Kokemuksia automaattisista mittauksista

Transkriptio

1 Kokemuksia automaattisista mittauksista Vantaanjoen ja Helsingin seudun vesiensuojeluyhdistys ry

2 Automaattimittaukset VHVSY:ssä Osana yhteistarkkailua kesäaikaisessa seurannassa Maataloudesta tulevan hajakuormituksen tarkka ajoittuminen ja määrä Maankäytön vaikutukset veden laatuun Ilmastonmuutoksen vaikutukset hajakuormitukseen Vesiensuojelutoimenpiteiden vaikutusten todentaminen Raakaveden laadun seuraaminen Poikkeuksellisten päästöjen todentaminen Järvien happikartoitukset

3 Seurantaa ja tutkimushankkeita joissa hyödynnetty automaattimittauksia -Seuranta-alueiden pinta-alat: km 2 - Pääpaino maatalousvaltaisten valuma-alueiden seurannassa

4 Mitä on mitattu? Lämpötila, pinnankorkeus, sähkönjohtokyky, sameus, nitraattityppi, happipitoisuus, ph, ORP, DOC, virtaama Lepsämänjoki

5 Antureiden toiminta erilaisissa kohteissa Hulevesikuormitteinen puro Pääuoma, osana kesän 2012 yhteistarkkailua Turbidity (NTU, FTU) Discharge (l/s) 0 Maatalousvaltainen pieni joki

6 Anturit vs laboratorioanalyysit Antureiden mittaamien ja laboratoriossa määritettyjen arvojen välillä ei tilastollisesti merkitsevää eroa

7 Anturit vs laboratorioanalyysit Eroja voi syntyä jos: Näytteenotto-ja mittaussyvyydessä eroa ja pitoisuudessa vertikaalista vaihtelua (sameuden suhteen eroa voi olla myös leveyssuunnassa) Näytteenottoaika eroaa mittausajasta Virheet laboratorioanalyysissä Anturin mittausvirhe

8 Lepsämänjoen tutkimusalue Location Soil Land use (Corine 2006) 23,0 km 2 Measuring station Measuring station 51,8 Clay 9,6 1,3 5,1 14,6 9,7 3,1 37,0 11,52,47,7 8,1 33,2 Arable land

9 Anturiaineiston ja laboratoriomittausten välisten yhteyksien hyödyntäminen Total phosphorus(µg/l) Suspended solids (mg/l) y = 1,15x + 43,29 R² = 0,93 n = Suspended solids(mg/l) Total phosphorus (µg/l) y = 0,88x + 2,60 R² = 0,97 n = Sensor turbidity (NTU, FTU) Sensor turbidity (NTU, FTU) Esim. anturin mittaaman sameuden ja laboratoriossa määritetyn kiintoaine-tai fosforipitoisuuden välinen yhteys jatkuva pitoisuusdata

10 Automaattimittausten hyöty kuormitusseurannassa Load calculation SS (Npc) SS (CF/C) P tot method 10 3 kg 10 3 kg kg sensor data periodic linear interpol rating curve year av

11 TP concentration (µg/l) Discharge (l/s) Fosforin positiivinen hysteresis 6 Nitrate concentration (mg/l) Nitraattitypen negatiivinen hysteresis Discharge (l/s)

12 Lepsämänjoen pitkä aikasarja

13 Vaihtelevien sääolojen vaikutus fosforikuormaan

14 Fosforikuormituksen vuosittainen vaihtelu

15 Poikkeuksellisia tilanteita Jäteveden vaikutus vesistössä Uoman penkkojen sortuminen suspended solids concentration (mg/l) discharge (l/s)

16 Kipsi fosforihuuhtouman vähentäjänä - Trap-hanke Eroosioainekseen sitoutuneen fosforin huuhtouma väheni 60 % Liukoisen fosforin huuhtoumat kolmanneksen (Ekholm et al. 2012)

17 Kipsi fosforihuuhtouman vähentäjänä - Trap-hanke

18 Kipsi vähensi myös orgaanisen aineen huuhtoumaa Virtaaman ja DOCpitoisuuden riippuvuuden muutos Orgaanisen aineksen flokkuloituminen kipsin vaikutuksesta Kipsillä kaksoispositiivinen vaikutus

