Rantamo-Seittelin kosteikon vedenlaadun seuranta Jari Koskiaho, SYKE Tuusulanjärven tila paremmaksi -seminaari Gustavelund 23.5.2013
Kosteikoissa tapahtuvat vedenpuhdistusprosessit Kiintoaineksen laskeutuminen Riippuu tulevan veden sisältämän kiintoaineen partikkelikokojakaumasta Tärkeä mekanismi, etenkin fosforia pidättyy, myös org. typpeä Liuenneen fosforin adsorptio Riippuu maaperän (Fe, Al), ja kosteikkoon tulevan veden ominaisuuksista (P-tasapainotila!) Taipumus heikentyä ajan myötä Denitrifikaatio l. nitraattitypen pelkistyminen kaasumaiseen muotoon Riippuu kosteikossa olevan orgaanisen aineen määrästä, tulevan veden nitraattipitoisuudesta ja lämpötilasta Ei heikkene ajan myötä Biologinen ravinteiden kulutus Makrofyyttikasvillisuuden osalta nettovaikutus vuositasolla vähäinen Kasvillisuus, levät, mikrobiologinen kulutus, sedimentaatio 2
Kosteikkoihin tuleva hajakuormitus Em. prosessit vaativat aikaa toimiakseen tehokkaasti viipymä on keskeinen suunnittelukriteeri Koska pääosa kuormituksesta tulee tulva-aikoina, viipymän tulisi olla riittävän pitkä myös näillä jaksoilla Valumavesien mukana tulevan kuormituksen perusongelmat matalat pitoisuudet suuret vesimäärät matalat lämpötilat vähäisemmät poistumat verrattuna jv-puhdistamoihin
Kosteikon tehokkuuden riippuvuus mitoituksesta 4 Puustinen, M., Koskiaho, J., Jormola, J, Järvenpää, L., Karhunen, A., Mikkola-Roos, M., Pitkänen, J., Riihimäki, J., Svensberg, M, and Vikberg, P. 2007. Maatalouden monivaikutteisten kosteikkojen suunnittelu ja mitoitus). Suomen ympäristö 21/2007. SYKE. Helsinki. 77 p.
Puhdistusprosessien huomioiminen kosteikkojen suunnittelussa Eri prosessit vaativat erilaisia olosuhteita Fosforin adsorptio hapekkaita ja denitrifikaatio vähähappisia Kasvillisuudella tärkeä epäsuora rooli prosesseille Biofilmi jopa sedimenttiä tärkeämpi denitrifikaation kannalta Orgaaninen aines (denitrifikaatio) Hapen siirto kosteikon sedimenttiin (P-adsorptio) Monimuotoisuus! Syvänteet ja matalat alueet, kasvillisuusvyöhykkeet, loivat rantavyöhykkeet, tulva-alueet, niemekkeet, saarekkeet Mitä korkeammat tulevan veden pitoisuudet, sitä tehokkaammin prosessit toimivat Kosteikot kannattaa sijoittaa paikkoihin, joissa tulevan veden pitoisuudet korkeat Valuma-alueella paljon peltoa, karjasuojia eläinten jaloittelualueita ym. hotspot eja 5
Rantamo-Seittelin kosteikko Valuma-alue Pinta-ala: 20 km 2 Maankäyttö: 40% maatalousmaata Kosteikko Pinta-ala: 24 ha (1,2% valuma-alueesta) Seitteli Yhdyskanava Rantamo Tulovirtaus, Sarsalanoja Pato Ulosvirtaus Tuusulanjärvi Kuva: Esko Kuusisto
Otsikko Arial Black 24pt sininen Sameutta ja nitraattityppitoisuutta mittaava s::can nitro::lyser anturi (s::can Messtechnik GmbH) 7
Virtaama (l/s) Rantamo-Seitteli, vesistömallijärjestelmän arvioima virtaama ja havaittu vedenkorkeus Vedenkorkeus (mm) 4000 3500 3000 Virtaama HBV (l/s) W_anturi 1150 1050 950 2500 850 2000 1500 1000 500 750 650 550 450 350 Kuvateksti 0 250 1.1.2010 1.4.2010 1.7.2010 1.10.2010 1.1.2011 1.4.2011 1.7.2011 1.10.2011 1.1.2012 Aika 8
Laboratoriossa määrietetty sameus (FNU) Laboratoriossa määrietetty sameus (FNU) Sameuden kalibrointiyhtälöt 350 300 Tuleva vesi 350 300 Lähtevä vesi 250 y = 2,53x + 24,66 R² = 0,89 250 y = 2,62x - 13,88 R² = 0,89 200 200 150 150 100 100 50 50 0 0 50 100 150 200 250 300 350 0 0 50 100 150 200 250 300 350 Anturin näyttämä sameus (FTU) Anturin näyttämä sameus (FTU) 9
