Turvetuotannon kuormitukseen vaikuttavat tekijät

Transkriptio

1 Turvetuotannon kuormitukseen vaikuttavat tekijät TASO-hankkeen julkaisujen esittelytilaisuus Jyväskylässä Kaisa Heikkinen FT, erikoistutkija Suomen ympäristökeskus

2 TASO- hankkeen julkaisu Turvetuotannon kuormitus. Kirjallisuuskatsaus ja asiantuntija-arvio turvetuotannon vesistökuormitukseen vaikuttavista tekijöistä Kirjoittajat: Björn Klöve, professori 1 Tapio Tuukkanen, tutkija 1 Hannu Marttila, tutkija 1 Heini Postila, tutkija 1 Kaisa Heikkinen, erikoistutkija 2 1 Oulun yliopisto, Vesi- ja ympäristötekniikan laboratorio 2 Suomen ympäristökeskus, Vesikeskus, Oulu

3 Turvetuotannon kuormituksen syntyyn vaikuttavat 1. Alueen ilmasto ja maantieteellinen sijainti 2. Ojituksen vaikutukset suoalueen hydrologiaan 3. Ojituksen vaikutukset kiintoaineen, ravinteiden, orgaanisten aineiden ja raudan käyttäytymiseen 4. Alueen pohjamaan ja turpeen laatu 5. Turpeen nostomenetelmä 6. Alueella käytössä olevat vesienkäsittelymenetelmät

4 Suotyypit Suomessa Aapasuo - Kovera, keskiosaltaan reunoja matalampi - Huomattavan osan ravinteista pohjavedestä tai ympäröivältä valumaalueelta pinta- ja pintakerrosvaluntana tulevasta vedestä - Kerää ravinteita ja alkuaineita ympäröivältä maa-alueelta Keidassuo -Kohosuo, johon tulee vettä ja ravinteita pääasiassa sadeveden mukana.

5 Vesistöön turvetuotantoalueelta kohdistuva kuormitus Kuormitus = Vesimäärä x Pitoisuus Tiettynä ajanjaksona vesistöön kohdistuva kuormitus: K (mg) = Q (l/s) x C (mg/l) x kuormitusjakson pituus (s) K = Kuormitus Q = Alueelta ulos virtaavan veden virtausnopeus Voidaan mitata näytteenoton yhteydessä tai jatkuvatoimisesti C = Ulos virtaavasta vedestä mitattu pitoisuus Ravinteet, orgaaniset aineet, kiintoaine, rauta, ph 1. Alueen ilmasto ja maantieteellinen sijainti 2. Ojituksen vaikutukset suoalueen hydrologiaan 3. Ojituksen vaikutukset kiintoaineen, ravinteiden, orgaanisten aineiden ja raudan käyttäytymiseen ja kuormitukseen alueella

6 1. Alueen ilmasto ja maantieteellinen sijainti Etelä-Suomessa vuotuisesta valumasta ja vuosikuormituksesta lähes puolet tulee talvella - Osuus on suurempi kuin Pohjois-Suomessa - Talvella suurempi osa sadannasta tulee vetenä kuin Pohjois-Suomessa Pohjois-Suomessa - Kevätvalunnan osuus vuosikuormituksesta on selvästi suurempi kuin Etelä- Suomessa - Vuosivalunnat ovat kokonaisuudessaan jonkin verran suurempia kuin Etelä- Suomessa - Vuosihaihdunta on pohjoisessa selvästi vähäisempää Perustason vesienkäsittelyllä (sarkaojarakenteet ja laskeutusaltaat) varustettujen tuotantovaiheen soiden keskimääräiset kuormitukset ovat suurempia Pohjois-Suomessa kuin Etelä-Suomessa Tulevaisuudessa yhä suurempi osa valumasta ja siten myös kuormituksesta saattaa tulla myöhäissyksyllä ja talvella, koska ilmastonmuutosskenaarioiden mukaan sekä syys- että talvivalunnan ennustetaan kasvavan

