Järvenpään Lepola kosteikon tarkkailu. vuosina 2012 ja 2013

Transkriptio

1 Suomen ympäristökeskus, Vesikeskus Järvenpään Lepola kosteikon tarkkailu vuosina 212 ja 213 Hule-hankkeen osaraportti Kasvio Pinja, Koskiaho Jari, Ulvi Teemu, Jormola Jukka

2 Sisällysluettelo 1. Johdanto Järvenpään Lepola 1 -kosteikkopuhdistamo Kosteikossa tapahtuvat prosessit Lepola 1 -kosteikon toimivuuden seuranta Tulosten käsittely Sähkönjohtavuus ja ph Kiintoaines ja sameus Ravinteet Kloridi- ja metallipitoisuudet Ravinteiden vuosikuormitus Lepola 1 -kosteikon toimivuuden arviointi Viite

3 1. Johdanto Työn tarkoituksena oli selvittää Järvenpäähän vuonna 212 valmistuneen kosteikon (Lepola 1, pinta-ala 1 m x 1 m = 1 m 2 ) (Kuva 1) toimivuutta Tuusulanjärveen kohdistuvan kuormituksen vähentämisessä. Kosteikon tarkoituksena on vähentää uudelta Lepolan asuinalueelta sadevesiviemäriverkkoon johdettavien hulevesien huippuvirtaamia ja parantaa niiden laatua ja siten vähentää vastaanottavien vesistöjen, Räikilänojan ja Tuusulanjärven, kuormitusta. Kosteikon toimivuutta selvitettiin mittaamalla vedenlaatua vuosina 212 ja 213 keväällä, kesällä ja syksyllä kerran tai kaksi kertaa kuussa haetuilla vedenlaatunäytteillä. Selvitys kuului osaksi Suomen ympäristökeskuksen HULE-hanketta ( ), jossa tutkitaan erilaisten hulevesien hallintamenetelmien toimivuutta. Kuva 1. Lepola 1 -kosteikko Järvenpäässä rakentamisen jälkeen vuonna Järvenpään Lepola -kosteikkopuhdistamo Tuusulanjärveen laskevaan Räikilänojaan valumavedet koostuvat maanviljelyksessä olevien peltojen kuivatusvesistä sekä ojaa ympäröiviltä rakennetuilta alueilta johdettavista hulevesistä. Lepola 1 - kosteikko rakennettiin vähentämään kuormitettuun Tuusulanjärveen huuhtoutuvien haitallisten aineiden määrää. Kosteikko kuuluu Lepola 1 -asemakaavaan, jonka toteuttamisen jälkeen Lepolan asuinalue kasvaa Lepola 2 ja 3 asemakaavojen toteutuessa. Suunnittelualue sijaitsee Tuusulanjärven itäpuolella. Alue rajautuu pohjoisosastaan I-luokan pohjavesialueeseen. Suunnittelualueen pintavedet kulkeutuvat Räikilänojan ja pelto-ojien kautta Tuusulanjärveen. Suunnittelualue oli ennen rakentamista tasaista ja savista peltoaluetta, jossa on ympäristöstään kohoavia pieniä, osin rakennettuja metsäsaarekkeita. Suunnittelualueesta suurin osa on toistaiseksi rakentamatonta peltoaluetta, joka sijaitsee Järvenpään keskustan eteläpuolella ja käsittää entisen Maatalousnormaalikoulun ja Jean Sibeliuksen kotimuseo Ainolan lähiympäristöineen. Lepolan osayleiskaava rajautuu pohjoisessa Sipoontiehen, lännessä Järvenpääntiehen, idässä rautatiehen ja etelässä Poikkitien eteläpuolella yleiskaavan tiiviin asuntoaluevarauksen mukaisesti. Lepolan suunnittelualueen pinta-ala on noin 12 ha (Kuva 2). 2

4 Kokonaisuudessaan alueelle on suunniteltu viisi kosteikkoa, joista tutkimuksessa oleva Lepola 1 - kosteikko valmistui ensimmäisenä alueen koillisosaan (Kuva 3). Lepolan pientalovaltaiselle asuinalueelle arvioidaan tulevan noin 2 4 uutta asukasta. Kosteikkopuhdistamon rakensi vuosina Järvenpään kaupunki. Kosteikon suunnitteli Ramboll Finland Oy, joka teki myös hulevesiselvityksen. Kosteikkoaltaan suunnittelussa on otettu huomioon paikalliset ympäristötavoitteet, tila ja maisemalliset arvot. Hulevesien hallintasuunnitelman lähtökohtana on nykyisten purojen, kokoojauomien ja ojien säilyttäminen tulevassakin maankäyttötilanteessa. Maaston alavimmista kohdista, puro- ja ojalaaksopainanteista, muodostetaan osa puisto- ja viheralueverkostoa. Nämä alueet toimivat paitsi pintavesiuomakäytävinä, myös luontevina, jatkuvina ekologisina käytävinä. 2 3 Kuvat 2 ja 3. Kosteikko sijaitsee Tuusulanjärven koillisosassa, Lepolan asemakaavan itäosassa. Lepolaan on suunniteltu yhteensä 5 kosteikkoa josta Lepola 1 - kosteikko on merkitty oikeanpuoleiseen kuvaan 3 punaisella. Lepola 1 -kosteikko on pinta-alaltaan pieni (1 m 2 ), mutta yläpuoliseen valuma-alueeseensa (51 85 m 2 ) nähden melko suuri. Kosteikon pinta-ala on 1,9 % koko valuma-alueesta. Kosteikko on rakennettu vanhalle peltoalueelle ja se valmistui ennen kuin ympäröivän asuinalueen rakennustyöt olivat valmiit (Kuva 4). Kosteikko muodostuu pienestä yläaltaasta, kevyesti mutkittelevasta, luonnonkivillä ja kasveilla verhoillusta pitkästä uomasta sekä isosta ala-altaasta. Allasmaisten osien syvyys on noin 4 cm. Kaksi betonista pohjapatoa (korkeus 45 cm) erottavat altaat uomamaisesta osuudesta. Kosteikon reunojen kaltevuus on 1:4. Kosteikon ja uoman rakennetta on tuettu luonnonkivillä sekä ranta- ja niittymatoilla. Maisemaa on elävöitetty perennaistutuksilla ja muutamilla lehtipuilla. Uoman pohjaan on lisäksi aseteltu luonnonkiviä sekä suurempia kiviä hidastamaan ja ohjaamaan virtaamaa. Kosteikkoon pääsee tutustumaan lähemmin pohjapatojen astinkivien (ks. Kuva 4) päältä. Kosteikon jälkeen vesi ohjautuu hulevesiviemäriin, joka purkaa veden lopulta Räikilänojaan. 3

