LEVÄNET palvelukonsepti ja sen tuotteistaminen 3.2.2011 Välineitä rehevöitymisen arviointiin ja hallintaan GisBloom (LIFE09 ENV/FI/000569) www.environment.fi/syke/gisbloom Olli Malve SYKE, vesikeskus, malliyksikkö
YLEISESITTELY suuntaviivoja työpaketeille GisBloom hanke pähkinän kuoressa Tilanne arvio LEVÄNETTI palvelu Työn kuvaus 16.3.2011 Taneli Duunari-Työntekijäinen, SYKE 2
PROJECT LOCATION Helsinki, Joensuu, Lahti, Lohja, Vaasa, Tvärminne - Finland Demonstrations in 9 pilot areas: Lapuanjoki, Hiidenvesi, Pohjanpitäjänlahti, Pien-Saimaa, Vanajavesi, Säkylän Pyhäjärvi, Lahden Vesijärvi, Vantaanjoki river and -estuary, Karvianjoki, Temmesjoki BUDGET INFO Total amount: 3 060 856 % EC Co-funding: 49,12 % DURATION Start: 1/10/2010 End: 30/9/2013 16.3.2011 Olli Malv e, SYK E
BACKGROUND Eutrophication poses the biggest threat to the Finnish inland and coastal waters, with highest nutrient loads from agriculture. Climate change may the strengthen symptoms of eutrophication. At present, the planning of WFD programs of measures is based on data retrieval, analyses, decision and dissemination protocols which are not fully compatible and optimal for the cost-efficient and participatory implementation of WFD. AIMS The GISBLOOM project will demonstrate integrated methods and webservices which are compatible and optimal in the identification of cost efficient program of measures and in the engagement of public to participatory monitoring and management. MAIN EU POLICY(IES) TARGETED Water Framework Directive (2000/60/EC) Marine Strategy Framework Directive (2008/56/EC) Nitrates Directive 16.3.2011 Olli Malv e, SYK E
THEMES in DEMONSTRATION 1. Conceptual modeling of scenarios and causal linkages 2. Estimation of internal loading and corresponding effects 3. Estimation of non-point loading and corresponding effects 4. Modeling of recovery from eutrophication and forecasting of algal blooms 5. Identification of cost-efficient program of measures estimation of socio-economic impacts 6. Ecological classification based on model forecasts 7. Implementation of GIS services for monitoring of algal blooms 8. Implementation of integrated participatory Web services and tools for managers and stakeholders 16.3.2011 Olli Malv e, SYK E
Data Management Scenarios Analyses GIS Data Base IMPLEMENTATION IN THREE STEPS Models and Web Services Ecological and Socio- Economic Forecasts and Impact Estimates Public Understanding, Motivation and Skills Climate Scenarios 1. Collation and Analyses of Data 2. Implementation of Models, Tools and Services 3. Demonstration in River Basin Management Cost-Efficient Implementation of Management 16.3.2011 Good Ecological Status and Usability of Water Body Olli Malv e, SYK E
EXPECTED RESULTS Environmental: Decreased frequency and extend of algal blooms. Adaptation of management to climate change impacts. Outputs: Engagement of public to participatory monitoring and management Improved understanding and forecasting of algal blooms Identification of cost-efficient management measures Integrated, web-based tools and services Demonstration in the management of pilot river basins Contact informationt: Principle Research Scientist Olli Malve, E-mail: olli.malve@ymparisto.fi, Phone: +358 400 148 826 Research Engineer Pia Rotko, E-mail: Pia.Rotko@ymparisto.fi, Phone: +358 400 148 708 Finnish Environment Institute P.O.Box 140, FI-00251 Helsinki www.environment.fi/syke/gisbloom 16.3.2011 Olli Malv e, SYK E
