Laskentaohjesuositus turvetuotannon tarkkailuihin Sirkka Tattari, Jari Koskiaho, Maiju Kosunen TASO hankkeen Loppuseminaari, 11.11.2013 Jyväskylä 1
Virtaama Pitoisuus
Kuukausikeskiarvomenetelmä Kuukausikeskiarvomenetelmässä ainevirtaama lasketaan jokaiselle kuukaudelle erikseen kertomalla ao. kuukauden keskipitoisuus ja keskivirtaama ja huomioimalla kuukauden pituus (28 31 päivää). ja referenssimenetelmä Pitoisuus c(t i ) c(t i+1 ) Pitoisuuksia ei lasketa jokaiselle päivälle erikseen, vaan laskennassa käytetään havaintojakson (Ti) aikaista kokonaisvirtaamaa c(t i-1 ) t i-1 t i t i+1 Aika Kuva 3. Pöyryn käyttämän ainevirtaamien laskentamenetelmän periaatekuva. T i 3
Periodimenetelmä Ainevirtaamaa ei lasketa havaintopäivien välisille jaksoille vaan vuoden jokaiselle päivälle erikseen kunkin päivän havaittua virtaamaa hyödyntäen. Toisekseen pitoisuuden oletetaan olevan havaintopäivänä mitatun suuruinen havaintopäivän (ti) ja sitä edeltävän havaintopäivän (ti-m) puolivälistä havaintopäivän ja sitä seuraavan havaintopäivän (ti+n) puoleenväliin Pitoisuus c(t i+n ) c(t i ) c(t i-m ) t i-m t i t i+n Aika Kuva 4. Ainevirtaamien laskentaan käytettävän Periodimenetelmän periaatekuva. m = vuorokausien lukumäärä edeltävästä havaintopäivästä havaintopäivään ja n = vuorokausien lukumäärä havaintopäivästä seuraavaan havaintopäivään. 4
Interpolaatiomenetelmä Lineaarisessa interpolaatiomenetelmässä (Kaava 4) ainevirtaama lasketaan jokaiselle vuorokaudelle erikseen kertomalla ainepitoisuus ko. vuorokauden keskivirtaamalla siten, että havaintopäivien välisille päiville ainepitoisuudet määritetään havaintopäivien välisen suoran mukaisesti Pitoisuus C(t i+n ) C(t i+3 ) C(t i+2 ) C(t i+1 ) C(t i ) Havaintopäivä t i t i+1 t i+2 t i+3 Havaintopäivä t i+n Aika Kuva 5. Ainevirtaamien laskentaan käytettävän Interpolaatiomenetelmän periaatekuva. n = vuorokausien lukumäärä havaintopäivästä seuraavaan havaintopäivään. 5
Kiintoaine ja humus muiden laskentamenetelmien tuottaminen kuormitusarvioiden ero verrattuna referenssimenetelmään havaintoalueilla. 6
Kokonaistyppi ja -fosfori 7
Vesinäytteenoton edustavuus Taulukko 3. Vesinäytteiden ottoajankohtien osuminen eri virtaamatilanteisiin kuudella havaintopaikalla. Vertailukohtina tulokset Aitonevan havaitusta ja Porrasnevan keinotekoisesta aikasarjasta. OSUMAT Suo Huippujen lkm Näytemäärä Nouseva Huippu Laskeva Alivirtaama Iso-Rydistönkeidas 16 24 13 % 0 % 13 % 75 % Okssuo 20 24 8 % 4 % 21 % 67 % Leppisuo 19 22 14 % 0 % 41 % 45 % Valkeissuo 18 26 19 % 8 % 31 % 42 % Joutsuo 18 24 8 % 8 % 46 % 38 % Porrasneva 20 24 8 % 8 % 29 % 54 % Kaikki keskimäärin 19 24 12 % 5 % 30 % 53 % Aitoneva 20 24 4 % 21 % 38 % 38 % Porrasneva hypot. 20 24 13 % 38 % 25 % 25 % 8
Näytteenoton painottuminen virtaaman suhteen Taulukko 4. Ainevirtaaman laskentamenetelmien tuottamien tulosten väliset erot riippuen näytteenoton painottumisesta virtaaman suhteen. Oletus: virtaaman ja pitoisuuden välillä positiivinen riippuvuus. Laskentamenetelmä Näytteenotto virtaaman suhteen Tasapainoinen Ylivirtaamapainotteinen Alivirtaamapainotteinen Referenssi - + -- Periodi OK ++ - Kuukausikeskiarvo -- + -- Lin. Interpolaatio OK ++ - ++ = Yliarvioitu ainevirtaama + = Lievästi yliarvioitu ainevirtaama OK = Lähellä oikeaa oleva ainevirtaama-arvio - = Lievästi aliarvioitu ainevirtaama -- = Aliarvioitu ainevirtaama 9