5 Kuva 4. Lepola 1 -kosteikko Järvenpäässä. Kosteikko valmistui ennen ympäröivän asuinalueen valmistumista. 2.1 Kosteikossa tapahtuvat prosessit Kosteikkojen toiminnan kannalta ongelmallisia ovat suuret yhtäkkiset vesimäärät ja matalat lämpötilat keväällä ja syksyllä. Kesällä kosteikot toimivat yleisesti tehokkaimmin. Kosteikon suhteellinen koko vaikuttaa ravinteiden pidättymiseen: mitä suurempi kosteikko suhteessa yläpuoliseen valuma-alueeseen, sitä pidempi on veden viipymä ja siten puhdistusprosessien käytettävissä oleva aika kosteikossa ja sitä tehokkaammin ravinteita pidättyy. Kiintoaineksen laskeutumiseen vaikuttaa viipymän lisäksi veden sisältämän kiintoaineen partikkelikokojakauma. Mitä karkeampaa kiintoaines on, sitä tehokkaammin sitä pidättyy kosteikkoon. Partikkelien laskeutuminen (sedimentoituminen) on kosteikkojen yksi merkittävimmistä puhdistusmekanismeista, koska sen myötä etenkin kiintoaineeseen sitoutunutta fosforia ja orgaanista typpeä pidättyy altaaseen. Sedimentaatiota tehostaa virtausta hidastava kosteikkokasvillisuus. Sedimentoitumista tapahtuu myös levien ja mikrobien ravinteidenkulutuksen ja lopulta pohjaan vajoamisen kautta. Järvenpään kosteikko muodostuu kahdesta erillisestä altaasta, joista ensimmäiseen altaaseen on isompien partikkelien tarkoitus laskeutua. Kun ensimmäinen allas täyttyy, se voidaan tyhjentää. Liuenneen fosforin pidättymistä edistävää adsorptioprosessia säätelevät maaperän ja kosteikkoon tulevan veden ominaisuudet yhdessä happitilanteen kanssa. Kosteikon maaperän sisältämän raudan, alumiinin ja fosforin määrät yhdessä tulevan veden liuenneen fosforin pitoisuuden kanssa hakevat tasapainotilan, jonka mukaan fosforia joko pidättyy kosteikon maaperään tai vapautuu siitä. Adsorptioprosessi toimii tehokkaimmin hapellisissa oloissa, kun taas huono happitilanne lisää fosforin vapautumisriskiä kosteikon pohjasedimentistä. Denitrifikaatioprosessiin eli nitraattitypen pelkistymiseen kaasumaiseen muotoon vaikuttavat kosteikossa olevan orgaanisen aineen määrä, tulevan veden nitraattipitoisuus sekä lämpötila. Etenkin kesällä lämpötilan vaikutuksesta denitrifikaatio toimii voimakkaasti. Koska denitrifikaation myötä typpeä ei pidäty kosteikkoon vaan poistuu ilmakehään, tämä prosessi ei heikkene ajan myötä toisin kuin liuenneen fosforin adsorptio, jonka seurauksena kosteikko voi saavuttaa ns. fosforin kyllästystilan. Myös 4

6 isot vesikasvit eli makrofyytit poistavat ravinteita kuluttamalla niitä suoraan kasvuunsa. Kasvien ravinteiden oton nettovaikutus on vuositasolla kuitenkin melko vähäinen, sillä kasvien kasvuvaihe on vain muutaman kuukauden vuodessa ja niiden lakastumisvaiheessa osa ravinteista liukenee takaisin veteen ja lopulta ulos kosteikosta. Monimuotoisuudella voidaan parantaa kosteikon toimivuutta niin, että kaikilla em. prosesseilla on mahdollisuus toimia. Kosteikon monimuotoisuutta voidaan lisätä syvänteiden ja matalien alueiden vaihtelemisella, kasvillisuusvyöhykkeillä, loivilla rantavyöhykkeillä, tulva-alueilla, niemekkeillä ja saarekkeilla. 3. Lepola -kosteikon toimivuuden seuranta Järvenpään kaupunkikehityskeskus ja SYKE tutkivat yhteistyössä Järvenpään Lepola 1 -alueen kosteikkopuhdistamon toimivuutta vedenlaatunäytteiden avulla vuosina 212 ja 213. Kuva 5a. Lepola 1 -kosteikon alkuosa. Kosteikko rakentuu altaasta, joka on syvyydeltään,5 metriä sekä kivillä maisemoidusta osittain levennytystä ojasta. Näytteenottopisteitä oli kolme, joista nro 1 (ennen kosteikkoa) näkyy kuvassa ympyröitynä punaisella. 5

