä ja rikkomaan lämpötilakerrostuneisuus ennen kuin alusveden happipitoisuus laskee liian alas, ns. lämpötilakerrostuneisuuden säätely (kuva 1). Säätely tapahtuu pumppaamalla tavanomaista suuremmalla virtaamalla kevyempää ja hapellista päällysvettä tiheämpään alusveteen (kuva 1, a). Tällöin alusveden tilavuus kasvaa. Samalla päällys- ja alusveden lämpötilaero ja kerrostuneisuuden stabiliteetti pienenevät ja järvi kiertää herkemmin kuin luonnostaan. Tyyninä, aurinkoisina ja lämpiminä jaksoina kerrostuneisuus kuitenkin säilyy, ja ravinteet pysyvät alusvedessä estäen laajat leväkukinnat. Viileä ja tuulinen jakso puolestaan purkaa kerrostuneisuuden helposti (kuva 1, b). Tuusulanjärven hapetinlaitteet toimivat kesällä ja talvella järven pyrkiessä kerrostumaan päällysveden ja alusveden lämpötilaeroista johtuen. Kesäisin Tuusulanjärvellä on aiemmin ollut käytössä kuusi hapetinta, vuosina 28 ja 29 neljä. Talviaikoina käynnissä on yleensä ollut vain yksi laite. Tuusulanjärvellä pohjanläheisen veden happipitoisuus pyritään pitämään ympärivuotisesti yli 2 mg/l arvossa. Happipitoisuuden laskiessa pohjan lähellä alle arvon 2 mg/l, alkaa pohjasta hiljalleen vapautua ravinteita (Lappalainen 1998, Lappalainen ja Lakso 25). Vesi-Eko Oy Water-Eco Ltd 29

5 4 a) b) Kuva 1. Mixox hapetusmenetelmä Tuusulanjärvellä kerrostuneisuuden säätely. a) Hapekkaan päällysveden pumppaus suurella virtauksella alusveteen; lämpötilaerot ja kerrostuneisuuden stabiliteetti pienenevät, alusveden tilavuus kasvaa. b) Kerrostuneisuuden purkautuminen ennen kuin pohjalle syntyy huonohappinen tilanne (kierto tapahtuu herkästi tuulen tai viileämpien sääolojen vaikutuksesta). Tuusulanjärven hapetus aloitettiin neljällä Mixox MC 11 -laitteella ja yhdellä MC 1 -laitteella. Keväällä 1999 hapetustehoa lisättiin yhdellä Mixox MC 1 - laitteella. Kesällä 2 kaksi laitetta (no 1 ja 2) ja keväällä 21 kaksi laitetta (no 3 ja 4), kaikki MC 11 -laitteita, siirtyi Keski-Uudenmaan vesiensuojelun kuntayhtymän omistukseen. Vuonna 28 Tuusulanjärvellä kokeiltiin kesäaikaista hapetusta neljän Keski-Uudenmaan vesiensuojelun kuntayhtymän omistaman laitteen avulla. Kaksi Vesi-Ekon omistamaa urakointilaitetta pidettiin varalaitteina mahdollista kesäaikaista lisähapetustarvetta varten. Käytäntöä jatkettiin vuonna 29. Vuonna 29 hapetinlaitteet toimivat seuraavasti: Talvella 29 toiminnassa oli laite 2 välillä Kesällä 29 toiminnassa olivat 26.5.alkaen aluksi laitteet 1-4 (MC 11). Laite 2 kuitenkin rikkoontui ja oli pois päältä heinäkuun alusta elokuun loppupuolelle. Elokuussa myös laite 3 rikkoontui, mutta sen tilalle käynnistettiin varalla ollut laite 5. Suurimman osan heinä- ja elokuuta hapetus hoidettiin siten kolmella laitteella, muuten neljällä. Hapettimet kytkettiin pois päältä Laitteiden sijainti Tuusulanjärvellä on esitetty liitteessä 1. Keskimääräisellä päällysveden happipitoisuudella 8 mg/l laskettuna MC 11 -laitteen hapetusteho on noin 65 kg O 2 /d ja MC 1 -laitteen teho vastaavasti noin 54 kg O 2 /d. Laitteiden aikaansaama päällysveden virtaama alusveteen on näin ollen noin 46 m 3 d - 1 ja hapetusteho noin 3 6 kg O 2 /d. Alusveden pinta-alaan (1,4 km 2 ) suhteutettuna hapetustehoksi tulee noin 2,6 g O 2 /m 2 /d. MC 11-hapettimen virrankulutus on 6 kwh/d. Vesi-Eko Oy Water-Eco Ltd 29

