Jatkuvatoimisten vedenlaatumittareiden käyttö kuormituksen arvioinnissa Vesijärvellä

Jatkuvatoimisten vedenlaatumittareiden käyttö kuormituksen arvioinnissa Vesijärvellä Helsingin yliopisto Bio- ja ympäristötieteellinen tiedekunta Ympäristötieteiden laitos Akvaattiset tieteet Pro gradu -tutkielma Limnologia Huhtikuu 2016 Ida-Maria Määttä Ohjaajat: Tiina Tulonen; Leena Nurminen

Tiedekunta - Fakultet - Faculty Bio- ja ympäristötieteellinen Tekijä - Författare - Author Ida-Maria Määttä Laitos - Institution - Department Ympäristötieteiden laitos Työn nimi - Arbetets titel Jatkuvatoimisten vedenlaatumittareiden käyttö kuormituksen arvioinnissa Vesijärvellä Title The use of continuous water quality monitoring devices to estimate nutrient loads into Lake Vesijärvi Oppiaine - Läroämne - Subject Limnologia Työn laji/ Ohjaaja - Arbetets art/handledare - Level/Instructor Pro gradu -tutkielma / Tiina Tulonen Tiivistelmä - Referat - Abstract Aika - Datum - Month and year Huhtikuu 2016 Sivumäärä - Sidoantal - Number of pages 52 Vaihtelevat hydrologiset olosuhteet vaikuttavat maataloudesta tulevaan hajakuormitukseen. Kun halutaan arvioida kuormitusta, on näytteenoton tiheydellä ja ajoittamisella hyvin suuri merkitys. Nopeat vaihtelut veden laadussa jäävät usein havaitsematta. Tällöin näytteenottojen perusteella tehtävät kuormituslaskelmat voivat antaa väärän kuvan kokonaiskuormituksesta. Jatkuvatoimiset automaattiset mittalaitteet havaitsevat nopeatkin muutokset veden laadussa. Sen vuoksi niiden tuottaman datan avulla on mahdollista saada tarkempi käsitys vesistöön kohdistuvasta kuormituksesta. Tämän tutkimuksen tavoitteena on selvittää, voidaanko jatkuvatoimisilla mittalaitteilla luotettavasti arvioida ulkoista kuormitusta ja sen vaihtelua. Tätä selvitettiin Vesijärvellä kolmessa lasku-uomassa jatkuvatoimisesti mittaavan anturin keräämän aineiston ja laboratorioanalyysien avulla. Lisäksi kuormitusta verrattiin muilla menetelmillä saatuihin kuormitusarvioihin. Uomien mittausasemat mittasivat kerran tunnissa sameuden, sähkönjohtavuuden, veden lämpötilan sekä vedenpinnan korkeuden. Kohteista kerättiin lisäksi seurantanäytteitä seuraavista muuttujista: lämpötila, sameus, sähkönjohtavuus, kokonaistyppi ja kokonaisfosfori sekä kiintoaine. Jatkuvatoimisten anturien mittausaineisto kalibroitiin samasta uoman kohtaa otettujen vesinäytteiden laboratorioanalyysien perusteella. Vuosikuormituksen arvioimiseksi käytettiin mitatuista sameusarvoista johdettuja fosforipitoisuuksia sekä lähimmän virtaamamittauspisteen tietoja. Mittausaineiston sekä vesinäytteiden laboratorioanalyysien vastaavuus testattiin tilastollisilla menetelmillä. Tutkimuksessa havaittiin, että automaattiantureiden mittaamat tulokset vastasivat suhteellisen hyvin laboratoriossa määritettyjä tuloksia. Sameuden ja kokonaisfosforin välillä havaittiin merkitsevä positiivinen korrelaatio. Menetelmiä verratessa arvioidun vuosikuormituksen arvoissa huomattiin selkeää vaihtelua. Jatkuvatoimiset vedenlaatumittarit soveltuvat yleisesti ottaen hyvin maataloudesta tulevan ravinnekuormituksen seurantaan. Tulevaisuudessa ilmastonmuutos voi vaikuttaa suuresti kuormituksen muodostumiseen. Tarkemman seurannan avulla kunnostustoimenpiteet osataan kohdistaa oikein. Avainsanat - Nyckelord Hajakuormitus, jatkuvatoiminen vedenlaadun seuranta, valuma-alue, virtavesi, Vesijärvi Keywords Nutrient loading, continuous water quality monitoring, catchment area, stream water, Vesijärvi Säilytyspaikka - Förvaringsställe - Where deposited Muita tietoja - Övriga uppgifter - Additional information

Tiedekunta - Fakultet - Faculty Biological and Environmental Sciences Tekijä - Författare - Author Ida-Maria Määttä Laitos - Institution - Department The Department of Environmental Sciences Työn nimi - Arbetets titel Jatkuvatoimisten vedenlaatumittareiden käyttö kuormituksen arvioinnissa Vesijärvellä Title The use of continuous water quality monitoring devices to estimate nutrient loads into Lake Vesijärvi Oppiaine - Läroämne - Subject Limnology Työn laji/ Ohjaaja - Arbetets art/handledare - Level/Instructor Master s Thesis / Tiina Tulonen Tiivistelmä - Referat - Abstract Aika - Datum - Month and year April 2016 Sivumäärä - Sidoantal - Number of pages 52 Agricultural nutrient loading is affected by changing hydrological conditions. Sampling frequency and timing have great importance when assessing nutrient loading. Rapid variations in water quality often remain undetected. In that case, nutrient load calculations using sampling data can give a false impression of the overall nutrient load. Continuous automatic monitoring devices detect even the rapid variations in water quality. Therefore it is possible to get more accurate understanding of the nutrient loading into waters. The objective of this thesis is to find out if the continuous automatic measuring devices for water quality and quantity could give a reliable assessment of nutrient loading and its changing. Data used in this thesis was from continuous monitoring devices from three rivers that flow into Lake Vesijärvi and also data from laboratory analysis. Assessed nutrient loads were also compared with other methods that estimate nutrient loading. Measuring stations collected data once an hour for turbidity, electrical conductivity, water temperature and for water level. In addition monitoring samples were taken from the research target, which were analyzed in a laboratory for following variables: temperature, turbidity, conductivity, total nitrogen and total phosphorus and solids. Measured data by continuous measuring devices were calibrated by water samples that were analyzed in laboratory. Phosphorus concentrations values derived from turbidity, as well as the flow rate of the nearest measuring point data was used to assess the annual nutrient loads. The equivalence of the measurement data and water samples that were analyzed in the laboratory was tested using statistical methods. In this research it was discovered that the results measured by automatic sensors corresponded fairly well with the results defined in the laboratory. A considerable positive correlation was discovered, between turbidity and total phosphorus. There was clear variation when different methods used estimating annual nutrient loads were compared. Continuous automatic measuring devices are well suited for monitoring future nutrient loading from agriculture. In the future, climate change may greatly affect the formation of the nutrient load. Rehabilitation measures are properly targeted when using more accurate monitoring. Avainsanat - Nyckelord Hajakuormitus, jatkuvatoiminen vedenlaadun seuranta, valuma-alue, virtavesi, Vesijärvi Keywords Nutrient loading, continuous water quality monitoring, catchment area, stream water, Vesijärvi Säilytyspaikka - Förvaringsställe - Where deposited Muita tietoja - Övriga uppgifter - Additional information

Sisällysluettelo 1 JOHDANTO... 1 1.1 Kuormitus järvissä... 1 1.2 Valuma-alueen vaikutus vesistöjen kuormitukseen... 2 1.3 Sääolosuhteiden vaikutus veden laatuun... 3 1.4 Jatkuvatoimiset vedenlaatumittarit... 4 1.4.1 Mittalaitteiden soveltuvuus kuormituksen arviointi... 6 1.5 Tutkimuksen lähtökohta ja tavoitteet... 6 2 AINEISTO JA MENETELMÄT... 7 2.1 Alueen kuvaus... 7 2.2 Mittalaitteet ja niiden sijoitus... 9 2.3 Vesinäytteet ja laitteiden kalibrointi... 12 2.4 Virtaamat... 13 2.5 Aineiston käsittely... 14 3. TULOKSET... 15 3.1 Virtaamat ja sadanta... 15 3.2 Sameus... 20 3.3 Johtokyky... 24 3.4 Fosforipitoisuuden arviointi sameuden avulla... 26 3.5 Vedenlaatu... 31 3.6 Kuormituksen arviointi... 32 4. TULOSTEN TARKASTELU... 36 5. JOHTOPÄÄTÖKSET... 42 6. LÄHTEET... 44