Laboratoriossa määrietetty NO3- pitoisuus (mg l -1 ) Laboratoriossa määrietetty NO3- pitoisuus (mg l -1 ) Nitraattitypen kalibrointiyhtälöt 10 Tuleva vesi 10 Lähtevä vesi 8 8 6 6 4 2 y = 0,93x - 0,87 R² = 0,98 4 2 y = 0,90x - 0,07 R² = 0,95 0 0 2 4 6 8 10 Anturin näyttämä NO3-pitoisuus (mg l -1 ) 0 0 2 4 6 8 10 Anturin näyttämä NO3-pitoisuus (mg l -1 ) 10
Kokonaisfosfroripitoisuus (µg/l) Kokonaisfosfroripitoisuus (µg/l) Sameuden ja kokonaisfosforipitoisuuden välinen riippuvuus Rantamo-Seittelin kosteikossa 2007 2012 Tuleva vesi Lähtevä vesi 500 500 400 400 300 300 200 y = 1,40x + 31,96 R² = 0,88 200 y = 1,07x + 38,86 R² = 0,90 100 100 0 0 100 200 300 400 500 Sameus (FTU) 0 0 100 200 300 400 500 Sameus (FTU) 11
Anturimittauksiin perustuva kokonaisfosforipitoisuus ja virtaama Rantamo- Seittelin kosteikossa 17.4.2010 16.4.2013 12
Kokonaisfosforipoistumat Rantamo-Seittelin kosteikossa 17.4.2010 16.4.2013 Mitä korkeampi tuleva pitoisuus ja mitä pienempi keskivirtaama, sitä suurempi vuotuinen poistuma Havaintojakso Ainevirtaama (kg) Poistuma (kg ha -1 v -1 ) Suhteellinen poistuma Keskivirtaama (m 3 s -1 ) Keskipitoisuus* (µg l -1 ) Tuleva Lähtevä Poistuma 2010 2011 1159 825 334 13,9 29 % 0,20 177 2011 2012 1869 1771 99 4,1 5 % 0,25 163 2012 2013 1659 1574 103 4,3 6 % 0,23 143 Keskimäärin 1568 1390 179 7,4 11 % 0,23 161 * Tuleva vesi 13
Vesinäytteisiin perustuva liukoisen fosforin pitoisuus ja virtaama Rantamo- Seittelin kosteikossa 2010 2013 14
Liukoisen fosforin (DRP) poistumat Rantamo-Seittelin kosteikossa 2010 2013 Havaintojakso Ainevirtaama (kg) Poistuma (kg ha -1 v -1 ) Suhteellinen poistuma Keskivirtaama (m 3 s -1 ) Keskipitoisuus* (µg l -1 ) Tuleva Lähtevä Poistuma 2010 203 142 61 2,6 30 % 0,18 19 2011 139 142-3 -0,1-2 % 0,25 11 2012 237 201 37 1,5 15 % 0,28 21 Keskimäärin 193 161 32 1,3 16 % 0,23 18 Matala keskipitoisuus heikko DRPpoistuma 15
S::can anturilla mitattu NO3-N pitoisuus ja virtaama Rantamo-Seittelin kosteikossa 2010 2013 16
Nitraattityppipoistumat Rantamo-Seittelin kosteikossa 17.4.2010 16.4.2013 Kosteikon toimivuus typenpoistajana aluksi heikko, mutta parani kasvillisuuden kehittyessä Havaintojakso Ainevirtaama (kg) Poistuma (kg ha -1 v -1 ) Suhteellinen poistuma Keskivirtaama (m 3 s -1 ) Keskipitoisuus* (µg l -1 ) Tuleva Lähtevä Poistuma 2010 2011 14 488 14 599-431 -5-1 % 0,20 1 190 2011 2012 21 441 17 829 3 292 151 17 % 0,25 1 710 2012 2013 12 167 9 675 2 172 104 20 % 0,23 1 100 Keskimäärin 16 032 14 034 1 998 83 12 % 0,23 1 330 17
Johtopäätöksiä Rantamo-Seittelin kosteikko on toiminut mitoitukseen perustuvien ennakko-odotusten mukaisesti: runsaat 1 % valuma-alueesta kosteikko pidätti seurantajaksolla Sarsalanojaa pitkin tulevasta kokonaisfosforista parhaimmillaan n. 30 % ja kokonaistypestä n. 20 % Kosteikon suuresta koosta ja Sarsalanojan suuresta kuormituksesta johtuen pidättyneet ravinnemäärät merkittäviä Fosforin suhteen tulos näyttäisi vaihtelevan vesimäärän mukaan, märkinä vuosina pidätystulos heikompi Typellä tulos alkuun heikko, mutta kasvillisuuden kehittyminen näyttää nostaneen poistumat ennusteen mukaiselle tasolle ja ylikin Jatkuvatoimiset mittaukset & kokonaisfosforin suuri riippuvuus sameudesta lisäsivät tulosten luotettavuutta, malliarvioon perustuvat virtaamat puolestaan vähensivät Virtaaman dynamiikka joka tapauksessa OK arvioissa jonkin verran epävarmuutta mutta suuruusluokka oikea 18
Kiitos! 19