7 Kuva 5b. Lepola 1 -kosteikon loppuosa. Kosteikko rakentuu altaasta, joka on syvyydeltään,5 metriä sekä kivillä maisemoidusta osittain levennytystä ojasta. Näytteenottopisteitä oli kolme, joista nrot 2 (kosteikon jälkeen) ja 3 (kosteikon jälkeen kaivosta) näkyvät kuvassa ympyröityinä punaisella. Vesinäytteitä kerättiin vuosina 212 ja 213 noin kerran tai kaksi kertaa kuussa sadetapahtumien yhteydessä keväästä syksyyn. Näytepisteitä oli kolme; ennen kosteikkoa (L1), kosteikon jälkeen (L2) ja hulevesikaivosta (L3). Näytteenottokertoja oli vuonna 212 kymmenen ja vuonna 213 yhdeksän em. kolmesta pisteestä (Kuva 5). 4. Tulosten käsittely Kosteikosta analysoitavat vesinäytteet haettiin kolmesta em. pisteestä lukuun ottamatta vuoden 212 kahta ensimmäistä sekä saman vuoden viimeistä näytteenottokertaa, jolloin näytteet otettiin vain kahdesta ensimmäisestä pisteestä. Vesinäytteet toimitettiin Metropolilab Oy:n laboratorioon, jossa niistä analysoitiin SFS- ja ISO -standardien mukaisesti kokonaistyppi (Ntot), nitriitti- ja nitraattitypen summa (NO23-N), kokonaisfosfori (Ptot), fosfaattifosfori (PO4-P), sameus, kiintoaine, sähkönjohtavuus, ph, kemiallinen hapenkulutus (CODMn), rauta (Fe), kloridi (Cl) ja Sinkki (Zn). Kosteikkoon tulevasta ja kosteikosta lähtevästä vedestä sekä kosteikon jälkeisestä kaivosta otettujen vesinäytteiden laatua verrattiin toisiinsa. Myös vuosien 212 ja 213 välistä eroa vedenlaadun ja kosteikon toimivuuden suhteen tarkasteltiin. On huomioitava, että ennen kosteikkoa ja kosteikon jälkeen tutkitut vedenlaatumittaukset eivät olleet ns. samaa vettä, sillä vesi viipyy altaassa oletettavasti muutamasta päivästä jopa viikkoon. Sen vuoksi tulosten tarkastelussa painotutaan keskiarvoihin. Eri ainepitoisuuksien alenemat on esitetty tämän luvun lopussa taulukossa Sähkönjohtavuus ja ph Vuonna 212 keskimääräinen sähkönjohtavuus aleni kosteikossa 23 %. Kaivosta mitatut sähkönjohtavuudet eivät juuri poikenneet lähtevän veden arvoista (Kuva 7). Vuonna 212 kosteikkoon tulevan veden sähkönjohtavuus oli useimmilla näytteenottokerroilla suurin piirtein sama kuin kosteikosta lähtevän veden, mutta muutamana kertana ero sähkönjohtavuus oli selvästi suurempi tulevassa kuin lähtevässä vedessä (Kuva 8). Kosteikkoon tulevan veden sähkönjohtavuus oli vuonna 213 keskimäärin selvästi matalampi kuin edellisvuotena (Kuva 7). Sähkönjohtavuus oli keväällä 213 lähtevässä vedessä korkeampi kuin tulevassa ja syksyllä päinvastoin (Kuvat 8 ja 9). Niinpä keskimääräinen sähköjohtavuus oli tulevassa ja lähtevässä vedessä samansuuruinen, 19 ms/m. Kaivosta mitattu sähkönjohtavuus oli edellisvuoden tapaan keskimäärin hyvin lähellä lähtevän veden arvoa (Kuva 7). Talousveden laatusuosituksissa sähkönjohtavuuden yläraja on 25 ms/m, minkä kosteikossa mitatut arvot alittivat selvästi jokaisella mittauskerralla. Sähkönjohtavuus (ms/m) Tuleva Lähtevä Kaivo Tuleva Lähtevä Kaivo Kuva 7. Sähkönjohtavuuden (ms/m) keskiarvo Lepola 1 -kosteikkoon tulevassa ja kosteikosta lähtevässä vedessä sekä kosteikon jälkeisessä kaivossa vuosina 212 (tummat pylväät) ja 213 (vaaleat pylväät). 6

8 7 6 Vuosi 212 ms/m Tuleva Sähkönj. Lähtevä Sähkönj. Kaivo Sähkönj. Kuva 8. Sähkönjohtavuus (ms/m) Lepola 1 -kosteikkoon tulevassa ja kosteikosta lähtevässä vedessä sekä kosteikon jälkeisessä kaivossa vuonna Vuosi 213 ms/m Tuleva Sähkönj. Lähtevä Sähkönj. Kaivo Sähkönj. Kuva 9. Sähkönjohtavuus (ms/m) Lepola 1 -kosteikkoon tulevassa ja kosteikosta lähtevässä vedessä sekä kosteikon jälkeisessä kaivossa vuonna 213. Havaittujen ph-lukujen mukaan alueen maaperä ei ole kovin hapanta, sillä keskimääräinen ph oli kosteikkoon tulevassa vedessä 7,5 vuonna 212 ja 7,6 vuonna 213. Lähtevässä vedessä ph oli keskimäärin hieman korkeampi kuin tulevassa: 7,8 vuonna 212 ja 8,1 vuonna 213. ph:n nousu kertoo todennäköisesti siitä, että kosteikossa on biologista tuotantoa, mikä on kosteikon toiminnan kannalta hyvä asia. 4.2 Kiintoaines ja sameus Keskimääräinen kiintoainepitoisuus aleni kosteikossa vuonna % (Kuva 1). Ero oli erityisen suuri 1.9. otetussa näyteparissa (Kuva 11). Kosteikon jälkeen kaivosta mitattu kiintoainepitoisuus oli keskikesällä korkeampi kuin kosteikosta lähtevässä vedessä havaittu (Kuva 11). Vuonna 213 keskimääräinen kiintoainepitoisuus oli liki samansuuruinen kosteikkoon tulevassa ja sieltä lähtevässä vedessä (13,4 mg/l ja 13,9 mg/l, ts. 4 % lisäys, Kuva 1). Erityisen suuri ero havaittiin viimeisellä näytteenottokerralla 29.1., jolloin kiintoainepitoisuus oli lähtevässä vedessä nelinkertainen tulevan veden pitoisuuteen verrattuna (Kuva 12). Kaivosta mitattu kiintoainepitoisuus oli keskimäärin hieman matalampi (13, mg/l) kuin kosteikosta mitatut pitoisuudet (Kuva 1). 7

9 Vertailtaessa vuosien välistä eroa kiintoainepitoisuuskeskiarvojen suhteen olivat vuoden 212 pitoisuudet pienemmät kuin vuoden 213. (Kuva 1). Yleisesti ottaen pitoisuudet olivat hyvin alhaisia verrattaessa esimerkiksi rannikoiden purovesiin tai jokiin. Kevättulvien aikana rannikon joet ovat usein selvästi sameampia (sameus jopa yli 1 FTU) ja siten myös kiintoainepitoisuudeltaan suurempia. Kiintoainepitoisuus (mg/l) Tuleva Lähtevä Kaivo Tuleva Lähtevä Kaivo Kuva 1. Kiintoainepitoisuuden keskiarvo Lepola 1 -kosteikkoon tulevassa ja kosteikosta lähtevässä vedessä sekä kosteikon jälkeisessä kaivossa vuosina 212 (tummat pylväät) ja 213 (vaaleat pylväät). Kiintoainepitoisuus (mg/l) Vuosi 212 Tuleva Kiintoaine Lähtevä Kiintoaine Kaivo Kiintoaine Kuva 11. Kiintoainepitoisuus (mg/l) Lepola 1 -kosteikkoon tulevassa ja kosteikosta lähtevässä vedessä sekä kosteikon jälkeisessä kaivossa vuonna

