Kokemuksia automaattisista mittauksista Vantaanjoen ja Helsingin seudun vesiensuojeluyhdistys ry
Automaattimittaukset VHVSY:ssä Osana yhteistarkkailua kesäaikaisessa seurannassa Maataloudesta tulevan hajakuormituksen tarkka ajoittuminen ja määrä Maankäytön vaikutukset veden laatuun Ilmastonmuutoksen vaikutukset hajakuormitukseen Vesiensuojelutoimenpiteiden vaikutusten todentaminen Raakaveden laadun seuraaminen Poikkeuksellisten päästöjen todentaminen Järvien happikartoitukset
Seurantaa ja tutkimushankkeita 2005-2013 joissa hyödynnetty automaattimittauksia -Seuranta-alueiden pinta-alat: 1-1680 km 2 - Pääpaino maatalousvaltaisten valuma-alueiden seurannassa
Mitä on mitattu? Lämpötila, pinnankorkeus, sähkönjohtokyky, sameus, nitraattityppi, happipitoisuus, ph, ORP, DOC, virtaama Lepsämänjoki 2005-2013
Antureiden toiminta erilaisissa kohteissa Hulevesikuormitteinen puro Pääuoma, osana kesän 2012 yhteistarkkailua 700 1200 600 500 400 300 200 100 0 1000 800 600 400 200 1.3. 5.3. 9.3. 12.3. 16.3. 20.3. 24.3. 28.3. 1.4. 5.4. 9.4. 13.4. 17.4. 21.4. 25.4. 29.4. 3.5. 7.5. 11.5. 15.5. 19.5. 23.5. 27.5. 31.5. Turbidity (NTU, FTU) Discharge (l/s) 0 Maatalousvaltainen pieni joki
Anturit vs laboratorioanalyysit Antureiden mittaamien ja laboratoriossa määritettyjen arvojen välillä ei tilastollisesti merkitsevää eroa
Anturit vs laboratorioanalyysit Eroja voi syntyä jos: Näytteenotto-ja mittaussyvyydessä eroa ja pitoisuudessa vertikaalista vaihtelua (sameuden suhteen eroa voi olla myös leveyssuunnassa) Näytteenottoaika eroaa mittausajasta Virheet laboratorioanalyysissä Anturin mittausvirhe
Lepsämänjoen tutkimusalue Location Soil Land use (Corine 2006) 23,0 km 2 Measuring station Measuring station 51,8 Clay 9,6 1,3 5,1 14,6 9,7 3,1 37,0 11,52,47,7 8,1 33,2 Arable land
Anturiaineiston ja laboratoriomittausten välisten yhteyksien hyödyntäminen Total phosphorus(µg/l) Suspended solids (mg/l) 600 500 400 300 200 100 0 y = 1,15x + 43,29 R² = 0,93 n = 122 0 100 200 300 400 500 Suspended solids(mg/l) Total phosphorus (µg/l) 400 350 300 250 200 150 100 50 0 y = 0,88x + 2,60 R² = 0,97 n = 122 0 100 200 300 400 500 Sensor turbidity (NTU, FTU) Sensor turbidity (NTU, FTU) Esim. anturin mittaaman sameuden ja laboratoriossa määritetyn kiintoaine-tai fosforipitoisuuden välinen yhteys jatkuva pitoisuusdata
Automaattimittausten hyöty kuormitusseurannassa Load calculation SS (Npc) SS (CF/C) P tot method 10 3 kg 10 3 kg kg sensor data 551 354 990 periodic 1028 560 1559 linear interpol 1020 557 1552 rating curve 697 365 1142 year av. 608 368 1043
900 800 TP concentration (µg/l) 700 600 500 400 300 200 100 0 0 200 400 600 800 1000 1200 Discharge (l/s) Fosforin positiivinen hysteresis 6 Nitrate concentration (mg/l) 5 4 3 2 1 0 0 200 400 600 800 1000 1200 Nitraattitypen negatiivinen hysteresis Discharge (l/s)
Lepsämänjoen pitkä aikasarja 2005-2013
Vaihtelevien sääolojen vaikutus fosforikuormaan
Fosforikuormituksen vuosittainen vaihtelu
1200 1000 800 600 400 200 0 Poikkeuksellisia tilanteita Jäteveden vaikutus vesistössä Uoman penkkojen sortuminen 140 120 100 80 60 40 20 0 suspended solids concentration (mg/l) 16.3. 18.3. 20.3. 22.3. 24.3. 26.3. 28.3. 30.3. 1.4. discharge (l/s)
Kipsi fosforihuuhtouman vähentäjänä - Trap-hanke Eroosioainekseen sitoutuneen fosforin huuhtouma väheni 60 % Liukoisen fosforin huuhtoumat kolmanneksen (Ekholm et al. 2012)
Kipsi fosforihuuhtouman vähentäjänä - Trap-hanke
