Mittariaineistojen soveltaminen ja hyödyt esimerkkinä kosteikkojen seuranta Jari Koskiaho, SYKE, Vesikeskus/VMA Automaattiset vedenlaatumittarit -workshop 15. 16.10.2013 Pyhäjärvi-Instituutti, Kauttua
Kosteikkojen seuranta Hovi Rantamo- Seitteli
Hovin kosteikko Lähtevä vesi Tuleva vesi Maarit Puumala/MTT
Rantamo-Seittelin kosteikko Seitteli Yhdyskanava Rantamo Tulovirtaus, Sarsalanoja Pato Ulosvirtaus Tuusulanjärvi Kuva: Esko Kuusisto
Hovin ja Rantamo-Seittelinkosteikkojen ominaisuuksia Hovi Rantamo- Seitteli Pinta-ala (ha) 0.6 24 Yläpuolinen valuma-alue (ha) 12 1920 Kosteikon pinta-ala / Valuma-alue 5.0% 1.3% Valuma-alueen peltoisuus 100% 40% Valuma-alueen valtamaalaji Savi Savi Rakentamiskustannukset (EUR) 8 000 (13 300 /ha) 900 000 (37 500 /ha)
Hypoteesi: kosteikon suhteellinen pinta-ala pitkälti määrittelee kosteikon tehokkuuden* Hovi ennuste: P-ret. 58 %, N-ret. 52 % Rantamo-Seitteli ennuste: P-ret. 27 %, N-ret. 14% *Kosteikkojen suunnitteluopas, Puustinen ym. (2007)
Miten vuotuiset ainepoistumat kosteikoissa voidaan määrittää luotettavasti? 1. Tiheällä kertavesinäyteseurannalla (HYVÄ) Kymmeniä näytepareja (kosteikkoon tuleva & lähtevä) vuodessa Virtaamapainotteinen näytteenotto: tulva-aikoina tiheästi, alivirtaamajaksoilla harvemmin 2. Automaattisin jääkaappinäytteenottimin, esim. ISCO (PAREMPI) Kymmeniä näytepareja vuodessa Virtaamapainotteiset kokoomanäytteet 3. Anturiteknologiaan perustuvalla jatkuvatoimisella automaattiseurannalla (PARAS) Tunnittaiset aikasarjat Vesinäytteet erilaisista virtaama (ja pitoisuus) tilanteista ==> vertailu samanaikaisiin anturin raakatuloksiin (paikalliskalibrointi) Sameuden korrelaatio vs. kiintoaine ja kokonaisfosfori VAIN, JOS RIIPPUVUUDET RIITTÄVÄN VOIMAKKAAT JA LINSSIEN PUHDISTUSMEKANISMI TOIMII LISÄKSI: DRP:n osuus fosforikuormituksesta arvioitava vesinäytekampanjan avulla
Kosteikkojen seuranta Hovi 1999 2002 Vesinäytteet ISCO-näytteenottimet ja käsinäytteet, tulo- ja lähtöuoma 116 näyteparia 2007 Automaattiseuranta + käsinäytteet (8 28 näyteparia per vuosi s::can anturit tulevalle ja lähtevälle vedelle Paineanturit ja V-aukkopadot virtaaman arviointiin Rantamo-Seitteli 2010 Automaattiseuranta + käsinäytteet (10 23 näyteparia per vuosi) s::can anturit tulevalle ja lähtevälle vedelle Virtaama SYKEn vesistömallijärjestelmästä
Em. kosteikoilla käytetyt automaattiset Otsikko mitta-anturit Arial Black 24pt sininen Sameus NO3- typpi Optinen sensori s::can nitro::lyser (s::can Messtechnik GmbH) Tiedonsiirto SMS verkon välityksellä LUODE Oy:n (Hovi) ja SYKE:n (Rantamo-Seitteli) tietokantaan 9
Rantamo, sameuden kalibrointiyhtälöt Laboratoriossa määrietetty sameus (FNU) 350 300 250 200 150 100 50 0 Tuleva vesi y = 2,53x + 24,66 R² = 0,89 0 50 100 150 200 250 300 350 Laboratoriossa määrietetty sameus (FNU) 350 300 250 200 150 100 50 0 Lähtevä vesi y = 2,62x - 13,88 R² = 0,89 0 50 100 150 200 250 300 350 Anturin näyttämä sameus (FTU) Anturin näyttämä sameus (FTU)
Rantamo, nitraattitypen kalibrointiyhtälöt Laboratoriossa määrietetty NO3- pitoisuus (mg l -1 ) 10 8 6 4 2 Tuleva vesi y = 0,93x - 0,87 R² = 0,98 0 0 2 4 6 8 10 Anturin näyttämä NO3-pitoisuus (mg l -1 ) Laboratoriossa määrietetty NO3- pitoisuus (mg l -1 ) 10 8 6 4 2 0 Lähtevä vesi y = 0,90x - 0,07 R² = 0,95 0 2 4 6 8 10 Anturin näyttämä NO3-pitoisuus (mg l -1 )
Sameuden ja kokonaisfosforipitoisuuden välinen riippuvuus Hovin kosteikossa 2007 2012 1500 Tuleva vesi 600 Lähtevä vesi Kokonaisfosforipitoisuus (µg/l) 1000 500 y = 1,29x R² = 0,85 Kokonaisfosforipitoisuus (µg/l) 400 200 y = 1,47x R² = 0,87 0 0 500 1000 1500 0 0 200 400 600 Sameus (FTU) Sameus (FTU)