10 6 5 Vuosi 213 Kiintoainepitoisuus (mg/l) Tuleva Kiintoaine Lähtevä Kiintoaine Kaivo Kiintoaine Kuva 12. Kiintoainepitoisuus (mg/l) Lepola 1 -kosteikkoon tulevassa ja kosteikosta lähtevässä vedessä sekä kosteikon jälkeisessä kaivossa vuonna 212. Sameus käyttäytyi pääpiirteissään samaan tapaan kuin kiintoainepitoisuus, joten siitä ei tässä esitetä erillisiä kuvia. Kiintoaineeseen verrattuna suhteellisesti pienemmästä tulevan veden maksimiarvosta johtuen sameus oli vuonna 212 keskimäärin likimain samansuuruista tulevassa (12,8 FNU) ja lähtevässä (12,1 FNU) vedessä, ts. sameus aleni vain n. 5 %. Kaivosta mitattuna sameus näytti vuonna 212 hieman kasvavan (keskiarvo 13, FNU). Vuonna 213 sameuden keskiarvo oli tulevassa vedessä 18,7 FNU ja lähtevässä 19,4 FNU, ts. sameus kasvoi kosteikossa samat 4 % kuin kiintoainekin. Kiintoaineesta poiketen sameus oli kaivossa vuonna 213 hieman korkeampi (2 FNU) kuin kosteikosta lähtevässä vedessä. 4.3 Ravinteet Fosfori Kokonaisfosforin keskipitoisuus vuonna 212 oli kosteikkoon tulevassa vedessä 41 µg/l (19 87 µg/l), kosteikosta lähtevässä vedessä 38 µg/l (1 66 µg/l) ja kosteikon jälkeisessä kaivossa 34 µg/l (11 5 µg/l) (Kuva 13 vasemmalla). Fosfaattifosforin keskipitoisuus oli v. 212 tulevassa vedessä 9,4 µg/l (2 21 µg/l), lähtevässä vedessä 11,4 µg/l (2 33 µg/l) ja kosteikon jälkeisessä kaivossa 9,8 µg/l (Kuva 13 oikealla). Vuonna 212 kokonaisfosforipitoisuus väheni kosteikon ansiosta keskimäärin 8 %, kun taas suoraan kasveille hyödynnettävissä olevan fosfaattifosforin pitoisuus kasvoi 21 %. Kuten kiintoaineella, myös kokonaisfosforilla vuoden 212 korkein pitoisuus havaittiin 1.9. (Kuva 14). Vuonna 213 kokonaisfosforia oli kosteikkoon tulevassa vedessä keskimäärin 57 µg/l (23 16 µg/l), kosteikosta lähtevässä vedessä 38 µg/l (22 82 µg/l) ja kosteikon jälkeisessä kaivossa 4 µg/l (21 82 µg/l) Fosfaattifosforin keskipitoisuus oli v. 213 tulevassa vedessä 21,1 µg/l (4 85 µg/l), lähtevässä vedessä 12,1 µg/l (2 48 µg/l) ja kosteikon jälkeisessä kaivossa 16,4 µg/l (3 43 µg/l) (Kuva 13). Vuonna 213 kokonaisfosforipitoisuus väheni kosteikon ansiosta keskimäärin 34 % ja suoraan kasveille hyödynnettävissä olevan fosfaattifosforin pitoisuus jopa 43 %. Niin kokonais- kuin fosfaattifosforinkin maksimiarvo tulevassa vedessä havaittiin alkukesästä (Kuva 15). 9

11 6 6 Kokonaisfosforipitoisuus (µg/l) Tuleva Lähtevä Kaivo Tuleva Lähtevä Kaivo Kuva 13. Kokonaisfosforin (vasemmalla) ja fosfaattifosforin (PO4-P, oikealla) keskipitoisuudet Lepola 1 -kosteikkoon tulevassa ja kosteikosta lähtevässä vedessä sekä kosteikon jälkeisessä kaivossa vuosina 212 (tummat pylväät) ja 213 (vaaleat pylväät). PO4-P pitoisuus (µg/l) Tuleva Lähtevä Kaivo Tuleva Lähtevä Kaivo Fosforipitoisuus (µg/l) Vuosi 212 Tuleva Ptot Lähtevä Ptot Tuleva PO4-P Lähtevä PO4-P Kuva 14. Kokonaisfosforin (Ptot) fosfaattifosforin (PO4-P) pitoisuudet Lepola 1 -kosteikkoon tulevassa ja kosteikosta lähtevässä vedessä vuonna 212. Fosforipitoisuus (µg/l) Vuosi 213 Tuleva Ptot Lähtevä Ptot Tuleva PO4-P Lähtevä PO4-P Kuva 15. Kokonaisfosforin (Ptot) fosfaattifosforin (PO4-P) pitoisuudet Lepola 1 -kosteikkoon tulevassa ja kosteikosta lähtevässä vedessä vuonna