1 Johdanto 1.1 Kuormitus järvissä Ulkoinen ravinnekuormitus ja sedimenttiin kerrostuneet ravinteet ovat tällä hetkellä huolenaiheena monissa Euroopan järvissä (Johnes & Heathwaite 1997). Ihmistoiminnan aiheuttama rehevöityminen on nopeampaa kuin luonnollisen rehevöitymisen aikaansaamat muutokset (Smith 2003) ja rehevöityminen uhkaa EU:n vesipuitedirektiivin tavoitteita. Rehevöityminen johtuu lisääntyneestä ravinteiden, pääasiassa fosforin ja typen, kuormituksesta. Rehevöitymisessä vesistön perustuotanto kasvaa, jonka seurauksena levät ja kasvit lisääntyvät. Orgaanisen aineksen hajottamisen yhteydessä kuluu happea, josta voi seurata happikatoja ja kalakuolemia (Verhoeven ym. 2006, Smith 2003). Rehevöityminen muuttaa vesistön kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia, jotka voivat muuttaa lajistoa (Verhoeven ym. 2006). Rehevöitymiseen vaikuttavat tekijät sekä rehevöityminen ilmiönä tulee ymmärtää, jotta vesistöjen kunnostaminen olisi mahdollista (Smith 2003). Fosfori on sisävesissä useimmiten minimitekijä, joka rajoittaa levien ja kasvien kasvua. Fosforia tulee järveen ulkoisen ja sisäisen kuormituksen kautta (Bechmann ym. 2005,Young ym. 1996). Luonnossa fosforia rapautuu fosforipitoisesta kivilajeista ja kulkeutuu vesistöön. Maatalousvaltaisilta valuma-alueilta valunnan mukana huuhtoutuva fosfori on pääosin kiintoainekseen sitoutunutta fosforia (Koppelmäki 2013). Typen ja fosforin kulkeutuminen vesistöön eroaa toisistaan. Typen kaasumaista muotoa (N2) veteen liuenneena voivat hyödyntää vain harvat eliöt esim. syanobakteerit. Kasvit joutuvat käyttämään hyväkseen typen epäorgaanista muotoja (Smith 2003). Valuma-alueilta pinta- ja salaojavaluntana kulkeutuva typpi on kasveille käyttökelpoista, vesistöjä rehevöittävää typpeä (NO3) (Koppelmäki 2013).

2 Vesistössä typpi vapautuu hapellisissa oloissa ilmakehään denitrifikaatiossa (Smith 2003). Rehevöityneitä vesistöjä on vaikea ennallistaa niin, että saavutettaisiin EU:n vesipolitiikan puitedirektiivin mukainen hyvä tila. Tärkeintä olisi rajoittaa järvien minimitekijää, fosforia, jota huuhtoutuu valuma-alueelta haja- ja pistekuormituksena vesistöihin (Bechmann ym. 2005). Pistekuormituslähteistä fosforin vähentäminen on helpompaa tehokkaan vedenpuhdistuksen avulla (Ekholm ym. 2000). Hajakuormituksesta, kuten maataloudesta fosforikuormituksen vähentäminen on hankalampaa. 1.2 Valuma-alueen vaikutus vesistöjen kuormitukseen Valuma-alueella tarkoitetaan aluetta, jolta vedet kerääntyvät samaan jokeen (Koppelmäki 2013). Valuma-alueen maankäyttömuodot määräävät sen, minkälaista valumaa vesistöön saapuu (Tong & Chen 2002). Valuma-alueella valunnan määrään vaikuttavat mm. valuma-alueen koko, maankäyttö sekä lämpötila- ja sademäärät (Smith 2003). Tämän vuoksi jokaisen tutkittavan vesistön kohdalla tulee tehdä tarkka selvitys valuma-alueen ominaisuuksista, jotta kunnostustoimenpiteet keskitettäisiin oikeaan kohteeseen. Valuma-alueen maankäytön hallinnalla ja pitkän aikavälin suunnitelmilla voidaan vaikuttaa ravinteiden huuhtoutumiseen ja sitä kautta hidastaa rehevöitymiskehitystä (Young ym. 1996). Vesistöihin saapuu kuormitusta pääosin kolmella eri tapaa eli pistekuormituksena esimerkiksi teollisuudesta, hajakuormituksena muun muassa maataloudesta ja ilmalaskeumana (Edwards & Withers 2008). Maatalouden on jo kauan tiedetty olevan hyvin merkittävä vesistöjen hajakuormituksen lähde (Ekholm ym. 2000, Johnes 1996) ja se myös toiseksi merkittävin maankäyttömuoto Suomessa (Launiainen ym. 2014). Iso-Britanniassa tehdyssä tutkimuksessa (White & Hammond 2007) havaittiin, että maatalouden typpikuormitus on 70 % ja fosforikuormitus 28 % vesistöihin tulevasta kokonaiskuormituksesta. Launiainen ym. (2014) mukaan

3 Suomessa maatalouden vesistökuormituksen lukemat ovat jopa 56 % typpikuormituksesta ja 69 % fosforikuormituksesta. Myös Lenat and Crawford (1994) selvittivät tutkimuksessaan valuma-alueen maankäyttömuodon vaikutusta ravinnevuohon ja havaitsivat maatalouden olevan suurin kuormittaja. Maatalouden kuormittavuus johtuu koko pellon viljelyalalle kohdistetuista voimaperäisistä toimenpiteistä, kuten maanmuokkauksesta ja lannoituksesta, jotka voimistavat sadannan aiheuttamaa eroosiota. (Launiainen ym. 2014). Suomessa maatalous ja sen vuoksi myös vesistöjen rehevöitymisongelma painottuu maan eteläosiin (Ekholm ym. 2000). Kun halutaan löytää keinoja maatalouden aiheuttaman hajakuormituksen hallintaan, tulee tietää, kuinka paljon ravinteita maatalousmailta kulkeutuu. Tämä selviää vesistöjä ja niiden valuma-alueita tutkimalla ja arvioimalla kuormitusta (Valkama ym. 2007, Johnes & Heathwaite 1997, Johnes 1996). Hankalaksi kuormituksen arvioinen ja tutkimuksen tekee se, että jokainen vesistö ja valuma-alue on erilainen. Toisaalta nykyiset mallit sisältävät paljon paikkakohtaisia muuttujia. 1.3 Sääolosuhteiden vaikutus veden laatuun Useat veden laatuun vaikuttavat tekijät löytyvät muualta kuin vesistöstä. Vesistöön tulee vettä sadannan, pohjaveden, jokien sekä pintavalunnan kautta ja nämä vaikuttavat ravinteiden kulkeutumiseen (Hewlett & Hibbert 1967). Pääasiassa virtaamiin vaikuttavat pitkällä aikavälillä vain sääolosuhteet (Hyvärinen ja Vehviläinen 1980). Tutkimuksessaan Arvola ym. (2002) osoittivat kahdella Etelä- Suomalaisella boreaalisella joella, että lämpötila ja sademäärä vaikuttivat merkittävimmin virtaavien vesien veden laatuun. Sääolosuhteet vaikuttavat valuntaan, joka on yksi tärkeitä vedenlaatuun vaikuttavista tekijöistä (Kleinman ym. 2006). Sademäärän ja sen intensiteetin kasvu lisää valuntaa vesistöihin, jolloin myös valuma-alueelta huuhtoutumana kulkeutuvan maa-aineksen ja sen sisältämien ravinteiden määrä vesistöissä lisääntyy. Korkean ravinnepitoisuuden omaavia, korkealle pintavalunnalle alttiita alueita