6 Kuukauden keskilämpötila, o C Kuukauden sademäärä, mm 5 3. SÄÄ JA VIRTAAMAT 3.1 Sää Vuosi 29 oli Suomessa keskitalven lämpötilojen osalta aiempia, poikkeuksellisen lämpimiä talvia tavanomaisempi, joskin syksy 28 ja alkutalvi olivat hyvin leudot (kuva 2 ja 3). Alku- ja keskikesä olivat sateiset, mutta lämpötilat lähellä keskimääräisiä (kuva 2). Talvi Loka- ja marraskuu 28 olivat lauhoja ja hyvin sateisia. Marraskuun sateista osa tuli Etelä-Suomessakin lumena, mutta vesisade sulatti lumet nopeasti. Lauhat säät jatkuivat vielä joulukuussakin, ja koko loppuvuodesta 28 muodostui pitkäaikaiskeskiarvoja huomattavasti lämpimämpi. Järvet jäätyivät Etelä-Suomea myöten joulukuun loppupuolella, ja syystäyskierrosta muodostui pitkä. Tammikuun alussa sää kylmeni talviseksi. Ennen kuun puoltaväliä lauhtui kuitenkin uudelleen, ja lumet sulivat Etelä-Suomesta vesi- ja tihkusateiden myötä. Kuun loppupuoli oli jälleen talvisempi. Lumipeitteen paksuus oli Etelä-Suomessa 1-25 cm.. Helmi- ja maaliskuun keskilämpötilat olivat lähellä pitkänajan keskiarvoja, mutta sademäärät jäivät tavallista pienemmiksi. Helmikuun lopussa lumipeitteen paksuus oli Etelä-Suomessa 1-25 cm.. Huhtikuun säät olivat vaihtelevat. Kuun lopussa oli poikkeuksellisen lämmintä, ja päivälämpötilat nousivat Etelä-Suomessa lähelle 2 astetta. Kuu oli keskimääräistä lämpimämpi ja erittäin vähäsateinen. Avovesikausi 29 Toukokuu oli lämmin ja sademääriltään lähellä tavanomaista. Kesäkuu sen sijaan oli epävakainen ja sateinen. Kuun vaihtuessa heinäkuuksi oli lyhytaikaisesti lämmintä, mutta kuun alkupäivien helteiden jälkeen säätyyppi muuttui jälleen sateiseksi ja koleaksi. Kesäja heinäkuun keskilämpötilat eivät poikenneet merkittävästi pitkäaikaiskeskiarvosta, mutta kuukaudet olivat tavallista sateisempia. Elokuussa sen sijaan oli joitakin lämpimiä, aurinkoisia jaksoja, ja kuukauden keskilämpötila oli tavallista korkeampi. Kesä jatkui vielä syyskuussa, joka oli paikoin poikkeuksellisen lämmin. Lokakuu puolestaan oli kylmä ja sateinen Kuukaudet Kuva 2. Kuukausikohtaiset keskilämpötilat (ºC) ja sademäärä (mm). Helsinki-Vantaan lentoaseman havaintoasema. (Ilmatieteen laitos) Vesi-Eko Oy Water-Eco Ltd 29

7 Keskivirtaama, m3/s Tammi Helmi Maalis Huhti Touko Kesä Heinä Elo Syys Loka Marras Joulu m 3 s -1 Vuoden keskilämpötila, oc Havaintoasema Hki-Vantaa LA Vuoden sadesumma (mm) Havaintoasema Hki-Vantaa LA Kuva 3. Vuosien keskilämpötilat ja sadesummat (mm). Helsinki-Vantaan lentoaseman havaintoasema (Ilmatieteen laitos). 3.2 Virtaamat Tuusulanjärven hapetusvuosien virtaamaolosuhteet poikkeavat huomattavasti toisistaan (kuva 4). Tällä on vaikutusta mm. järveen eroosion mukana kulkeutuvien ravinteiden määrään. Esimerkiksi vuonna 28 vuoden keskivirtaama oli kolminkertainen verrattuna kuivan vuoden 23 vastaavaan. Eroosion vaikutusta ja ravinteiden kulkeutumista edisti vuosina 27 ja 28 virtaamahuippujen osuminen talvikauteen lämpimien ja sateisten talvikelien seurauksena. Myös loppusyksyn aikaiset virtaamat ovat olleet viime vuosina suurempia kuin vertailukaudella Syksyn ja alkutalven 28 suuret virtaamat kääntyivät nopeaan laskuun joulukuun puolenvälin jälkeen, ja talvikauden 29 virtaamat olivat pienet verrattuna edellisiin talviin ,5 3 2,5 2 Talvi (joulumaalis) kevät (huhtitouko) 1,5 1,5 Kesä (kesä-elo) Syksy (syysmarras) Vuosi, ka. Kuva 4. Tuusulanjärven luusuan (Tuusulanjoki, ast. nro 131) virtaamien kuukausikeskiarvot 27, 28 ja 29, sekä keskimääräinen virtaama (Oivatietojärjestelmä). Vesi-Eko Oy Water-Eco Ltd 29

