Kainuun ympäristökeskuksen moniste LUONNOS 29.8.2003 Anne Tarvainen, Mika Marttunen, Markus Tykkyläinen, Antton Keto ja Kari Pehkonen ISO-PYHÄNTÄJÄRVEN SÄÄNNÖSTELYN KEHITTÄMINEN Helsinki 2003...
Taitto: Anne Tarvainen Paino: Kansikuvat: Helsinki 2003 2...Kainuun ympäristökeskuksen moniste
SISÄLLYSLUETTELO 1 TAUSTA, TAVOITTEET JA TOTEUTUS... 5 2 ISO-PYHÄNTÄJÄRVI... 6 2.1 Vesistön kuvaus... 6 2.2 Säännöstelyn kuvaus... 7 2.3 Iso-Pyhäntäjärven merkitys vesivoimatuotannolle... 7 3 SÄÄNNÖSTELYN VAIKUTUSTEN ARVIOINNISSA KÄYTETYT MENETELMÄT 9 3.1 Vedenkorkeuksien analyysityökalu (REGCEL)... 9 3.2 Säännöstelyn vaikutusmalli (REGEFF)... 11 3.3 Virtaamien analyysityökalu (DHRAM)... 12 3.4 Voimatalouslaskennat... 13 3.5 Rantojen virkistyskäyttö... 14 4 VEDENKORKEUKSIEN JA JUOKSUTUSTEN ANALYYSI... 16 4.1 Vedenkorkeusanalyysi... 16 4.2 Vedenkorkeusanalyysin tuloksien vertailu muihin järviin... 18 4.3 Juoksutusten analyysi... 20 4.4 Yhteenveto vedenkorkeuksien ja juoksutusten analyysistä... 23 5 ELINYMPÄRISTÖTARKASTELUT... 24 5.1 Karttatarkastelu... 24 5.2 Elinympäristökartoitus... 25 5.3 Vyöhykelinjat... 26 5.4 Elinympäristöjen pinta-alat... 26 6 ELINYMPÄRISTÖTARKASTELUJEN TULOKSET... 28 6.1 Rantojen eroosio... 28 6.2 Kasvillisuus ja pohjaeläimet... 29 6.3 Kalakannat... 31 6.4 Rantalinnusto... 33 6.5 Virkistyskäyttö... 34 6.6 Yhteenveto elinympäristötarkastelusta... 35 7 KYSELYTUTKIMUS JA YLEISÖTILAISUUDET... 36 7.1 Taustatiedot... 36 7.2 Tulokset... 36 7.2.1 Käytön määrä ja sen ajoittuminen... 36 7.2.2 Käyttörantojen ominaisuudet ja havaitut muutokset... 37 7.2.3 Virkistyskäytölle aiheutunut haitta ja sen voimakkuus... 39 7.2.4 Kunnostustoimenpiteet ja niillä saavutetut hyödyt... 43 7.2.5 Säännöstelystä tiedottaminen... 45 7.2.6 Suhtautuminen säännöstelykäytännön muuttamiseen... 45 7.2.7 Kalakannat... 46 7.2.8 Kunnostusehdotukset... 48 7.3 Yhteenveto kyselytutkimuksesta... 48 8 VAIHTOEHDOT JA NIIDEN VAIKUTUKSET... 49 8.1 Ekologinen säännöstely... 49 8.1.1 Vaikutukset vedenkorkeuksiin... 49 8.1.2 Vaikutukset vesistön tilaan ja virkistyskäyttöön... 50 8.1.3 Voimataloudelliset vaikutukset... 53 8.1.4 Vaikutukset virtaamiin alapuolisessa vesistössä... 54 Kainuun ympäristökeskuksen moniste...3
8.2 Voimataloudellinen vaihtoehto...57 8.2.1 Vaikutukset vedenkorkeuksiin...57 8.2.2 Vaikutukset vesistön tilaan ja virkistyskäyttöön...58 8.2.3 Voimataloudelliset vaikutukset...61 8.2.4 Vaikutukset virtaamiin alapuolisessa vesistössä...62 8.3 Yhteenveto vaihtoehtojen vertailusta...64 8.3.1 Vesiluonto...64 8.3.2 Virkistyskäyttö...64 8.3.3 Voimatalous...65 8.3.4 Vaihtoehtojen vaikutukset...67 9 YHTEENVETO JA SUOSITUKSET...68 9.1 Yhteenveto säännöstelyn vaikutuksista...68 9.2 Säännöstelykäytäntöä koskevat suositukset...69 9.2.1 Vedenkorkeussuositusten toteutuminen nykysäännöstelyssä...71 9.3 Muut suositukset...71 9.3.1 Eroosion vähentäminen...71 9.3.2 Kalanhoito...72 9.3.3 Tiedottaminen...72 9.3.4 Seuranta...72 10 KIRJALLISUUS...73 LIITTEET: 1. Iso-Pyhäntäjärven ja 13 vertailujärven ominaispiirteitä. 2. Iso-Pyhänjärven säännöstelyluvan lupaehdot. 3. Pienvesivoimantuotannon kustannuksista. 4. Laskelmissa käytetyt jäätymis- ja jäänlähtöpäivät Iso-Pyhännällä. 5. Voimataloudelliset laskennat. 6. Voimataloudellisen tarkastelu sähkön tuntihinnoilla. 7. Kartta vyöhykelinjojen sijainnista. 8. VIRKI- laskentamenetelmän kuvaus. 9. Iso-Pyhäntäjärven kalanistutukset. 10. Säännöstelyvaihtoehtojen vaikutustaulukko. 11. EKO- ja VOIMA- vaihtoehtojen sekä nykysäännöstelyn vedenkorkeudet ja virtaamat jaksolla 1995-1999. 4...Kainuun ympäristökeskuksen moniste
1 TAUSTA, TAVOITTEET JA TOTEUTUS Tämän selvityksen tavoitteena on muodostaa käsitys Iso-Pyhäntäjärven säännöstelystä ja sen vaikutuksista järviluontoon ja virkistyskäyttöön. Säännöstelyn kehittämisselvitys tehtiin vuosina 2000-2003. Työn ovat rahoittaneet Graninge Kainuu Oy (ent. Kainuun Sähkö Oyj) ja Kainuun ympäristökeskus. Tutkimus on tehty pääosin Suomen ympäristökeskuksessa, mutta myös Kainuun ympäristökeskus ja Graninge Kainuu Oy ovat olleet mukana hankkeessa. Hanketta varten perustettiin ohjausryhmä, johon kuuluivat Pertti Härkönen Kainuun ympäristökeskuksesta, Kari Pehkonen Kainuun ympäristökeskuksesta, Pertti Härkönen Ristijärven kunnasta, Yrjö Kurkinen Pyhännän kyläyhdistyksestä, Erkki Tervo kalastuskunnasta, Pertti Mikkonen jakokunnasta, Jukka Nyrönen TE-keskuksesta sekä Markus Tykkyläinen Graninge Kainuu Oy:stä. Vaihe I Vedenkorkeuksien ja virtaamien analyysit - karkea kuva nykysäännöstelyn vaikutuksista Suositukset lisäselvitystarpeista Vaihe II Vaihe III Vaihe IV Vaihe V Maastotyöt Vaikutustarkastelu -tarkennettu kuva nykysäännöstelyn vaikutuksista - Säännöstelyvaihtoehtojen muodostaminen - Vaihtoehtojen vertailu ja vaikutukset Suositukset jatkotoimenpiteiksi Seuranta Kuva 1. Iso-Pyhännän säännöstelyn kehittämisselvityksen eteneminen. Tutkimuksen ensimmäisessä vaiheessa muodostettiin vedenkorkeusanalyysitulosten perusteella yleiskuva nykyisen vedenkorkeuden vaihtelun aiheuttamista vaikutuksista. Tämän pohjalta esitettiin suosituksia jatkotutkimuksille sekä alustavia suuntaviivoja säännöstelyn haittojen lieventämiseksi. Toisessa vaiheessa tehtiin tarkentavia lisäselvityksiä, joiden tarkoituksena oli selvittää onko ensimmäisessä vaiheen tulosten perusteella esitetyt säännöstelyn haittavaikutukset todellisia sekä täsmentää mitkä muutokset ovat todennäköisesti olleet kaikkein haitallisimpia Iso-Pyhäntäjärven ekosysteemiin kannalta. Kolmannessa vaiheessa pyrittiin uusia säännöstelyvaihtoehtoja muodostettaessa huomioimaan keskeiset Iso-Pyhäntäjärven säännöstelyhaitat, jos se oli vaihtoehdon luonteen kannalta mahdollista. Vaihtoehtojen vaikutuksia vertaamalla haettiin säännöstelykäytäntöä, joka huomioisi mahdollisimman hyvin kaikki eri vesistöä käyttävät osapuolet ja keskittyisi keskeisten säännöstelystä syntyneiden haittojen vähentämiseen (Kuva 1). Hankkeen lopputuloksena annetaan suositukset joiden avulla Iso-Pyhäntäjärven säännöstelyä tulisi jatkossa kehittää. (Kuva 1) Kainuun ympäristökeskuksen moniste...5