4 ovat muun muassa maatalousmaat (Kleinman ym. 2006). Kovimmat sateet ja suurimmat valumat ajoittuvat yleensä alkukevääseen, syksyyn ja alkutalveen (Koppelmäki 2013, Granlund ym. 2005). Ilmastonmuutoksen myötä on odotettavissa enemmän sateita myös kesällä ja talvella. Talvella sateet ajoittuvat pidemmälle jaksolle, kun taas kesäisin on odotettavissa entistä enemmän rankkasateita (Aaltonen ym. 2008). Sademäärien kasvu ja leudommat talvet tulevat kasvattamaan talviaikaista kuormitusta (Valkama ym. 2007). Lumien sulamisesta johtuva kevättulva on ollut perinteisesti merkittävin kuormituspiikki. Jos talvet pysyvät leutoina, mutta sademäärät eivät kasva merkittävästi, kevättulvan vaikutus vähenee. Tällöin kuormitus ajoittuisi syksyyn ja alkutalveen. 1.4 Jatkuvatoimiset vedenlaatumittarit Veden laadun seuranta vaatii oikeassa paikassa ja oikeana aikana tapahtuvaa tarkkaa seurantaa veden fysikaalis-kemiallisista ominaisuuksista (Zhu ym. 2010). Fysikaalis-kemiallisia veden laadun mittareita ovat lämpötila, sameus, väri, sähkönjohtavuus, kiintoaine, ph, liuennut happi, kemiallinen ja biokemiallinen hapenkulutus, ravinteet (N ja P), myrkyt ja veden muuttunut ulkonäkö tai haju (Dube ym. 2015). Sähkönjohtavuus kertoo veteen liuenneiden suolojen määrästä, johon vaikuttavat etenkin vedessä olevat karbonaatit, sulfaatit ja kloridit (Arola 2012). Sähkönjohtavuuden avulla voidaan tarkastella veden likaantumista. Tavallisesti vedenlaadun seurantaa toteutetaan näytteenoton ja laboratorioanalyysien avulla. Useimmiten kentällä tehdyt näytteenotot vaativat liikaa resursseja ja siltikään nopeita hydrologisia muutoksia ei aina huomata (Glasgow 2004). Esimerkiksi Uudellamaalla, Lepsämäenjoella tehdyssä tutkimuksessa on havaittu hajakuormituksen aiheuttavan nopeita kuormituspiikkejä (Koppelmäki 2013). Kuormituspiikit ovat nopeita, sillä kuormitus muodostuu monen tekijän yhteisvaikutuksesta ja varsinkin sääolot vaikuttavat ravinteiden huuhtoutumiseen ja

5 uomien virtaamanvaihteluihin (Tattari 2015). Virtaamanvaihtelut ovat luontaisestikin suuria järvettömissä puro- ja jokivesistöissä, mutta valuma-alueen toimenpiteet kuten soiden kuivattaminen, ojitukset ja päällystetyn pinnan määrä lisäävät äärevyyttä entisestään. Vedenlaadun seurannan parantamiseksi ja kuormituspiikkien havaitsemiseksi onkin kehitetty automaattisia mittausasemia (Al-Fahdawi ym. 2015). Automaattinen vedenlaadun seuranta on reaaliaikaisesti tapahtuvaa seurantaa (Arola 2012). Automaattisen vedenlaadun seurannan avulla on mahdollista reagoida hälyttäviin vedenlaadun muutoksiin nopeasti (Adamo ym. 2015, Dong ym. 2015). Tarkimman tuloksen saamiseksi tulee yhdistää automaattisen mittaaminen ja tavallinen näytteenotto, jonka tulosten avulla automaattiset mittarit kalibroidaan (Dube ym. 2015). Paikalliskalibrointi on tehtävä, sillä anturin ominaisuuksien lisäksi mittaustuloksiin vaikuttavat monet seikat, kuten esimerkiksi vedessä olevien partikkeleiden koko, muoto ja tummuus (Sutherland ym. 2000, Downing 2006). Veden laadun arviointi automaattisilla menetelmillä parantaa myös tilastoja mallinnusohjelmilla arvioitavien veden laadun trendien paikkansapitävyyttä (Glasgow ym. 2004). Automaattiset mittausasemat otettiin käyttöön ensimmäisen kerran 1950-luvulla USA:ssa ja Saksan liittotasavallassa, jonka jälkeen ne tulivat käyttöön myös muualla Euroopassa (Arola 2012, Glasgow 2004). Suomessa ensimmäinen mittausasema otettiin käyttöön 1974 ja se mittasi veden lämpötilaa, happea, sameutta, ph:ta sekä sähkönjohtavuutta. Vuosikymmenien aikana mittausasemien suurimmat ongelmat ovat liittyneet mittausdatan laatuun ja luotettavuuteen. Tietotekniikan kehittymisen, laitteiden puhdistamisen ja oikeanlaisen kalibroinnin avulla näitä ongelmia on kuitenkin saatu pienennettyä. Sensorien tuottama tieto ei kuitenkaan yleensä vastaa laboratorioanalyysien tarkkuutta (Arola 2012). Vesientutkimuksessa ja vedenlaadunseurannassa automatiikka on tulevaisuuden trendi (Zhu ym. 2010). Mittaus automaattisilla mittareilla minimoi inhimillisiä virheitä ja saa aikaiseksi enemmän dataa. Automaattisilla mittareilla on helppoa valvoa syrjäseutujen hydrologista tilaa. Tietotekniikan ja langattoman viestinnän kehityksen takia, mittarit voivat lähettää tietoja erilaisiin ohjelmiin yhteensopivana

6 datana (Glasgow 2004). Nykyään Suomessa veden laatua seurataan jatkuvatoimisesti usean eri tutkimusorganisaation toimesta esim. Suomen ympäristökeskus (Arola 2012). 1.4.1 Mittalaitteiden soveltuvuus kuormituksen arviointi Jatkuvatoimisen mittauksen tavoitteena on luotettavasti tarkastella veden laatua ja antaa perusteet tarkemmalle kuormituksen laskennalle. Varsinkin Lepsämäenjoella (Valkama ym. 2007) on pystytty tarkentamaan joen kuljettamaa ravinne- ja kiintoainekuormaa jatkuvatoimisten mittalaitteiden avulla. Ravinne- ja kiintoainekuorman laskemiseen käytetään sameusarvoa. Näytteenotossa saatu sameuslukema ei ole pitoisuusarvo ja sen vuoksi se on käyttökelpoinen sijaismuuttuja eräille ainepitoisuuksille. Sameusarvo perustuu vedessä olevien hiukkasten eli kiintoaineen aiheuttamaan valonsirontaan (Arola 2012). Sameutta voidaan sen vuoksi käyttää sijaismuuttujana kiintoaineelle ja savisilla alueilla kiintoaineeseen sitoutuneelle fosforille. Sameusarvoa käytetään, koska jatkuvatoimisilla mittareilla ei vielä voida mitata liukoista fosforia, kokonaisfosforia tai kiintoainetta (Väisänen & Puustinen 2010). Jotta kiintoaine ja kokonaisfosforipitoisuuksien johtaminen anturin sameustuloksista onnistuisi, tulee ottaa vesinäytteitä, joita käytetään sameusarvojen kalibrointiin sekä kiintoaine- ja fosforipitoisuuksien riippuvuuksien osoittamiseen sameudesta (Valkama 2015). 1.5 Tutkimuksen lähtökohta ja tavoitteet Tässä työssä selvitetään automaattisten mittalaitteiden avulla valuma-alueen kuormitusta Lahden Vesijärvellä. Vesijärviohjelman puitteissa tehdyissä tutkimuksissa Järveläinen ym. (2015) havaitsivat valuma-alueeltaan maatalousvaltaisten uomien tuovan eniten fosfori- ja typpikuormitusta Vesijärveen. Suurimpiin

7 fosfori- ja typpikuormittajiin kuuluvat Haritunjoki, Myllyoja sekä Purailanviepä, joita tässä pro gradu-työssä tutkitaan. Pro gradu-työssä pyritään selvittämään ulkoista kuormitusta ja sen vaihtelua kolmessa eri uomassa. Työssä käytetään automaattisten mittalaitteiden keräämiä vedenlaatu- ja vedenkorkeustietoja vuosilta 2013-2015 (osittain 2011-2015). Kuormituksen laskemiseksi selvitetään miten uomien virtaamat saadaan arvioitua mahdollisimman luotettavasti. Lisäksi halutaan selvittää, voidaanko automaattisten mittareiden sameustietoja käyttää fosforikuormituksen laskemiseen, koska veden kiintoaine- ja kokonaisfosforipitoisuutta ei toistaiseksi pystytä suoraan mittaamaan jatkuvatoimisilla vedenlaatumittareilla. 2 Aineisto ja menetelmät 2.1 Alueen kuvaus Vesijärvi (25 37 24 E, 61 0 30 N) on Suomen eteläosissa sijaitseva dimiktinen järvi, jonka pinta-ala on 110km 2 (Anttila ym. 2013). Vesijärvi sijaitsee Salpausselkien välissä (Liukkonen ym. 1997) ja se kuuluu Kymijoen-Suomenlahden vesienhoitoalueseen. Vesijärven valuma-alue on pieni suhteessa järven tilavuuteen, minkä vuoksi Vesijärven viipymä on lähes 6 vuotta (Anttila ym. 2013). Vesijärvi on jaettu kahteen pintavesimuodostumaan eli Vesijärvi 1- ja 2-vesimuodostumaan. Molemmat vesimuodostumat kuuluvat pintavesityypiltään suuriin vähähumuksisiin järviin (SVh) ja laajan ekologisen aineiston perusteella tehdyn ekologisen luokittelun mukaan niiden tila on tyydyttävä (Järveläinen ym. 2015). Vesijärvi on hyvin tutkittu järvi sen voimakkaan rehevöitymiskehityksen takia (Nykänen ym. 2010). 1900-luvun aikana Lahden kaupungin teollisuus- ja jätevedet laskettiin puhdistamattomina Vesijärveen, jonka seurauksena Vesijärven ravinnepitoisuudet lisääntyivät ja Vesijärvi alkoi rehevöityä nopeasti (Keto & Tallberg 2000). Seurauksena oli muun muassa laajoja sinileväkukintoja. Jätevesien laskeminen Vesijärveen lopetettiin täysin 1976, kun Lahteen kaupunkiin perustettiin