7 2. Ojituksen vaikutukset suoalueen hydrologiaan Luonnontilaisissa soissa Pintaturve on usein vedellä kyllästynyt; veden pinta ulottuu suon ylimpiin kerroksiin eikä pohjavedenkorkeus vaihtele suuresti Suon pinnalla elävä sammalkerros ja vähän maatunut turvekerros Veden johtavuus on suurimmillaan suon ylimmässä kerroksessa ja valumavedet purkautuvat nopeasti pintakerroksia pitkin vesistöihin Valuntahuiput luonnontilaiselta suolta ovat tavallisesti suuria syksyisin ja keväisin Ojitus aiheuttaa suon hydrologiassa kaksi suurta muutosta: 1) Veden suotautuminen maaperässä ohjautuu kuivatusojiin ja pohjaveden pinta laskee suon maatuneisiin kerroksiin 2) Valunta kulkeutuu nopeammin pois ojitusalueelta, koska pintavalunta ohjautuu suoraan ojiin ja osa sadannasta sataa suoraan ojaverkostoon Valuntapiikkejä myös kesän sadekausina

8 Valuntaan turvetuotantoalueelta vaikuttaa voimakkaasti suon pinnan ja turveprofiilin vedenläpäisevyys, mihin puolestaan vaikuttavat turpeen kosteus turvelaji turpeen tiheys turpeen maatuneisuusaste Turvetuotantoalueiden valunta reagoi nopeasti äkillisiin suuriin sadantoihin varastotilavuus pieni veden valuntareitit lyhyet turve tiivistyy ja kuivuu kuiva turve läpäisee heikosti vettä pintakerroksessa turpeen maatuneisuusaste vähitellen kasvaa veden läpäisykyky edelleen heikkenee Pintavalunta lisääntyy, huomattavan suuret ylivalumat ovat mahdollisia Valuntapiikit Lisääntynyt riski eroosiolle ja kiintoaineen kulkeutumiselle alapuolisiin vesistöihin

9

10 3. Ojituksen vaikutukset kiintoaineen, ravinteiden, orgaanisten aineiden ja raudan käyttäytymiseen

11

12 Kiintoaine Kiintoaineella tarkoitetaan vedessä hiukkasmaisessa muodossa (yli 1,2 μm) olevaa ainetta, joka koostuu sekä orgaanisesta että epäorgaanisesta aineksesta. Siitä aiheutuvaa kuormitusta on pidetty turvetuotannon keskeisimpänä ympäristöhaittana.

13 Valumaveden kiintoainepitoisuutta lisäävät Kuivatuksen edellyttämät kaivutyöt Sarkaojien puhdistaminen ja leventäminen Uomien eroosio ja sortuminen Kasvipeitteen puuttuminen tuotantokentältä Turpeen nosto Valumaveden kiintoainepitoisuus suuri erityisesti sulan maan aikaisilla tulva- ja sadejaksoilla Suurimmat valuntahuiput kuljettavat suurimman osan kiintoaineesta ja yksittäisen rankkasadetapahtuman osuus vuosittaisesta kuormituksesta voi olla useita prosentteja. Pääosa kiintoainekuormituksesta tuleekin varsin lyhyenä aikana.

14 Myös sade ja pintavalunta irrottavat turvetta kentiltä. Tähän vaikuttavat Sateen intensiteetti Pintaturpeen ominaisuudet - orgaanisen aineen määrä - turpeen maatuneisuus Veden imeytyminen pintaturpeeseen Eroosio on yleensä voimakkaimmillaan sateen alussa. Kuva Hannu Marttila Turvetuotannossa kiintoaine on yleensä peräisin paljaasta tuotantopinnasta. Täältä kiintoaine kulkeutuu ojaverkostoon ja osa siitä laskeutuu ojan pohjalle. Ojien pohjalle laskeutunut kiintoaine erodoituu helposti uudelleen valuntahuippujen aikana Valuntahuippujen aikana kiintoaineen pääasiallinen lähde on ojaverkostoon pidättynyt turvesedimentti.

15 Uomaeroosion riski - Kaltevilla ja eroosioherkillä alueilla - Eroosiota voi tapahtua myös ojapenkoissa, pääasiallisesti törmän romahtamisen seurauksena. Tähän vaikuttavat Törmän maatuneisuus Turvelaji Kosteus Uomaston virtausolosuhteet Kuva Hannu Marttila Uomaeroosio on usein merkittävintä tuotantoalueen reuna- ja laskuojissa, joissa vesimäärät ovat suurimpia ja ojien pohjat voivat ulottua kivennäismaahan asti.