2 ISO-PYHÄNTÄJÄRVI 2.1 Vesistön kuvaus Iso-Pyhäntäjärvi kuuluu Oulujoen vesistöalueen Pyhännän alueeseen (kuva 2). Järven pinta-ala on kasvukauden keskivedenkorkeudella noin 9,40 km 2 ja rantaviivan pituus on 56 km. Iso-Pyhäntäjärven yläpuolisen valuma-alueen koko on 549 km 2 ja järvisyys 4,8 %. Järvi on noin 8 kilometriä pitkä ja 1,6 km leveä. Järven liuskaisuutta kuvaava pinta-alan ja rantaviivan pituuden suhde (Wetzel 1983) on Iso-Pyhäntäjärvellä 4,7, mikä on samaa suuruusluokkaa kuin pinta-alan perusteella valituissa 13 vertailujärvessä (liite 1). Yläpuolisen valuma-alueen järvisyys 4,8 % on alhainen verrattaessa lukua samaan 13 järven aineistoon. Suurin Iso-Pyhäntäjärveen laskeva joki on järven eteläpäähän laskeva Hiisijoki. Iso- Pyhäntäjärven vedet purkautuvat Pyhännänkosken kautta Pyhännänjokeen, joka yhtyy Emäjokeen. Kuva 2. Pyhännän valuma-alue purkupisteineen. Iso-Pyhäntäjärvi on vedenlaadultaan keskiravinteinen ja ruskeavetinen järvi (meso ja dystrofinen). Veden näkösyvyyden ollessa keskimäärin 1,9 m. Iso-Pyhännän vesi on humuspitoisempaa kuin muissa alueen järvissä. Käyttökelpoisuusluokaltaan Iso-Pyhäntäjärvi sijoittuu luokkaan hyvä. Iso-Pyhäntäjärvessä on 1970-luvulla esiintynyt talviaikaisia happikatoja syvänteen alusvedessä. 1980-ja 90-luvulta ei ollut käytettävissä lopputalven tuloksia, joten on vaikea sanoa, onko lopputalven happitilanne säilynyt ennallaan tai muuttunut. 6...Kainuun ympäristökeskuksen moniste
Säännöstelyn aloittamisen jälkeen on Iso-Pyhännän rannat kuluneet voimakkaasti ja monilla alueilla on esiintynyt rantavyörymiä. 2.2 Säännöstelyn kuvaus Iso-Pyhäntäjärveä on säännöstelty vuodesta 1957. Varsinainen säännöstelylupapäätös Pohjois-Suomen vesioikeudelta on saatu 8.11.1962. Keskiveden korkeus on noussut noin 2,4 m säännöstelyn seurauksena ja ylin sallittu vedenkorkeus on noin 2,7 metriä luonnontilaista vedenkorkeutta ylempänä. Lupaehtojen sallima suurin säännöstelyväli on 4,4 metriä. Käytännössä Iso-Pyhäntäjärven vuosivaihtelu on ollut 80- ja 90-luvulla keskimäärin 3,7 metriä, joten säännöstelymahdollisuutta ei ole viime vuosikymmeninä hyödynnetty täysimääräisesti (kuva 3). Säännöstelyluvan lupaehdot liitteessä 2. Pyhännänkosken voimalaitoksen säännöstelyluvan haltija on Graninge Kainuu Oy. 149,5 149 148,5 Vedenkorkeus (NN + m) 148 147,5 147 146,5 146 Vaihteluväli 1980-1999 145,5 1980-1999 keskiarvo Säännöstelyrajat 145 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 3. Iso-Pyhäntäjärven säännöstelyn ylä- ja alarajat, sekä keskimääräinen, minimi- ja maksimivedenkorkeus jaksolla 1980-1999. Kuivina keväinä, jolloin lumenvesiarvo on 15.3 valuma-alueella alle 120 mm on säännöstelyn alaraja NN+ 145,75 cm. 2.3 Iso-Pyhäntäjärven merkitys vesivoimatuotannolle Pyhännänkosken voimalaitoksen teho on noin 3 MW ja vuodessa tuotettu energia vaihtelee välillä 4 6 GWh. Tuotantoteho vastaa noin 1,5-2 % Graninge Kainuu Oy:n keskimääräisestä sähkön hankinnan tehosta, ja se on noin 0,5 % Graninge Kainuu Oy:n vuotuisesta sähkön hankinnasta. Pyhännänkosken voimalaitoksen merkitys puhtaasti prosentuaalisessa tarkastelussa suhteessa kokonaissähkönhankintaan antaa vaatimattoman kuvan Pyhännänkosken laitoksen merkityksestä Graninge Kainuu Oy:n hankinnalle. Laitoksen rakentamisajankohtana, 1950-1960-lukujen vaihteessa, laitoksen merkitys oli suuri. Silloin säännöstelijä sitoutui myös tiettyihin säännöstelijälle kuuluviin velvollisuuksiin, ja nämä velvollisuudet ovat edelleen voimassa riippumatta laitoksen pienestä suhteellisesta merkityksestä energian kokonaishankinnassa. Laitoksen automatiikkaa on kehitetty siihen suuntaan että laitoksen ajaminen pystytään Kajaanista käsin suorittamaan niin kutsutun kaukokäytön avulla siten, että pystytään Kainuun ympäristökeskuksen moniste...7
vesitilanteesta riippuen ajamaan vuorokaudesta esimerkiksi vain kaksi tai kolme tuntia, jolloin sähkön markkinahinta on korkeimmillaan. Käytettävissä olevalle vedelle pyritään optimoimaan sähkön markkinahintaa vasten paras mahdollinen tuotto. Tämä voi johtaa siihen, että pitkiäkin ajanjaksoja laitos voi seistä käyttämättä, välillä ajetaan ainoastaan arkipäivinä muutama tunti, ja runsasvetisinä ajanjaksoina, tai sähkön markkinahinnan ollessa pitkään korkea, ajetaan vuorokaudet läpeensä. Rajoittavina ehtoina ovat patoturvallisuus, lupaehdot, sekä enenevässä määrin tiedossa olevat ekologiset sekä virkistyskäytölliset näkökulmat. Keskimääräisenä vesivuotena tammi-helmikuussa pyritään hiljalleen laskemaan järven pinnan tasoa. Tähän ohjaa sähkön markkinahintakin, joka on usein talvikautena korkeimmillaan. Toisaalta pitää valmistautua tulvakauden alkamiseen laskemalla pinnan tasoa, jotteivät sulamisvedet aiheuttaisi tulvavaaraa toukokuussa. Tulovirtaamien kasvu huhtitoukokuun vaihteen aikoihin aiheuttaa tilanteen, jossa järven pinta nousee, vaikka laitoksen läpi juoksutetaan maksimivirtaama koko ajan. Tämän suurten tulovirtaamien aiheuttaman pinnantason nousun hallinnassa pitäminen edellyttää etukäteen tehtyjä laskelmia, käytännön osaamista kyseisen järven dynamiikasta sekä lumimäärään nähden riittävän matalalla olevaa pinnantasoa ennen tulovirtaamien alkua. Kesäkuun alkupuolella tulovirtaamat ovat jälleen pienentyneet. Pinnantaso on tällöin noin 20 cm säännöstelyn ylärajan alapuolella. Kesän aikana virkistyskäytölliset syyt ovat johtaneet melko tasaiseen pinnantasoon kesän aikana. Syksyn ajotapa ja pinnantasot riippuvat paljon loppukesän ja syksyn sateista. Tavoitteena on kuitenkin ollut, että kylmän talvikauden alkaessa järven pinta olisi suhteellisen korkealla. Tähän on syynä se, että talvella on tarve tuottaa sähköenergiaa suuren kulutuksen takia ja toisaalta tulovirtaamat ovat hyvin pienet talven aikana. Vettä siis pyritään keräämään varastoon pitkää talvikautta varten. Poikkeukselliset tapahtumat, esimerkiksi poikkeuksellisen korkea sähkön markkinahintataso tai poikkeuksellinen lumi- tai vesitilanne Iso-Pyhäntäjärven alueella voivat johtaa lyhyellä aikavälillä edellä kuvatusta normaalista vuoden ajorytmistä poikkeavaan ajotapaan. Iso-Pyhäntäjärven merkitys vesivoimantuotannolle ei siis ole suuri. Koska säännöstelijällä on tietyt vastuut säännöstelyn vaikutuksista ja laitoksen kustannustaso on korkea, eivät prosentuaaliset osuudet sähkön hankintamääristä anna oikeaa kuvaa Pyhännänkosken vesivoimalaitoksen merkityksestä säännöstelijälle. Liitteessä 3 kuvataan tarkemmin pienvesivoima tuotantoa ja sen haasteita. Järven säännöstelyn merkitystä ei nykyään voi mitata pelkästään tuotetulla vuosittaisella energiamäärällä, vaan merkitystä pitää ajatella pikemminkin aikanaan vastuulle otettujen velvoitteiden asiallisen hoitamisen, yhteiskuntavastuun sekä tärkeiden sidosryhmäsuhteiden hoidon näkökulmasta. 8...Kainuun ympäristökeskuksen moniste