8 4. HAPETUKSEN VAIKUTUKSET 7 Hapetuksen vaikutusten tarkastelu perustuu Keski-Uudenmaan vesiensuojelun kuntayhtymän happimittaustuloksiin sekä Uudenmaan ympäristökeskuksen Halosenniemen edustan pääsyvänteestä ottamiin vesinäytteisiin (havaintopaikka Tuusulanjärvi syvänne 89). Uudenmaan ympäristökeskuksen ottamien näytteiden tulokset on saatu ympäristöhallinnon Oiva-tietojärjestelmästä ( Kuntayhtymä on mitannut veden happipitoisuutta syvännehavaintopaikoilta A, B, D ja E. Havaintopaikkojen ja hapettimien sijainti on esitetty liitteessä 1. Vedenlaatutulokset vuoden 29 osalta on esitetty liitteessä 2. Tuusulanjärven vedenlaatua on tarkasteltu lähinnä päällysveden (tulokset 1 m syvyydellä) ja pohjanläheisen veden (näyte 1 m pohjan yläpuolelta) tulosten perusteella. 4.1 Kerrostumisolosuhteet Tuusulanjärvellä hapettamisen yhtenä päätarkoituksena on ollut järven saattaminen lähes täyskierronomaiseen tilaan jo keskikesällä (Lappalainen 1998). Syynä normaalista poikkeavaan hapetuskäytäntöön on pohjasedimentin erittäin suuri hapenkulutuspotentiaali. Kerrostuneisuutta rikkomatta alusveden happipitoisuuden säilyttäminen on käytännössä mahdotonta ja tällöin myös sisäisen kuormituksen ongelma jää ratkaisematta. Pelkkien päällysveden (1 m) ja pohjanläheisen veden (p- 1m, noin 8-9 m) lämpötilojen seuraaminen ei anna oikeaa kuvaa kerrostuneisuuden voimakkuudesta. Tässä yhteydessä kerrostuneisuutta on kuvattu vesimassojen tiheyksien erotuksen avulla. Tiheys on laskettu veden lämpötilojen perusteella kaavalla: Tiheys =,48768 * x 3 -,7845 * x 2 +,5947 * x +,99985 jossa x = veden lämpötila C Vuosina Tuusulanjärvi on ajoittain kerrostunut lievästi kesä-heinäkuussa hapetinlaitteiden toiminnasta huolimatta (kuva 5 ja 6). On kuitenkin huomattava, että päällysveden ja pohjanläheisen veden välinen tiheysero on pysynyt kohtuullisen pienenä. Tiheyseron ollessa pieni säätilan muutos tuulisemmaksi tai viileämmäksi voi aiheuttaa vesimassan täydellisen sekoittumisen, jolloin alusveden happivarannot täydentyvät. Vuonna 29 Tuusulanjärvi kerrostui vain hyvin lievästi (kuva 5). Kesän sää oli vaihteleva eikä pitkiä kerrostumiseen johtavia hellekausia ollut. Kerrostuneisuuden voimakkuutta kuvaavat tiheyserot olivatkin epävakaisina kesinä 28 ja 29 pienemmät kuin useina aiempina vuosina (kuva 6). Vesi-Eko Oy Water-Eco Ltd 29

9 Tiheysero g/m Lämpötila o C tiheysero 1 m 8-9 m Kuva 5. Tuusulanjärven pääsyvänteen (Tuusulanjärven syvänne 89, Uudenmaan ympäristökeskus) päällysveden (1 m) ja pohjanläheisen veden (p- 1m, noin 8-9 m) lämpötilat, sekä vesimassojen tiheysero vuosina Tiheysro, g/m 3 Lämpötila o C tiheysero 1 m 8-9 m Kuva 6. Tuusulanjärven päällysveden (1 m) ja pohjanläheisen veden (p-1 m, noin 8-9 m) lämpötila, sekä tiheysero vuosina Happipitoisuus Talvella Tuusulanjärven pääsyvänteen (Tuusulanjärvi syvänne 89) happitilanne oli hyvä. Alusveden happipitoisuus oli alimmillaan 9,4 mg/l (4.3.29). Kesällä 29 happitilanne säilyi pohjan lähellä tyydyttävänä. Happipitoisuus laski syvännehavaintopaikkojen A, B, D ja E keskiarvona laskettuna pohjan lähellä alimmillaan arvoon 4,3 mg/l elokuun alussa (Keski-Uudenmaan vesiensuojelun kuntayhtymän mittaukset) (kuva 7). Yksittäisistä pitoisuuksista alin, 2,5 mg/l, mitattiin tuolloin havaintopaikalta B. Havaintopaikalla A mitattiin aivan pohjan läheltä poikkeuksellisen pieni happipitoisuus,14 mg/l. Jo 1m pohjan yläpuolella happipitoisuus oli kuitenkin 6,71 mg/l. Alimpien happipitoisuuksien aikaan heinä- ja elokuussa toiminnassa oli vain kolme hapetinta. Näyttää siltä, että pohjan läheisen vesikerroksen hyvähappisuuden varmistaminen edellyttää hapettamista neljällä laitteella. Vesi-Eko Oy Water-Eco Ltd 29