8 jätevedenpuhdistamo ja puhdistetut jätevedet johdettiin Porvoonjoen vesistön puolelle. Jätevedenpuhdistamon perustaminen ei kuitenkaan voinut peruuttaa Vesijärven rehevöitymistä (Anttila ym. 2013) ja liiallisesta ravinnekuormasta johtuvaa sisäistä kuormitusta (Liukkonen ym. 1997). Purailanviepän valuma-alue (Kuva 1) sijaitsee Hollolan Kutajoella ja Purailanviepän uoma laskee Vesijärven Komonselkään. Purailanviepän valuma-alueen pinta-ala on noin 6,81 km 2, josta kolme allasta käsittävä laskeutusallasjärjestelmä vie noin 0,11%. Altaat sijaitsevat uoman alajuoksulla. Purailanviepän valumaalue on Vesijärveen laskevien uomien kolmanneksi pienin ja Purailanviepä on Vesijärveen laskevista uomista noin kahdenneksitoista suurin. Valuma-alueesta 43 % on peltoa ja loput metsää. Alueella on myös jonkin verran asutusta. Purailanviepän ominaiskuormitus fosforin suhteen on Vesijärveen laskevien uomien korkeimpia (Järveläinen ym. 2015). Myllyojan valuma-alue sijaitsee Hollolan Paimelassa ja se laskee Vesijärven Paimelanlahteen. Myllyojan valuma-alue on Vesijärveen laskevien uomien kolmanneksi suurin ja valuma-alueen koko on 32,26 km 2. Valuma-alueesta on maataloutta 41 %, metsätaloutta 52 % ja erillispientalojen alueita 3 %. Asutuksesta suurin osa on korkeatasoisia vakituisia asuntoja. Myllyoja on yksi Vesijärveä kuormittavimmista uomista (Järveläinen ym. 2015). Haritunjoen valuma-alue sijaitsee Hollolassa, Kalliolan alueella. Haritunjoki on pintavesityypiltään pieni kangasmaiden joki ja se on myös Vesijärven suurin laskujoki. Haritunjoki laskee Vesijärven matalaan Vähäselkään. Haritunjoki on 10,36 km pitkä ja sen valuma-alue on 57,51 km 2. Valuma-alueesta 66 % on metsätaloutta, 28 % peltoa ja 3 % erillispientaloja. Haritunjoen valuma-alueella suurin osa asutuksesta on vakituista. Järveläisen ym. (2015) mukaan Haritunjoki on Vesijärveä eniten kuormittava ja fosforin ja typen osalta huonoon pintavesiluokkaan kuuluva uoma. Tiedot valuma-alueiden koosta saatiin SYKE:n VALUE-valuma-alueen rajaustyökalun avulla. VALUE-rajaustyökalun Corine-maanpeiteaineiston avulla arvioitiin

9 myös valuma-alueen maankäyttömuotojen jakautumista. Tarkemmat tiedot valuma-alueen maankäyttömuodoista saatiin Ympäristötiedon hallintajärjestelmä Hertta:sta, puhdasvesijarvi.fi sivustolta sekä Järveläisen ym. (2015) ojakuormitusraportista. Kuva 1. Tutkitut uomat (nuolilla merkityt Myllyoja, Haritunjoki ja Purailanviepä) ja niiden valuma-alueet (Järveläinen ym. 2015). 2.2 Mittalaitteet ja niiden sijoitus Lahden Vesijärvellä jatkuvatoimiset vedenlaadun seurantalaitteet (Luode Consulting Oy) ovat olleet käytössä avovesikaudella (Taulukko 1) vuodesta 2011 Myllyojalla sekä Purailanviepän rakennetun laskeutusallasjärjestelmän ylä- ja alapuolella. Vuodesta 2013 lähtien mittausasema on ollut myös Haritunjoella. Asemat mittasivat kerran tunnissa sameuden, sähkönjohtavuuden, veden lämpötilan ja vedenpinnan korkeuden. Havaintojaksot eli seuranta-ajat vaihtelivat vuosittain ja uomittain, mikä saattoi lisätä aineistosta tehtyjen laskelmien epävarmuutta.

10 Käytössä olivat Luode Consulting Oy:n anturit ovat S::can-spektrometriantureita, jotka mittaavat valon vaimenemista. Anturit on suunniteltu usean eri muuttujan samanaikaiseen mittaamiseen. S::can-spektrometrianturin laitteisto (Kuvat 2-4) koostui rannan mittausasemasta sekä veteen laiturin tai puusta rakennetun telineen varassa asennetusta anturista. S::can-spektrometri soveltuu laitevalmistajan mukaan erityisen hyvin maatalousvaltaisen valuma-alueen omaavan uoman kuormitusmittauksiin. Mittauslaitteistot lähettivät mittaustulokset Luode Consulting Oy:n palvelimelle, jonka jälkeen ne olivat nähtävissä Luode Oy:n sivuilla, josta tulokset voitiin ladata Excel-yhteensopivassa muodossa omalle koneelle. Mittausasemat mittaavat vain avovesiaikaan, mutta mittauslaitteista saadussa aineistossa oli joitakin katkoksia myös muuna aikana. Tulosten puuttuminen tietyiltä päiviltä johtuu laitteiston toimimattomuudesta tai mitattujen arvojen poistamisesta epäluotettavuuden vuoksi. Epäluotettavuutta aiheuttaa esimerkiksi laitteiston likaantuminen. Purailanviepän kohdalla käsitellään vain laskeutusallasjärjestelmän yläpuolella sijaitsevan anturin mittaamia tuloksia. Haritunjoella koko mittauslaitteiston sijainti vaihdettiin syyskuun 2015 alussa. Taulukko 1. Mittalaitteiden mittausajat avovesikausilla 2011-2015 Vuosi Myllyoja Purailanviepä Purailanviepä ala ylä Haritunjoki 2011 27.5-31.12 27.5-16.12 27.5-16.12 2012 17.4-28.11 17.4-28.11 17.4-28.11 2013 30.4-16.12 29.4-10.12 29.4-10.12 14.5-16.12 2014 30.4-7.11 9.4-6.11 9.4-6.11 29.4-7.11 2015 7.4-7.12 2.4-6.12 2.4-6.12 7.4-29.12

11 Kuva 2. Haritunjoen mittauslaitteisto. Kuva 3. Purailanviepän laskeutusallasjärjestelmän yläpuolinen mittauslaitteisto.

12 Kuva 4. Myllyojan mittauslaitteiston sijoituspaikka. 2.3 Vesinäytteet ja laitteiden kalibrointi Anturidatan laadunvalvontaan kuuluu käyttöönottoon ja paikanvalintaan liittyvät toimet, laitteiden puhtaanapito ja huolto sekä anturien antamien tuloksien kalibrointi sekä anturituloksien laadunvarmennus (Kotamäki ym. 2009). Laitteiden käyttöönoton jälkeen kalibrointia on tehty vuosittain jotta anturien antamat tulokset voitaisiin todeta luotettaviksi. Kalibroinnin lisäksi on tehty seurantanäytteenottoa, joista on analysoitu myös vertailuaineistoa seuraavista muuttujista: kokonaistyppi ja kokonaisfosfori sekä kiintoaine. Samalla joesta on mitattu pinnankorkeus sekä virtausnopeus.

