Kakskerranjärven vedenlaadun tutkimukset 2008 Olli Loisa Turun ammattikorkeakoulu

Transkriptio

1 Kakskerranjärven vedenlaadun tutkimukset Olli Loisa Turun ammattikorkeakoulu 3.3.9

2 Sivu 1/9 Kakskerranjärven vedenlaadun tutkimukset Olli Loisa Turun ammattikorkeakoulu Tutkimus Toteutettujen vedenlaadun tutkimuksien päätarkoituksena oli selvittää Kakskerranjärven happitilannetta ja järvelle asennettujen hapetuslaitteiden toimintaa. Tutkimus on osa Turun ammattikorkeakoulun ja Turun kaupungin ympäristönsuojelutoimiston yhteishanketta Kakskerranjärven vedenlaatuseuranta. Tämä raportti sisältää yhteenvedon Turun ammattikorkeakoulun vuoden aikana toteuttamista mittauksista. Turun kaupungin eteläpuolella Kakskerran saaressa sijaitseva Kakskerranjärvi on pinta-alaltaan noin 1, km ja keskisyvyydeltään noin metriä. Järvi on syvimmillään Myllykylän syvänteen länsipäässä, jossa vettä on enimmillään noin 15 metriä. Kakskerranjärvi on rehevöitynyt huomattavasti lähinnä maatalouden ja asutuksen aiheuttaman hajakuormituksen seurauksena. Järven syvänteiden happitaloutta pyritään parantamaan hapetuksella. Hapetuksen tarkoituksena on pitää syvänteiden alusvesi hapellisena kerrostuneisuuskausien aikana. Hapettomissa olosuhteissa pohjan sedimenttiin sitoutunut fosfori alkaa liueta takaisin kiertoon ja kiihdyttää rehevöitymistä entisestään. Kesällä järvellä oli käytössä kolme hapetuslaitetta, kaksi Waterixilmastinta ja yksi Listema-kuplailmastin. Kunnostustoimenpiteenä on myös käytetty hoitokalastuksia ja lisäksi järveen etelästä laskevaan Kalliolanojaan on asennettu kemiallinen ojavesipuhdistamo, jonka avulla pyritään saostamaan järveen valuma-alueelta tulevaa fosforia. Järven veden laadun ja sen kehityksen pitkäaikaisseurannan toteuttaa Lounais-Suomen Vesi- ja ympäristötutkimus Oy (aiemmin Lounais-Suomen vesiensuojeluyhdistys ry:n nimellä). Seurannassa tutkitaan tarkemmin mm. järven veden ravinnepitoisuuksia (typpi ja fosfori) ja kasviplanktonlajistoa ja -biomassoja sekä veden hygieenistä laatua. Seurannan tulokset ja lisätietoa Kakskerranjärvestä mm. säätietoineen ja kirjallisuusluetteloineen on saatavissa tarkkailututkimuksen vuosiraporteista (mm. Koivunen ).. Menetelmät Veden laatua kartoitettiin Turun AMK:n toimesta yhteensä seitsemänä päivänä välisenä aikana. Mittaukset tehtiin jokaisena mittauspäivänä yhteensä pisteestä. Kartta Kakskerranjärven syvyysvyöhykkeistä, vedenlaadun mittauspisteistä ja hapetuslaitteiden sijainnista on liitteenä (liite 1). Mittauspisteistä seitsemän sijoitettiin Myllykylän pääsyvänteeseen, jossa on ollut toiminnassa kaksi hapetuslaitetta. Yksi mittauspisteistä sijaitsee järven matalassa länsipäässä,