12 Vertailtaessa vuosien välistä eroa fosforipitoisuuskeskiarvojen suhteen voidaan havaita, että vuonna 213 pitoisuudet olivat aiempaa vuotta korkeammat niin kokonais- kuin fosfaattifosforinkin osalta (Kuvat 15 ja 15) Typpi Kokonaistypen keskipitoisuus oli vuonna 212 kosteikkoon tulevassa vedessä 3 63 µg/l (7 9 4 µg/l), kosteikosta lähtevässä vedessä 2 2 µg/l (1 4 1 µg/l) ja kosteikon jälkeisessä kaivossa 2 11 µg/l ( µg/l) (Kuva 16). Nitraatti- ja nitriittityppipitoisuus oli tulevassa vedessä keskimäärin 2 23 µg/l ( µg/l), lähtevässä vedessä 1 47 µg/l (5 3 4 µg/l) ja kaivossa 1 25 µg/l (8 3 4 µg/l) (Kuva 16 vasen puoli). Kokonaistypen pitoisuudet vähenivät siten vuonna 212 keskimäärin 39 %, ja kasveille suoraan hyödynnettävissä olevan nitraattitypen 34 %. Kosteikkoon tulevassa vedessä havaittiin poikkeuksellisen korkeat kokonaistyppipitoisuudet ja (Kuva 17). Sen sijaan nitraatin ja nitriitin yhteenlaskettu pitoisuus oli poikkeuksellisen suuri vain otetussa näytteessä. Yleisesti typpipitoisuudet kasvoivat vuonna 212 syksyä kohden mentäessä (Kuva 17). Vuonna 213 kokonaistypen keskipitoisuus oli kosteikkoon tulevassa vedessä 2 1 µg/l ( µg/l), kosteikosta lähtevässä vedessä 1 18 µg/l ( µg/l) ja kosteikon jälkeisessä kaivossa 1 25 µg/l ( µg/l) (Kuva 16). Nitraatti- ja nitriittityppipitoisuus oli tulevassa vedessä keskimäärin 1 2 µg/l ( µg/l), lähtevässä vedessä 69 µg/l (4 1 7 µg/l) ja kaivossa 81 µg/l ( µg/l) (Kuva 16). Typen pitoisuudet vähenivät siten kosteikossa vuonna 213 jopa edellisvuotta tehokkaammin: kokonaistypen keskimäärin 44 % ja nitraatti- ja nitriittitypen 43 %. Vuoden 213 korkeimmat typpipitoisuudet havaittiin otetussa viimeisessä vesinäytteessä (Kuva 18). Vuosien välisessä vertailussa typpipitoisuudet käyttäytyivät päinvastoin kuin kiintoaine- ja fosforipitoisuudet, eli pitoisuudet olivat selvästi korkeammat ensimmäisenä tutkimusvuotena 212. (Kuva 15). 4 4 Kokonaistyppipitoisuus (µg/l) NO23-N pitoisuus (µg/l) Tuleva Lähtevä Kaivo Tuleva Lähtevä Kaivo Kuva 16. Kokonaistypen (vasemmalla) ja nitraatti- ja nitriittitypen (NO23-N, oikealla) keskipitoisuudet Lepola 1 - kosteikkoon tulevassa ja kosteikosta lähtevässä vedessä sekä kosteikon jälkeisessä kaivossa vuosina 212 (tummat pylväät) ja 213 (vaaleat pylväät). Tuleva Lähtevä Kaivo Tuleva Lähtevä Kaivo

13 Typpipitoisuus (µg/l) Vuosi 212 Tuleva Ntot Lähtevä Ntot Tuleva NO23-N Lähtevä NO23-N Kuva 17. Kokonaistypen (Ntot) ja nitraatti- ja nitriittitypen (NO23-N) pitoisuudet Lepola 1 -kosteikkoon tulevassa ja kosteikosta lähtevässä vedessä vuonna 212. Typpipitoisuus (µg/l) Vuosi 213 Tuleva Ntot Lähtevä Ntot Tuleva NO23-N Lähtevä NO23-N Kuva 18. Kokonaistypen (Ntot) nitraatti- ja nitriittitypen (NO23-N) pitoisuudet Lepola 1 -kosteikkoon tulevassa ja kosteikosta lähtevässä vedessä vuonna Kloridi- ja metallipitoisuudet Hulevedet sisältävät metalleja, joita saattaa hapettomissa olosuhteissa myös vapautua maaperästä. Kosteikosta mitattiin metalleista rauta (Fe) ja sinkki (Zn), joita esiintyy tavallisimmin hulevesissä. Myös kloridin määrä mitattiin, sillä Suomessa hulevedet voivat teiden suolauksesta johtuen sisältää runsaasti kloridia ja omata suuret sähkönjohtavuusarvot. Vuonna 212 keskimääräinen kloridipitoisuus (Cl) oli kosteikkoon tulevassa vedessä 3,1 mg/l (1,3 5,5 mg/l) ja kosteikosta lähtevässä vedessä 2,9 mg/l (,5 4,7 mg/l), ts. kloridipitoisuus aleni kosteikossa 6 % (Kuva 19). Kosteikon jälkeisessä kaivossa kloridipitoisuus oli keskimäärin samansuuruinen kuin kosteikosta lähtevässä vedessä (Kuva 19), ja myös pitoisuuden vaihtelu näissä kahdessa seurantapisteessä oli hyvin samankaltaista (Kuva 2). Vuonna 213 kloridin keskipitoisuus kasvoi kosteikossa 12 %:lla (Kuva 19). Erityisesti kloridia vapautui kosteikosta kevään aikana (Kuva 21). Vaihteluväli oli kosteikkoon tulevassa vedessä,5 7,9 ja lähtevässä vedessä 1,3 9, mg/l. Kosteikon jälkeisessä kaivossa kloridin keskipitoisuus vuonna 213 oli sama kuin kosteikosta lähtevässä vedessä eli 4,2 mg/l (1,3 9,6 mg/l) (Kuva 19). 12

14 Vuosia 212 ja 213 verrattaessa voidaan havaita, että jälkimmäisenä tutkimusvuotena kloridipitoisuudet olivat yleisesti korkeammat ja että tuolloin myös pitoisuuksien vaihtelu oli voimakkaampaa (vrt. kuvat 2 ja 21). Kloridipitoisuus (mg/l) Tuleva Lähtevä Kaivo Tuleva Lähtevä Kaivo Kuva 19. Kloridin (Cl) keskipitoisuus Lepola 1 -kosteikkoon tulevassa ja kosteikosta lähtevässä vedessä sekä kosteikon jälkeisessä kaivossa vuosina 212 (tummat pylväät) ja 213 (vaaleat pylväät). Kloridipitoisuus (mg/l) Vuosi 212 Tuleva Cl Lähtevä Cl Kaivo Cl Kuva 2. Kloridin (Cl) pitoisuus Lepola 1 -kosteikkoon tulevassa ja kosteikosta lähtevässä vedessä sekä kosteikon jälkeisessä kaivossa vuonna 212. Kloridipitoisuus (µg/l) Vuosi 213 Tuleva Cl Lähtevä Cl Kaivo Cl Kuva 21. Kloridin (Cl) pitoisuus Lepola 1 -kosteikkoon tulevassa ja kosteikosta lähtevässä vedessä sekä kosteikon jälkeisessä kaivossa vuonna