3 SÄÄNNÖSTELYN VAIKUTUSTEN ARVIOINNISSA KÄYTETYT MENETELMÄT Työssä sovellettiin Suomen ympäristökeskuksessa kehitettyjä vaikutusten arviointimenetelmiä. Vedenkorkeusaineistojen analysointiin tarkoitetulla REGCEL- mallilla muodostettiin yleiskuva säännöstelyn vaikutuksista. Näin muodostunutta kuvaa tarkennettiin erityisesti säännöstelyn ekologisten vaikutusten arviointiin kehitetyllä REGEFF- mallitarkastelulla. Iso-Pyhäntäjärven juoksutuksia arvioitiin DHRAM- mallilla. Seuraavassa kuvataan lyhyesti mallien periaatteet ja soveltamisalueet. 3.1 Vedenkorkeuksien analyysityökalu (REGCEL) REGCEL- mallia kehitettäessä on hyödynnetty viimeisen 15 vuoden aikana tehtyjen säännöstelytutkimusten ja -selvitysten tuloksia (esim. Alasaarela ym. 1989, Kaatra & Marttunen 1993, Marttunen ym. 1997, Marttunen & Hellsten 1997, Marttunen & Järvinen 1999, Hellsten 2000). - REGCEL- vaikutusanalyysi muodostuu seuraavista vaiheista: Määritetään säännöstellyt ja luonnonmukaiseksi palautetut (tai luonnontilaiset) vedenkorkeudet valitulta ajanjaksolta. Määritetään mittarit, jotka kuvaavat vedenkorkeusvaihtelun vaikutuksia vesi- ja rantaluontoon, kalastoon, linnustoon ja virkistyskäyttöön ja lasketaan mittareille arvot. Tunnistetaan ne vedenkorkeusmuutokset, jotka vedenkorkeusanalyysin ja aikaisemmista säännöstelyn vaikutustutkimuksista syntyneen tietämyksen perusteella vaikuttavat voimakkaimmin vesistön tilaan ja käyttöön. Vertaillaan kulloinkin tarkasteltavan järven vedenkorkeusvaihteluita muiden säännösteltyjen ja säännöstelemättömien järvien vedenkorkeuksiin. Mallilla lasketaan arvot mittareille, joilla on tutkimusten tai asiantuntija-arvion mukaan selviä suoria tai epäsuoria vaikutuksia vesistön tilaan ja käyttöön. Mallissa ei vielä tällä hetkellä ole säännöstelyn taloudellisia vaikutuksia kuvaavia mittareita. - REGCELin mittarit jakaantuvat seuraavasti: - yleismittareita 7 kpl - vesi- ja rantaluonto 12 kpl - kalasto 9 kpl - linnut 1 kpl - virkistyskäyttö ja maisema 7 kpl Vedenkorkeuksien lisäksi analyysissä tarvitaan tiedot jäänlähtö- ja jäätymispäivästä, veden väristä ja jään paksuudesta. Veden värin avulla lasketaan, kuinka syvälle tuottava vyöhyke ulottuu. Jään maksimipaksuutta käytetään, kun lasketaan jäätyvänvyöhykkeen laajuus. Jäänlähdön ja jäätymisen ajankohtia tarvitaan, jotta arviot voidaan sitoa kalenterin sijasta kevään ja talven tuloon. Esimerkiksi hauen lisääntymisajankohta ja lintujen pesintäajankohta on sidottu jäänlähtöpäivään. Veden värinä on laskelmissa käytetty 85 mg Pt/l, sekä jään maksimipaksuutena 0,63 m. Jäänpaksuus tiedot ovat läheiseltä Hyrynjärveltä. Jäänlähtö ja jäätymispäivät ovat pääasiassa Nuas- ja Rehjäjärveltä, koska Iso-Pyhäntäjärvellä ei sijaitse jäätymisen havaintopistettä ja kyseiset järvet oletetaan vastaavan parhaiten Iso- Pyhäntäjärveä. Jäät ovat lähteneet Nuasjärveltä keskimäärin 13.5. Aikaisin jäänlähtöpäivä on tarkastelujaksolla ollut 28.4. ja myöhäisin 25.5. Syksyisin Nuasjärvi jäätyy keskimäärin 14.11. ja aikaisimmin jäätyminen on tapahtunut vuonna 1992 27.10. ja jakson myöhäisin jäätyminen on tapahtunut 8.12. Laskelmissa käytetyt jäätymis- ja jäänlähtöpäivät jaksolta 1980-1999 ovat liitteessä 4. REGCEL- analyysissä arvioitiin vedenkorkeuden vaihtelun vaikutuksia seuraaviin muuttujiin: vesi- ja rantakasvillisuus, pohjaeläimet, kalat, linnut ja virkistyskäyttö. Osa käytettävistä mittareista kuvaa yleisesti säännöstelyn vaikutuksia vesieliöstöön. Tällainen Kainuun ympäristökeskuksen moniste...9
mittari on esimerkiksi rantavyöhykkeen jäätyminen, jolla on vaikutusta pohjalehtisiin vesikasveihin, kalojen ravintona tärkeisiin suurikokoisiin pohjaeläimiin ja matalaan kutevien syyskutuisten kalojen mädin säilyvyyteen. Tarkastelu perustui seuraaviin mittareihin: Ylimmän rantavyöhykkeen kasvillisuus Tulvan suuruus: jäänlähtöpäivää edeltävän kahden viikon ja jäänlähtöpäivän jälkeisen kuukauden maksimivedenkorkeuden ja avovesikauden mediaanivedenkorkeuden välinen erotus (m). Yhtälö: HW_(W_JLP 2vk W_JLP + 4 vk) - MW_50, avovesi Tulvan ajoittuminen: tulvahuipun myöhästyminen jäänlähtöpäivästä (vrk). Yhtälö: D_HW_kevtulva JLP Vedenkorkeuden rytmi kesällä: jäänlähtöä seuraavan kuukauden vedenkorkeuden 75 %:n pysyvyystasosta vähennetään kasvukauden loppuosan 75 %:n pysyvyystason vedenkorkeus. Yhtälö: W75_JLPkk-W75_kasvukauden loppuosa Rantavyöhykkeen jäätyminen Jäätyvän vyöhykkeen osuus tuottavasta vyöhykkeestä (%): Kasvukauden keskivedenkorkeudesta vähennetään vedenkorkeus 6. Helmikuuta. Tähän lisätään jään ominaispaino (0,9) kerrottuna jään maksimi paksuudella. Tulos jaetaan tuottavan kerroksen syvyydellä. Yhtälö: jäätyvä vyöhykkeen laskenta: Df = (W_50, kasvukausi - W_6.2.) + (0,9 * jään paksuus), tuottavan vyöhykkeen laskenta: E r = 0.25*C 0.42 ja D r = - ln (0,045)/ E r, syötettävä arvo C = veden väri (mg Pt/l) Pohjaeläimet Häiriövyöhykkeen osuus tuottavasta vyöhykkeestä (%): vuoden ylimmän ja alimman vedenkorkeuden erotus jaetaan tuottavan vyöhykkeen pystysuuntaisella laajuudella. Yhtälö: (HW_vuosi NW_vuosi) / tuottavan vyöhykkeen laajuus Kalat Hauki: veden minimisyvyys saraikossa hauen kutuaikana (jäiden lähdöstä 4 viikkoa eteenpäin, m) Yhtälö: NW_ JLPkk - MW_75,kasvukausi Siika: vedenpinnan maksimialenema siian mädin hautoutumiskaudella (m) Yhtälö: W_JP - NW_jääaika Linnusto Vedenpinnan maksiminousu pesintäkaudella: (jaksolla 2-6 viikkoa jäiden lähdöstä, m) Yhtälö: HW_pesintä - W_JLP+2vk 10...Kainuun ympäristökeskuksen moniste