PROJECT S IMPLEMENTORS Coordinating Beneficiary: Finnish Environment Institute Beneficiaries (5): Arbonaut Ltd., Päijät-Häme Vesijärvisäätiö Foundation, The Association for Water and Environment of Western Uusimaa (LUVY), Zoological Station, University of Helsinki (Tvärminne), Centre for Economic Development, Transport and Environment in South Ostrobotnia. Partners: Local management projects together with associated stakeholders. 16.3.2011 Olli Malv e, SYK E
LEVÄNETTI palvelun testaus Toteutetaan LEVÄNET - palvelu, joka 1. Kokoaa, analysoi ja mallintaa järvien ja rannikkovesien leväkukintoihin liittyvää seuranta- ja kustannushyötytietoutta 2. Tekee tilannekartoituksia, ennusteita, toimenpide- ja ilmastoskenaariota sekä toimenpidesuosituksia (kustannustehokkaat vesienhoitotoimenpiteet) Palvelun toimivuutta testataan 7:n testialueen paikallistason sidosryhmien työskentelyssä. 16.3.2011 Taneli Duunari-Työntekijäinen, SYKE 9
Lähtötilanne Ympäristöhallinnossa ja tiedeyhteisössä on huomattava määrä tutkija- ja asiantuntijaosaamista ja tietoa & Paikallistasolla epätietoisuus levätilanteesta sekä toimenpiteiden vaikutuksista, kustannuksista ja hyödyistä Tilanne arvio Tavoite: LEVÄNET palvelu Tunnistetaan vesienhoidon paikallistason tietotarpeet ja määritellään tuotettavat palvelut konkreettisesti Ajautumisvaihtoehto Ei tunnisteta vesienhoidon paikallistason tietotarpeita Toivottu lopputulos Tietotarpeet tyydytetty Vesienhoidon kustannustehokas ja motivoitunut toteutus Inhorealistinen skenaario Vesienhoidon tietotarpeet eivät tyydyty Vesienhoidon tehottomuus ja heikko toteutus 16.3.2011 Taneli Duunari-Työntekijäinen, SYKE 10
Toimintamalli Paikallistason tietotarpeiden kartoitus -työpaja ja haastattelut LEVÄNETTI palvelun toimintojen ja sisällön määrittely (SA 2.5 ja 3.1.2) -testialueiden palaute! Työpakettien 2 & 3 tieto-, analyysi- ja malli-moduulien määrittely -testialueiden palaute! Testialueiden tyytyväisyys Komission ja YM:n tyytyväisyys Palveluiden onnistunut toteutus ja testaus Työsuunnitelmien tarkentaminen -testialueiden palveluiden räätälöinti 16.3.2011 Taneli Duunari-Työntekijäinen, SYKE 11
Miksi: LEVÄNETTI palvelukonsepti - keskustelun virittämiseksi Ongelma: leväkukinnat sekä niiden tehokkaaseen hallintaan tarvittavan tiedon puute paikallistasolla Mahdollisuus: tutkimus- ja asiantuntijaresurssien suuntaaminen paikallisiin tietotarpeisiin luo valmiudet hoitotoimenpiteiden tehokkaalle toteutukselle Strategia: Vesienhoidon paikallisten toimijoiden tiedollisten ja taidollisten valmiuksien ja motivaation vahvistaminen tutkimus- ja asiantuntijapalveluita tuotteistamalla 16.3.2011 Taneli Duunari-Työntekijäinen, SYKE 12
LEVÄNETTI palvelukonsepti (jatkoa) Mitä: Levätilanteen seuranta ja ennusteet Kustannustehokkaiden toimenpiteiden tunnistaminen Miten: Toimintamalli: toimitetaan olemassa olevaa havaintoaineistoa ja ennusteita sopivassa muodossa paikallistason sidosryhmille Kehitysympäristö: testialueet 16.3.2011 Taneli Duunari-Työntekijäinen, SYKE 13
LEVÄNETTI palvelukonsepti (jatkoa) Mitä tietoa tarvitaan: levätilannekartoitukset, vesienhoitotoimenpiteiden ja ilmastonmuutoksen vaikutukset, kustannustehokkuus Resurssit mitä osaamista: luonnontieteilijät, talouden ja tekniikan asiantuntijat sekä ympäristöhallinnon ja paikalliset tason sidosryhmät Menetelmät: www-pohjainen karttapalvelu, GIS tietokantapalvelut, seurantatiedon kokoaminen, analysointi ja mallitus, ennusteet ja skenaariot, toimenpiteiden vertailu 16.3.2011 Taneli Duunari-Työntekijäinen, SYKE 14