15 Sinkin (Zn) keskipitoisuus kasvoi vuonna 212 kosteikossa 26 %:lla. Sinkkipitoisuus vaihteli kosteikkoon tulevassa vedessä välillä 16 5 µg/l ja kosteikosta lähtevässä vedessä välillä µg/l. Kosteikon jälkeisessä kaivossa sinkkipitoisuus oli keskimäärin 36,9 mg/l (28 45 mg/l) (Kuva 22). Sinkkipitoisuudet kasvoivat syksyä kohden v. 212, mutta yleisesti pitoisuuksien vaihtelu oli vähäistä (Kuva 23). Vuonna 213 sinkkipitoisuus edellisvuodesta poiketen väheni kosteikossa 43 % kosteikkoon tulevan veden pitoisuuden ollessa keskimäärin 36,7 (13 15 mg/l) ja lähtevän veden 2,9 mg/l (9 36 mg/l). Kosteikon jälkeisessä kaivossa sinkin keskipitoisuus oli 23,2 mg/l (9 35 mg/l) (Kuva 22). Tulevan ja lähtevän veden keskipitoisuuksien välinen suurehko ero johtui havaitusta korkeasta arvosta (15 mg/l) tulevassa vedessä (Kuva 24). Tätä poikkeusarvoa lukuun ottamatta sinkkipitoisuuden vaihtelu oli edellisvuoden tapaan vähäistä. Erityisesti kosteikosta lähtevässä vedessä ja kosteikon jälkeisessä kaivossa vaihtelu oli hyvin samantahtista (Kuva 24). Sinkkipitoisuus (µg/l) Tuleva Lähtevä Kaivo Tuleva Lähtevä Kaivo Kuva 22. Sinkin (Zn) keskipitoisuus (µg/l) Lepola 1 -kosteikkoon tulevassa ja kosteikosta lähtevässä vedessä sekä kosteikon jälkeisessä kaivossa vuosina 212 (tummat pylväät) ja 213 (vaaleat pylväät). Sinkkipitoisuus (µg/l) Vuosi 212 Tuleva Zn Lähtevä Zn Kaivo Zn Kuva 23. Sinkin (Zn) pitoisuus (µg/l) Lepola 1 -kosteikkoon tulevassa ja kosteikosta lähtevässä vedessä sekä kosteikon jälkeisessä kaivossa vuonna

16 Sinkkipitoisuus (µg/l) Vuosi 213 Tuleva Zn Lähtevä Zn Kaivo Zn Kuva 24. Sinkin (Zn) pitoisuus (µg/l) Lepola 1 -kosteikkoon tulevassa ja kosteikosta lähtevässä vedessä sekä kosteikon jälkeisessä kaivossa vuonna 213. Rautaa (Fe) oli vuonna 212 kosteikkoon tulevassa vedessä keskimäärin 851 µg/l ( µg/l). Kosteikosta lähtevässä vedessä rautapitoisuus oli keskimäärin 634 µg/l ( µg/l) (Kuva 25). Siten raudan pitoisuus aleni kosteikossa keskimäärin 25 %. Kosteikon jälkeisessä kaivossa rautapitoisuus oli korkeampi kuin kosteikosta lähtevässä vedessä, 831 µg/l ( µg/l). Yleisesti rautapitoisuudet kasvoivat mittauspisteissä syksyä kohden (Kuva 26). Vuonna 213 keskimääräinen rautapitoisuus oli likimain samansuuruinen jokaisessa mittauspisteessä: kosteikkoon tulevassa vedessä 1 7 µg/l ( µg/l), kosteikosta lähtevässä vedessä 1 17 µg/l (41 34 µg/l) ja kosteikon jälkeisessä kaivossa 1 1 µg/l ( µg/l) (Kuva 25). Touko-heinäkuun jaksolla rautapitoisuus oli pääsääntöisesti selvästi korkeampi tulevassa kuin lähtevässä vedessä, mutta elokuulta eteenpäin tilanne oli päinvastainen (Kuva 27). Kosteikosta lähtevästä vedestä ja kosteikon jälkeisestä kaivosta mitatut rautapitoisuudet olivat lähes samansuuruiset melkein jokaisella mittauskerralla (Kuva 27). Rautapitoisuus (mg/l) Tuleva Lähtevä Kaivo Tuleva Lähtevä Kaivo Kuva 25. Raudan (Fe) keskipitoisuus (µg/l) Lepola 1 -kosteikkoon tulevassa ja kosteikosta lähtevässä vedessä sekä kosteikon jälkeisessä kaivossa vuosina 212 (tummat pylväät) ja 213 (vaaleat pylväät). 15

17 Rautapitoisuus (µg/l) Vuosi 212 Tuleva Fe Lähtevä Fe Kaivo Fe Kuva 26. Raudan (Fe) pitoisuus (µg/l) Lepola 1 -kosteikkoon tulevassa ja kosteikosta lähtevässä vedessä sekä kosteikon jälkeisessä kaivossa vuonna 212. Rautapitoisuus (µg/l) Vuosi 213 Tuleva Fe Lähtevä Fe Kaivo Fe Kuva 27. Raudan (Fe) pitoisuus (µg/l) Lepola 1 -kosteikkoon tulevassa ja kosteikosta lähtevässä vedessä sekä kosteikon jälkeisessä kaivossa vuonna 213. Taulukko 1. Ainepitoisuuksien alenemat (%) Lepola 1 -kosteikossa vuosina 212 ja 213. Ptot = kokonaisfosfori, PO4-P = liuennut fosfaattifosfori, Ntot = kokonaistyppi, NO23-N = nitriitti+nitraattityppi, Cl = kloridi, Zn = sinkki, FE = rauta. Miinusmerkkinen alenema viittaa ko. aineen pitoisuuden kasvuun kosteikossa. Vuosi Kiintoaine Ptot PO4-P Ntot NO23-N Sähkönjohtavuus Cl Zn Fe % 8 % -21 % 39 % 34 % 23 % 6 % -26 % 25 % % 34 % 43 % 44 % 43 % % -12 % 43 % -3 % 5. Ravinteiden vuosikuormitus Vesinäytteiden sisältämät ravinnemäärät (µg/l) muutettiin vuosittaisiksi ravinnekuormituksiksi hyödyntämällä ns. savikkoisten ojien tyypillistä keskivaluntaa Uudellamaalla (12 l/s/km 2 ) ja kertomalla se valuma-alueen pinta-alalla (,52 km 2 ), keskimääräisellä ravinnepitoisuudella ja vuodessa olevien sekuntien määrällä. Tällä laskutoimituksella saatiin vuodelle 212 kosteikkoon tulevaksi kokonaisfosforikuormitukseksi 12 l/s/km 2 *,52 km 2 * 41,2 µg/l * 6 s * 6 min * 24 t * 366 pv =,81 kg. Kosteikosta lähteväksi (keskipitoisuus 38,1 µg/l) kokonaisfosforimääräksi vuonna 212 saatiin vastaavasti,75 kg. Vuodelle 213 (365 päivää) kokonaisfosforikuormituksiksi saatiin tulevassa vedessä 16