3 Sivu /9 yksi järven kahteen pääaltaaseen jakavassa salmessa Brinkhallin kohdalla ja kolme järven itäisessä altaassa. Itäisessä altaassa on ollut käytössä yksi hapetuslaite. Vertikaalisuunnassa mittaukset tehtiin jokaisessa pisteessä yhden metrin syvyysvälein pinnasta pohjaan. Lounais-Suomen vesi- ja ympäristötutkimus Oy:n toteuttaman Kakskerranjärven tarkkailututkimuksen vesinäytteet otetaan (Koivunen ) läheltä mittauspisteitä 3 (Myllykylä KAKJ 1A) ja 11 (Harjattula KAKJ ). Tutkimusjakson vedenlaadun ajallista vaihtelua esittävissä kuvissa käytetään mittauspisteen 3 (Myllykylän syvänne) mittaustietoja. Alueellista vaihtelua esittäviin kuviin (liitteet -7) on käytetty mittaustietoja pisteistä 1, 3, 7, 9 ja 11. Tuloksia verrataan myös Lounais-Suomen vesi- ja ympäristötutkimus Oy:n huhti-syyskuun väliraporttien (Koivunen, Lehtonen & Räisänen ) tietoihin. Mittalaitteena käytettiin YSI- moniparametrimittaria (kuva 1). Laitteeseen on mahdollista vaihtaa erilaisia veden laadun parametrien mittaukseen soveltuvia antureita. Valmistajan ilmoittamat mittaustarkkuudet käytetyille antureille esitetään taulukossa 1. Kuva 1: YSI moniparametrisondin anturipää (kuva: Taulukko 1: Valmistajan ilmoittamat mittaustarkkuudet tutkituille parametreille (YSI Inc. 7). Parametri Mittausalue Tarkkuus Resoluutio Lämpötila C -5-5 C +-,15 C,1 C Happipitoisuus mg/l - 5 mg/l +-,1 mg/l tai 1 % lukemasta,1 mg/l Hapen kyllästysaste % - 5 % +-1 % lukemasta tai 1 %,1 % ph - 1 yksikköä +-, yksikköä,1 yksikköä Sameus - NTU +- % lukemasta tai,3 NTU,1 NTU Sinileväpitoisuus solua/ml ei ilmoitettu 1 solu/ml

4 Sivu 3/9 Laitteen anturit kalibroitiin ennen jokaista mittauskertaa. Sameus ja ph anturit kalibroitiin standardeilla, optinen happianturi % happikylläisyyteen ja fykosyaniinin fluoresenssia mittaava sinileväfluorometri kalibroitiin puhtaalla vedellä nollapitoisuuteen. Fluorometrin tuottaman sinileväpitoisuuden (solua/ml) muunnokseen käytettiin kiinteästi Suomen oloihin biomassakalibroitua TriOS MicroFlu blue fluorometriä. Laitteiden antamia pitoisuuksia vertailtiin järvellä Vertailun perusteella saadun suorayhtälön (kuva ) avulla YSI-fluorometrin solua/ml - arvolle tehtiin suuntaa antava muunnos märkäpainobiomassaksi (mg/l). Tarkempaa biomassakalibrointia varten anturin mittaamaa fluoresenssitulosta tulisi verrata laboratoriossa tehtyihin sinilevän biomassalaskentoihin. TriOS mg/l ww 1,5 1,5 y =,3x -,333 R =,755 n = 3 YSI cells/ml Kuva : Sinileväfluorometrivertailu 7.. ja vertailun perusteella johdettu biomassaarvioissa käytetty muunnoskaava.

5 Sivu /9 3. Tulokset Lämpötila Pintaveden lämpötila (kuva 3) ensimmäisellä mittauskerralla (.5.) oli noin 13 C. Alkava kerrostuminen oli jo selkeästi havaittavissa, pohjan läheinen vesi oli lämpötilaltaan -7 C tienoilla. Kesä-elokuussa vesimassa oli selkeästi lämpötilakerrostunut. Korkeimmat pintalämpötilat, noin C, mitattiin heinäkuun puolessa välissä (17.7.). Tuolloin lämpötilaero pinnan ja pohjan välillä oli suurimmillaan noin 11 C. Selvä harppauskerros oli havaittavissa kesä-heinäkuun aikana. Pintavesi alkoi viilentyä syyskuun alkupuolella ja 3.9. tuloksissa on havaittavissa alkava kerrostuneisuuden purkautuminen. Kakskerranjärven tarkkailututkimuksen näytteenoton yhteydessä 1.9. kerrostuneisuus oli jo kokonaan purkautunut ja vesimassa oli kauttaaltaan noin 13 C lämpöistä. Lokakuussa vesi viileni lämpötilan ollessa viimeisellä mittauskerralla (9..) koko vesimassassa hieman yli C. Mittauspisteiden välinen vaihtelu (liite ) pintaveden lämpötilan osalta oli koko tutkimusjaksolla pientä. Alusveden lämpötilassa ja harppauskerroksen sijainnissa oli pientä eroa: Myllykylän syvänteen ja järven länsipään alusvesi oli hieman viileämpää ja kesäajan harppauskerros sijaitsi hieman ylempänä järven itäpäähän verrattuna. Lämpötila C Kuva 3: Kakskerranjärven veden lämpötila mittauspisteellä 3. Happipitoisuus Kakskerranjärven alusveden happipitoisuus (kuvat ja 5) alkoi heiketä jo toukokuun lopulla alkavan lämpötilakerrostumisen mukana. Kesäkuussa hapenvajausta oli havaittavissa jo -7 metrin syvyyden alapuolella. Kesän huonoin happitilanne oli heinäkuussa, jolloin vesimassa oli jo neljän metrin jälkeen vähähappista ja -7 metrin syvyyden jälkeen happi oli käytännössä loppu. Elokuussa alusvesi oli edelleen hyvin vähähappista. Syyskuun alun mittauskerralla kerrostuneisuus oli jo alkanut purkautua ja happivajausta oli enää metrin alapuolisessa vesikerroksessa. Syyskuussa lämpötilakerrostuneisuus purkaantui kokonaan ja koko vesimassan happikylläisyys nousi 9 % tasolle.