10 Happipitoisuus, mg/l Happi mg/l Hapetusta edeltäneisiin vuosiin verrattuna hapettamisen aloittamisen jälkeiset vuodet ovat olleet happitilanteeltaan hyviä (kuvat 7 ja 8) lukuun ottamatta vuotta 23, jolloin happipitoisuus oli alimmillaan 1,35 mg/l (neljän havaintopaikan A, B, D ja E keskiarvona) heinäkuun lopulla. Tuusulanjärven pohjasedimentin hapenkulutuspotentiaali on erittäin suuri, joten pitkien kerrostuneisuusjaksojen aikana happipitoisuus saattaa edelleen laskea alle 2 mg/l tason. Vuosien 22 ja 23 muita hapetusvuosia heikompaan tilanteeseen vaikuttivat mm. erikoiset sääolot (kuivat hellekesät) p-1 m p-,2 m 9 Kuva 7. Tuusulanjärven mittauspisteiden A, B, D ja E keskiarvoinen pohjanläheisen veden (p-1 m ja p-,2 m) happipitoisuus touko-lokakuussa Mixox-hapetus Kuva 8. Tuusulanjärven pääsyvänteen (Tuusulanjärvi syvänne 89) pohjanläheisen veden happipitoisuudet vuosina Ravinnepitoisuudet Päällysveden kokonaisfosforipitoisuudet vaihtelivat vuonna 29 välillä µg/l (ka. 92 µg/l). Pitoisuudet olivat talvella erittäin korkeat edellisen syksyn runsaiden valumien seurauksena, mutta laskivat keväällä ja kesällä. Vähäsateisen loppukesän ja alkusyksyn aikana pitoisuudet laskivat edelleen (kuva 9). Avovesiajan keskiarvopitoisuus oli 75 µg/l eli erittäin rehevien järvien tasoa, kuten edellisenä kesänäkin (ks. luokitus sivulta 18). Talviaikaiset korkeat pitoisuudet johtuivat valuma-alueelta tulevan kuormituksen kasvusta. Viime vuosien poikkeuksellisen lämpimät syksyt ja talvet ja runsaat vesisateet Vesi-Eko Oy Water-Eco Ltd 29

11 Kok-N g/l Kok-P g/l 1 ovat lisänneet eroosiota ja sitä kautta järveen kohdistuvaa ravinnekuormaa. Vaikka talvi 29 olikin lämpötiloiltaan lähempänä keskimääräistä, syksyn valumat näkyivät selvästi talven vedenlaadussa. Aiemmille vuosille tyypillistä päällysveden kokonaisfosforipitoisuuden kesäaikaista nousua ei havaittu vuosina 28 ja 29, vaan pitoisuustrendi oli ennemminkin laskeva (kuva 9) Kuva 9. Tuusulanjärven päällysveden (1m tai -2 m näytteet) kokonaisfosforipitoisuudet vuosina Kuvaan on eritelty nykyistä kunnostushanketta edeltävä ajanjakso ( ), kunnostushankkeen alkuvaihe ( ) ja kolme viimeisintä vuotta 27, 28 ja 29. Tuusulanjärven päällysveden keskiarvoinen kokonaistypen pitoisuus oli vuonna µg/l (54-15 µg/l). Pitoisuus oli selvästi pienempi kuin vuosina 27 ja 28. Alkutalvella pitoisuudet olivat syksyn sateiden jälkeen korkeat, joskaan eivät yhtä korkeat kuin edellisinä talvina Pitoisuudet laskivat kesällä ja olivat alkusyksyllä koko havaintoajan pitoisuusvaihtelun alarajalla (kuva 1) Kuva 1. Tuusulanjärven päällysveden (1m ja -2 m näytteet) kokonaistyppipitoisuudet vuosina Vesi-Eko Oy Water-Eco Ltd 29

12 tammi tammi maalis huhti touko kesä heinä elo syys loka marras joulu joulu Kok-P g/l Liuennut happi, mg/l Tuusulanjärven pohjanläheisessä vedessä (näyte otettu noin 1 m pohjan yläpuolelta) on joinakin vuosina havaittu erittäin korkeita kokonaisfosforipitoisuuksia, vuonna 1988 jopa 88 µg/l (kuva 11). Korkeat pitoisuudet kertovat sisäisen kuormituksen aiheuttamasta ravinteiden vapautumisesta pohjasedimentistä. Vuonna 29 alusveden Kok.P:n keskiarvopitoisuus oli 11 µg/l happipitoisuuden vaihdellessa välillä 4,5-1,4 mg/l. Edellisenä vuonna keskiarvo oli 136 µg/l. Hapetusta edeltäneisiin vuosiin verrattuna kokonaisfosforin pitoisuusvaihtelu on pienentynyt ja erityisesti kesän kerrostuneisuuskauden pitoisuudet ovat laskeneet (vrt. arvot vuosilta 82-97, kuva 11). Tilanne on siis tasaantunut. Vuoden 28 pohjanläheisveden kokonaisfosforipitoisuudet, jotka olivat kuukausitasolla tarkasteltuna tarkkailuvuosien havaintojen yläpäästä, johtuivat lähinnä koko vesipatsaan tavallista korkeammista eroosion aiheuttamista pitoisuuksista eikä sisäisen kuormituksen kasvamisesta O2 29 Kuva 11. Tuusulanjärven pohjanläheisen veden (8-9 m) Kok.P -pitoisuudet vuosina Huom! Logaritminen asteikko. Kunnostustoimien alettua myös pohjanläheisen veden ammoniumtyppipitoisuus on vähentynyt vuotta 1998 edeltävään aikaan verrattuna (kuva 12). Kunnostustoimien aloittamisen jälkeen pitoisuus on ajoittain kohonnut happipitoisuuden laskiessa pohjanläheisessä vedessä. Näin kävi mm. huhtikuussa 23, jolloin pohjanläheisen veden happipitoisuus oli havaintopaikalla 89 laskenut arvoon mg/l. Vuonna 29 korkein pohjanläheisvedestä mitattu ammoniumtyppipitoisuus oli 12 µg/l. Vesi-Eko Oy Water-Eco Ltd 29