13 Vesinäytteenotossa näytteet kerättiin manuaalisesti mahdollisimman läheltä mittauslaitteistoja noin 0,2 metrin syvyydestä. Vesinäytteet otettiin 1 litran muovipulloihin ja ne pidettiin kuljetuksen aikana styroksisessa laukussa. Vesinäytteet pyrittiin ottamaan mahdollisimman erilaisten valuntaolosuhteiden vallitessa ja eri vuodenaikoina. Kohteista otettiin seurantanäytteitä vuosittain vähintään 2 kpl. Jatkuvatoimisten mittauslaitteiden antaman datan kanssa samalle ajalle sijoittuneita vesinäytteenottoja tehtiin vuosina 2011-2015 1-8 kpl/vuosi (Taulukko 2). Seurantanäytteiden määrää voidaan pitää melko pienenä, mikä lisää aineistosta tehtyjen laskelmien epävarmuutta. Kalibrointiaineiston sekä seurantanäytteiden laboratorioanalyyseistä vastasi Lahden Ramboll Analytics. Mittauslaitteiden kalibroinnista, anturituloksien laadunvarmennuksesta ja mittauslaitteiden huollosta vastasi Lahden ympäristöpalvelut. Taulukko 2. Vesinäytteenottokerrat (kpl), sijoittuen mittauslaitteistojen mittausajoille Vuosi Myllyoja Purailanviepä ala Purailanviepä ylä Haritunjoki 2011 4 4 3 2012 5 6 4 2013 2 3 2 2 2014 1 1 1 1 2015 8 3 6 8 2.4 Virtaamat Uomien virtausnopeuden mittaamiseen käytettiin Schiltknecht Mini Air-siivikkoa. Siivikko ilmaisee veden pistenopeuden siivikon siiven pyörimisnopeutena, kun siivikon siipi upotetaan veteen. Tässä työssä määritin uomien poikkileikkauset, jonka jälkeen valittiin mittauspystysuoria poikkileikkauksen varrelta, joilta mitattiin virtausnopeutta (m/s). Mittaus toteutettiin uomassa tai uoman rannalla seisten ja kukin mittaus kesti noin 50 sekuntia, jotta voitiin varmistaa luotettava lukema. Uomilla mitattiin vuonna 2015 virtausnopeuksia ja vedenkorkeudet Haritunjoella ja Myllyojalla kuusi kertaa ja Purailanviepällä viisi kertaa.

14 Virtausmittausten jälkeen jokien virtaamat laskettiin Excel-ohjelmalla käyttäen pinnankorkeustietoa, keskivirtaamaa ja uoman poikkileikkauksen pinta-alaa. Tämän jälkeen piirrettiin uomakohtainen purkautumiskäyrä eli virtaaman ja havainnoitujen vedenkorkeustietojen välinen korrelaatio. Purkautumiskäyrää voidaan käyttää virtaamien laskemiseen mitta-anturien antamista vedenkorkeustuloksista. Kuitenkin havaittiin, että Myllyojan ja Haritunjoen mittauslaitteistot sijaitsevat kohdassa, jossa Vesijärven pinnankorkeus vaikuttaa uoman pinnankorkeuteen, eikä purkautumiskäyrää voitu käyttää. Haritunjoen asema siirrettiin syksyllä 2015, jonka jälkeen Vesijärven pinnankorkeus ei enää vaikuttanut anturin mittaamiin pinnankorkeustietoihin. Pinnankorkeustietoja oli kuitenkin Haritunjoen uudelta aseman sijaintipaikalta liian vähän purkautumiskäyrän käyttämiseen. Toisena menetelmänä verrattiin manuaalisesti mitattuja virtaamia seuraavaksi lähimpänä olleen virtaamamittausaseman eli Mustajoen (Hämeenkoski) lukemiin (SYKE). Vertailusta saatiin regressioyhtälö, jonka avulla voitiin laskea kohdejokien päivittäiset virtaamat. Tämä menetelmä oli luotettavampi myös Purailanviepän kohdalla, vaikka sen laskeutusaltaiden yläpuolella olevan anturin pinnankorkeustietoihin Vesijärven pinnankorkeus ei vaikutakaan. 2.5 Aineiston käsittely Työssä käytetty sadantatieto saatiin Lahden Launeen säähavaintoasemalta, jota ylläpitää Ilmatieteenlaitos. Sadantatiedot päivittyivät ess.fi/saa sivustolle, josta ne koottiin Excel-taulukkoon. Sadantatiedoista tehtiin vuosittaista vaihtelua kuvaava kuvaaja. Anturituloksia ja seurantanäytteiden tuloksia käsiteltiin Excel-ohjelman avulla. Anturituloksista tehtiin kuvaajat, jotka kuvasivat eri muuttujien ajallista vaihtelua. Anturien ja seurantanäytteiden tuloksia verrattiin keskenään tekemällä korrelaatiokertoimet ja regressioanalyysit. Korrelaatiokerrointa käytetään kahden muuttujan välisen lineaarisen yhteyden kuvaamiseen. Korrelaation ollessa voimakasta, voidaan toisen muuttujan arvoista päätellä toisen muuttujan arvot melko täsmällisesti. Myös regressioanalyysissä tarkastellaan muuttujien välistä riippuvuutta.

15 Regressioanalyysiä käytettäessä on erotettava selittävä ja selitettävä tekijä, joista selitettävän tekijän arvojen tulee noudattaa normaalijakaumaa. Päivittäisten virtaamien sekä sameudesta johdettujen fosforipitoisuuksien avulla laskettiin Excel-ohjelmassa uomien päivittäinen kokonaisfosforikuormitus kg/d. Vuosikuormitus arvioitiin Mustajoen virtaamatietoja ja avovesikauden kokonaisfosforikuormitustietoja käyttäen kaavalla: (Mustajoen vuosivirtaama/mustajoen virtaama havaintopaikan mittausjaksolla)*havaintopaikan kuormitus mittausjaksolla. Uomille laskettiin myös fosforin ominaiskuormitusluvut (kg P/km 2 /a). Ominaiskuormituslukuja verrattiin myös SYKE:n VEMALA-arvoihin. Laskettuja kokonaisfosforikuormituksia verrattiin vuotuisiin Järveläisen ym. (2015) ojakuormitusraportin fosforikuormituksiin. Raportin kokonaisfosforikuormitukset oli laskettu kohdeuomille käyttäen uomista mitattuja keskimääräisiä fosforipitoisuuksia sekä alueen vuotuista sadantakeskiarvoa vastaavaa laskennallista valuntaa. 3. Tulokset 3.1 Virtaamat ja sadanta Kun haluttiin tarkastella Mustajoen virtaamamittauspisteen virtaamien ja tutkittujen uomien manuaalisesti mitattujen virtaamien välistä positiivista korrelaatiota ja niiden tilastollista merkitsevyyttä, korrelaatioille laskettiin 1-suuntaisella testillä p- arvot käyttäen otoskokoa sekä otoksesta laskettua korrelaatiokerrointa (Taulukko 3). Korrelaatiokertoimen arvot vaihtelevat välillä [-1,1] ja lineaarinen riippuvuus on voimakasta, kun korrelaatiokerroin, eli r-arvo on >0,7. Positiiviset korrelaatiot on esitetty kuvissa 5-7. Haritunjoen korrelaatio r=0,577, Myllyojan r=0,699 ja Purailanviepän r=0,518 (Kuvat 5-7). P-arvo kuvaa tilastollista merkitsevyyttä ja kun p-arvo on pienempi kuin 0,05, kyseessä on tilastollisesti merkitsevä tulos. Virtaamien välillä huomattiin tilastollista merkitsevyyttä vain Myllyojalla, mutta myös Ha-

Haritunjoen virtaama m 3 /s 16 ritunjoella sekä Purailanviepällä tuloksia voidaan pitää suuntaa antavina. Epävarmuus virtaamia laskettaessa tulee kuitenkin huomioida. Parempiin tuloksiin voitaisiin päästä suuremmalla otoskoolla. Taulukko 3. Mustajoen virtaaman (m 3 /s) ja tutkittujen uomien virtaamien (m 3 /s) väliset korrelaatiot (r-arvot) sekä tilastollinen merkitsevyys (p-arvot). Haritunjoki Myllyoja Purailanviepä r-arvo 0,577 0,699 0,518 p-arvo 0,115 0,040 0,146 0,400 0,350 0,300 y = 0,4054x + 0,0634 R² = 0,5766 0,250 0,200 0,150 0,100 0,050 0,000 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Myllyojan virtaama m 3 /s Kuva 5. Mustajoen virtaaman m 3 /s ja Haritunjoen virtaaman m 3 /s välinen korrelaatio.