Vedenlaatu ja virtaamamittausten määrän vaikutus tulokseen - esimerkki kuukausikeskiarvomenetelmästä ja periodimenetelmästä Kuukausikeskiarvomenetelmä Periodimenetelmä Poimittiin vedenlaatumittauksista ensimmäisessä vaihtoehdossa neljä ja toisessa kymmenen arvoa Poimittiin vedenlaatumittauksista ensimmäisessä vaihtoehdossa neljä ja toisessa kymmenen arvoa Jokaiselta vuodenajalta, painottaen ajankohtia joilla oli korkein mittaustiheys Jokaiselta vuodenajalta, painottaen ajankohtia joilla oli korkein mittaustiheys Poimittiin virtaamalle neljä tai kymmenen arvoa, samoilta päiviltä kuin vedenlaadulle Päivittäin mitattua virtaama käytettiin laskennoissa. 10
Vedenlaatu ja virtaamamittausten määrän vaikutus tulokseen - esimerkki kuukausikeskiarvomenetelmästä ja periodimenetelmästä Kuukausikeskiarvomenetelmällä lasketuissa kuormissa enemmän vaihtelua Erityisesti kombinaatiolla 4 vesinäytettä 4 virtaamamittausta suuria huuhtoumia verrattuna referenssiarvoon Pöyryn työstämät sekä kuukausikeskiarvomenetelmällä (vedenlaatu ja virtaama, n=4 tai10) lasketut typpikuormat. Kombinaatiolla 10 vesinäytettä 10 virtaamamittausta kuormat pääosin referenssiarvoa pienempiä Päivittäisen virtaaman käyttäminen periodimenetelmässä tasaa vaihteluita Hydrologinen käyttäytyminen vaihtelee usein vuodenaikojen välillä, joten mahdollista että epäedustavammalla poimintatavalla kuormien välillä olisi ollut enemmän eroja Pöyryn työstämät sekä periodimenetelmällä (vedenlaatu n=4 tai 10, virtaama n=366 lasketut typpikuormat). tasapainoisen havaintosarjan saavuttaminen on suuremmalla näytemäärällä helpompaa 11
Hovin kosteikko, 1.4.-10.5.2013 Vesiensuojelumenetelmän tehokkuus Jos käsinäytteenotto ei osu tulvahuippuun, aliarvioimme tehokkuutta. Vesiensuojelumenetelmän tehokkuutta voidaan yleisesti ottaen arvioida Tuleva joko tehtyjen pitoisuusmittausten avulla tai mallintamalla. Hyvä seuranta edellyttää erilaisten hydrologisten vuosien vaikutuksen arviointia toimenpiteen tehokkuuteen. Lähtevä 12
Suositus 1 Yhteenvetona voidaan todeta, että periodi- ja lineaarisella interpolaatiomenetelmällä saadut tulokset ovat lähimpänä toisiaan. Periodimenetelmä on lisäksi käytössä mm. ympäristöhallinnon pienillä valuma-alueilla, joten menetelmä on sekä Suomessa että maailmallakin tunnettu ja yleisesti hyväksytty. ( tieteelliset julkaisut) Referenssimenetelmä tuotti keskimäärin muita hieman korkeampia kiintoaine- ja kokonaisfosforikuormitusarvioita. Kokonaistypen ja COD:n kuormitusarviot olivat keskimäärin hyvin lähellä toisiaan laskentamenetelmästä riippumatta. 13
Suositus 2 Ainevirtaaman laskennassa on keskeisintä mitata virtaamaa lähes jatkuvatoimisesti. Jos mittausjaksossa on katkoksia, voidaan puuttuvia arvoja korvata läheisen mittausaseman tietojen pohjalta, mikäli alueiden vedenkorkeusvaihtelut ovat aiemmin havaittu samankaltaisiksi. Näytteenoton edustavuus: Tavoitteena tulisi olla mahdollisimman tasapainoinen havaintosarja, jossa sekä tulvahuippujen että alivirtaamajaksojen lisäksi olisi edustettuna vesinäytteitä myös nousevan ja laskevan virtaaman jaksoilta. à aiempien aikasarjojen yksityiskohtainen tutkiminen (nyt liikaa näytteitä alivirtaamakaudella). Pienemmällä näytemäärällä sattuman osuus on suurempi, joten tasapainoisen havaintosarjan saavuttaminen on suuremmalla näytemäärällä helpompaa. 14
LOPUKSI Toisaalta on myös todettava, että tiedossa ei ole absoluuttisesti oikeaa tietoa vuosikuormasta, joten kun vertaamme eri menetelmiä ja erilaisia laskentaperusteita keskenään, emme tiedä oikeaa arvoa. Sitten kun turvetuotantoalueilta on saatavilla pidempikestoisia ja laatutarkastettuja jatkuvatoimisia vedenlaadun mittausjaksoja, voimme uudelleen arvioida em. laskentamenetelmien hyvyyttä ja toimenpiteiden tehokkuutta. KIITOS! 15