18 1,12 kg ja lähtevässä vedessä,74 kg. Näin lasketuilla ainevirtaamilla kosteikkoon pidättyi fosforia,6 kg vuonna 212 ja,38 kg vuonna 213. Edellä kuvatulla tavalla laskettuna vuoden 212 aikana kosteikkoon tullut kokonaistyppimäärä oli 71 kg ja kosteikosta lähtevä kokonaistyppimäärä 43 kg, eli kosteikon ansiosta typpikuormitus väheni 28 kg. Vastaavasti vuonna 213 kokonaistyppeä tuli kosteikkoon 41 kg ja lähti 23 kg, eli kuormitus väheni 18 kg. On huomattava, että edellä lasketut ainevirtaama-arviot ovat tiheän vedenlaatuaineiston ja todellisen virtaama-aikasarjan puuttuessa suuntaa antavia. Koska yo. kertolaskuissa käytetty virtaama ja kaikki muutkin tulon tekijät olivat tulevalle ja lähtevälle vedelle samat, ovat ravinteiden arvioidut pidättymisprosentit samat kuin taulukossa 1 esitetyt pitoisuuksien alenemaprosentit. 6. Lepola -kosteikon toimivuuden arviointi Vesinäytteiden avulla saatiin kerättyä arvokasta tietoa Lepola 1 -kosteikon toimivuudesta kiintoaineen ja ravinteiden pidättäjänä eri vuodenaikoina (pl. talvi). Sateen aikana tai heti sen jälkeen haetut vesianalyysien kertanäytteet antoivat lisäksi hyvää taustatietoa kosteikkoon tulevista metalleista. Vesinäytteiden ja arvioidun virtaaman avulla saatiin myös suuntaa antavaa tietoa kosteikon vaikutuksesta kuormituksen vähenemiseen. Vesinäytteiden avulla on haastavaa saada mitattua suurimpia kuormituspiikkejä, ja myös viipymän vaikutusta on mitatun virtaamatiedon puuttuessa hankala määritellä. Voidaan olettaa, että niinä näytteenottokertoina, jolloin kosteikon jälkeen otetussa näytteessä pitoisuudet olivat suuremmat kuin sisään laskevassa näytteessä, oli suurin piikki mennyt jo ohi ensimmäisestä näytepisteestä, mutta vaikutti vielä kosteikon jälkeen otetussa näytteessä. Päinvastainenkin tilanne, jossa ensimmäisessä näytteenottopisteessä osutaan pitoisuushuippuun, joka ei vielä vaikuta toisessa pisteessä, on mahdollinen, joskin epätodennäköisempi tapaus. Tämän vuoksi tulosten tarkastelussa on keskitytty pääosin keskiarvoihin. Veden viipymä kosteikossa vaihtelee voimakkaasti virtaaman mukaan siten, että se voi olla etenkin kuivana kesäaikana varsin pitkä, jopa viikkoja, ja suurimpien tulvien jaksoilla vain tunnin tai parin luokkaa. Mitattua virtaamatietoa ei ollut käytettävissä, joten Lepola 1 -kosteikon viipymää arvioitiin em. tyypillisten vuotuisten keskivalunnan (Mq 12 l/s/km 2 ) ja huippuvalunnan (MHq 225 l/s/km 2 ) avulla olettaen kosteikon keskisyvyydeksi 4 cm. Edellä mainituilla arvoilla veden viipymäajaksi kosteikossa saadaan Mq:lla (1 m 2 *,4 m) / (12 l/s/km 2 *,52 km 2 ) = s eli reilut 7 päivää. Vastaavasti huipputulvan (MHq) aikaiseksi viipymäksi saadaan 1 tuntia. Näiden lukujen perusteella voidaan päätellä, että Lepola 1 -kosteikon reilu mitoitus (lähes 2 % yläpuolisesta valuma-alueesta) varmistaa sen, että viipymä ei tulvajaksoillakaan jää kovin lyhyeksi. Lepola 1 -kosteikko on rakenteeltaan hyvin vaihteleva, jolloin vesi etenee leveiden uomien ja altaiden läpi (Kuvat 4 ja 28). Kosteikko toimi paremmin kesällä yleisesti pienemmillä virtaamilla kuin kevään ja syksyn tulvilla. Vaikka kasvillisuus ei vielä kosteikon toiminnan alkuvaiheessa kyennyt hyödyntämään ravinteita yhtä tehokkaasti kuin oletettavasti myöhempinä vuosina, saattoi kesällä istutettu kasvillisuus luultavasti jo heti ensimmäisenä vuotena auttaa vähentämään alapuolisen vesistön kuormitusta. Istutettu kasvillisuus kasvoi kesän 212 edetessä ja edelleen seuraavana vuonna vahvemmaksi kosteikon matalammilla osuuksilla. Kosteikko pidättikin ravinteita vuonna 213 paremmin kuin edellisvuonna heti rakentamisen jälkeen, mikä viittaa lisääntyneen kasvillisuuden aikaansaamiin suotuisiin vaikutuksiin. Toisaalta todennäköisenä syynä parantuneeseen tehokkuuteen on myös rakentamisesta aiheutuneen kuormituksen lakkaaminen. Joka tapauksessa on hyvin mahdollista, että kasvillisuuden edelleen kehittyessä kosteikon tehokkuus paranee tulevina vuosina entisestään. 17