13 tammi tammi maalis huhti touko kesä heinä elo syys loka marras joulu joulu ph tammi tammi maalis huhti touko kesä heinä elo syys loka marras joulu joulu Ammoniumtyppi µg/l (NH4N) Ammoniumtyppi µg/l (NH4N) p-1 m Kuva 12. Ammoniumtyppipitoisuus (NH 4 -N) pohjanläheisessä vedessä vuosina (Tuusulanjärvi syvänne 89). 4.4 Veden ph Reheville järville tyypilliseen tapaan myös Tuusulanjärven veden ph nousee kesällä ajoittain korkeaksi perustuottajien kuluttaessa veden hiilidioksidivarastoja. Erityisen suurta ph:n nousu on päällysvedessä. Kesän 29 mittauskerroilla päällysveden ph ei kuitenkaan noussut yli arvon ph 7,5 (kuva 13). 1 9,5 9 8,5 8 7,5 7 6, Kuva 13. Tuusulanjärven päällysveden (1 m) ph vuosina Mixox -hapetusmenetelmässä päällysvettä pumpataan alusveteen, jolloin myös alusveden ph saattaa nousta sisäistä kuormitusta lisäävälle tasolle lähelle ph 9:ää (Koski-Vähälä 21). Tuusulanjärvellä tätä ongelmaa ei usein ole ollut, vaikkakin muutamia kertoja myös Vesi-Eko Oy Water-Eco Ltd 29

14 Klorofylli-a mg/l tammi tammi maalis huhti touko kesä heinä elo syys loka marras joulu joulu ph pohjanläheisen veden ph on noussut vaarallisen korkeaksi (kuva 14). Kyse on onneksi ollut hyvin tilapäisistä ilmiöistä ja tilanne on palautunut ph 7,3-7,7:ään. Kesällä 29 pohjanläheisveden ph oli korkeimmillaan 7, ,5 9 8,5 8 7,5 7 6, Kuva 14. Tuusulanjärven pohjanläheisen vesimassan ph vuosina Muu vedenlaatu: klorofylli-a ja näkösyvyys Järven rehevyyttä (perustuottajien määrää) kuvaavan klorofylli-a:n pitoisuudet vaihtelivat huhti-marraskuussa 29 väillä 3,7-38 µg/l. Touko-lokakuun pitoisuuksien keskiarvo oli 21,2 µg/l. Kunnostustoimien aloittamisen jälkeen touko-lokakuun aikaiset keskiarvopitoisuudet ovat pysytelleet Tuusulanjärvessä tasolla µg/l, ka. 32 µg/l ( ). Verrattuna kunnostustoimia edeltävään aikaan pitoisuudet ovat laskeneet ja vaihtelu hieman tasoittunut (kuva 15 ja 16). Avovesikauden (touko-lokakuu) keskiarvopitoisuuden perusteella tarkasteltuna Tuusulanjärvi oli ennen kunnostustoimien aloittamista luokiteltavissa erittäin reheväksiylireheväksi. Viimevuosina keskiarvopitoisuudet ovat edelleen olleet korkeita, erittäin rehevien vesien luokkaa (ks. luokitus sivulta 18). Vuosina 28 ja 29 keskiarvopitoisuus on ollut vaihteluvälin alarajalla ja lähellä rehevän veden luokkaa. Lisäksi on huomattava, että kesäajan maksimiarvot ovat huomattavasti kunnostustoimia edeltäneitä vuosia alhaisempia g/l Kuva 15. Tuusulanjärven klorofylli-a:n pitoisuus,2 metrin syvyydellä vuosina Vesi-Eko Oy Water-Eco Ltd 29