LEVÄNETTI palvelukonsepti (jatkoa) Työkalut: ympäristöhallinnon ja paikallisten toimijoiden tietokannat, kansalaisten levähavainnot, gistietokantapalvelut, mallit, kustannus- ja hyötytiedot, monitavoitteisen päätöksenteon menetelmät Verkostot: yhteistyökumppaneiden sisäiset, kansalliset ja kansainväliset hankkeet ja sidosryhmät Asiakas: pakallistason toimijat ja sidosryhmät Tavoite: paikallistason vesienhoidon tehostuminen Palvelutarve: uskottavaa tietoa levätilanteesta ja hoitotoimenpiteiden vaikutuksista ja kustannustehokkuudesta 16.3.2011 Taneli Duunari-Työntekijäinen, SYKE 15
LEVÄNETTI palvelukonsepti (jatkoa) Oletetut tulokset: Paikallistason toimijat ja sidosryhmät saavat haluamansa tiedon osaavat muodostaa ja toteuttaa kustannustehokkaita leväkukintojen torjunta- ja toimenpideohjelmia omaavat vahvan motivaation toteuttaa ohjelmia 16.3.2011 Taneli Duunari-Työntekijäinen, SYKE 16
Palveluvaatimusten määrittely Asiakasvaatimukset: mitä tietoa, ajallinen ja paikallinen erotuskyky, Viranomaisvaatimukset: vesimuodostumien tyypittely ja luokittelu, määräykset, Liiketoimintavaatimukset: laatu, palvelunhallinta, Jakelu- ja toimitusvaatimukset Käyttöönotto Ylläpito Riskienhallinta 16.3.2011 Taneli Duunari-Työntekijäinen, SYKE 17
LEVÄNETTI palvelu: Levätilannekartoitus: Kaukokartoitustuotteet, automaattiset mittaukset ja manuaalinen seuranta Vesistömalli ennusteet: järvien klorofylli, kokonaisravinteet Hajakuormitusmalli ennusteet ja ravinnekuormituksen vähennystavoite (hyvä ekologinen tila ja käyttökelpoisuus): kokonaisravinteet Järvimalli ja Estuaarimalli ennusteet Kustannushyötymalli: Kustannustehokkaiden vesienhoitomenetelmien tunnistaminen Osaksi Järvi-Wiki ä 16.3.2011 Taneli Duunari-Työntekijäinen, SYKE 18
LEVÄNETTI palvelut 16.3.2011 Taneli Duunari-Työntekijäinen, SYKE 19
Työnkuvaus 16.3.2011 Taneli Duunari-Työntekijäinen, SYKE 20
Mallit ja tietokannat 16.3.2011 Taneli Duunari-Työntekijäinen, SYKE 21
Aineistojen kuvaus, kokoaminen ja analysointi (Työpaketti 2) TP2 2.1 Järvet 2.2 Rannikkovedet 2.3 Ravinnekulkeumien arviointi 2.4 Satelliittikuvat ja automaattiasemat 2.5 GIS tietokantapalvelut Aineistot Aineistoanalyysit Työkalut TP 3 Mallit ja ennusteet Data-assimilaatio Karttapalvelu Talousvaikutukset TP 4. Demo- ja pilotti alueet
2.1 Käsitteellinen malli - esimerkki Sinilevien puuttuminen järvistä kesällä 2010 Kylmä talvi 2009/2010 -ravinnekuormitus vesistöihin pieni Kevään valuntahuippu maalis-huhtikuu 2010 -Ravinnekuormitus järviin Lämmin sääjakso toukokuussa 2010 Voimakas kevään kasviplanktonkukinta - piilevät Kukinnan loppuessa vajoavat levät vievät ravinteet sedimenttiin Eläinplankton Lämmin ja kuiva kesä 2010 Kirkkaanveden vaihe Voimakas kerrostuneisuus Ravinnekuormitus valuma-alueelta vähäistä Ei ravinnetäydennystä väli- ja alusvedestä sekoittumisen seurauksena Ravinnerajoitus Sinileväbiomassat pieniä kesällä 2010 Seuraava vaihe: tilastollisten riippuvuuksien etsiminen tekijöiden välille
2.2 Rannikkovedet: vuokaavio Land use & nutrient loads Input from Action 2.3 STATISTICAL MODELING Meteoro llogical data LLR model application Co-operation With Action 3.1 VELMU projec t HERTT A & PULSSI BLOOM demonstrations ECOSYSTEM MODELING Algaline Remote sensing Input from Action 2.4 2.5 Database 3.1.2 Internet service
2.3 Ravinnekulkeumien arviointi Elina Jaakkola, Sirkka Tattari, Petri Ekholm (SYKE) Tavoitteet 1. Luoda empiirinen työkalu (= yhtälöt), jolla voidaan arvioida kokonaisfosforin ja typen kulkeumia (kg km 2 a 1 ) mille tahansa valuma-alueelle 2. Arvioida yhtälöillä ravinnekulkeumat valituille kohteille vuosille 2000 2010 3. Arvioida ravinnekulkeumien tulevaisuuden kehitystä Pääpaino maatalouden kuormituksessa. Vastaavia tarkasteluja tehty MYTVAS3-hankkeessa Suomen rannikkojoille ja SCENES-hankkeessa Euroopan laajuisesti. GisBloom:ssa menetelmää sovelletaan koko Suomelle.