Kipsi vähensi myös orgaanisen aineen huuhtoumaa Virtaaman ja DOCpitoisuuden riippuvuuden muutos Orgaanisen aineksen flokkuloituminen kipsin vaikutuksesta Kipsillä kaksoispositiivinen vaikutus 13.3.2012
Ravinnehuuhtoumien hallinta- hanke (RaHa) STUDY SITES Agricultural catchment Area 1,24 km 2 48 % arableland Sparsely populated area clayey soil
Forest catchment 1,37 km2 Natural stage forests (National park) No inhabitants
Results from manual samples - DRP concentration in field ditch ~15 x forest stream concentration - When growing season begins, the DRP-concentration lowers also in field ditch DRP 2011 2012 S A S A - Sediment suspended in field ditch contained 1,4 mg/g phosphorus and in foreststream0,9 mg/g Fertilizer application to fields Phosphorus/sediment 2011 2012 S A S A
Phosphorus runoff (spring) PP load Spring 2012 36 kg 8 kg Water equivivalent of snow Ground frost? PP load Spring 2011 29 kg 8 kg
Phosphorus runoff (autumn) PP load Autumn 2012 61 kg 6 kg Precipitation? Intensity of rain events? PP load Autumn 2011 24 kg 3 kg
Nitrogen runoff (Spring) NO 3 -Nload Spring 2012 570 kg 51 kg NO 3 -Nload Spring 2011 Previous autumn? Ground frost? 1200 kg 100 kg
Nitrogen runoff (Autumn) NO 3 -Nload Autumn 2012 640 kg 140 kg High precipitation? Preceeding growing season? NO 3 -Nload Autumn 2011 930 kg 84 kg
Particle bound phosphorus(kg/ha) Runoff(mm) NO3-N (kg/ha) kiintoaineeseen sitoutunut fosfori (kg/ha) valunta (mm) Duration(d) mittausjakso (d) pelto metsä pelto metsä pelto metsä 2011 kevät 9,7 0,7 0,23 0,06 141 141 64 2011 syksy 7,5 0,6 0,20 0,02 88 105 78 2012 kevät 4,6 0,4 0,29 0,06 161 173 62 2012 syksy 5,1 1,0 0,50 0,04 152 160 70 5-14 x 4-13 x
Origin of the phosphorus? (Spring 2012) 2 3 1 4 5 6
Autumn 2012 Precipitation(mm/h) Phosphorus load (g/ha/h) Phosphorus source apportionment: Fields Background loss Households 19 3 79
Mikä voi mennä pieleen osa I? Huono asennuspaikka!
40 35 30 25 20 15 10 5 0 Mikä voi mennä pieleen osa II? 30,1 31,1 33,9 Asennusvirhe! 8.9.2009 17:45 8.9.2009 20:20 8.9.2009 22:55 9.9.2009 1:30 9.9.2009 4:05 9.9.2009 6:40 9.9.2009 9:15 9.9.2009 11:50 9.9.2009 14:25 9.9.2009 17:00 9.9.2009 19:35 9.9.2009 22:10 10.9.2009 0:45 10.9.2009 3:20 10.9.2009 5:55 10.9.2009 8:30 10.9.2009 11:05 Sähkönjohtavuus (Lab) Sähkönjohtavuus (YSI) Olosuhteet! 8.9.2009 10:00 8.9.2009 12:35 8.9.2009 15:10 ms/m
Mikä voi mennä pieleen? Mitattavien parametrien valinta? Antureiden asennus Asennuspaikka ja tapa Kalibrointi Kalibrointi kentällä vai labrassa, kalibrointinäytteet Huolto Säännöllinen huoltoväli mittauspaikan haastavuudesta ja vuodenajasta riippuen Datan käsittely Miten hyödyntää kasvanut datamäärä Miten selittää ilmiöitä?
Onnistunut automaattimittauksia hyödyntävä kokonaisuus vaatii Toimivan ketjun laitteiden oikeaoppisesta asennuksesta, huollosta ja kalibroinnista, laadukkaiden laboratorioanalyysien kautta ammattitaitoisen tutkijan tekemiin johtopäätöksiin Parhaimmillaan antavat lisätietoa syy-seuraussuhteista Valuma-alue, säätekijät, vesistö, vedenlaatu
Jotta tutkija pystyy tulkitsemaan esiin tulevia vesistössä tapahtuvia dynaamisia prosesseja, vaaditaan aikaisempaa tuntemusta vesistöstä Maastossa tehtävät havainnot saattavat olla avainasemassa tuloksia tulkittaessa Näytteenottaja tutkija
Haasteet Automaattimittaukset tuovat uusia haasteita Kenttähenkilökunnalle Lisäkoulutustarve Näytteenotto Lisähenkilöstön tarve? Tutkijoille Datamäärän hallinta Uutta tietoa, uusia ilmiöitä Aikaisempi tuntemus seurattavasta vesistöstä Laboratoriolle
Kiitos!