Kollajan altaan vedenlaatuennuste

1 9M67217 27.2.29 PVO-Vesivoima Oy Kollajan altaan vedenlaatuennuste RAPORTTI

1 Kollajan altaan vedenlaatu ennuste Sisältö 1 TAUSTATIEDOT JA TOIMEKSIANTO 3 2 KÄYTETYT MALLINNUSTYÖKALUT 3 3 SUUNNITELLUN ALTAAN PERUSTIETOJA 3 4 ALTAAN VESITASE 4 4.1 Tulo- ja lähtövirtaama sekä veden korkeudet 4 5 ALTAAN VIRTAUSKENTÄT 7 6 VIIPYMÄT JA KULKEUTUMINEN 8 7 VEDENLAATU 1 7.1 Yleistä 1 7.2 Happitilanne 1 7.2.1 Yleistä 1 7.2.2 Altaaseen tulevan veden happipitoisuus 1 7.2.3 Altaan ja lähtevän veden happipitoisuus vaihtoehdossa A1 11 Syvännealueen 18 7.2.4 alusveden happipitoisuus vaihtoehdossa A 18 7.2.5 Altaan ja lähtevän veden happipitoisuus vaihtoehdossa B 19 7.2.6 Johtopäätöksiä altaan happitilanteesta 19 7.3 Fosfori ja rehevyystaso 2 7.3.1 Tulevan veden fosforipitoisuus ja pohjakuormitus 2 7.3.2 Lähtevän veden laskennallinen fosforipitoisuus 22 7.3.3 Altaan laskennallinen fosforipitoisuus 23 7.4 Altaan typpipitoisuus 27 7.4.1 Tulevan veden typpipitoisuus ja pohjakuormitus 27 7.4.2 Lähtevän veden laskennallinen typpipitoisuus 28 7.4.3 Altaan laskennallinen typpipitoisuus 29 7.5 Pohjaturpeen ja sen poiston vaikutuksista vedenlaatuun 33 7.6 Muut vedenlaatutekijät 33 8 YHTEENVETO ALTAAN VEDENLAADUSTA 35 9 ARVIO ALTAAN KALOJEN ELOHOPEAPITOISUUDESTA 36 1 ALTAAN VAIKUTUS IIJOEN PÄÄUOMAN VEDEN LAATUUN 37 1.1 Fosforipitoisuus 39 1.2 Typpipitoisuus 4 1.3 Yhteenveto pääuoman vedenlaatumuutoksista 41

2 Liitteet Liite 1, CD-levy Animaatio vesisyvyys, virtaukset, viipymät, happi- ja fosforipitoisuus Pöyry Environment Oy Kari Kainua, FM Heimo Vepsä, FM Yhteystiedot PL 2, Tutkijantie 2 A 9571 Oulu puh. 1 3328 sähköposti etunimi.sukunimi@poyry.com Kaikki oikeudet pidätetään Tätä asiakirjaa tai osaa siitä ei saa kopioida tai jäljentää missään muodossa ilman Pöyry Environment Oy:n antamaa kirjallista lupaa.