Virkistyskäyttö Virkistyskäytön kannalta hyvän tason saavuttamisajankohta (päivien lukumäärä jäänlähtöpäivästä, pvlkm) Yhtälö: DW hyvä taso JLP, W hyvä taso = W50 21.6.-15.8. 20 cm Vedenkorkeuden vaihtelu suosituimmalla virkistyskäyttökaudella, poikkeama avovesikauden mediaanista suosituimmalla virkistyskäyttökaudella (21.6.-15.8.). Yhtälö: Sum(DW)_W50,suos-vk / n (n = päiviä kpl) Maisemahaittaisen jakson pituus keväisin (pvlkm): kuinka nopeasti vedenkorkeus saavuttaa jäänlähtöpäivän jälkeen saraikon alarajaa kuvaavan vedenkorkeuden (75 % avovesikauden pysyvyystason). Yhtälö: W_jlp->W75_avovesikausi (pvlkm) Yhtälöissä on käytetty seuraavia merkintöjä: W50 = jakson vedenkorkeuksien mediaani HW = jakson ylin vedenkorkeus NW = jakson alin vedenkorkeus JLP = jäänlähtöpäivä JLPkk = jakso, joka alkaa jäänlähtöpäivästä ja kestää kuukauden jääaika = jakso jäätymispäivästä jäänlähtöpäivään pesintä = jakso, joka alkaa 2 viikkoa jäänlähtöpäivästä ja päätyy 6 viikkoa jäänlähtöpäivästä Avovesikausi = jäänlähtöpäivän ja jäätymispäivän välinen jakso Kasvukausi = jakso jäänlähtöpäivästä syyskuun loppuun Kasvukauden loppuosa = jakso alkaa kuukausi jäänlähtöpäivän jälkeen ja päättyy syyskuun lopussa Kevtulva = jakso alkaa jäänlähtöpäivästä ja päättyy kesäkuun loppuun suos-vk = jakso alkaa 21.6. ja loppuu 15.8. 3.2 Säännöstelyn vaikutusmalli (REGEFF) Säännöstelyn vaikutusmalli (REGEFF) on Excel-pohjainen jatkosovellutus REGCELanalyysityökalulle. Vedenkorkeusanalyysistä saatujen tulosten ja järven ominaispiirteitä koskevan tiedon perusteella voidaan arvioida säännöstelyn vaikutuksia mm. (Kuva 4) kasvillisuuteen (vyöhykkeiden sijainti, pinta-alat), kalastoon (hauen poikastuotanto, talvisen vedenpinnan laskun vaikutus siian mädin kuolleisuuteen), linnustoon (vedenpinnan nousun aiheuttama kuikan/kalalokin pesien tuhoutuminen), vesistön virkistyskäyttöön (sopimattomista vedenkorkeuksista aiheutuva haitta). Kainuun ympäristökeskuksen moniste...11
REGCEL ja REGEFF SÄÄNNÖSTELYN YMPÄRISTÖVAIKUTUSTEN ARVIOINNISSA REGCEL-analyysi REGEFF-laskennat Tulokset Kasvillisuusvyöhykkeiden sijainti ja pinta-ala Rantavyöhykkeen jäätyminen Hauen poikastuotanto Siian mädin kuolleisuus Tuhoutuvien kuikan- ja lokinpesien määrä Rantakiinteistöjen virkistyskäyttöhaitta Maisemahaitta Lähtötiedot * Vedenkorkeudet * Jäänlähtö- ja jäätymispäivä * Jään paksuus, veden väri Maasto ym. tutkimukset * Pinta-alakäyrä * Kasvillisuusvyöhykkeet * Elinympäristöjen jakauma * Virkistyskäyttötutkimukset (haittafunktio) * Hauen poikastiheydet Aikaisempien tutkimuksien hyödyntäminen * Haittafunktiot (kuikka, siika) * Hauen poikastiheydet Kuva 4. REGCEL ja REGEFF- mallien syöttötiedot ja REGEFF- mallin keskeiset laskentatulokset. 3.3 Virtaamien analyysityökalu (DHRAM) DHRAM- menetelmässä (Dundee Hydrological Regime Assessment Method) arvioidaan hydrologisten olosuhteiden suhteellisia muutoksia tilanteessa, jossa vesistön hydrologiaa on muutettu. Menetelmä perustuu Richterin ym. (1996) tarkasteluun, joka on sovellettu Skotlannin oloihin (Black ym. 2000). Muutettua hydrologiaa voidaan arvioida sekä varsinaisten että mallinnettujen havaintojen avulla. Varsinaista kalibrointia eliöiden suhteen ei ole tehty. Suomessa DHRAM- analyysiä on käytetty mm. Paatsjoella (Hellsten ym. 2001, Ulvi & Hellsten 2002) DHRAM- menetelmällä arvioitiin Iso-Pyhäntäjärven juoksutuksia ja verrattiin niitä hydrologisesti melko samankaltaisen luonnontilaisen Hossanjärven luusuan virtaamiin. Jokimalli pohjautuu viiteen ryhmään ja niissä tapahtuviin virtaamamuutoksiin: - Ryhmä 1: Joka kuukauden keskiarvovirtaama - Ryhmä 2: Vuosittaisten minimi- ja maksimivirtaamien suuruus - Ryhmä 3: Minimi- ja maksimivirtaamien ajoittuminen - Ryhmä 4: Suurten (pysyvyys < 25%) ja pienten (pysyvyys>75%) virtaama pulssien yleisyys ja kesto - Ryhmä 5: Virtaaman muutosten määrä ja yleisyys DHRAM- tarkastelu lähtee ajatuksesta, että muutos luonnonmukaisista virtaamaolosuhteista on aina eliöstön kannalta huono asia. Eri muuttujille (kymmenen kappaletta) saadut muutosarvot jaetaan luokkiin vaikutuspisteiden perusteella. Vaikutuspisteitä annettaessa jokaisen muuttujajoukon muutos summataan ja pisteytetään niin, että alimman 12...Kainuun ympäristökeskuksen moniste
kynnysarvon ylittäjä saa yhden pisteen, keskimääräisen ylittäjä kaksi ja ylimmän kolme vaikutuspistettä. Kynnysarvot määräytyvät Skotlannissa tehtyjen tutkimusten perusteella varsinaiset havainnot Suomesta puuttuvat. Hydrologinen muutos arvioidaan summapisteiden perusteella asteikolla 1-5 seuraavasti (taulukko 1). Taulukko 1. Hydrologinen muutoksen arviointi summapisteiden perusteella. Summapisteet Luokka Muutos 0 1 Ei vaikutusta 1-4 2 Muutoksen vähäinen todennäköisyys 5-10 3 Muutoksen kohtalainen todennäköisyys 11-20 4 Muutoksen suuri todennäköisyys 21-30 5 Voimakkaasti muutettu tilanne 3.4 Voimatalouslaskennat Voimataloudellisen tarkastelun tarkoituksena on arvioida ja vertailla säännöstelyvaihtoehtoja laitoksella tuotettavan sähkön markkina-arvon näkökulmasta erilaisilla sähkön tukkuhintaoletuksilla. Liiketaloudellisesta näkökulmasta katsottuna voimalaitoksen omistajan tulisi maksimoida laitoksella tuotettavan sähkön markkina-arvo. Käytännössä tämä tarkoittaa sähkön tuotannon ajoittumista sähkön hintatasolta kalleimpaan ajankohtaan annettujen reunaehtojen puitteissa. Annettuja reunaehtoja ovat puhtaasti liiketaloudellisesta näkökulmasta pelkistettynä tukkusähkön markkinahinta, säännöstelylupaehdot sekä patoturvallisuus. Näiden lisäksi käytännössä otetaan huomioon alueen asukkailta ja virkistyskäyttäjiltä saatu palaute sekä ekologiset vaikutukset niiltä osin kuin niitä tunnetaan Voimataloudellinen tarkastelun edellytyksenä on voimalaitoksen tuotannon karkea mallintaminen. Mallia laadittaessa on käytetty hyväksi laitoksen suunnittelun ajoilta olevia asiakirjoja sekä vuosikymmenten varrella kertynyttä kokemusperäistä tietoa. Riittävän kokonaiskuvan muodostaminen edellyttää erilaisten vesivuosien tarkastelua. Laskennat on tehty jaksolle 1995 2000, jolloin on saatu erityyppisiä vuosia kokonaissademäärän sekä tulovirtaamien ajoituksen suhteen. Laskentaa on esitelty tarkemmin liitteessä 5. Tuotetun sähkön markkinahinta on saatu Nordpool- sähköpörssin Suomen hinta-alueen hinnoista (ns. spot hinta) jaksolla 15.8.1998 10.6.2001 laskemalla keskimääräinen sähkön markkinahinta vuoden jokaiselle päivälle. Tätä vaihtoehtoa kutsutaan jatkossa nimellä Matala hintaprofiili (kuva 3). Sähkön keskimääräinen hinta tässä vaihtoehdossa on 15,30 /MWh. Eräiden arvioiden mukaan on mahdollista, että tulevaisuudessa tullaan talvisin kärsimään ajoittain tuotantokapasiteetin riittämättömyydestä. Tästä johtuen on lisäksi tehty tarkastelu korottamalla sähkön spot- hintaa talvikuukausina 30 50 %. Tällöin tarkastelussa tulee paremmin esille talviajalla tuotetun sähkön parempi markkina-arvo kevät- tai kesäaikaan verrattuna. Tätä vaihtoehtoa kutsutaan jatkossa nimellä Korkea hintaprofiili (kuva 5). Sähkön keskimääräinen hinta tässä vaihtoehdossa on 18,50 /MWh. Liitteessä 6 on kuvattu sähkön tuntihinnoilla tehtyjä voimatalouslaskelmia. Kainuun ympäristökeskuksen moniste...13