Satelliittikuvasta tulkittu kiintoainepitoisuus mg/l 7.8.2007 (MERIS 300 m) Päijänne Vesijärvi Vanajavesi
Automaattimittaukset Pyritään saamaan viiden järven automaattiasemien tulokset analyyseihin mukaan. Mittauksia käytetään mm. apuna selvitettäessä kukintojen syyseuraussuhteita sekä satelliittikuvien validoinnissa ja kalibroinnissa. Osalla järvistä on keskustelut datan saatavuudesta vielä käymättä.
SADB-kannan käyttäjän ei tarvitse tietää miten tieto SADB-järjestelmän sisällä tuotetaan tai järjestetään Karttakäyttöliittymän toiminnot Mallintajan mallin toteuttava ohjelma Pyynnöstä tuotetut uudet aineistot Relaatiokanta ohjaa toimintoja ja palauttaa käyttäjien rajapintojen yli toimittamien pyyntöjen mukaiset tiedot ULAPPA Prosessi aineiston tuottamisen ohjaamiseksi Mallinnuksen parametreja jne voidaan tallentaa suoraan SADBkantaan HERTTA tms muu tietokantayhteys Uuden aineiston luontiohjelma 16.3.2011
16.3.2011 Taneli Duunari-Työntekijäinen, SYKE 35
Vesistömalli klorofylli ennusteet 16.3.2011 Taneli Duunari-Työntekijäinen, SYKE 36
LLR etusivu http://coherens/~tht_kr/lakestate/
Kuvaajasta näet miten hyvin mallin antamat arvot vastaavat järvessä havaittuja pitoisuuksia havaittu pitoisuus 90 %:n luottamusraja + + mallilla laskettu ennuste Kuvaajista näet miten järven kokonaisfosforipitoisuus eri mallien mukaan muuttuu, kun järveen tuleva kokonaisfosforin pintakuorma muuttuu. Vaakaviivat näyttävät järven eri tilojen luokkarajat kokonaisfosforipitoisuuksille. Tärkein on Hyvä/Tyydyttävä raja, jonka alapuolelle jäävät pitoisuudet ovat vesipuitedirektiivin vaatimusten mukaisia. Kuvaajista näet miten Chapran järvikohtaiseen aineistoon perustuvan mallin ennustama tavoitekuorma muuttuu eri ennustetodennäköisyyksillä Ohjelma laskee tavoitekuormalle kolmen eri mallin antamat ennusteet. Mallit perustuvat erilaisiin järviaineistoihin. Lisätietoja malleista saat
Kuvaajista näet, millaisilla kokonaisfosforin ja kokonaistypen pintakuormilla järviveden klorofylli a -pitoisuus saadaan alle Hyvä/Tyydyttävä - luokkarajan Klorofylli a-ennuste on laskettu Chapran mallia, jonka tarkemman kuvauksen löydät Prosenttiluvut tarkoittavat eri ennustetodennäköisyyksiä. Voidaan siis tarkastella, miten erilaiset ennustetodennäköisyydet vaikuttavat tavoitekuormiin Nuolet näyttävät mikä on mallin mukaan järven klorofylli a - pitoisuus kuormituksen nykytasolla. (Mallin antaman pitoisuuden ylittymismahdollisuus on 50 %.)
Costs/benefits Cost /kg Kustannukset /kg fosforia/v Virkistysarvo Action 3.2 Target level for phosphorus load Actions Load reduction Water quality improvement Costs Kustannukset /kg fosforia/v 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 10 20 30 40 50 60 Fosforikuormituksen vähennystavoite % Phosphorus load reduction % Kustannukset /kg fosforia/v Utility increases 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 Benefits Virkistysarvo - Uinti 0 50 100 150 Veden laatu [a-klorofylli - µg/l] Water quality deteriorates Nykytila Skenaario 1 Skenaario 2 Skenaario 3 Comparison of the costs and benefits Water quality
Data assimilation Data assimilation means the combination of a model forecast with direct measurements Combination is based on a Bayesian formulation that involves both the forecast, the measurements and an estimate for our confidence in both The confidence estimate is given by a separate error variance or co-variance matrix for both the model and the observations
Testialueet Hankesuunnitelmassa sovitut kolme aluetta Vesijärvi Hiidenvesi (Karjaanjoen vesistö) ja Pohjanpitäjänlahti Lapuanjoki Hankkeen alussa valitut neljä muuta aluetta (hankesuunnitelmassa sovittu määrä) Pien-Saimaa Vanajavesi Säkylän Pyhäjärvi Vantaanjoki ja sen suistoalue Lisäksi yhteiskunnallis-taloudellisten arviointimenetelmien (SA 3.2) ensisijaiset testialueet Karvianjoen vesistö Temmesjoki