3 1 TAUSTATIEDOT JA TOIMEKSIANTO Pohjolan Voima on käynnistänyt ympäristövaikutusten arviointimenettelystä annetun lain mukaisen arvioinnin, ns. YVA-menettelyn, joka koskee Pudasjärvelle suunniteltua Kollajan allasta. Menettelyssä eräs keskeinen osa-alue on arvioida suunnitellun tekoaltaan vedenlaatua ja sen vaikutusta Iijoen pääuomaan. YVAohjelman mukaan arvioinnin työkaluna ja tukena käytetään matemaattisia virtaus- ja vedenlaatumalleja, joiden avulla voidaan selventää, eritellä ja yksilöidä hankkeen vesistövaikutuksia. Laskentatulosten jälkikäsittelijöillä vaikutuksia voidaan myös esittää ja havainnollistaa esittelytilaisuuksissa ja päätöksentekotilanteissa. PVO-Vesivoima Oy tilasi Pöyry Environment Oy:ltä vedenlaatumallinnuksen Kollajan altaasta ja sen vaikutuksista Iijoen pääuoman vedenlaatuun. Laskelmien perusteet ja tulokset sekä johtopäätökset esitetään tässä raportissa, jota käytetään apuna YVA-selvityksen vedenlaatuarviossa. 2 KÄYTETYT MALLINNUSTYÖKALUT Tuulen ja virtaamien aiheuttamia virtauskenttiä (nopeus ja suunta) on laskettu RMA2-mallilla. RMA2 on Yhdysvaltojen pioneerijoukkojen (USACE) Coastal and Hydraulics Laboratory:n (CHL) ylläpitämä ja Resource Management Associatesnimisen (RMA) ympäristö- ja insinöörialan konsulttiyrityksen edelleen kehittämä syvyyssuunnassa integroitu kaksiulotteinen (2 D) virtausmalli. Mallia on sovellettu vesistöjen virtausten ja vedenkorkeuksien laskentaan luonnontilaisissa ja säännöstellyissä vesistöissä, kuin myös erilaisten vesistörakenteiden aiheuttamien vaikutusten laskentaan (esim. siltapilarit, padot, vedenotto ja purku). Kaksiulotteisuudesta johtuen malli soveltuu parhaiten alueille, joissa virtaus tapahtuu pinnasta pohjaan pääsääntöisesti samaan suuntaan. Vedenlaadun mallilaskelmat toteutettiin syvyyssuunnassa integroidulla RMA4- mallilla, joka käyttää RMA2:lla laskettuja virtausnopeuksia. Mallilla voidaan laskea aineen kulkeutumista ja sekoittumista vesistössä sekä kuormituksen että poistumisen vaikutusta ainepitoisuuksiin. Virtaus- ja vedenlaatumallien tuloksia on havainnollistettu SMS-esi- ja jälkikäsittelijällä aikasarjoina, alueellisina jakaumakuvina ja animaatioina. Tarkemmin lähtö- ja syöttötietoja ja laskentamenettelyjä on kuvattu myöhemmin raportissa aina ko. suureen kohdalla. 3 SUUNNITELLUN ALTAAN PERUSTIETOJA Kollajan allasalue rajautuu pohjoisessa Vasikkasuon pohjoisreunaan, idässä Eteläsuohon, etelässä Lampisuohon ja lännessä Vengassuohon (kuva 1). Aiemmista suunnitelmista poiketen Venkaan alue on rajattu padolla ulkopuolelle. Altaan syvyyssuhteet selviävät kuvasta 1.

4 Uuden suunnitelman mukaiset altaan perustiedot säännöstelykorkeudella 19 m ovat: Pinta-ala, n. 45 km 2 Tilavuus n. 245 milj. m 3 Keskisyvyys n. 5,2 m Altaan yläpuolinen valuma-alue n. 1 7 km 2 Keskivirtaama n. 13 m 3 /s Teoreettinen viipymä n. 22d Kuva 1. Kollajan allas ja sen syvyyssuhteet korkeustasolla 19 m. Allas täytetään johtamalla siihen vettä Iijoen pääuomasta ja Livojoesta. Osa vedestä virtaa edelleen luonnonuoman kautta. Vedet juoksutetaan altaaseen täyttökanavaa pitkin altaan koillisosaan Aittojärven kautta. 4 ALTAAN VESITASE 4.1 Tulo- ja lähtövirtaama sekä veden korkeudet Kurenaluksen kohdalla valuma-alue on 7 934 km 2 (järvisyys 7,9 %) ja Livojoen Hanhikosken valuma-alue 1 981 km 2 (järvisyys 3,1 %). Hydrologisen vuosikirjan mukaan vuosien 1991-2 virtaama-arvot olivat: Kurenalus Livojoki MQ m 3 /s 97,1 27, HQ m 3 /s 61 34 MHQ m 3 /s 399 239 MNQ m 3 /s 39,2 5,9 NQ m 3 /s 28, 4,1