80 70 Korkea hintaprofiili Matala hintaprofiili 60 Sähkön hinta ( /MWh) 50 40 30 20 10 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 5. Voimataloudellisissa laskelmissa käytetyt sähkön vuorokausihinnat. Voimataloudelliset vaikutukset on laskettu maksimoimalla tarkastelujakson sähköntuotannon markkina-arvo vuorokauden keskimääräisillä spot- hinnoilla neljänkymmenen vuorokauden jaksoissa. Neljänkymmenen vuorokauden jakso vastaa varsin hyvin todellista ajotilannetta, sillä käytännön ajotilanteessakaan ei pystytä kovin kauas tulevaisuuteen arvioimaan tulovirtaamia ja ajotilanteita. 3.5 Rantojen virkistyskäyttö Rantojen virkistyskäytölle (rannalla oleskelu, liikkuminen, uinti, veneiden rantautuminen ja rannalta tapahtuva kalastus) aiheutunutta haittaa arvioitiin vedenkorkeuden vaihtelun, maastotutkimuksen ja tätä tarkoitusta varten kehitetyllä ns. VIRKI- mallilla. Tutkimuksessa vesirajan sijainnille määritellään ns. optimivyöhyke eli sellainen vedenkorkeuden vaihteluvyöhyke, joka on virkistyskäytön kannalta optimaalinen. Tämä optimivyöhyke määritetään jokaiselle rantaosalle erikseen ja sen leveys riippuu mm. rannan maalajista. Loma-asuntojen rannat ovat keskenään samanarvoisia samoin kuin vakituisten asuntojen rannat eli rannan virkistyskäyttöarvo ei ole riippuvainen käytön määrästä. Kaikki kiinteistöt katsotaan keskenään tarkastelussa samanarvoisiksi, koska ei ole tarkoituksenmukaista tai mahdollista määrittää kaikkien kiinteistöjen arvoa (liite 8). (Sinisalmi ym. 1998) Tutkimus perustuu kesän 2001 tilanteeseen, jolloin ei rakenteilla olevia kiinteistöjä huomioitu tarkastelussa. Virkistyskäytön arvo alenee, kun vesiraja siirtyy optimivyöhykkeestä järvelle tai maalle päin. Mallin käyttämää periaatetta on havainnollistettu kuvassa 17. Mallissa käytettyjä harkinnanvaraisia lähtötietoja on kuvattu liitteessä 8. VIRKI- mallissa lasketaan vedenkorkeuden vaihtelusta aiheutuvaa haittaa virkistyskäytölle, kun vedenkorkeus poikkeaa virkistyskäytölle optimaalisesta vyöhykkeestä. Tutkimuksessa käytetty virkistyskäyttökausi on 1.5.-30.9. Haitan määrä arvioidaan euroina. 14...Kainuun ympäristökeskuksen moniste
Vesiraja siirtynyt järvelle päin Vesiraja siirtynyt maalle päin Vesirajan optimivyöhyke Täysi virkistysarvo Virkistysarvo nollassa Vesiraja siirtyy järvelle päin Vesiraja optimivyöhykkeessä Virkistysarvo nollassa Vesiraja siirtyy maalle päin Kuva 6. Periaatekuva vesirajan siirtymän ja siitä aiheutuvan haitan tarkastelusta. (Sinisalmi ym. 1998) Iso-Pyhännän rannalla sijaitsevia kiinteistöjä (alle 100 m rantaviivasta) laskettiin olevan 120 kappaletta. Virkistyskäyttötutkimusta varten valittiin satunnaisotannalla 22 rantakiinteistöä. Otanta sisältää Iso-Pyhännän erilaiset rantatyypit ja antaa näin ollen kattavan kuvan Iso-Pyhännän rantojen virkistyskäytöstä. Kustakin pisteestä mitattiin mm. rannan profiili, määritettiin pohjan laatu sekä optimivyöhykkeen ylä- ja alaraja. Virkistyskäyttötarkastelun maastotöineen ja siihen tarvittavat laskennat teki Teemu Mustonen Kainuun ympäristökeskuksesta. Kainuun ympäristökeskuksen moniste...15
4 VEDENKORKEUKSIEN JA JUOKSUTUSTEN ANALYYSI Vedenkorkeuksien ja virtaamien tarkastelussa on käytetty päivittäisiä vedenkorkeus- ja virtaamatietoja vuosilta 1980-1999. Koska Iso-Pyhäntäjärveltä ei ole tiedossa luonnontilaisia vedenkorkeuksia eikä luonnonmukaiseksi palautettuja vedenkorkeuksia, on Iso-Pyhäntäjärven vedenkorkeuksia verrattu kolmen luonnontilaisen järven vedenkorkeuksiin (Jalanti-, Sonka- ja Hossanjärvi). Lisäksi tarkastelussa on verrattu Iso-Pyhäntäjärven vedenkorkeuksia muiden Oulujoen vesistön säännösteltyjen järvien vedenkorkeuksiin sekä Pohjois-Suomen (12 kpl, raja Oulujoen vesistössä) ja muun Suomen (41 kpl) säännösteltyihin järviin sekä säännöstelemättömien (55 kpl ) järvien vedenkorkeuksiin. 4.1 Vedenkorkeusanalyysi Taulukossa 2 on esitetty REGCEL- mittareiden arvot (keskiarvot, minimit ja maksimit) tarkastelujaksolla 1980-1999. Silmiinpistävää on suuri hajonta mittareiden minimi- ja maksimiarvoissa. Esimerkiksi jäätyvän vyöhykkeen osuus tuottavasta vyöhykkeestä on vaihdellut 33-130 % välillä, keskiarvon ollessa 73 %. Vedenkorkeuden alenema vilkkaimmalla virkistyskäyttökaudella on ollut pienimmillään alle 10 cm (vuonna 1980) ja enimmillään lähes 2 m (vuonna 1981). Taulukko 2. Mittareiden arvot jaksolla 1980-1999. Mittareiden laskentaperusteet on esitetty kohdassa 3.1 Keskiarvo (1980-1999) Minimi (1980-1999) Maksimi (1980-1999) Vuosivaihtelu (m) 3,73 3,41 4,34 Alenema siian mädin hautoutumiskaudella 3,51 3,05 4,11 (m) Jäätyvän vyöhykkeen osuus tuottavasta 73 33 130 vyöhykkeestä (%) Jäänpainamavyöhykkeen osuus tuottavasta 205 182 242 vyöhykkeestä (%) Häiriövyöhykkeen osuus tuottavasta 194 178 226 vyöhykkeestä (%) Tulvahuipun ajoittuminen (päiviä jlp:stä) 35 6 55 Kevättulvan suuruus (m) 0,03-0,40 0,40 Virkistyskäytön kannalta hyvän tason 13 0 44 saavuttamisajankohta keväällä(pvlkm) Maisemahaittaisen jakson pituus 15 0 44 keväällä (pvlkm) Minimisyvvyys saraikossa hauen -0,73 (0 vrk) -2,33 (0 vrk) 0 (0 vrk) lisääntymisaikana (m) -0,34 (10 vrk) -1,95 (10 vrk) 0,15 (10 vrk) Vedenpinnan nousu lintujen pesintäaikana 0,37 0 1,19 (m) Vedenkorkeuden alenema kesällä (m) - 0,33-2,25 0,77 Vedenkorkeuden vaihtelu keskikesällä 0,40 0,08 1,96 (m) Säännöstelykäytännössä tapahtuneiden muutosten arvioimiseksi laskettiin mittareille keskiarvot seuraavilla jaksoilla: 1980-1989, 1990-1999 ja 1995-1999 (taulukko 3). Tarkastelun perusteella säännöstelykäytännössä on tapahtunut tarkastelujaksolla huomattavia muutoksia. Esimerkiksi jäänlähtöpäivän vedenkorkeus on jäänyt 1990-luvulla selvästi 1980-16...Kainuun ympäristökeskuksen moniste