6 Sivu 5/9 Pintavesi oli käynnissä olevan perustuotannon vuoksi hieman ylikyllästynyttä touko-elokuun mittauskertoina. Kesä-heinäkuussa suurempi kasviplanktontuotanto nosti itäisen altaan pintaveden happipitoisuuden hieman länsipäätä suuremmaksi. Järven länsipään ja Myllykylän syvänteen alusveden happitilanne oli hieman heikompi koko kesän ajan verrattuna järven itäiseen altaaseen (liitteet 3 ja ). Vesimassan happipitoisuus hapetuslaitteiden läheisten mittauspisteiden ja muiden pisteiden välillä ei eroa toisistaan merkittävästi. Kenttähavaintojen mukaan hapetuslaitteet olivat kesän aikana päällä hyvin epäsäännöllisesti. Hapen kyllästysaste % Kuva : Kakskerranjärven veden happikylläisyys mittauspisteellä 3. Happipitoisuus mg/l Kuva 5: Kakskerranjärven veden happipitoisuus mittauspisteellä 3.

7 Sivu /9 Happamuus Kakskerranjärveltä tutkimusaikana mitatut ph-arvot (kuva ) vaihtelivat,5 ja, yksikön välillä. Touko-elokuussa pintavedestä mitatut korkeat (ph >7,3) tulokset ovat seurausta käynnissä olevasta perustuotannosta. Kerrostuneisuuskauden huonon happitilanteen aikaan alusvesi oli lievästi hapanta. Suurimmat (>) arvot mitattiin järven itäpään mittauspisteistä. Kesä- ja heinäkuun mittauskerroilla pintaveden ph-arvo kasvoi itää kohti mentäessä (liite 5). Elokuun mittauskerralla tilanne oli päinvastainen ja suurimmat arvot mitattiin länsipäästä. Myös pintaveden happipitoisuus ja osin myös sinileväpitoisuus (liitteet 3, ja 7) käyttäytyivät samankaltaisesti, joten vaihtelu johtuu hetkellisistä kasviplanktontuotannon määrän alueellisista eroista. Lokakuussa vesipatsaan sekoituttua vesimassan ph oli tasaisesti sekä syvyyssuunnassa, että mittauspisteiden välillä noin 7,1 7,3.,5 7 7,5,5 ph Kuva : Kakskerranjärven veden happamuus mittauspisteellä 3. Sameus Kakskerranjärven pintaveden sameus (kuva 7) vaihteli mittausjaksolla noin 1- NTU-yksikön välillä. Kirkkaimmillaan järven pintavesi oli elokuusta lokakuun alkuun, pienimmät sameusarvot mitattiin 3.9., jolloin pintaveden sameus oli ainoastaan 1- NTU tasolla. Kerrostuneisuuden aikainen alusveden hapenpuute näkyy selkeästi myös sameuslukemissa. Alusvedestä mitattiin yleisesti korkeita, NTU suuruisia arvoja ja sameuden nousu syvemmälle mentäessä seuraa melko tarkasti hapen vähenemistä. Tarkkailututkimuksen vesinäytteiden perusteella myös ravinnepitoisuudet alusvedessä kohosivat samoina aikoina erittäin suuriksi, joten hapettomissa olosuhteissa sedimentistä on alkanut liueta ravinteita alusveteen. Mittauspisteiden väliset erot (liite ) veden sameudessa olivat melko pieniä.