19 Kuva 28. Lepola 1 -kosteikon yläosa. Kosteikkoon on aseteltu paljon luonnonkiviä, jotka saavat veden virtauksen monipuolisemmaksi, pidättävät hienoa ainesta sekä monipuolistavat ja kaunistavat uomaa. Lepola 1 -kosteikkoon tutkimusjaksolla tulleet kokonaistyppipitoisuudet olivat samaa suuruusluokkaa verrattuna tyypillisiin maatalouspuroihin, mutta kokonaisfosforipitoisuudet olivat matalampia. Yleisesti kosteikko toimii sitä tehokkaammin, mitä korkeampia ovat tulevan veden pitoisuudet, mutta ratkaisevasti kosteikkopuhdistamon ravinteiden pidätyskykyyn vaikuttaa kosteikon koko suhteessa yläpuoliseen valuma-alueeseen, josta kuormitus tulee. Puustisen ym. (27) kokoaman, useisiin tutkimuksiin perustuvan ennusteyhtälön mukaan Lepolan kosteikon tapaan mitoitettu (1,9 % yläpuolisesta valuma-alueestaan) kosteikko kykenee pidättämään maatalousalueilta tulevasta valumavedestä keskimäärin 33 % vuotuisesta kokonaisfosforikuormituksesta ja 2 % kokonaistyppikuormituksesta. Lepolan kosteikossa mitattu fosforipoistuma ylsi ennusteen mukaiseen tulokseen toisena tutkimusvuotena (34 % poistuma). Sen sijaan kokonaistypen osalta kosteikon tehokkuus oli selvästi ennustetta parempi niin ensimmäisenä (39 %) kuin toisenakin (44 %) tutkimusvuotena. Koska valtaosa kosteikossa poistuneesta typestä oli nitraattitypen muodossa, voidaan olettaa denitrifikaatioprosessin toimineen kosteikossa varsin tehokkaasti. Toisaalta ennakoitua parempaa tulosta selittää todennäköisesti se, että tässä selvityksessä mittauksia ei tehty talvijaksolla, jolloin olosuhteet denitrifikaatiolle ovat heikommat. Järvenpään Lepola 1 -kosteikko toimi tulosten mukaan parhaiten kesällä, jolloin pitoisuus- ja sameuspiikit alenivat eniten. Voidaan olettaa, että hitaalla virtaamalla kosteikko toimi paremmin kuin suurella virtaamalla, jolloin viipymä oli lyhyempi, minkä seurauksena kiintoainesta ei ehtinyt laskeutua altaan pohjalle yhtä suuressa määrin eikä puhdistusprosesseille jäänyt yhtä paljon aikaa toimia. Kiintoainepitoisuus aleni kosteikossa heikommin kuin ravinnepitoisuudet ja niistä poiketen tehokkaammin ensimmäisenä kuin toisena tutkimusvuotena. Tämä saattaa johtua siitä, että kiintoaine oli heti rakentamisen jälkeen vuonna 212 karkeampaa ja siten helpommin laskeutuvaa kuin seuraavana vuotena. Merkillepantavaa oli se, että suoraan kasveille hyödynnettävissä olevaa fosfaattifosforia ei pidättynyt ensimmäisenä tutkimusvuotena lainkaan, mutta toisena tutkimusvuotena varsin tehokkaasti. Uskottavin syy tälle on kasvillisuuden kehittyminen kosteikossa tutkimusvuosien aikana. Kasvit toimivat liukoisten ravinnejakeiden pidättäjinä erityisen tehokkaasti kesällä suuren ravinteidenkulutuksensa ansiosta ja 18

20 muulloinkin epäsuorasti prosessien nopeuttajana esimerkiksi hidastamalla virtausta, tuottamalla kosteikkoon denitrifikaatiota kiihdyttävää orgaanista ainesta ja siirtämällä fosforin sitoutumisen kannalta tärkeää happea kosteikon pohjasedimenttiin. Lokakuun alun vesinäytteissä saattoi havaita kasvien hajoamisen vaikutuksen typpipitoisuuksiin, jotka kasvoivat niin tulevassa kuin lähtevässäkin vedessä. Lepola 1 -kosteikon vaikutus mitattujen metallien, raudan ja sinkin pitoisuuksiin oli vaihteleva. Keskimäärin pitoisuudet eivät juuri alentuneet, mutta toisaalta kosteikkoon tulevan veden metallipitoisuudet olivat melko alhaiset ja siten riskit niiltä osin vähäiset. Myös kloridipitoisuudet olivat pieniä, mikä viittaa siihen, että valuma-alueen hulevedet eivät sisällä paljoa liukkaudentorjunta-aineita. Kloridimäärät olivat kuitenkin suuremmat kevään näytteissä lumen sulamisen aikaan ja alkukesällä kuin syksyllä. Kosteikon ravinteiden ja haitallisten aineiden määrät saattavat todellisuudessa olla mitattuja suurempia, sillä näytteenotto kuvastaa vain hetkellisiä tilanteita. Kosteikon toimivuuden seuranta jatkuvatoimisilla antureilla olisi siksi perusteltua. Vaikka tämän selvityksen tulokset ovatkin lähinnä suuntaa antavia, voidaan niiden perusteella kuitenkin todeta, että Tuusulanjärven ekologisen tilan parantamista ja alueen luontoarvojen säilymistä voidaan edistää vähentämällä järveen kohdistuvaa ulkoista kuormitusta rakentamalla lisää kosteikkoja Lepolan asuinalueelle. Kaavaan on merkitty 5 kosteikkoa, jotka perustetaan jo rakentamisvaiheessa, mikä osoittautui hyväksi tavaksi ainakin Lepola 1 -kosteikon kohdalla. Voidaan olettaa, että kosteikon puhdistuskyky kehittyy edelleen kasvillisuuden kiinnittyessä paremmin ja uoman rauhoittuessa. Viite Puustinen, M., Koskiaho, J., Jormola, J., Järvenpää, L., Karhunen, A., Mikkola-Roos, M., Pitkänen, J., Riihimäki, J., Svensberg, M. & Vikberg, P. 27. Maatalouden monivaikutteisten kosteikkojen suunnittelu ja mitoitus. Suomen ympäristö 21/27. Suomen ympäristökeskus (SYKE). Helsinki. 77 s. 19