lukua alhaisemmalle tasolle; vedenpinta on jäänyt laskennallisen saravyöhykkeen alarajasta 1980-luvulla keskimäärin 0,52 m ja 1990-luvun jälkipuoliskolla yli metrin. Sen seurauksena vedenpinta nousee myöhemmin keväällä ja lintujen pesintäkaudella aikaisempaa enemmän. Vedenkorkeuden vaihtelu virkistyskäyttökaudella on vähentynyt merkittävästi; 1980-luvulla alenema oli keskimäärin 0,56 m ja 1990-luvulla 0,24 m. Myös vuotuinen vedenpinnan vaihtelu on vähentynyt hieman. Taulukko 3. Mittareiden arvot erilaisilla tarkastelujaksoilla. Keskiarvo (1980-1989) Keskiarvo (1990-1999) Keskiarvo (1995-1999) Vuosivaihtelu (m) 3,80 3,65 3,65 Alenema siian mädin hautoutumiskaudella 3,51 3,50 3,47 (m) Jäätyvän vyöhykkeen osuus tuottavasta 78 69 70 vyöhykkeestä (%) Jäänpainamavyöhykkeen osuus 262 301 292 tuottavasta vyöhykkeestä (%) Häiriövyöhykkeen osuus tuottavasta 198 190 190 vyöhykkeestä (%) Tulvahuipun ajoittuminen (päiviä jlp:stä) 36 34 33 Kevättulvan suuruus (m) 0,09-0,01 0,07 Virkistyskäytön kannalta hyvän tason 10 16 16 saavuttamisajankohta (pvlkm) Maisemahaittaisen jakson pituus 12 18 18 keväällä (pvlkm) Minimisyvyys saraikossa hauen -0,52 (0 vrk) -0,93 (0 vrk) -1,08 (0 vrk) lisääntymisaikana jäänlähtöpäivä + xx -0,23 (10 vrk) -0,46 (10 vrk) -0,56 (10 vrk) vrk (m) Vedenpinnan nousu lintujen pesintäaikana 0,24 0,50 0,55 (m) Vedenpinnan rytmi kasvukaudella (m) -0,69-1,04-0,96 Vedenkorkeuden vaihtelu keskikesällä 0,56 0,24 0,19 (m) Nykyistä vedenkorkeuden vaihtelua voidaan vedenkorkeusanalyysin perusteella pitää vesi- ja rantaluonnon kannalta varsin haitallisena. Virkistyskäytön kannalta kesän vedenkorkeudet ovat olleet viime vuosina hyvällä tasolla. Kevättalvella ongelmana on kuitenkin vesirajan siirtyminen satoja metriä ja joidenkin matalimpien lahtien kuivuminen. Tästä voi aiheutua haittaa esim. talousveden hankinnalle. Säännöstelyn haitallisimmat vaikutukset kohdistuvat todennäköisesti tarkastelun perusteella kalastoon kalojen lisääntymisolosuhteiden ja pohjaeläinravinnon määrän vähenemisen ja laadun heikkenemisen kautta. Rantavyöhykkeen kasvillisuudessa on tapahtunut todennäköisesti huomattavia muutoksia: kasvillisuusvyöhykkeet (erityisesti sarakasvillisuusvyöhyke) ovat kaventuneet merkittävästi. Myös vesirajan läheisyydessä pesivien lintujen kannalta nykyinen säännöstely on haitallinen. Kainuun ympäristökeskuksen moniste...17
4.2 Vedenkorkeusanalyysin tuloksien vertailu muihin järviin Verrattaessa Iso-Pyhäntäjärveä kolmeen kokoluokaltaan ja yläpuolisen valuma-alueen järvisyyden suhteen samantyyppiseen säännöstelemättömään järveen (4.58 Sonkajärvi - F= 5,4 % ja A= 5,3 km 2, 35.28 Jalantijärvi - F= 6,2 % ja A= 6,3 km 2 ja 59.52 Hossanjärvi F = 7,0 % ja A= 4,03 km 2 ), huomataan Iso-Pyhäntäjärven vedenkorkeuden vaihtelun poikkeavan merkittävästi samantyyppistä säännöstelemättömistä järvistä (kuva 7). Vertailun perusteella säännöstely on lisännyt Iso-Pyhäntäjärven vedenkorkeuden vuosivaihtelua noin 2 metriä ja talvialenemaa noin 3 m. 1,5 1,0 0,5 Iso Pyhäntä Jalantijärvi Sonkajärvi Hossanjärvi Vedenkorkeus (... +m) 0,0-0,5-1,0-1,5-2,0-2,5-3,0-3,5 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 7. Iso-Pyhäntäjärven ja samantyyppisten säännöstelemättömien järvien keskivesien vertailu (laskentajakso 1980-1999). Vedenkorkeudet skaalattu samaan asteikkoon. Iso-Pyhäntäjärveä verrattiin muihin Pohjois-Suomen säännösteltyihin järviin (12 kpl) 12 mittarin perusteella, jotka kuvaavat vesistön tilaan ja käyttöön vaikuttavaa vedenkorkeuden vaihtelua. Seitsemän mittarin osalta Iso-Pyhäntäjärven tilanne oli huonompi kuin Pohjois- Suomen säännöstelyissä järvissä keskimäärin. Kaikkien mittareiden osalta tilanne oli huonompi kuin Etelä- ja Keski-Suomen säännöstellyissä järvissä keskimäärin (kuvat 8 ja 9). Iso-Pyhäntäjärven säännöstely muistuttaa muiden Oulujoen vesistön säännösteltyjen järvien säännöstelyjä (kuva 10). Vedenpinnan vuotuinen vaihtelu on Vuokkijärven jälkeen toiseksi suurin ja samaa suuruusluokkaa kuin Ontojärven vedenkorkeuden vaihtelu. Kesällä vedenpinnan vaihtelu on vähäisempää kuin muissa Oulujoen vesistön säännöstellyissä järvissä. 18...Kainuun ympäristökeskuksen moniste
Säännösteltyjen (n=47) ja luonnontilaisten (n=44) järvien vertailu Vedenkorkeuden alenema talvella Kevättulvan suuruus Veden min.syv. saraikossa hauen lis.aikana Vedenpinnan nousu pesinnän aikana Vedenkorkeuden rytmi kasvukaudella Iso-Pyhäntä Säännöstellyt järvet, Pohjois-Suomi Säännöstellyt järvet, muu Suomi Luonnontilaiset järvet Vedenpinnan vaihtelu suosituimmalla virkistyskaudella Koko vuoden vedenkorkeuden vaihtelu -0,8-0,4 0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 3,6 4,0 Metriä Kuva 8. Iso-Pyhäntäjärven vedenkorkeusmittareiden vertailu muihin säännösteltyihin järviin ja luonnontilaisiin järviin. Häiriölle alttiin vyöhykkeen osuus tuottavasta vyöhykkeestä (%) Jäätyvän vyöhykkeen osuus tuottavasta vyöhykkeestä (%) Säännösteltyjen (n=47) ja luonnontilaisten (n=44) järvien vertailu Maisemahaittaisten keväiden lkm (%) Tulvahuipun myöhästyminen jäänlähtöpäivästä (pvä) Hyvän tason saavuttamisajankohta JLP:stä (pvä) Iso-Pyhäntä Säännöstellyt järvet, Pohjois- Suomi Säännöstellyt järvet, muu Suomi Luonnontilaiset järvet 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Kuva 9. Iso-Pyhäntäjärven vedenkorkeusmittareiden vertailu muihin säännösteltyihin järviin ja luonnontilaisiin järviin Kainuun ympäristökeskuksen moniste...19
2,0 1,0 Vedenkorkeus (... +m) 0,0-1,0-2,0 KIIMASJÄRVI OULUJÄRVI KIANTAJÄRVI ONTOJÄRVI NUASJÄRVI -3,0 VUOKKIJÄRVI ISO-PYHÄNTÄJÄRVI -4,0 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. Oulujoen vesistön säännösteltyjen järvien keskivedenkorkeudet jaksolta 1980-1999 skaalattuna samaan asteikkoon. Tarkastelemalla Iso-Pyhäntäjärven säännöstelyä tarkemmin eri ajankohtina ja vertailemalla sitä muihin Pohjois-Suomen säännösteltyihin järviin, voidaan tehdä seuraavanlaisia johtopäätöksiä: - Varsinaista kevättulvaa Iso-Pyhännällä ei esiinny vaan vedenkorkeus on keväällä keskimäärin hyvin lähellä avovesikauden mediaania. Muissa Pohjois-Suomen säännöstellyissä järvissä kevättulva on keskimäärin noin 0,15 m ja luonnontilaisissa järvissä se on keskimäärin 0,4 m. - Alkukesän ylin vedenkorkeus saavutetaan lähes samaan aikaan, kuin P-S säännöstellyissä järvissä keskimäärin eli noin 30 vrk jäänlähtöpäivän jälkeen. - Myös virkistyskäytön kannalta hyvä taso saavutetaan keskimäärin samaan aikaan kuin muissa säännöstellyissä järvissä. - Tuottavasta vyöhykkeestä jäätyy yhtä paljon eli noin 70 %. - Vedenpinta on hauen kutuaikana keskimäärin 0,7 m saraikon alapuolella, joka on 0,2 m alempana kuin P-S:n säännöstellyissä järvissä keskimäärin. - Vedenkorkeuden alenema talvella on Iso-Pyhäntäjärvellä ollut 3,5 m, joka on 0,6 m enemmän kuin P-S:n säännöstellyissä järvissä keskimäärin. - Vedenkorkeuden nousu lintujen pesintaikana on 0,37 m, joka on 0,07 enemmän kuin P- S:n säännöstellyissä järvissä keskimäärin. 4.3 Juoksutusten analyysi Luonnonmukaista virtaama-aineistoa ei ollut käytettävissä, joten analyysissä käytettiin säännöstelemätöntä vertailuvesistöä, jonka DHRAM- analyysin tuloksiin Iso-Pyhännän tuloksia on verrattu. Vertailuvesistöksi valittiin Hossanjärvi. Järvien pinta-aloissa sekä niiden valuma-alueen ja itse järvien pinta-alojen suhteissa on suhteellisen suuret erot, mutta valumaalueen järvisyysprosentti on lähes täsmälleen sama (taulukko 4). 20...Kainuun ympäristökeskuksen moniste