5 YVA:ssa tarkastellaan altaan osalta kahta päävaihtoehtoa, jotka ovat tekojärvi ja voimalaitos sekä altaan käyttö pelkkänä tekojärvenä: A. Tekojärvi ja voimalaitos YVA-prosessin aikana on tutkittu ja selvitelty useita eri vaihtoehtoja säännöstelyn toteuttamiseksi siten, että sen ympäristövaikutukset olisivat mahdollisimman pieniä huomioiden kuitenkin sähköntuotannon taloudelliset realiteetit. Suunnitelmat päätyivät toteutusvaihtoehtoon, missä Kollajan altaan vedenpinta kävisi kevättulvalla tasolla +19 m ja laskettaisiin tulvan jälkeen tasolle +18 m ja pidettäisiin siinä läpi kesän ajan (kuva 2). Altaan täyttö tapahtuisi Aittojärven kautta. Laskennoissa esimerkkivuosina käytettiin vuotta 1984 (keskimääräinen vuosi), vuotta 1998 (märkä vuosi) ja vuotta 26 (kuiva vuosi). Vedenkorkeudet 11, 18, m 16, 14, 12, 1, 98, 26, kuiva 1984, keskimääräinen 1998, sateinen j t h m h t k h e s l m j t Kuva 2. Kollajan altaan vedenkorkeudet erilaisina vesivuosina (Data PVO Vesivoima). Kesäaikana Kollajan altaaseen johdetaan lähinnä Livojen vettä, jolloin pääuoman vesi virtaa pääosin luonnon uoman kautta. Keskimääräisenä vesivuonna kesäaikana (kesä-elokuu) Kollajan tulovirtaama on noin 24 m 3 /s, juoksutukset noin 37,5 m 3 /s ja luonnonuoman virtaamat 72 m 3 /s: 26, kuiva vuosi 1984, keskimääräinen vuosi 1998, sateinen vuosi Kuukausi Luon. uoma Tulo Juoksutus Luon. uoma Tulo Juoksutus Luon. uoma Tulo Juoksutus TAMMI 15, 74,4 99, 15, 85,4 11, 15, 65,7 9,3 HELMI 15, 66,7 85,9 15, 8,2 99,4 15, 67,3 86,4 MAALIS 15, 54,5 66,5 15, 65,5 77,4 15, 59, 7,9 HUHTI 15, 112, 96,7 15, 84,4 85,7 15, 31, 33, TOUKO 5, 271,4 181,4 1,7 329,9 221,7 155,6 334,3 214,3 KESÄ 67,9 68,9 16,7 45,5 25,3 64,5 62,1 223, 25, HEINÄ 5,8 1,3 12,5 97,8 25,8 28, 19,3 45,8 73,7 ELO 25,5 6,1 5,7 73,7 2,4 2,1 8,9 149,4 139,2 SYYS 35,9 17,3 4,7 71,8 29,3 16,6 39,3 18,1 178,3 LOKA 3, 69,2 69,2 3, 17, 17, 3, 164,1 14,9 MARRAS 15, 59,8 74,8 15, 154,9 169,9 15, 147,2 184,6 JOULU 15, 315,5 218,3 15, 64,1 83,5 15, 69,1 88,5 Kuvassa 3 on esitetty virtaamia vuorokausivirtaamina.

6 Keskimääräinen vuosi (1984) m3/s 7 6 5 4 3 2 1 Luonnonuoma Tulo Juoksutus j t h m h t k h e s l m j t Kuiva vuosi (26) m3/s 5 4 3 2 1 Luonnonuoma Tulo Juoksutus j t h m h t k h e s l m j t Sateinen vuosi (1998) m3/s 7 6 5 4 3 2 1 Luonnonuoma Tulo Juoksutus j t h m h t k h e s l m j t Kuva 3. Kollajan altaan tulo-, lähtö- ja luonnonuoman virtaamia vuorokausikeskiarvoina (Data PVO-Vesivoima).

7 B. Pelkkä tekojärvi Tässä vaihtoehdossa täyttökanava tulisi suoraan Iijoesta Petäjäkankaan yläpuolelta. Kollaja täytettäisiin tulvasta tasolle +19 m. Kesäaikana altaaseen ei johdettaisi tulovesiä, vaan Iijoki ja Pudasjärvi eläisivät omaa elämäänsä syyskuun loppuun. Kollaja olisi tähän mennessä laskettu tasolle + 17,5 m tai hieman alemmaksi. Syyskuun lopusta lähtien puolet Iijoen virtaamasta ohjattaisiin Kollajaan "säätövedeksi. Tällöin kesä-syyskuussa luonnon uoman virtaamat olisivat nykyiset, lukuun ottamatta altaasta juoksutettavaa, keskimäärin noin 5,9 m 3 /s virtaamalisäystä tyhjennyskanavan alapuolisella jokiosuudella. Myös muulloin luonnonuomat virtaamat kasvaisivat A-vaihtoehtoon verrattuna, kun puolet Iijoen virtaamasta johdettaisiin luonnonuoman kautta. 5 ALTAAN VIRTAUSKENTÄT Tulovesien purkautuessa purkukanavasta altaaseen niiden virtausnopeudet pienenevät nopeasti. Altaassa virtausten suunnat ja nopeudet riippuvat mm. tulovirtaamista, altaan ja pohjanmuodoista ja vedenkorkeuksista. Kesällä tuulen aiheuttama tuulikitka aiheuttaa virtauskenttiin muutoksia. Talvella jääpeiteaikana tuulikitkaa ei ole, mutta jäänpinta hidastaa pintavirtauksia jossain määrin. Altaassa tapahtuu myös pystysuuntaisia virtauksia ja nopeuseroja, mutta 2D-ominaisuudesta johtuen malli laskee keskimääräisiä virtauksia koko vesipatsaassa. Altaan morfometriset tiedot (rantaviiva ja syvyystiedot) saatiin PVO-Vesivoima Oy:ltä. Tuulitietoina käytettiin Ilmatieteen laitoksen automaattiaseman havaintoja Pudasjärven lentoasemalta vuosilta 24-26. Aineiston mukaan tuulen keskinopeus oli 2,7 m/s ja mitattu maksiminopeus 11 m/s. Vallitsevat tuulet Pudasjärvellä puhalsivat havaintojaksolla idästä ja etelästä keskimäärin alle 5 m/s nopeudella (kuva 4). % -2.5 m/s 2.5-5 m/s 5-7.5 m/s 7.5-1 m/s >1 m/s 1, 3,5 1,8,3, 45 2,6 1,8,7,, 9 6,2 6, 1,8,1, 135 7,2 3,9,4,, 18 1,4 9,3 2,7,1, 225 5,7 6,3 1,9,, 27 4,5 3,9 1,9,1, 315 3, 2,4 1,3,2, -2.5 2.5-5 5-7.5 315 3 % 2 45 1 27 9 225 135 18 Kuva 4. Tuulen suunnat ja nopeudet Pudasjärven lentokentällä 24 26.