Purailanviepän virtaama m 3 /s Myllyojan virtaama m 3 /s 17 0,25 0,2 0,15 y = 0,1939x + 0,0374 R² = 0,6994 0,1 0,05 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Mustajoen virtaama m 3 /s Kuva 6. Mustajoen virtaaman m 3 /s ja Myllyojan virtaaman m 3 /s välinen korrelaatio. 0,180 0,160 0,140 0,120 0,100 y = 0,2106x - 0,0211 R² = 0,518 0,080 0,060 0,040 0,020 0,000 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Mustajoen virtaama m 3 /s Kuva 7. Mustajoen virtaaman m 3 /s ja Purailanviepän virtaaman m 3 /s välinen korrelaatio. Vuosi 2013 oli selvästi normaalia sateisempi ja lämpimämpi. Sateisimmat kuukaudet olivat kesäkuu, elokuu, lokakuu sekä marraskuu (Kuva 8). Vuonna 2013 mitattiin suurimmat virtaamat 19.4 ja 15.8. Syksyn sateiden aiheuttama virtaaman nousu on myös selkeästi havaittavissa (Kuva 9). Päivän 15.8 virtaamahuippu seuraa vuoden 2013 sadantahuippua (14.8).

Virtaama m 3 /s Sadanta (mm) 18 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. 1.8. 1.9. 1.10. 1.11. 1.12. Kuva 8. Sadannan (mm) ajallinen vaihtelu Lahdessa 2013. 2,5 2 1,5 1 0,5 0 1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 1:7 1:8 1:9 1:10 1:11 1:12 Myllyoja Haritunjoki Purailanviepä Anturien mittausjakso Kuva 9. Virtaamien (m 3 /s) ajallinen vaihtelu ja jatkuvatoimisen mittarin mittausjakso 2013. Vuosi 2014 oli tavallista lämpimämpi ja sateiltaan keskimääräinen. Sateisemmat kuukaudet olivat touko-, kesä-, elo- ja joulukuu (Kuva 10). Vuonna 2014 selkeä virtaamahuippu oli alkuvuodesta 9.1, kun automaattiset mittausasemat eivät olleet vielä toiminnassa. Loppuvuodesta virtaamahuiput pysyvät melko matalalla tasolla (Kuva 11), mutta 14.5 ja 14.6 havaittiin hieman korkeammat virtaamat. Suurimmat sameusarvot mitattiin Haritunjoella ja Myllyojalla 14.5 ja myös sadanta oli vuoden keskiarvoa suurempaa 13.5.

Virtaama m 3 /s Sadanta (mm) 19 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. 1.8. 1.9. 1.10. 1.11. 1.12. Kuva 10. Sadannan (mm) ajallinen vaihtelu Lahdessa 2014. 2,5 2 1,5 1 0,5 0 1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 1:7 1:8 1:9 1:10 1:11 1:12 Myllyoja Haritunjoki Purailanviepä Anturien mittausjakso Kuva 11. Virtaamien (m 3 /s) ajallinen vaihtelu ja jatkuvatoimisen mittarin mittausjakso 2014. Vuosi 2015 alkoi lauhalla alkutalvella, jota seurasi erittäin sateinen ja tavanomaista lämpimämpi huhtikuu (Kuva 12). Kesä ja syksy olivat vähäsateisia, kun taas marras- ja joulukuu olivat ennätyslämpimiä ja sateisia. Lahdessa vuosi 2015 oli kuitenkin hieman normaalia vähäsateisempi. Vuonna 2015 vuoden virtaamahuippu havaittiin 30.4 (Kuva 13). Vuoden 2015 sadantahuippu ajoittui myös huhtikuun loppuun (29.4). Vuoden 2015 kuvaajasta nähdään selkeästi ylivirtaamien osuvan keväälle ja loppusyksyyn.

Virtaa,a m 3 /s Sadanta (mm) 20 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. 1.8. 1.9. 1.10. 1.11. 1.12. Kuva 12. Sadannan (mm) ajallinen vaihtelu Lahdessa 2015. 2,5 2 1,5 1 0,5 0 1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 1:7 1:8 1:9 1:10 1:11 1:12 Myllyoja Haritunjoki Purailanviepä Anturien mittausjakso Kuva 13. Virtaamien (m 3 /s) ajallinen vaihtelu ja jatkuvatoimisen mittarin mittausjakso 2015. 3.2 Sameus Automaattisten mittareiden sameusarvojen vastaavuus laboratoriomäärityksiin näkyvät kuvissa 14-16. Haritunjoella mitattujen sameusarvojen ja laboratoriotulosten välillä on positiivinen korrelaatio (r=0,518) ja otoskoko on 7 (Kuva 14). Myllyojalla mitattujen sameusarvojen ja laboratoriotulosten välillä on positiivinen kor-

Sameus (labr.) Sameus (labr.) 21 relaatio (r=0,8911) ja otoskoko on 14 (Kuva 15). Purailanviepällä mitattujen sameusarvojen ja laboratoriotulosten välillä on positiivinen korrelaatio (r=0,9948) ja otoskoko on 13 (Kuva 16). Otoskokojen ollessa suurempia, on korrelaatiokin täydellisempi. 60 50 40 y = 0,9215x + 8,3981 R² = 0,518 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Sameus (mitat.) Kuva 14. Haritunjoella mitattujen sameusarvojen [NTU] ja laboratoriotulosten korrelaatio. 60 50 y = 0,9768x + 1,0554 R² = 0,8911 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 Sameus (mitat.) Kuva 15. Myllyojalla mitattujen sameusarvojen [NTU] ja laboratoriotulosten korrelaatio.

Sameus (NTU) Sameus (labr.) 22 180 160 140 y = 1,0649x - 1,4449 R² = 0,9948 120 100 80 60 40 20 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Sameus (mitat.) Kuva 16. Purailanviepällä mitattujen sameusarvojen [NTU] ja laboratoriotulosten korrelaatio. Sameusarvot vaihtelivat suuresti tutkimusjakson aikana. Haritunjoella sameusarvot NTU vaihtelivat vuonna 2013 5-157 NTU ja suurin arvo mitattiin 29.10.2013. Vuonna 2014 sameusarvot NTU vaihtelivat välillä 4-211 NTU. Selvästi vuoden suurin arvo mitattiin 14.05.2014. Vuonna 2015 Haritunjoen sameusarvot vaihtelivat 4-144 NTU välillä. Suurin arvo mitattiin 07.12.2015 (Kuva 17). 700 600 500 400 300 200 2013 2014 2015 100 0 7:4 7:5 7:6 7:7 7:8 7:9 7:10 7:11 7:12 Kuva 17. Sameuden [NTU] ajallinen vaihtelu Haritunjoella vuosina 2013-2015

Sameus (NTU) 23 Myllyojassa vuonna 2013 sameus vaihteli 4-191 NTU välillä. Arvo 191 NTU mitattiin 29.10.2013, mutta melkein yhtä suuri arvo 188 NTU mitattiin 08.06.2013. Vuonna 2014 sameus vaihteli 5-185 NTU välillä ja suurin arvo mitattiin 14.05.2014. Vuonna 2015 sameus vaihteli 3-112 NTU välillä. Suurin arvo havaittiin 30.04.2015 (Kuva 18). 700 600 500 400 300 200 100 0 7:4 7:5 7:6 7:7 7:8 7:9 7:10 7:11 7:12 2013 2014 2015 Kuva 18. Sameuden [NTU] ajallinen vaihtelu Myllyojalla vuosina 2013-2015. Purailanviepällä vuonna 2013 sameusarvot vaihtelivat 5-617 NTU välillä. Selvästi vuoden suurin arvo mitattiin 29.10.2013. Vuonna 2014 sameusarvot vaihtelivat 5-109 NTU välillä ja suurin arvo mitattiin 25.06.2014. Vuonna 2015 sameusarvot vaihtelivat 2-280 NTU välillä. Vuonna 2015 Purailanviepän suurin sameusarvo havaittiin 5.12. (Kuva 19).