16 Tuotanto etenee syvempiin ja maatuneempiin kerroksiin Eroosio voi lisääntyä, koska maatunut turve saattaa olla eroosiolle herkempää kuin vähän maatunut turve Kiintoaineen eroosio ja huuhtoutuminen lisääntyvät yleensä valunnan kasvaessa Ylivalumajaksojen merkitys kiintoainekuormituksen synnyssä on erittäin suuri etenkin huuhtoutumisherkillä alueilla Suurimmat kiintoainepitoisuudet ja -kuormitukset esiintyvät virtaaman nousuvaiheessa. Vesiensuojelurakenteiden tulisi pidättää kiintoainetta tehokkaasti jo heti sateen alkaessa, jolloin uomaeroosio ja kiintoaineen kulkeutuminen ovat suurimmillaan. Putkipatorakenne - Björn Klöve

17 Ravinteet Turvetuotantoon ojitetulta suolta muodostuva fosfori- ja typpikuormitus on yleensä suurempaa kuin vastaava kuormitus luonnontilaiselta suolta. Typpi ja fosfori huuhtoutuvat turvesuolta seuraavissa muodoissa Fosfori Kiintoainepartikkeleihin sitoutunut P Liukoinen orgaaninen P Typpi Kiintoainepartikkeleihin sitoutunut N Liukoinen orgaaninen N Fosfaattifosfori PO 4 -P Ammoniumtyppi NH 4 -N Nitraattityppi NO 3 -N, nitriittityppi NO 2 -N Syyt lisääntyneeseen ravinnekuormitukseen: Turpeen hajoaminen kiihtyy ojituksen seurauksena Turpeesta vapautuu liukoisia ravinteita Vesistöön ravinteita kuljettava kiintoainekuormitus lisääntyy Muutokset suon hydrologiassa Valunnan lisääntyminen Lisääntynyt valunta pitemmälle maatuneiden turvekerrosten läpi

18 Humus ja rauta HUMUS, HUMUSAINEET (humic substances): yleisnimitys vesissä esiintyville, pääosin valuma-alueen kasvillisuuden hajoamistuotteina syntyneille, orgaanisille polymeereille, jotka antavat vedelle ruskean värin. Vedelle ruskean värin antavia humusaineita huuhtoutuu luonnostaan vesiin maaperästä, erityisesti suoalueilta. Niiden huuhtoutuminen jatkuu, kun suo otetaan turvetuotantoon. Huuhtoutuminen voi myös lisääntyä.

19 Veden humuspitoisuudesta kertovat: Orgaanisen kokonaishiilen (TOC) pitoisuus Liuenneen orgaanisen hiilen (DOC) pitoisuus Kemiallisen hapenkulutuksen (COD Mn ) arvo Tätä käytetään turvetuotannon kuormitustarkkailuissa Veden väriarvo

20 Suo kuivataan Turpeen hajoaminen voimistuu Humusaineiden huuhtoutuminen lisääntyy Keidassuoalueella on COD Mn arvojen perusteella saatu viitteitä siitä, että turvetuotanto voisi aiheuttaa jopa 5-7-kertaisen humushuuhtouman luonnonhuuhtoumaan verrattuna. Aapasuoalueella humusaineiden huuhtoutumisen lisääntyminen turvetuotannon seurauksena ei näyttäisi olevan kovin voimakasta Lisätutkimustarve

21 Tuloksia aapasuoalueella sijaitsevalta Kiiminkijoen valuma-alueelta

22 Turvetuotantoalueen kuivatus Usein myös RAUDAN huuhtoutuminen lisääntyy Turpeen ja maaperän rautapitoisuus usein lisääntyy suon syvempiin kerroksiin edettäessä. Rautaa huuhtoutuu sitoutuneena Kiintoaineeseen Humusaineisiin

23 Valumaveteen liuennut rauta on pääosin sitoutunut humusaineisiin, niiden suurimolekyylipainoisimpaan fraktioon. Tähän humusfraktioon sitoutuu raudan välityksellä myös fosfaattifosforia. Turvetuotanto näyttäisi lisäävän humuksen rautapitoisuutta Pohjois- Pohjanmaan aapasuoalueella (Kiiminkijoen valuma-alue). Rautapitoisuuden lisääntyminen tekee todennäköisesti humuksesta saostuvampaa ja pinnoille takertuvampaa Jatkotutkimustarve

24 Humuksen suurimolekyylipainoisimman fraktion rautapitoisuutta turvetuotannon valumavedessä on onnistuttu vähentämään pintavalutuksella. Tässä Kompsasuon pintavalutuskentällä havaittu muutos humuksen laadussa