8 Altaan morfometrian, veden korkeuksien ja tulo- ja lähtövirtaamien avulla malli laskee päivittäiset virtauskentät. Laskenta perustuu yleisesti hyväksyttyihin fysikaalisiin lainalaisuuksiin. Itse altaassa virtausnopeudet ovat pieniä (2-7 mm/s). Tulovirtaus tapahtuu pääosin kapeikon läpi altaan pääosaan, osan vedestä virratessa matalamman Kääpäsuolle muodostuvan lahdelman kautta. Altaan keskellä oleva harjanne jakaa päävirtauksen osin kahtia, osa virtaa suoraan oikovirtauksena poistokanavaa kohden, osa kiertää altaan syvännealueen kautta poistuen joko matalamman keskiosan yli tai altaan lounaisreunassa olevien saarten välitse (kuva 5). Alueella, missä virtausnopeudet ovat pienempiä, vaikuttavat avovesikaudella myös tuulet jossain määrin virtauksiin, kuten liitteen 1 olevasta animaatiosta voidaan havaita. Samoin vedenpinnan korkeuden muutokset vaikuttavat virtausnopeuksiin ja suuntiin (tiedosto syvyys.wmv). Kuva 5. Tyypillinen kesätilanteen virtauskenttä vaihtoehdossa A. 6 VIIPYMÄT JA KULKEUTUMINEN Altaan tilan kannalta veden vaihtuminen, viipymät ovat merkittävä tekijä. Altaan oman lähivaluma-alueen vesimäärät ovat pieniä, vain noin,25 % keskivirtaamasta, joten niiden merkitys ainepitoisuuksien kannalta on olematon. Vedenlaatu siis muodostuu tuloveden laadusta, jota muokkaavat edelleen altaan sisäiset prosessit, aineiden liikkeet pohjan ja vesifaasin välillä sekä niissä tapahtuvat kemialliset, biologiset ja fysikaaliset prosessit, joihin ajalla eli viipymällä on suuri merkitys. Allas sijaitsee Iijoen valuma-alueella suhteellisen alhaalla, joten sen tilavuus suhteessa valuma-alueeseen on pienehkö ja viipymät siten suhteellisen lyhyitä. Tämä merkitsee hyvää veden vaihtuvuutta altaassa. Altaan teoreettinen viipymä on luokkaa 22 d. Todellinen viipymä riippuu kuitenkin sekoittumisesta ja virtauksista, joten viipymät vaihtelevat altaan eri osassa. Kun altaan vesi on kerrostunut, myös pohjan ja pintaosan virtaamat/viipymät voivat olla erilaisia. Viipymiä voidaan mallilaskelmassa laskea ja havainnollistaa päästämällä merkkiainetta altaan