15 Klorofylli-a µg/l touko-lokakuu ka. vuosikeskiarvo Kuva 16. Tuusulanjärven klorofylli-a:n pitoisuuden keskiarvo - 2 metrin syvyydellä vuosina Keskiarvot on laskettu avovesikauden (toukokuu - lokakuu) havainnoista. Keski-Uudenmaan vesiensuojelun kuntayhtymän näytteenoton yhteydessä tekemien levähavaintojen mukaan levähiukkasia oli vedessä havaittavissa kesäkuun lopulta lähtien. Keski- ja loppukesällä vesi oli väriltään vihreää, mutta varsinaisia leväkukintoja ei esiintynyt. Järven veden näkösyvyyteen vaikuttavat valuma-alueen maaperä ja levien määrä, jota voidaan mitata klorofylli-a pitoisuuden avulla. Tuusulanjärven valuma-alueen maaperä on pääasiassa savea. Maaperän laadusta johtuen Tuusulanjärvi onkin perusluonteeltaan hieman savisamea. Tuusulanjärven näkösyvyydessä tapahtui merkittävä positiivinen hyppäys vuosien aikana, eli kunnostustoimien alkamisen jälkeen. Merkittävin muutos tapahtui vuoden 22 syksyllä, jolloin mitattiin useasti yli 1,5 metrin näkösyvyyslukemia (kuva 17). Syynä tähän oli pääasiassa kuiva loppukesä, jolloin valuma-alueella tapahtuva eroosio väheni. Myös seuraava vuosi 23 oli kuiva (ks. kuva 3), ja maaliskuussa (-3) Tuusulanjärven näkösyvyys oli jopa 2,8 m (suurin havaittu). Tuusulanjärven veden sameusluku oli syksyn 22 ja talven 23 aikana ka. 5,1 FNU (vaihteluväli 3,6-7,3). Parin viime vuoden aikana talvet ovat olleet leutoja ja sateisia aiheuttaen siten eroosion lisääntymistä valuma-alueelta. Vuonna 28 veden sameusluku oli ka. 82 FNU, vaihteluväli ja vuonna 29 ka.41 FNU, vaihteluväli Talvella loppuvuoden eroosion lisääntyminen näkyi alhaisena näkösyvyytenä (kuva 17). Kesän kuluessa näkösyvyys kasvoi, ja vähäsateisen elo- ja syyskuun aikana mitattiin 1, m näkösyvyyksiä. Talven pienet arvot alensivat vuosikeskiarvoa, joka oli vuonna 29,57m. Vuonna 28 keskiarvo oli poikkeuksellisen runsaiden sateiden aiheuttaman eroosion seurauksena vain,3 m, vuonna 27,45 m. Tuusulanjärven kunnostusvuosina näkösyvyyden vuosikeskiarvo on ollut parhaimmillaan 1, m (23). Vesi-Eko Oy Water-Eco Ltd 29

16 Näkösyvyys (m) 15,,2,4,6,8 1, 1,2 1,4 1,6 1,8 2, 2,8m Kuva 17. Tuusulanjärven näkösyvyys (kuukausikeskiarvoina). Kesäajan (toukokuu - syyskuu) arvot on merkitty punaisella. Tarkasteltaessa levien vaikutusta Tuusulanjärven näkösyvyyteen voidaan havaita, että näkösyvyys kasvaa merkittävästi klorofylli-a:n pitoisuuden ollessa alle 3 µg/l (kuva 18). Tuusulanjärven virkistyskäyttöarvon paranemisen kannalta klorofylli-a:n pitoisuuden lasku alle 3 µg/l tason vaikuttaisi näkösyvyyteen positiivisesti. Savisameus on kuitenkin merkittävämpi näkösyvyyteen vaikuttava tekijä Tuusulanjärvellä. Vuosina Tuusulanjärven näkösyvyys on ollut maksimissaan 2,8 m ja minimissään,1 m klorofylli-a:n ollessa alle 1 µg/l, eli lievästi rehevien ja karujen järvien tasoa (kuva 18). Savisameus vaikuttaa toki osaltaan myös klorofylli-a:n pitoisuuteen pienentäen tuottavan vesikerroksen paksuutta ja sitä kautta myös levien määrää (kuva 18). 3 2,5 2 1,5 1, Näkösyvyys m Klorofylli-a µg/l Näkösyvyys, m Klorofylli-a µg/l (-1 m) (-1 m) 2, , ,5 5 Sameus FNU Sameus FNU Kuva 18. Sameuden ja klorofylli-a pitoisuuden vaikutus näkösyvyyteen Tuusulanjärvellä vuosina (Näytepiste: Tuusulanjärvi syvänne 89). Vesi-Eko Oy Water-Eco Ltd 29

17 Kaasua ml/m 2 /d Happi, mg/l 4.6 Pohjasedimentin kaasukuplinta 16 Tuusulanjärven sedimentistä purkautuvien kaasujen määrää mitataan touko-lokakuussa havaintopaikoilla A, B, D ja E. Kesällä 29 kaasukuplinta oli suurimman osan ajasta viimevuosina havaitulla, maltillisella tasolla, mutta havaintopaikalla B mitattiin ajoittain korkeita kaasumääriä (kuva 19). Pitkällä aikavälillä tarkasteltuna Tuusulanjärven syvänteen sedimentin kaasuntuotanto kiihtyi hapetushoidon alettua vuonna Kaasuntuotannon lisääntyminen johtui hapetuskierrätyksen aiheuttamasta täyskierron kaltaisesta veden kierrosta, jonka takia alusvesi lämpeni (kuva 6) kiihdyttäen pohjan mikrobiologista toimintaa. Pohjasta vapautuvan kaasun määrä lisääntyi aina vuoteen asti, jonka jälkeen vapautuvan kaasun määrä vähentyi merkittävästi. Vuosien taso oli jälleen jonkin verran korkeampi kuin vuosien Vuonna 29 mitatut korkeat arvot saattavat liittyä alusveden paikallisiin happipitoisuuksien alenemisiin hapetustehon oltua hapettimien rikkoontumisen vuoksi vajaata osan kesästä. kaasu happi Hapetus 5/1998 alk Kuva 19. Tuusulanjärven syvänteen kaasuntuotanto touko-lokakuussa vuosina ml/m 2 /d (p-1 m), sekä pohjanläheisen veden (p-1 m) happipitoisuus (näytepiste Tuusulanjärven syvänne 89). Pitkäaikainen hapetushoito ja pohjan pysyminen hapellisena ovat edesauttaneet pohjalle sedimentoituneen orgaanisen aineksen hajotusta. Huonokuntoisen pohjasedimentti on alkanut hautautua terveen, hapellisissa olosuhteissa hajonneen aineksen muodostaman kerroksen alle. Vesi-Eko Oy Water-Eco Ltd 29