Taulukko 4. Iso-Pyhännän ja vertailujärven valinnassa tarkasteltuja ominaispiirteitä. Iso-Pyhäntä Hossanjärvi Vesistön pinta-ala (km 2 ) 11,56 4,03 Yläpuolisen valuma-alueen järvisyys (%) 5,5 5,6 Valuma-alueen ja vesistön pinta-alan suhde 48 114 Vaikka luonnontilaisia havaittuja tai palautettuja virtaamia ei ole Iso-Pyhännältä käytettävissä, voidaan sen virtaamien olettaa käyttäytyneen lähes samalla tavalla kuin Hossanjärven luusuan virtaamien. Koska Hossanjoen vuosivirtaama on likimain kaksi kertaa suurempi kuin Pyhännänkosken mitattu virtaama, puolitettiin Hossanjoen päivävirtaama-arvot vertailua varten. Tämän avulla saatiin järvistä poistuva vesimäärä vuositasolla keskimäärin yhtä suureksi. 25 20 Iso-Pyhäntä Hossanjärvi (1/2) Virtaama (m 3 /s) 15 10 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. Kuva 11. Pyhännänkosken nykyiset ja Hossanjärven luusuan puolitetut keskivirtaamat (MQ) tarkastelujaksolla 1981-2000. Iso-Pyhännän talvijuoksutukset samoin kuin veden varastoiminen järveen kesäaikana näkyvät keskivirtaama-arvoissa. Samoin Hossanjoen voimakkaammat virtaamat kevättulvaajankohtana (kuva 10). Myös Iso-Pyhäntäjärven juoksutuksissa on selvä kevätmaksimi. Se on osoitus siitä, että kevään tulovirtaamat ovat suuria verrattaessa järven säännöstelytilavuuteen. Virtaamavaihteluita kuvaavien suurten ja pienten pulssien lukumäärä on selvästi suurempi Pyhännänkoskella. Niitä esiintyy keskimäärin 90 kpl vuodessa. Vastaavasti Hossanjoella niiden lukumäärä on noin 3 kpl vuodessa. Pyhännänkosken pulssit ovat lyhyitä keskimäärin muutaman vuorokauden mittaisia, kun Hossanjoella ne ovat puolestaan pitkäkestoisia (kuva 11). Kainuun ympäristökeskuksen moniste...21
70 70 Virtaamapulssien yleisyys (lkm) ja kesto (d) 60 50 40 30 20 10 60 50 40 30 20 10 Variaatiokerroin (%) 0 Suurten pulssien lkm Pienten pulssien lkm Suurten pulssien kesto Pienten pulssien kesto 0 Keskiarvo Iso-Pyhäntä Keskiarvo Hossanjärvi Variaatiokerroin Iso-Pyhäntä Variaatiokerroin Hossanjärvi Kuva 12. Pyhännänkosken ja Hossanjoen suurten ja pienten pulssien lukumäärä ja kesto sekä niiden variaatiokertoimet tarkastelujaksolla 1995-2000. Suuri pulssi: pysyvyys < 25% ja pieni pulssi: pysyvyys>75%. Pyhännänkoski kuuluu DHRAM- analyysin perusteella neljänteen vaikutusluokkaan eli säännöstelyllä on ollut vesistön hydrologiaan suuria vaikutuksia. Eniten pisteitä saivat ryhmät 4 ja 5 (vrt. kohta 3.3). Näiden ryhmien mittareissa on siis tapahtunut erittäin merkittäviä muutoksia. Ryhmissä 1 ja 2 on tapahtunut kohtalaisia muutoksia. Ryhmästä 2 ei huomioitu yhden ja kolmen päivän minivirtaamia ja ryhmästä 3 ei tarkastelussa huomioitu minivirtaamapäivän ajoittumista, koska nämä muuttujat voivat vääristää tulosta. Tulosten tulkinnan kannalta juuri ne ryhmät, joiden tuloksia voidaan pitää luotettavimpina, saivat eniten pisteitä. Tosin ryhmistä 2 ja 3 poisjätetyt muuttujat voivat vähentää Pyhännänkosken vaikutuspisteiden kokonaismäärää. Iso-Pyhännän tapauksessa on huomioitava, että vertailujärven käyttämisestä aiheutuu aina enemmän virhettä kuin verrattaessa tuloksia havaittuihin luonnontilaisiin virtaamiin tai samalle järvelle tehtyihin palautuslaskelmiin. Virtaamissa tapahtuneet muutokset ovat DHRAM- tarkastelun mukaan suuria, mutta sen perusteella ei voida vetää johtopäätöksiä haittavaikutuksista. Iso-Pyhäntäjoki on suvantomainen, minkä vuoksi virtaamamuutokset eivät aiheuta merkittävää muutosta vedenkorkeuksissa. 22...Kainuun ympäristökeskuksen moniste
4.4 Yhteenveto vedenkorkeuksien ja juoksutusten analyysistä Iso-Pyhäntäjärven vedenkorkeuksia ja virtaamia tutkittiin Suomen ympäristökeskuksessa säännösteltyjen järvien analysointiin kehitetyillä menetelmillä. Tässä vaiheessa kartoitettiin vedenkorkeuksien ja virtaamien muuttuminen luonnontilaisesta sekä verrattiin järveä muihin säännösteltyihin järviin laskennallisin menetelmin. Samalla laskettiin muuttujia joiden avulla pystyttiin arvioimaan säännöstelyn aiheuttamia vaikutuksia järven eliöstöön ja virkistyskäyttöön. Yhteenvetona näistä analyyseistä voidaan todeta, että Iso-Pyhäntäjärven vedenkorkeudenvaihtelu ja virtaamat poikkeavat huomattavasti säännöstelemättömien järvien vedenkorkeuden vaihtelusta ja virtaamista. Iso-Pyhäntäjärvi on yksi Oulujoen vesistöalueen voimakkaimmin säännöstellyistä järvistä. Vedenkorkeusanalyysin perusteella arvioitiin, että säännöstelyllä on suuria negatiivisia vaikutuksia Iso-Pyhännän rantaluontoon ja virkistyskäyttöön kevättalvella ja keväällä. Kainuun ympäristökeskuksen moniste...23
5 ELINYMPÄRISTÖTARKASTELUT Elinympäristötarkastelujen tavoitteena on selvittää järven ominaispiirteitä ja rantavyöhykkeen tilaa ja sitä kautta myös vesistön herkkyyttä säännöstelyn aiheuttamille muutoksille. Samansuuruinen vedenpinnan vaihtelu voi aiheuttaa laadultaan ja voimakkuudeltaan hyvin erilaisia vaikutuksia eri järvissä ja samassakin järvessä erityyppisillä rannoilla. Tärkeimmät rantavyöhykkeen muutosherkkyyteen vaikuttavat tekijät ovat rannan ominaispiirteet (rantojen maaperä, kaltevuus ja muoto) sekä vedenlaatu. Kesällä 2001 kerättiin tietoa kasvillisuuden sijoittumisesta, yleisyydestä, laajuudesta sekä eroosiolle herkkien rantojen määrästä. Tiedon hankkimiseksi käytiin läpi olemassa oleva aineisto ja tehtiin täydentäviä kartta- ja maastoselvityksiä, joiden tuloksia käsitellään seuraavissa kappaleissa. 5.1 Karttatarkastelu Loivilla ja suojaisilla rannoilla on vesikasvillisuuden helppo levittäytyä, joten nämä rannat kasvavat helposti umpeen. Suojaiset kasvittuneet rannat ovat kalojen suosimia lisääntymisalueita ja hyvin usein myös monipuolisin elinympäristö löytyy näiltä rannoilta. Karttatarkastelun avulla voidaan karkeasti selvittää vesistöstä umpeenkasvuherkät rannat. Menetelmä perustuu rannan kaltevuuteen ja avoimuuteen ja on sovellettu Palomäen (1992) tuulialan suuruuteen perustuvaa menetelmää. Rannan avoimuutta voidaan arvioida rannan avautumiskulman perusteella. Jos rannalta katsottuna ei 0,5 km säteellä ole saaria tai niemiä ja rantapisteestä piirretty avautumiskulma on yli 90 astetta, on ranta avoin. Kapeat lahdet ja saarien lähellä rannat ovat näin ollen suojaisia. Umpeenkasvuherkiksi rannoiksi on määritetty rannat, joissa ulapalle avautuva kulma on alle 90 astetta ja rannan kaltevuus alle 2,5 % (kuvat 12 ja 13). 0,5 km Kuva 13. Menetelmän kuvaus avoimien ranta-alueiden määrittämiseksi. 24...Kainuun ympäristökeskuksen moniste