9 tuloveteen ja seuraamalla sen leviämistä altaassa. Ainetta altaassa sekoittaa virtaamien lisäksi diffuusio. Liitteen CD:llä (tiedosto viipyma.wmv) on esitetty merkkiaineen laskennallista leviämistä kesäaikana. Kuvassa 6 on merkkiaineen kulkeutumista havainnollistettu karttakuvin. Kuva 6. Merkkiaineen laskennallinen leviäminen altaassa keskimääräisenä vesivuonna vaihtoehdossa A. Värit kuvaavat aineen prosenttiosuutta altaan eri osissa. Merkkiainetta syötetään tulokanavaan vakiopitoisuudella alkaen. Päivämäärät kuvan vasemmassa alareunassa kertovat tulostushetken eli ajan kulumisen syötön alkamisesta. Jo noin viikossa osa tulovedestä virtaa läpi altaan poistokanavaan. Hitaimmin vesi vaihtuu altaan syvemmässä luoteisosassa. Käytetyillä virtaamilla puolessatoista kuukaudessa vesi on vaihtunut yli 8 %:sti myös altaan luoteisosassa. Kuvassa 7 on esitetty merkkiaineen laskennallinen leviäminen aikasarjoina, jossa näkyy hyvin myös altaan eri osien erot. 1 % 8 6 4 2 Keski Lähtevä Kaakkois Kuva 7. Pitoisuuden kehitys altaan eri osissa (prosenttia tuloveden pitoisuuudesta). Ylemmät käyrät juoksutusvaihtoehdolla A1, kaksi alinta vaihtoehdolla B1 (läntiset pisteet). Vaaka-akselin jaotus kahden viikon välein.

1 Vaihtoehdossa B viipymä kasvaa altaan tulovirtaaman ja juoksutuksen vähentyessä kesä-syyskuun aikana. 7 VEDENLAATU 7.1 Yleistä Altaan veden laatuun vaikuttavat monet tekijät, kuten tulevien vesien laatu, altaan pohjan koostumus, viipymä, säännöstelytapa jne. Yleisesti voidaan sanoa, että veden laatua heikentää pohjalle jäänyt helposti hajoava aines ja sen aiheuttama suuri hajotustoiminta. Yleisesti pidetään turvepohjaa kaikkein haitallisimpana, mutta väite pitää vain osittain paikkaansa, sillä selvitysten mukaan (esim. Virtanen ym. 1993) metsämaannoksen pinnasta vapautuu nopeasti suuria määriä aineita, kun taas turvepohjan mineralisoituminen kestää paljon kauemmin. Perinteisesti tekojärvien vedenlaadun kehitys voidaan luokitella seuraaviin sukkessiovaiheisiin: 1) Rakentamisvaihe, työaikaiset ainepitoisuuksien kasvut, työaika ja välitön käyttöönotto. 2) Patoamisen alkuvaihe, kestää tavallisesti 2-4 vuotta, hajotustoiminta erittäin vilkasta. 3) Eroosiovaihe, kestää kymmeniä vuosia. Orgaanista ainetta edelleen runsaasti, mutta hajotustoiminta jo hieman hidastunut. Turvepohja ei ole vielä kokonaan uuden sedimentin eristämä vesifaasista. 4) Tasapainovaihe, jolloin järvi käyttäytyy kuin vastaavanlainen säännöstelty luonnonjärvi. 7.2 Happitilanne 7.2.1 Yleistä Veden laadun kannalta hapen kulutuksen arviointi on keskeinen tekijä. Mallilaskelmassa kulutus, joka sisältää kaiken hapen kulumisen (myös vedessä), on määritelty pohjanpinta-alaa kohden. Esim. Lokan altaalla on pohjasedimentin hapenkulutukseksi arvioitu turvepohjalla noin 1-2 mg/m 2 d ja mineraalipohjalla noin 8-11 mg/m 2 d (Virtanen yms. 1993). Tolonen ja Ylitolonen (1987) ovat laskeneet Piipsjärven hapenkulumisnopeudeksi vuosina 1979-86 noin 9-11 mg/m 2 d. Perttunen (1983) on laskenut Uljuan altaan pohjan keskimääräiseksi talviseksi hapenkulutukseksi 4 mg/m 2 d, joka laski vuosittain 16 mg/m 2 d siten, että keskimääräinen kulutus saavutettiin viidentenä talvena. Kulutus riippuu pohjanläheisen vesikerroksen lämpötilasta ja happipitoisuudesta siten, että hapen ja lämpötilan lasku pienentää kulutusta. Tulovesien laadulla on myös suuri merkitys hapenkulutukseen. 7.2.2 Altaaseen tulevan veden happipitoisuus Tulevan veden happipitoisuutena käytettiin Iijoen havaintoasemilta (Kipinä, Haapakoski ja Raasakka) vuosien 2-26 havaittujen pitoisuuksien kuukausikeskiarvoja (kuva 8), joista malli interpoloi arvot lineaarisesti kullekin aikaaskeleelle. Veden happipitoisuus riippuu veden lämpötilasta, kylmä vesi voi sisältää enemmän happea kuin lämmin. Talvella tulevassa vedessä on happea 11-13 mg/l ja kesällä 8-9 mg/l.