18 Pohjaeläimet Tuusulanjärven tilan ilmentäjinä Tuusulanjärven syvänteen ekologinen tila on kohentunut hapetushoidon seurauksena myös pohjaeläimistön runsaussuhteita tarkastelemalla. Ennen hapetushoidon alkua vuosina Tuusulanjärven pohjaeläimistö koostui vain muutamasta eutrofiaa ja heikkohappisia olosuhteita kuvastavasta lajista: 1 Surviaissääsket: Chironomus plumosus gr., Procladius spp. 2 Harvasukasmato: Potamothrix hammoniensis, Potamothrix Tubifex Hapetushoidon alettua lajiston määrä kasvoi. Lajistoon ilmestyi hapellisempaa ympäristöä suosiva harvasukasmato Limnodrilus hoffmeisteri, lähes hapettomissa olosuhteissa viihtyvän Chironomus plumosuksen väistyessä. Pohjaeläimistö muuttui tilapäisesti huonompaan suuntaan vuonna 23, jolloin happitilanne oli heikko talvella. Hapen puutteen aiheutti tuolloin poikkeuksellisen pitkä jäätalvi ja lämpimäksi jäänyt alusvesi, mikä aiheutti useissa järvissä ympäri Suomea pahoja hapettomuusongelmia. Pohjaeläimistö kuitenkin elpyi nopeasti, ja viime vuosina muutokset pohjaeläimistössä ovat olleet vähäisiä. Vuosina 26 ja 27 valtalajina oli edellisten hapetusvuosien tapaan harvasukasmato Limnodrilus hoffmeisteri. Hapellisissa olosuhteissa viihtyvien harvasukasmatojen merkitys pohjan hapettamisessa on tärkeä, sillä kaivautuessaan mutaan ne vievät happea mukanaan sedimentin pintaosaan. Vesi-Eko Oy Water-Eco Ltd 29

19 18 5. JOHTOPÄÄTÖKSET Vuosi 29 oli keskitalven lämpötilojen osalta aiempia, poikkeuksellisen lämpimiä talvia tavanomaisempi. Alkutalvi oli kuitenkin jälleen hyvin leuto ja sateinen, mikä lisäsi valuma-alueelta tulevaa kuormitusta. Kokonaisravinteiden pitoisuudet pysyttelivät runsaiden valumien seurauksena edellisten talvien tapaan korkeina kevääseen asti. Kokonaisfosforipitoisuus oli tammikuusta toukokuuhun asti kunnostusta edeltäneiden vuosien huipputasoa. Kesällä veden laatu oli talvea parempi, ja kokonaisravinteiden pitoisuudet olivat havaintokauden vaihteluvälin alarajoilla. Tuusulanjärven happitilanne säilyi melko hyvänä koko vuoden 29. Talvihapetus hoidettiin yhdellä hapetinlaitteella, kesähapetus neljällä ja osan kesästä vain kolmella hapettimella laiterikkojen vuoksi. Hapettamisen päätarkoituksena on ollut kerrostuneisuuden lieventäminen ja syvännealueiden kesäaikaisen happikadon ehkäiseminen. Tavoitteessa onnistuttiin, sillä kesällä 29 Tuusulanjärvi kerrostui aiempien hapetusvuosien tapaan vain heikosti. Hapetuslaitteiden teho riitti pitämään syvänteen keskimääräisen happipitoisuuden yli 2 mg/l pitoisuudessa. Keski-Uudenmaan vesiensuojelun kuntayhtymän ja Uudenmaan ympäristökeskuksen tekemien mittausten mukaan alimmat pitoisuudet vaihtelivat pääasiassa 4 mg/l molemmin puolin. Loppukesällä mitattiin kuitenkin joistakin yksittäisistä läheltä sedimentin pintaa otetuista näytteistä myös tätä pienempiä pitoisuuksia. Kesän 29 tulosten valossa näyttääkin siltä, että pohjan läheisen vesikerroksen hyvähappisuuden varmistaminen edellyttää hapettamista vähintään neljällä laitteella. Virkistyskäytön kannalta oleellisia vedenlaatutekijöitä ovat järven näkösyvyys sekä levähaittojen esiintyminen. Tehokkaan kunnostuksen aikana näkösyvyys on kasvanut ja se oli suurimmillaan kesällä 22. Tämän jälkeen näkösyvyys on heikentynyt, ja oli alimmillaan vuonna 28 vain ka.,3 m. Tämä on pienempi kuin hapetuskierrätystä edeltäneiden vuosien keskiarvoinen näkösyvyys, n.,5 m. Vuonna 29 keskimääräinen näkösyvyys oli,57m. Keskiarvoa alensivat alkutalven pienet näkösyvyysarvot. Tuusulanjärvi on luontaisesti savisamea, ja näkösyvyyden heilahtelu johtuu suurelta osin sääoloista sateiden aiheuttaessa valuma-alueen hienojakoisen maa-aineksen kulkeutumista järveen. Näkösyvyyden alenemiseen vuosina vaikuttivat merkittävästi poikkeuksellisen leudot ja sateiset talvet, jotka aiheuttivat eroosion lisääntymistä valuma-alueella. Kasviplanktonin määrää kuvastavan klorofylli-a:n pitoisuuksien avovesiaikainen keskiarvo oli vuonna 29 kunnostustoimien aikaisten vuosien alimpia. Sekä klorofylli-a:n että kokonaisravinteiden pitoisuudet ilmensivät kuitenkin kesällä 29 edelleen erittäin reheviä olosuhteita, kuten aiemminkin viime vuosina. Tuusulanjärven hapetuksesta johtuva pohjanläheisen veden sekä koko vesimassan pitkäaikainen hyvä happitilanne on edistänyt sedimentoituvan orgaanisen aineksen hapellista hajoamista. Pohjan pysyminen hapellisena, sekä kerrostuvan aineksen määrän ja laadun muuttuessa, pohjasta vapautuvan metaanikaasun määrä on pitkällä aikavälillä tarkasteltuna vähentynyt. Väheneminen oli merkittävintä vuosina Vuonna 29 mitattiin kuitenkin ajoittain poikkeuksellisen suurta kaasunmuodostusta havaintoasemalla B. Tähän on voinut vaikuttaa hapetuksen vajaatehoisuus laiterikkojen seurauksena, jolloin sedimentin läheisen vesikerroksen happipitoisuus on paikallisesti saattanut alentua. Vesi-Eko Oy Water-Eco Ltd 29