Sameus (NTU) 24 700,00 600,00 500,00 400,00 300,00 200,00 100,00 0,00 2:4 2:5 2:6 2:7 2:8 2:9 2:10 2:11 2:12 2013 2014 2015 Kuva 19. Sameuden [NTU] ajallinen vaihtelu Purailanviepän allasjärjestelmän yläpuolella vuosina 2013-2015. 3.3 Johtokyky Johtokyvyn eli veteen liuenneiden suolojen määrän vaihtelu uomissa näkyy kuvissa 20-22. Haritunjoella sähkönjohtavuusarvot [us/cm] vaihtelivat vuonna 2013 113-201 us/cm välillä ja suurin arvo mitattiin 23.09.2013. Vuonna 2014 sähkönjohtavuusarvot vaihtelivat välillä 99-189 us/cm. Vuoden suurin arvo mitattiin 24.10.2014. Vuonna 2015 Haritunjoen sähkönjohtavuusarvot vaihtelivat 96-214 us/cm välillä. Suurin arvo mitattiin 23.11.2015 (Kuva 20).

Johtokyky (us/cm) Johtokyky (us/cm) 25 300 250 200 150 100 50 0 7:4 7:5 7:6 7:7 7:8 7:9 7:10 7:11 7:12 2013 2014 2015 Kuva 20. Sähkönjohtavuuden [us/cm] ajallinen vaihtelu Haritunjoella 2013-2015. Myllyojalla sähkönjohtavuusarvot [us/cm] vaihtelivat vuonna 2013 129-230 us/cm välillä ja suurin arvo mitattiin 13.10.2013. Vuonna 2014 sähkönjohtavuusarvot vaihtelivat välillä 135-233 us/cm. Vuoden suurin arvo mitattiin 29.08.2014. Vuonna 2015 Myllyojan sähkönjohtavuusarvot vaihtelivat 138-224 us/cm välillä. Suurin arvo mitattiin 24.11.2015 (Kuva 21). 300 250 200 150 100 50 0 7:4 7:5 7:6 7:7 7:8 7:9 7:10 7:11 7:12 2013 2014 2015 Kuva 21. Sähkönjohtavuuden [us/cm] ajallinen vaihtelu Myllyojalla 2013-2015. Purailanviepällä vuonna 2013 sähkönjohtavuusarvot vaihtelivat 99-249 us/cm välillä. Vuoden suurin arvo mitattiin 24.09.2013. Vuonna 2014 sähkönjohtavuusarvot vaihtelivat 73-201 us/cm välillä ja suurin arvo mitattiin 23.10.2014. Vuonna

Johtokyky (us/cm) 26 2015 sähkönjohtavuusarvot vaihtelivat 115-213 us/cm välillä. Vuonna 2015 Purailanviepän suurin sähkönjohtavuusarvo havaittiin 22.11. (Kuva 22). 300 250 200 150 100 50 0 2:4 2:5 2:6 2:7 2:8 2:9 2:10 2:11 2:12 2013 2014 2015 Kuva 22. Sähkönjohtavuuden [us/cm] ajallinen vaihtelu Purailanviepällä 2013-2015. 3.4 Fosforipitoisuuden arviointi sameuden avulla Kun haluttiin tarkastella sameuden ja fosforin välistä positiivista korrelaatiota ja niiden tilastollista merkitsevyyttä, korrelaatioille laskettiin 1-suuntaisella testillä p- arvot käyttäen otoskokoa sekä otoksesta laskettua korrelaatiokerrointa. Korrelaatiokertoimen arvot vaihtelevat välillä [-1,1] ja lineaarinen riippuvuus on voimakasta, kun korrelaatiokerroin, eli r-arvo on >0,7. P-arvo kuvaa tilastollista merkitsevyyttä ja kun p-arvo on pienempi kuin 0,05, kyseessä on tilastollisesti merkitsevä tulos. Myllyojalla ja Purailanviepällä havaittiin tilastollisesti erittäin merkitsevät positiiviset korrelaatiot ja Haritunjoella korrelaatio oli lähellä tilastollisesti merkitsevää (Taulukko 4). Positiiviset korrelaatiot on esitetty myös kuvissa 23-25. Haritunjoen korrelaatio r=0,685, Myllyojan r=0,653 ja Purailanviepän r=0,703 (Kuvat 23-25).

Fosfori (µg/l) Fosfori (µg/l) 27 Taulukko 4. Sameus-fosfori väliset korrelaatiot (r-arvot) ja niiden tilastollinen merkitsevyys (parvot). Haritunjoki Myllyoja Purailanviepä r-arvo 0,685 0,653 0,703 p-arvo 0,010 0,001 0,001 180 160 140 y = 1,8505x + 19,835 R² = 0,6852 120 100 80 60 40 20 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Sameus (NTU) Kuva 23. Anturilla mitatun sameuden ja laboratoriossa mitatun fosforin välinen korrelaatio Haritunjoella vuosina 2013-2015. 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 y = 1,5302x + 48,59 R² = 0,6533 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Sameus (NTU) Kuva 24. Anturilla mitatun sameuden ja laboratoriossa mitatun fosforin välinen korrelaatio Myllyojalla vuosina 2011-2015.

Fosfori (µg/l) Fosfori (µg/l) 28 350 300 y = 1,4549x + 61,489 R² = 0,7034 250 200 150 100 50 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Sameus (NTU) Kuva 25. Anturilla mitatun sameuden ja laboratoriossa mitatun fosforin välinen korrelaatio Purailanviepällä vuosina 2011-2015. Sameuden avulla johdetut päivittäiset fosforipitoisuudet ovat esitetty kuvissa 26-28. Haritunjoella fosforipitoisuuden maksimit olivat 310 µg/l vuonna 2013, 411 µg/l vuonna 2014 ja 287 µg/l vuonna 2015 (Kuva 26). Myllyojalla fosforipitoisuuden maksimit olivat 341 µg/l vuonna 2013, 331 µg/l vuonna 2014 ja 220 µg/l vuonna 2015 (Kuva 27). Purailanviepällä fosforipitoisuuden maksimit olivat 960 µg/l vuonna 2013, 204 µg/l vuonna 2014 ja 504 µg/l vuonna 2015 (Kuva 28). 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 7:4 7:5 7:6 7:7 7:8 7:9 7:10 7:11 7:12 2013 2014 2015 Kuva 26. Fosforipitoisuuden ajallinen vaihtelu Haritunjoella 2013-2015.

Fosfori (µg/l) Fosfori (µg/l) 29 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 7:4 7:5 7:6 7:7 7:8 7:9 7:10 7:11 7:12 2013 2014 2015 Kuva 27. Fosforipitoisuuden ajallinen vaihtelu Myllyojalla 2013-2015. 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 2:4 2:5 2:6 2:7 2:8 2:9 2:10 2:11 2:12 2013 2014 2015 Kuva 28. Fosforipitoisuuden ajallinen vaihtelu Purailanviepällä 2013-2015. Mitattujen sameusarvojen ja laboratoriossa määritetyn kiintoaineen väliset korrelaatiot on esitetty kuvissa 29-31. Laboratoriossa määritetyn kiintoaineen aineistoa oli saatavilla vain vuodelta 2015. Aineisto on vielä melko pieni, mutta jo nyt saadun aineiston perusteella voidaan havaita, että mitattua sameutta voidaan ehkä käyttää myös kiintoainekuormituksen arviointiin. Aineistosta saadut korrelaatiot ovat Haritunjoella r=0,3342, Myllyojalla r=0,5197 ja Purailanviepällä r=0,9597 (Kuvat 29-31). Purailanviepällä korrelaatio on selvästi positiivisin.

Kiintoaine (mg/l) Kiintoaine (mg/l) 30 25 20 y = 0,2661x + 9,3607 R² = 0,3342 15 10 5 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Sameus (NTU) Kuva 29. Mitattujen sameusarvojen ja laboratoriossa määritetyn kiintoaineen välinen korrelaatio Haritunjoella. 30 25 y = 0,2939x + 8,97 R² = 0,5197 20 15 10 5 0 0 10 20 30 40 50 Sameus (NTU) Kuva 30. Mitattujen sameusarvojen ja laboratoriossa määritetyn kiintoaineen välinen korrelaatio Myllyojalla.