11 Vertailun helpottamiseksi happipitoisuutta kuvataan myös kyllästysasteena (prosenttia hapen kyllästyspitoisuudesta). Kuvassa 8 on esitetty myös Taivalkosken Kostonjärven alusveden lämpötila 2 26. O2 (mg/l) 16 14 12 1 8 6 4 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 kk12 2 T ( C) 18 16 14 12 1 8 6 4 2 kk 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 Kuva 8. Iijoen havaintoasemien happipitoisuus ja Kostonjärven syvännepisteen alusveden lämpötila ja vuosien 2 26 havaintojen perusteella. 7.2.3 Altaan ja lähtevän veden happipitoisuus vaihtoehdossa A1 Altaan happipitoisuuteen vaikuttavat prosesseina muun muassa sedimentin hapenkulutus, ilmastuminen avovesikaudella ja jäähän varastoituva/jäästä vapautuva happimäärä [mg/m 2 d]. Kulutusnopeudet ovat riippuvaisia mm. happipitoisuudesta ja lämpötilasta. Laskennassa tätä riippuvuutta on kuvattu seuraavasti: Sedimentin hapenkulutuksen (SOD) aiheuttama muutos on kuvattu yhtälöllä: do dt 2 = O 2 O2 + mdo sed * B1 sed * θ ( T 2) missä mdo sed, B1 sed ja θ ovat kalibroitavia kertoimia, O 2 ja T veden happipitoisuus ja lämpötila. Kalibrointiparametrien oletusarvoilla hapenkulutuksen riippuvuus lämpötilasta ja happipitoisuudesta on esitetty kuvassa 9. Lämpötilana käytetään Kostonjärven alusveden lämpötiloja. Kaavan kertoimina on happipitoisuuden laskennassa käytetty arvoja mdo sed =2, B1 sed =1 ja θ=1,5. SOD (mg/m 2 d) 3 2 18 T 16 14 12 1 8 6 1 4 2 2 4 6 8 1 12 O 2 14 Kuva 9. Sedimentin hapenkulutus happipitoisuuden ja lämpötilan funktiona.

12 Ilmastuminen on kuvattu yhtälöllä do dt = K( c 2), mikäli O 2 > ja Kc s muuten 2 O s missä K [d -1 ] on virtauksen ja tuulen nopeuksista sekä vesisyvyydestä riippuva kokeellinen kerroin ja c s hapen kyllästyspitoisuus, joka riippuu lämpötilasta ja suolaisuudesta. Makean veden tapauksessa suolaisuusriippuvuus voidaan unohtaa, jolloin 3.93 U 2.728 W.371W +.372W K = + 1.5 H H c s =14.652-.4122*T+.7991*T 2 -.77774T 3, missä U=virtausnopeus [m/s] W=tuulen nopeus [m/s] H=vesisyvyys [m] T=lämpötila [ C] Koska mallin laskema virtausnopeus edustaa vertikaalikeskiarvoa, eikä ilmastumisen kannalta olennaista pintavirtausta, on se korvattu tuuliriippuvuudella U =. 25W Jäätymisessä veden sisältämästä hapesta siirtyy vesifaasiin 8% eli.8* hac ρ i /ρ w *1 3 [mg], missä h on jään paksuuden muutos [m/d], c veden happipitoisuus ja A jäätyneen alueen pinta-ala. Jään paksuuden kehittyminen on arvioitu kokemusperäisesti (kuva 1). Paksuudelle tehtiin polynomisovitus, jolla saadaan kaava paksuuden muutokselle dh i /dt=(-6.4858713e-11t 2 +4.2569622E-8t+3.3551761E-4)*24 [m/d] (1. talvi) dh i /dt=(-7.43547e-11t 2 +1.388614E-6t-6.22983E-3)*24 [m/d] (2. talvi), missä t on mallin laskentatunti (22.11. vastaa tuntia ).7 Jään paksuus (m).6.5.4.3.2.1 sovitus 15.11. 15.12. 15.1. 15.2. 15.3. 15.4. 15.5. Kuva 1. Laskelman pohjana käytetty jään paksuuden kehitys altaassa. Termien laskennassa käytettiin aina altaan keskimääräistä tilannetta esim. kuukausittaista lämpötilaa ja happipitoisuutta, jotka annettiin erillisinä syöttötietoina.