20 Pohjan pysyminen hapellisena on muuttanut myös syvänteen pohjaeläimistöä, suosien hapellisissa olosuhteissa eläviä lajeja. Pohjaeläimet ovat hyvä indikaattori sedimentin tilasta, sillä jo lyhytaikaisetkin hapettomuusjaksot muuttavat eliöstöä yksipuolisempaan suuntaan. Tuusulanjärven kunnostustoimenpiteet ovat olleet onnistuneita ja niitä tulisi edelleen jatkaa järven sisäisen kuormituksen estämiseksi, ekologisen tilan parantamiseksi ja stabiloimiseksi. Hapetuksen tehon riittävyyden varmistamiseksi kesähapetusta tulee jatkaa vähintään neljällä laitteella. Myös valuma-aluekuormituksen pienentämiseen tähtäävät toimenpiteet vaikuttavat merkittävästi veden laatuun. Parin viimeisen talven sääolosuhteet eivät kuitenkaan ole olleet kunnostustoimia tukevia. Talviaikaiset tulvatilanteet lisäävät järveen kohdistuvaa ulkoista kuormitusta ja ilmastonmuutoksen onkin arvioitu aiheuttavan vesistöjen rehevöitymistä. Tulevaisuutta on aina vaikea ennustaa, mutta on todennäköistä, että ilmastonmuutoksen takia vesistöjen hoitotoimia joudutaan lisäämään rehevyyshaittojen kompensoimiseksi. Tämä tulee ottaa huomioon myös Tuusulanjärvellä; nykyisen kohtalaisen hyvän tilan säilyttäminen tulevaisuudessa vaatinee vähintään viime vuosien kaltaisen panostuksen vesienhoitotyöhön. 19 Kuopiossa Erkki Saarijärvi Toimitusjohtaja, limnologi Vesi-Eko Oy Water-Eco Ltd 29

21 2 Lähteet: Lappalainen, K.M. 1998: Tuusulanjärven happitilanteen parantamismahdollisuuksia. Vesi-Eko Oy, Kuopio. 21 s. Lappalainen, K.M. ja Lakso, E. 25. Rehevyyttä vähentävät menetelmät. Järven hapetus. Julkaisussa: Ulvi, T. ja Lakso, E. (toim.) 25. Järvien kunnostus. Ympäristöopas 114. Suomen ympäristökeskus. Koski-Vähälä, J. 21. Role of resuspension and silicate in internal phosphorus loading. Department of Limnology and Environmental Protection, Department of Applied Chemistry and Microbiology. University of Helsinki. Finland. Opasvihkonen vesistötulosten tulkitsemiseksi. Kokemäenjoen vesistön vesiensuojeluyhdistys. Rehevyysluokitus Yleisluokitus (Vesihallitus) µg Kok.P/l µg Kok.P/l Karu alle 1 alle 12 Lievästi rehevä Rehevä Erittäin rehevä Ylirehevä yli 1 yli 1 Opasvihkonen vesistötulosten tulkitsemiseksi. Kokemäenjoen vesistön vesiensuojeluyhdistys. Klorofylli a, µg/l Karut vedet alle 4 Lievästi rehevät 4-1 Rehevät 1-2 Erittäin rehevät 2-5 Ylirehevät yli 5 VYH laatuluokitus, pitoisuus klorofylli-a µg/l: erinomainen <4 µg/l hyvä 4-1 µg/l tyydyttävä 1-2 µg/l välttävä 2-5 µg/l huono > 5 µg/l. Vesi-Eko Oy Water-Eco Ltd 29