19 Ravinnehuuhtoumien hallinta- hanke (RaHa) STUDY SITES Agricultural catchment Area 1,24 km 2 48 % arableland Sparsely populated area clayey soil

20 Forest catchment 1,37 km2 Natural stage forests (National park) No inhabitants

21 Results from manual samples - DRP concentration in field ditch ~15 x forest stream concentration - When growing season begins, the DRP-concentration lowers also in field ditch DRP S A S A - Sediment suspended in field ditch contained 1,4 mg/g phosphorus and in foreststream0,9 mg/g Fertilizer application to fields Phosphorus/sediment S A S A

22 Phosphorus runoff (spring) PP load Spring kg 8 kg Water equivivalent of snow Ground frost? PP load Spring kg 8 kg

23 Phosphorus runoff (autumn) PP load Autumn kg 6 kg Precipitation? Intensity of rain events? PP load Autumn kg 3 kg

24 Nitrogen runoff (Spring) NO 3 -Nload Spring kg 51 kg NO 3 -Nload Spring 2011 Previous autumn? Ground frost? 1200 kg 100 kg

25 Nitrogen runoff (Autumn) NO 3 -Nload Autumn kg 140 kg High precipitation? Preceeding growing season? NO 3 -Nload Autumn kg 84 kg

26 Particle bound phosphorus(kg/ha) Runoff(mm) NO3-N (kg/ha) kiintoaineeseen sitoutunut fosfori (kg/ha) valunta (mm) Duration(d) mittausjakso (d) pelto metsä pelto metsä pelto metsä 2011 kevät 9,7 0,7 0,23 0, syksy 7,5 0,6 0,20 0, kevät 4,6 0,4 0,29 0, syksy 5,1 1,0 0,50 0, x 4-13 x

27 Origin of the phosphorus? (Spring 2012)

28

29 Autumn 2012 Precipitation(mm/h) Phosphorus load (g/ha/h) Phosphorus source apportionment: Fields Background loss Households

30 Mikä voi mennä pieleen osa I? Huono asennuspaikka!

31 Mikä voi mennä pieleen osa II? 30,1 31,1 33,9 Asennusvirhe! : : : : : : : : : : : : : : : : :05 Sähkönjohtavuus (Lab) Sähkönjohtavuus (YSI) Olosuhteet! : : :10 ms/m

32 Mikä voi mennä pieleen? Mitattavien parametrien valinta? Antureiden asennus Asennuspaikka ja tapa Kalibrointi Kalibrointi kentällä vai labrassa, kalibrointinäytteet Huolto Säännöllinen huoltoväli mittauspaikan haastavuudesta ja vuodenajasta riippuen Datan käsittely Miten hyödyntää kasvanut datamäärä Miten selittää ilmiöitä?

33 Onnistunut automaattimittauksia hyödyntävä kokonaisuus vaatii Toimivan ketjun laitteiden oikeaoppisesta asennuksesta, huollosta ja kalibroinnista, laadukkaiden laboratorioanalyysien kautta ammattitaitoisen tutkijan tekemiin johtopäätöksiin Parhaimmillaan antavat lisätietoa syy-seuraussuhteista Valuma-alue, säätekijät, vesistö, vedenlaatu

34 Jotta tutkija pystyy tulkitsemaan esiin tulevia vesistössä tapahtuvia dynaamisia prosesseja, vaaditaan aikaisempaa tuntemusta vesistöstä Maastossa tehtävät havainnot saattavat olla avainasemassa tuloksia tulkittaessa Näytteenottaja tutkija

35 Haasteet Automaattimittaukset tuovat uusia haasteita Kenttähenkilökunnalle Lisäkoulutustarve Näytteenotto Lisähenkilöstön tarve? Tutkijoille Datamäärän hallinta Uutta tietoa, uusia ilmiöitä Aikaisempi tuntemus seurattavasta vesistöstä Laboratoriolle

36 Kiitos!