13 Laskennassa sedimentin hapenkulutus (sod) oli kesällä luokkaa 5 mg/m 2 d ja talvella luokkaa 35 mg/m 2 d (kuva 11). mg/m 2 d 7 6 reaer sod ice 5 4 3 2 1 Kuva 11. Sedimentin hapenkulutus (sod), ilmastuminen (reaer) jäätymisen ja sulamisen vaikutus eräässä mallin laskentapisteessä. Laskelman mukaan vaihtoehdossa A altaan keskimääräiset talviset happipitoisuudet säilyvät hyvänä, keskimäärin 1 mg/l luokassa. Länsiosassa pitoisuudet ovat keskimäärin tasoa 6-7 mg/l, kyllästysasteen ollessa luokkaa 5 % (kuvat 12 ja 13). Laskelma kuvaa vesipatsaan keskimäärästä tilannetta - käytännössä happitilanne on pinnalla mallinnettua parempi ja pohjan läheisissä vesikerroksissa huonompi, erityisesti länsiosan syvällä alueella, missä talvella tapahtuu kerrostumista. 14 mg/l O2 1984, vuodet 1-3 14 mg/l O2 1984, vuodet 4-15 12 12 1 1 8 8 6 6 4 2 Lähteva Kaakkois 4 2 Lähteva Kaakkois 14 mg/l O2 1998, vuodet 1-3 14 mg/l O2 1998, vuodet 4-15 12 12 1 1 8 8 6 6 4 2 Lähteva Kaakkois 4 2 Lähteva Kaakkois 14 mg/l 12 O2 26, vuodet 1-3 14 mg/l 12 O2 26, vuodet 4-15 1 1 8 8 6 6 4 2 Lähteva Kaakkois 4 2 Lähteva Kaakkois Kuva 12. Vesimassan happipitoisuuden (mg/l) kehitys vaihtoehdossa A erilaisina vesivuosina altaan rakentamisen jälkeen (1-3 vuotta) ja hieman myöhemmin (vuodet 4-15).

14 1 % 9 O2 kylllästysaste 1984 v 1-3 1 % 9 O2 kylllästysaste 1984 v 4-15 8 7 8 7 6 6 5 5 4 4 3 2 1 Lähteva Kaakkois 3 2 1 Lähteva Kaakkois 1 % 9 O2 kylllästysaste 1998 v 1-3 1 % 9 O2 kylllästysaste 1998 v 4-15 8 7 8 7 6 6 5 5 4 4 3 2 1 Lähteva Kaakkois 3 2 1 Lähteva Kaakkois 1 % 9 O2 kylllästysaste 26 v 1-3 1 % 9 O2 kylllästysaste 26 v 4-15 8 8 7 7 6 6 5 5 4 4 3 2 1 Lähteva Kaakkois 3 2 1 Lähteva Kaakkois Kuva 13. Vesimassan happipitoisuuden (kyll. %) kehitys vaihtoehdossa A erilaisina vesivuosina altaan rakentamisen jälkeen (1-3 vuotta) ja hieman myöhemmin (vuodet 4-15). Hapella esiintyy selvä alueellinen jako. Altaan länsiosassa, missä veden vaihto on hitaampaa, on keskimääräinen happipitoisuus 2-3 mg/ alhaisempi kuin muualla. Kuvassa 14-16 on esitetty happipitoisuuden alueellista vaihtelua erilaisina vesivuosina. Altaan luusuassa pinta- ja alusvesi sekoittuvat ja tyhjennysvedessä on läpivirtaavaa hyvähappista vettä, kuten alueellisesta jakaumakuvastakin voidaan päätellä. Näin olleen altaan tyhjennysveden happipitoisuuden arvioidaan pysyvän hyvänä.

15 Vuodet 1-3 Vuodet 4-15 Kuva 14. Happipitoisuuden alueellinen jakauma talviaikana vaihtoehdossa A keskimääräisenä vesivuonna. Laskentahetken päivämäärä on kuvan vasemmassa alalaidassa.

16 Happi 1998, vuodet 1-3 Happi 1998, vuodet 4-15 Kuva 15. Happipitoisuuden alueellinen jakauma talviaikana vaihtoehdossa A märkänä vesivuonna. Laskentahetken päivämäärä on kuvan vasemmassa alalaidassa.

17 Happi 26, vuodet 1-3 Happi 26, vuodet 4-15 Kuva 16. Happipitoisuuden alueellinen jakauma talviaikana vaihtoehdossa A kuivana vesivuonna. Laskentahetken päivämäärä on kuvan vasemmassa alalaidassa.