8 Sivu 7/9 Sameus NTU Kuva 7: Kakskerranjärven veden sameus mittauspisteellä 3. Sinileväpitoisuus Sinileväpitoisuudet (kuvat ja 9) pysyttelivät koko kesän ajan melko alhaisina. Käytetyillä fluoresenssiantureilla luotettavasti mitattavia määriä (>15 solua/ml, ~,1 mg/l) sinilevää esiintyi lähinnä heinäkuun puolen välin ja syyskuun alun välisenä aikana. Tarkkailututkimuksen näytteistä lasketut,1 mg/l ylittävät sinileväbiomassat ajoittuivat myös samankaltaisesti. Suurimmat pitoisuudet mitattiin 7.. jolloin pintaveden pitoisuudet olivat biomassana arvioiden 1-1,5 mg/l tasolla. Kakskerranjärven tarkkailututkimuksen näytteissä suurin sinileväbiomassa ajoittui elokuun loppupuolen näytteenottokerralle (noin 1,5 mg/l). Heinäkuun puolen välin näytteenottokerralla levien havaittiin jo maastohavaintojenkin perusteella kasaantuvan harppauskerroksen yläosaan. Tämä havaittiin myös mukana olleen optisen klorofyllianturin tuloksista. Silmämääräisesti tarkasteltuna mittauspäivinä ei havaittu voimakkaita sinilevien muodostamia pintakukintoja.

9 Sivu /9 Sinileväpitoisuus, solua/ml Kuva : Kakskerranjärven veden sinileväpitoisuus mittauspisteellä 3. Sinileväpitoisuus mg/l märkäpainoa,5 1 1, Kuva 9: Kakskerranjärven veden sinileväpitoisuus mittauspisteellä 3. Anturin solua/ml tulokset on muunnettu biomassakalibroidun vertailufluorometrin (TriOS) tulosten perusteella biomassa-arvioksi. Anturin mittaamat tulokset noin alle 15 solua/ml (~,1 mg/l) on merkitty nollaksi.

10 Sivu 9/9. Johtopäätökset Tehtyjen tutkimusten perusteella Kakskerranjärven kesäkerrostuneisuuden aikainen happitilanne vuonna oli erittäin heikko. Lämpötilakerrostumisen myötä huomattavaa alusveden hapenvajausta oli havaittavissa noin kolmen kuukauden ajan. Kakskerranjärven tarkkailututkimuksen yhteydessä otettujen ravinnenäytteiden tulokset vahvistavat, että pohjasedimenttiin sitoutuneita ravinteita on hapettomuuden seurauksena lähtenyt liukenemaan takaisin kiertoon suuria määriä. Kesän sinilevämäärät Kakskerranjärvellä olivat puolestaan edellisvuoteen verrattuna (Koivunen, Loisa 7) selvästi pienempiä. Vuoden tulosten perusteella hapetuslaitteet eivät nykyisellään toimi riittävän tehokkaasti pitääkseen järven alusvettä hapellisena. Myös vuoden 7 tilanne oli lähes vastaava. Mikäli järven tilaa pyritään parantamaan hapetuksella, tulisi ensimmäisenä huolehtia, että hapetuslaitteet ovat ainakin kerrostuneisuuskausien aikana päällä tarpeeksi pitkiä jaksoja ja tarpeeksi suurella teholla. Järven asukkailta on nykyisellään tullut valituksia hapetuslaitteiden aiheuttamasta melusta (Nummelin ) ja mittausten yhteydessä tehtyjen kenttähavaintojenkin mukaan hapetuslaitteita käydään sammuttamassa yksityishenkilöiden toimesta. Hapetuslaitteiden toiminnan tarkkailua tulisikin tehostaa, jotta laitteiden ylläpitoon käytettävistä resursseista voisi syntyä hyötyä. 5. Lähteet Koivunen, S.. Kakskerranjärven tarkkailututkimus, vuosiraportti 7. Lounais-Suomen Vesi- ja ympäristötutkimus Oy. Koivunen, S., Lehtonen, K. & Räisänen, R.. Kakskerranjärven tarkkailututkimuksen väliraportit 9. Lounais-Suomen Vesi- ja ympäristötutkimus Oy. Loisa, O. ym Kakskerranjärvellä tehtyjen mittausten väliraportit 7. Turun ammattikorkeakoulu. Nummelin M.. Henkilökohtaiset tiedonannot. Turun kaupungin ympäristönsuojelutoimisto. YSI Incorporated. Mittalaitevalmistajan dokumentit ja www-sivut.

11 J.niemi 9 Näytteenottopiste 1 Kakskerranjärvi 3m m 9m m 15m Ilmastin J.niemi 9 Näytteenottopiste 1 Kakskerranjärvi 3m m 9m m 15m Ilmastin Brinkhall Myllykylä Armonlaakso Brinkhall Myllykylä Armonlaakso 3m m 9m m 15m 9m m 9m 3m m m 1km N m m 9m m 15m 9m m 9m 3m m m 1km N 5 3 1