Kiintoaine (mg/l) 31 60 50 y = 0,3151x + 5,0934 R² = 0,9597 40 30 20 10 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Sameus (NTU) Kuva 31. Mitattujen sameusarvojen ja laboratoriossa määritetyn kiintoaineen välinen korrelaatio Purailanviepällä (yläpuolinen anturi). 3.5 Vedenlaatu Haritunjoen, Myllyojan ja Purailanviepän laboratoriossa mitatut vedenlaatutiedot on esitetty taulukoissa 5-7. Taulukoissa näkyvät tiedot ovat: näytteenottosyvyys, maksimisyvyys, ulkonäkö, lämpötila, sameus, sähkönjohtavuus, kiintoaine, kokonaistyppi ja fosfori. Taulukko 5. Haritunjoen vedenlaatutiedot 2013-2015. Pvm Sameus Näytteenottosyvyys Maksimisyvyys Ulkonäkö Lämpötila Sähkönjohtavuus Kiintoaine (GF/C) Typpi (N), ko- konais- Fosfori (P), ko- konais- 2.7.2013 0,4 1,55 ke 16,2 50 15 1900 110 24.10.2013 0,25 0,75 s 7,3 5500 170 27.10.2014 0,02 0,31 s 4 1400 31 8.4.2015 0,05 0,6 sr 3 3100 72 27.5.2015 0,3 1,67 lru 13,3 18 12 15 1300 35 12.6.2015 0,2 1,6 ru 12 14 7,6 680 32 25.6.2015 0,2 1,6 ru 13,7 40 15 20 2500 74 13.11.2015 0,2 0,6 lru 3,4 40 19 20 2600 110 17.11.2015 0,2 0,7 lru 3,7 3300 82 27.11.2015 0,2 0,6 lru 2,6 28 21 21 5900 72 1.12.2015 0,2 0,6 l,s,ru 2,7 41 20 13 4800 88

32 Taulukko 6. Myllyojan vedenlaatutiedot 2013-2015. Pvm Sameus Näytteenottosyvyys Maksimisyvyys Ulkonäkö Lämpötila Sähkönjohtavuus Kiintoaine (GF/C) Typpi (N), ko- konais- 2.7.2013 0,35 1,05 ke 17,5 56 19 3100 140 24.10.2013 0,3 1,05 s 7 6000 160 27.10.2014 0,1 1 s 1,9 2400 53 8.4.2015 0,05 1,02 s 2,8 3800 66 27.5.2015 0,3 1 lru 14,6 17 19 14 63 12.6.2015 0,2 0,5 ru 14,6 10 19 9,4 1900 62 25.6.2015 0,2 0,6 ru 15,5 21 19 18 1800 80 13.11.2015 0,2 0,65 lru 3,8 25 22 12 2800 120 17.11.2015 0,2 0,7 lru,ls 3,9 3400 110 27.11.2015 0,2 0,65 lru 3,1 44 22 19 6000 110 1.12.2015 0,2 0,65 l,s,ru 2,6 41 21 25 4900 100 Taulukko 7. Purailanviepän vedenlaatutiedot 2013-2015. Pvm Sameus Fosfori (P), ko- konais- Näytteenottosyvyys Maksimisyvyys Ulkonäkö Lämpötila Sähkönjohtavuus Kiintoaine (GF/C) Typpi (N), ko- konais- Fosfori (P), ko- konais- 2.7.2013 0,4 0,9 ke 17 45 14 1500 130 26.7.2013 0,2 0,9 ls 22 8,1 16 6 560 51 16.10.2013 0,3 1 s 5,9 3600 48 27.10.2014 0,3 0,95 ls 2,3 1600 55 9.4.2015 0,25 1,1 s 2,1 2700 110 12.6.2015 0,2 0,9 ru 13 13 16 13 720 74 25.6.2015 0,2 1 ru 15,3 9 15 6,2 750 54 13.11.2015 0,2 0,8 lru 3,5 54 20 23 2100 150 27.11.2015 0,2 0,8 lru 3,8 85 21 27 6600 180 1.12.2015 0,2 0,9 lru 3 170 22 56 7700 300 3.6 Kuormituksen arviointi Virtaaman ja sameusarvoista johdettujen fosforipitoisuuksien avulla laskettiin uomien päiväkohtaiset kokonaisfosforikuormitukset (Kuvat 32-34). Myllyojalla vuosien 2013-2015 korkeimmat päiväkohtaiset fosforikuormitukset olivat välillä 10,2-16,7 kg/d. Haritunjoella korkeimmat päiväkohtaiset kuormitukset olivat Myllyojaa jopa kaksi kertaa korkeammat 26,0-34,6 kg/d fosforia. Purailanviepällä vuosina 2013 ja 2015 korkeimmat päiväkohtaiset fosforikuormitukset olivat 40,1 ja 30,9

33 kg/d (Taulukot 8-10). Taulukoissa näkyy myös uomien arvioidut vuosittaiset fosforikuormitukset (kg P/a) sekä ominaiskuormitusluvut (kg P/a/km 2 ). Taulukko 8. Vuosivirtaamat (m 3 /a), havaintojakson virtaamat (m 3 /havaintojakso), kuormitus havaintojaksolla (kg P/havaintojakso) päiväkohtainen fosforin maksimikuormitusluku (kg P/d max.), vuosittainen fosforikuormitus (kg P/a) sekä ominaiskuormitus (kg P/a/km 2 ) Haritunjoella vuosina 2013-2015. Haritunjoki 2013 2014 2015 m 3 /a 8 591 381 5 693 468 7 706 610 m 3 /havaintojakso 4 536 162 2 620 793 5 194 642 kg P/havaintojakso 426,0 178,3 420,7 kg P/d max. 27,6 26,0 34,6 kg P/a 839,0 425,6 643,4 kg P/a/km 2 14,6 7,4 11,2 Taulukko 9. Vuosivirtaamat (m 3 /a), havaintojakson virtaamat (m 3 /havaintojakso), kuormitus havaintojaksolla (kg P/havaintojakso) päiväkohtainen fosforin maksimikuormitusluku (kg P/d max.), vuosittainen fosforikuormitus (kg P/a) sekä ominaiskuormitus (kg P/a/km 2 ) Myllyojalla vuosina 2013-2015. Myllyoja 2013 2014 2015 m 3 /a 4 332 353 2 942 022 3 909 174 m 3 /havaintojakso 2 544 874 1 364 755 2 301 963 kg P/havaintojakso 293,5 122,4 217,6 kg P/ d max. 15,8 10,2 16,7 kg P/a 514,5 293,5 393,2 kg P/a/km 2 15,9 9,1 12,2

7:4 14:4 21:4 28:4 5:5 12:5 19:5 26:5 2:6 9:6 16:6 23:6 30:6 7:7 14:7 21:7 28:7 4:8 11:8 18:8 25:8 1:9 8:9 15:9 22:9 29:9 6:10 13:10 20:10 27:10 3:11 10:11 17:11 24:11 1:12 8:12 15:12 22:12 Fosfori (kg/d) 34 Taulukko 10. Vuosivirtaamat m 3 /a, havaintojakson virtaamat (m 3 /havaintojakso), kuormitus havaintojaksolla (kg P/havaintojakso), päiväkohtainen fosforin maksimikuormitusluku (kg P/d max.), vuosittainen fosforikuormitus (kg P/a) sekä ominaiskuormitus (kg P/a/km 2 ) Purailanviepällä vuosina 2013-2015. Purailanviepä 2013 2014 2015 m 3 /a 2 759 047 1 286 300 2 299 421 m 3 /havaintojakso 1 522 393 540 776 1 277 397 kg P/havaintojakso 402,6 65,7 252,8 kg P/d max. 40,1 3,6 30,9 kg P/a 712,8 137,5 433,0 kg P/a/km 2 104,7 20,2 63,6 Haritunjoella vuoden 2013 suurin päiväkohtainen fosforikuormitus havaittiin 15.8 ja loppusyksyllä kuormitus oli myös korkealla (Kuva 32). Vuonna 2014 fosforikuormituspiikki oli 14.5 ja loppuavovesikautena kuormitus pysyi maltillisena. Vuonna 2015 fosforikuormitus oli suurinta 30.4, mutta myös loppusyksystä kuormituksessa näkyi selvää kasvua. 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 2013 2014 2015 Kuva 32. Fosforikuormituksen (kg/d) ajallinen vaihtelu Haritunjoella vuosina 2013-2015. Myllyojalla vuoden 2013 selkein fosforikuormituspiikki oli 15.8 (Kuva 33), mutta fosforikuormitus ajoittui mittausaikana loppusyksyyn. Vuonna 2014 fosforikuormituspiikki oli 14.5 ja muuten kuormitus pysyi melko matalalla tasolla. Vuonna