Sameuden ja kokonaisfosforipitoisuuden välinen riippuvuus Rantamo-Seittelin kosteikossa 2010 2013 500 Tuleva vesi 500 Lähtevä vesi Kokonaisfosfroripitoisuus (µg/l) 400 300 200 100 0 y = 1,40x + 31,96 R² = 0,88 0 100 200 300 400 500 Sameus (FTU) Kokonaisfosfroripitoisuus (µg/l) 400 300 200 100 0 y = 1,07x + 38,86 R² = 0,90 0 100 200 300 400 500 Sameus (FTU)
Tuloksia, Hovi S::can anturilla mitattu sameusaikasarja 2007 2012
Tuloksia, Hovi S::can anturilla mitattu NO3-N pitoisuusaikasarja 2007 2012
Tuloksia, Hovi Hovin kosteikon tehokkuus laskettuna vesinäytteistä 1999 2000 ja automaattimittauksista 2007 2012 Jakso Valunta (mm) TSS ret. (kg/ha/v) TP ret. (kg/ha/v) NO3 ret. (kg/ha/v) DRP* ret. (kg/ha/v) 1999 2000* 341 24 300 (68%) 24 (62%) 220 (35%) 1,2 (27%) 2007 2008 417 30 300 (70%) 45 (67%) 133 (67%) 4,1 (59%) 2008 2009 287 15 200 (57%) 22 (53%) 38 (54%) 2,0 (72%) 2009 2010 570 16 200 (71%) 23 (71%) 251 (84%) 1,9 (35%) 2010 2011 161 6 300 (92%) 9 (91%) 67 (79%) 0,8 (61%) 2011 2012 434 38 000 (74%) 53 (69%) 96 (45%) - Ka 2007 2012 374 21 200 (70%) 25 (65%) 122 (68%) 2,4 (54%) *vesinäytteet
Tuloksia, Rantamo-Seitteli Anturimittauksiin perustuva kok.fosforipitoisuus ja virtaama 17.4.2010 16.4.2013
Tuloksia, Rantamo-Seitteli S::can anturilla mitattu NO3-N pitoisuus ja virtaama 17.4.2010 16.4.2013
Tuloksia, Rantamo-Seitteli Rantamo-Seittelin kosteikon tehokkuus laskettuna automaattimittauksista 2010 2013 Jakso Valunta (mm) TP ret. (kg/ha/v) NO3 ret. (kg/ha/v) DRP* ret. (kg/ha/v) 2010 2011 327 14 (29%) -5 (-1%) 2,6 (30%) 2011 2012 412 4,1 (5%) 151 (17%) -0,1 (-2%) 2012 2013 371 4,3 (6%) 104 (20%) 1,5 (15%) Ka 2010 2013 370 7,4 (11%) 83 (12%) 1,3 (16%) *vesinäytteet, kalenterivuodet 2010, 2011 ja 2012
Automaattimittausten perusteella laskettujen vuotuisten kokonaisfosforinpoistotehokkuuksien vaihteluvälit Hovissa 53 91% Rantamossa 5 29%
Muita kokemuksia ja sovelluskohteita MAASÄÄ-mittausasemaverkosto Karjaanjoen alueella 16 mitta-asemaa, pääosin OBS3+ sameusanturit Tarkemmat kuormitusarviot koko vesistöalueelta ja sen eri osista (käsikirjoitus 5 havaintopaikan tuloksista 2009 2012 pian valmis) Automaattiseurannalla määritetyn pitoisuustiedon poiminta järjestelmästä valmisteilla CLEEN/MMEA -hankkeessa
Pitkäkosken mitta-asema Vantaanjoessa 3 vuotta jatkuvaa tunnittaista dataa (vain 2 viikon jakso puuttuu)
Pitkäkosken mitta-asema Vantaanjoessa Anturin asennus, lokakuu 2010 Anturin huoltoa talvella 2011 s::can nitro::lyser Kuva: Jari Koskiaho Kuva: Sirkka Tattari Anturia varten tehty avanto säilyi sulana vaneri- ja Finnfoam-levyjen ja niiden päälle luodun lumikerroksen alla
Johtopäätöksiä Anturimittaukset soveltuvat hyvin vesistökuormituksen ja kuormituksen vähentämismenetelmien tehokkuuden arviointiin Käyttökelpoinen laajalla skaalalla peltolohkotasolta aina kokonaisten suurten jokivesistöjen mittauksiin Hyötyjä Tarkemmat ja luotettavammat kuormitusarviot Uutta tietoa aineiden käyttäytymisestä erilaisissa sää- ym. tilanteissa Tietojen nopea online-saatavuus Edellytyksenä kuitenkin Että mitatun sameuden (raakadata) virhe suhteessa laboratoriomittaukseen on systemaattinen, ts. kalibrointiyhtälön selitysaste (R 2 ) korkea Että sameuden riippuvuus määritettävästä pitoisuusmuuttujasta (kiintoaine tai kokonaisfosfori) on korkea Että anturien puhdistusmekanismi toimii (s::canien paineilmapuhdistuksesta hyvät kokemukset) Anturien säännöllinen huolto
Kiitos!