25 4. Alueen pohjamaan sekä turpeen laadun vaikutus kuormitukseen Pohjamaan laatu Turvetuotanto etenee syvempiin kerroksiin Ojat ulottuvat mineraalimaahan Mineraalimaan erodoituminen Lisääntynyt epäorgaanisen kiintoaineen kuormitus Turpeen laatu Turpeen maatuneisuusasteen on osoitettu olevan yksi turvetuotannon kiintoainekuormitukseen vaikuttava tekijä Tuore paljastunut, heikosti maatunut turpeen pinta on kuituinen ja vastustaa hyvin eroosiota Pitemmälle maatuneet hapettuneet, rikkoutuneet tai haurastuneet turvekerrokset ovat alttiimpia eroosiolle ja huuhtoutuvat helpommin Turpeen maatuneisuusasteen vaikutus liukoisten aineiden huuhtoumaan on kuitenkin vielä epäselvä asia Maatuneesta turve-vesi seoksesta irtoaa luultavasti enemmän humusta ja ravinteita kuin maatumattomasta Hyvin pitkälle maatuneessa turpeessa veden liike voi kuitenkin olla niin vähäistä, ettei siitä kenttäolosuhteissa voi huuhtoutua kovin suuria määriä liukoisia aineita

26 5. Turpeen nostomenetelmän vaikutus kuormitukseen Jyrsinturvetuotannossa turve jyrsitään tuotantokentän pinnasta ja jätetään kentän pinnalle kuivumaan kuivatusta tehostetaan kääntelemällä jyrsöstä tuotantokentällä kuivatuksen jälkeen turve kootaan varastoaumoihin esim. imuvaunu-, haku-, tehoturve-, karheensiirto- tai kokoojavaunu- menetelmällä Turvetta voi eri vaiheissa kulkeutua tuotantoalueen sarkaojiin Jyrsinturpeen osuus kaikesta turpeen käytöstä on noin 90 %. Kuva Hannu Marttila Palaturvetuotannossa turve nostetaan suosta erityisillä koneilla, joilla turve puristetaan ja muokataan paloiksi tuotantokentälle hienojakoista turvetta on tuotantokentällä vähemmän kuin jyrsinturvetuotannossa Turpeen huuhtoutuminen ojin voi olla vähäisempää kuin jyrsinturvetuotannossa

27 6. Vesiensuojelumenetelmien vaikutus kuormitukseen Vesiensuojelurakenne Kiintoaine Humus Kok.Fe Kok.P PO 4 -P Kok.N NH 4 -N NO 3 -N Sarkaojarakenteet Laskeutusaltaat Virtaamansäätö ? Pintavalutuskentät - -+?? Kemikalointi Ojitetulle suolle perustettu kosteikko - +-?? ?? ja +- = puhdistustuloksissa on ollut vaihtelua, on tapahtunut myös huuhtoutumista? = kuormituksen väheneminen on todennäköistä, ei tutkimustuloksia?? = menetelmää pitää vielä kehittää

28 Taulukko 8. Pohjois-Pohjanmaan ympärivuotisten ja kesäaikaisten päästötarkkailusoiden keskimääräiset ominaispäästöt (g ha -1 d -1 ) kesäaikana n = tarkkailukohteiden lukumäärä n Brutto COD Mn Kok.P PO 4 -P Kok.N NO 3 -N NH 4 -N Kok.Fe Kiinto aine Netto Kok.P Kok.N Kiinto aine Kaikki suot ,38 0,1 7 0,2 0, , Pintavalutus kentät ,29 0,06 5 0,1 0, ,17 2,4 21 Laskeutus altaat ,7 0, ,3 1, ,52 9,5 98 Kemiallinen käsittely ,16 0,11 2,8 0,6 0, ,11 1,4 33 Lähde - Pöyry: Pohjois-Pohjanmaan turvetuotantosoiden päästötarkkailu vuonna 2006

29 Kuormitukseen vaikuttaa myös vesienkäsittelymenetelmien käytön huolellisuus Esimerkkinä pintavalutuskentät Yleisenä ohjeena on, että kontakti turpeen ja puhdistettavan veden välillä tulisi saada mahdollisimman tehokkaaksi Kentille on laadittu tarkat suunnittelu-, rakentamis- ja mitoitusohjeet Kentillä ei saisi olla oikovirtauksia eikä niille kohdistuva hydraulinen kuormitus saiai olla liian suuri Poikkeaminen kenttien perustamista varten laadituista ohjeista Kentän puhdistustehokkuus heikkenee Vaikutus turvetuotantoalueen kuormitukseen

30 Kiitos!