9 m 6 m 3 m 2,5 % Kaltevuus 120 m Kuva 14. Menetelmän kuvaus loivien ranta-alueiden määrittämiseksi. Karttatarkastelun perusteella Iso-Pyhännällä on loivia rantoja 31 % ja suojaisia rantoja 79 % rantaviivasta. Umpeenkasvuherkkiä rantoja, joissa molemmat kriteerit täyttyvät oli karttatarkastelun perusteella 30 %. 5.2 Elinympäristökartoitus Iso-Pyhännän rantojen elinympäristöjä kartoitettiin kesällä 2001 tehdyissä maastoselvityksessä. Tarkastelupisteet sijaitsivat 1 km:n välein koko rantaviivan pituudella. Yhteensä 54 pisteessä tehdyssä kartoituksessa tarkasteltiin rantatyyppiä, rannan eroosiota sekä kasvillisuutta. Rannat tyypiteltiin kallio-, moreeni-, hiekka- ja sorarannoiksi. Eroosion vaikutusta arvioitiin kolmeportaisesti, ei vaikutusta, lievä tai voimakas vaikutus (kuva 14). Kasvillisuudesta tarkasteltiin yleisempien lajien runsautta, saraikon, kortteikon ja kelluslehtisten määrä arvioitiin havaintopisteissä yhtenäiseksi, yksittäiseksi tai kokonaan puuttuvaksi (kuva 15). Lievä 9 % Voimakas 2 % Suo 7 % Kallio 24 % Ei eroosiota 89 % Hiekka 38 % Moreeni/ kivikko 31 % Kuva 15. Iso-Pyhännän elinympäristökartoituksessa tarkasteltujen 54 rantapisteen jakautuminen eroosion ja maaperän laadun mukaan. Kainuun ympäristökeskuksen moniste...25
% 80 70 Yhtenäinen Yksittäinen Tyhjä 60 50 40 30 20 10 0 Saraikko Kortteikko Kelluslehtiset Kuva 16. Kasvillisuuden runsaus elinympäristökartoituksessa tarkasteltujen 54 rantapisteen perusteella. Karttatarkastelun ja maastossa tehdyn elinympäristökartoituksen perusteella saatuja tuloksia vertailtiin ja todettiin, että niiden avulla saatiin hyvin samankaltaisia tuloksia. Umpeenkasvuherkkiä rantoja Iso-Pyhännällä on tarkastelujen (karttamenetelmä ja elinympäristökartoitus) perusteella noin 30-40 %. Kartalla umpeenkasvuherkiksi määritetyistä rannoista noin puolet oli myös maastossa havaittu reheviksi. 5.3 Vyöhykelinjat Elinympäristökartoituksesta saatuja tuloksia tarkennettiin maastossa 14.8.2001 tekemällä kymmenen vyöhykelinjaa eripuolille järveä (liite 7). Vyöhykelinjojen avulla kerättiin tietoa sekä rantojen kasvilajistosta ja lajien runsaussuhteista että kasvillisuusvyöhykkeistä Kasvillisuusvyöhykkeiden esiintymissyvyys, yhtenäisyys ja leveys kartoitettiin samalla, kun kohteen lajisto ja runsaus arvioitiin. 5.4 Elinympäristöjen pinta-alat Elinympäristöjen pinta-aloja ja niissä tapahtuvia muutoksia arvioitaessa on rantojen kaltevuudella hyvin keskeinen merkitys. Jotta rantojen kaltevuudesta saataisiin riittävän luotettava kuva, verrattiin vyöhykelinjojen (n=10) ja virkistyskäyttölinjojen (VIRKI) (n=21) kaltevuuksia säännöstelysuunnitelmassa esitetyn pinta-alakäyrän vastaaviin rantakaltevuuksiin. Vesistön syvyyskartasta, johon myös säännöstelysuunnitelman pinta-alakäyrä perustuu, mitattiin 60 pisteessä 1,5; 3 ja 6 m syvyysvyöhykkeiden etäisyys rantaviivasta. Näiden etäisyyksien keskiarvoja verrattiin maastomittausten tuloksiin (kuva 16). Tarkastelun perusteella vyöhykelinjojen rantakaltevuudet vastasivat aika hyvin vesistön pinta-alakäyrän rantakaltevuuksia ja VIRKI- linjat olivat keskimäärin hieman jyrkempiä. Käyttörannoiksi valikoituvat yleensä keskimääräistä jyrkemmät rannat, kun taas elinympäristötarkastelussa kohteena ovat loivemmat ranta-alueet. Tarkastelun perusteella säännöstelysuunnitelman pintaalakäyrää voidaan käyttää elinympäristölaskennassa, koska se kuvaa kohtalaisen hyvin kasvirantojen kaltevuuksia. 26...Kainuun ympäristökeskuksen moniste
Taso (NN+m) 151 150 149 148 147 146 145 VIRKI linjat Säännöstelysuunnitelma Vyöhykelinjat 144 143 142 0 10 20 30 40 50 Etäisyys rantaviivasta (m) Kuva 17. Iso-Pyhännän rantojen kaltevuus arvioituna virkistyskäyttö- ja vyöhykelinjoilta mitattujen rantakaltevuuksien sekä säännöstelysuunnitelman pinta-alakäyrän perusteella. 60 Kainuun ympäristökeskuksen moniste...27
6 ELINYMPÄRISTÖTARKASTELUJEN TULOKSET 6.1 Rantojen eroosio Tärkeimmät järvien rantoihin vaikuttavat eroosioprosessit ovat aalto-, virta-, jää- ja tuulieroosio. Myös rannan maa-aineksen eroosionvastustuskyky, kasvillisuus ja ihmistoiminta vaikuttavat rantojen kulumisalttiuteen. Aallokko on tärkein rantaeroosiota aiheuttava tekijä järviolosuhteissa. Aallokko aiheuttaa eroosiota suoraan aallon murtuessa, sekä epäsuorasti pohjaeroosion avulla. Avoimilla rannoilla aallokon ja tuulen aiheuttama eroosio on voimakkainta. Tasainen vedenkorkeus avovesikaudella aiheuttaa aallokkoeroosion keskittymisen kapealle rantavyöhykkeelle. (Hellsten ym. 1989 ja Mustonen 2001) Rantaprosessien säätelyjärjestelmä muuttuu, kun vedenkorkeutta nostetaan. Tämä aiheuttaa eroosiovyöhykkeen siirtymisen aiempaa ylemmäksi, jolloin rannan kuluminen siirtyy uudelle vyöhykkeelle ja sortumien riski kasvaa. Muutamien vuosien jälkeen tilanne yleensä tasaantuu kun uusi rantaviiva on kehittynyt. (Hellsten ym. 1989) Iso-Pyhännällä vedenkorkeutta nostettiin 2,4 m säännöstelyn alkaessa vuonna 1957. Vedenpinnan nosto on aiheuttanut kaikkien eroosioprosessien siirtymisen ylemmäksi alueelle, jossa ne eivät olleet ennen vaikuttaneet. Iso-Pyhännän rannat ovat varsinkin pohjoisosassa varsin jyrkkiä. Maastokartoituksen perusteella Iso-Pyhäntäjärvellä havaittiin noin 5 kilometriä (10 % rantaviivasta) eroosiolle herkkiä rantoja. Nämä eroosioalueet sijaitsivat suurelta osin avoimilla rannoilla, joilla aallokon aiheuttama eroosio kuluttaa rantapengertä. Eroosiota esiintyi myös suojaisissa lahdissa paikoissa, joissa järveen laskee joki tai puro. Lisäksi voimakasta eroosiota ja laajoja vyörymiä on Iso-Pyhäntäjärveen laskevassa Hiisjoessa. Kuva 18. Jäiden ja talvialeneman vaikutus Iso-Pyhäntäjärven rantaan. Iso-Pyhännällä on eroosiota aiheuttaviksi tekijöiksi arvioitu talvinen vedenpinnan aleneminen ja korkealla oleva vedenpinta syysmyrskyjen aikaan (kuva 18). Iso-Pyhännän vedenkorkeus pysyttelee koko kesän hyvin kapealla vyöhykkeellä lukuun ottamatta 28...Kainuun ympäristökeskuksen moniste