18 7.2.4 Syvännealueen alusveden happipitoisuus vaihtoehdossa A Alusveden happipitoisuutta tarkasteltiin erillisenä laskelmana, koska käytetty malli ei mahdollista kerrostuneen tilanteen laskentaa. Laskelmassa käytettiin alusveden rajana altaan syvimmän kohdan korkeuslukeman ja laskentahetken vedenkorkeuden välisen vyöhykkeen alinta kolmasosaa. Säännöstelyväliä 99 19 m vastaava alusveden rajaksi muodostui näin ollen (pohjan korkeuslukemalla 95 m) 96,3 99,6 metriä. Valitulla laskentajaksolla 15.3. 3.4 alusveden tilavuus pienenee arvosta 6,9 Mm 3 arvoon 2,2 Mm 3 ja pinta-ala 8,7 Mm 2 :stä 3,9 Mm 2 :iin. Olettamalla alusveden happipitoisuudeksi maaliskuun puolivälissä 5 mg/l ja lämpötilaksi 3 C kuluu happi alusvedestä noin kolmessa viikossa eli 5.4. mennessä olettamalla, ettei alusveden ja päällysveden välillä tapahdu minkäänlaista vedenvaihtoa (kuva 17). Saatu tulos ei ole kovin herkkä valitulle alkupitoisuudelle, koska pitoisuuden kasvaessa myös sivulla 14 esitetyn kaavan mukainen sedimentin hapenkulutus kasvaa. Sen sijaan em. kaavassa esiintyvän kertoimen B1 sed puolittaminen kappaleissa 7.2.3 ja 7.2.4. käytetystä arvosta johtaa siihen, että pitoisuus,1 mg/l saavutetaan vasta 2.4. 6 mg/l 5 O2 SOD 35 3 4 25 3 2 15 mg/m 2 d 2 1 1 5 15.3. 22.3. 29.3. 5.4. 12.4. 19.4. 26.4. Kuva 17. Alusveden laskettu happipitoisuus ja sedimentin hapenkulutus. Kesäaikana vedenvaihto on altaassa hyvä ja kerrostuneisuusjaksot normaalisti sen verran lyhytjaksoisia, että alusvedenkin happitilanne kesällä säilyy hyvänä/kohtalaisena. Alusveden happipitoisuutta voitaisiin parantaa rakentamalla altaan pohjalle kynnys, joka ohjaisi vedenpinnan ollessa alhaalla hapekkaat tulovedet länsiosan syvänne alueen kautta. Tämä alentaisi myös fosforipitoisuutta vähentämällä syvännealueen fosforin pohjakuormitusta.

19 7.2.5 Altaan ja lähtevän veden happipitoisuus vaihtoehdossa B Vaihtoehdossa B altaan tulovirtaamat ovat talvella pienempiä, kun puolet tulovirtaamasta johdetaan altaan ohi luonnonuomaan. Tällöin happivirtaama altaaseen vastaavasti pienenee ja samalla viipymät ja pystysuorat virtaukset vähentyvät, mikä heikentää talvista happitilannetta. Tämä ilmenee lähinnä siten, että altaan alueelliset erot vähenevät ja samalla koko altaan happimäärä vähenee. Myös kesällä, jolloin tulovirtaama on nolla, altaan lämpötilakerrostuessa alusvedessä voi esiintyä happikatoa. Säännöstelykäytäntöjen samankaltaisuudesta johtuen ei alusveden tilavuus- ja pintaalat merkittävästi poikkea jääpeiteaikana vaihtoehdosta A, kuitenkin pienentyneet hapen tulovirtaamat heikentävät alusveden happitilannetta, jolloin heikkohappinen/hapeton alue laajenee ilman hapetus- tai virtausjärjestelyjä. 7.2.6 Johtopäätöksiä altaan happitilanteesta Johtopäätöksenä tekoaltaan happitilanteesta voidaan arvioida, että altaan itäosan happitilanne säilyy hyvänä. Altaan länsiosan päällysveden tilanne hapen suhteen säilyy hyvänä/kohtalaisena, mutta alusvedessä pohjanläheisissä vesikerroksissa esiintyy ilman hapetus/virtausjärjestelyjä happikatoa epäedullisina vesivuosina. Suuremmista happivirtaamista ja lyhyemmistä viipymistä johtuen happitilanne on parempi vaihtoehdossa A kuin vaihtoehdossa B. Sinällään alusveden vähähappisuus kevättalvella ei ole poikkeuksellinen ilmiö luonnonjärvissäkään. Muun muassa Kemjoen vesistöalueella Kuusamossa sijaitsevan täysin luonnontilaisen Muojärven happitilanne on syvänteissä pohjan läheisyydessä, kevättalvisin on usein heikko (kuva 18), joten happivajetta esiintyy myös säännöstelemättömissä luonnonjärvissä kohtuullisen yleisesti. O2 (%) Muojärvi muo, maalis-toukokuu, syvyys 18 m 4 35 3 25 2 15 1 5 8 8 81 82 83 84 85 86 87 88 89 9 91 92 93 94 95 96 97 98 99 1 2 3 4 5 6 7 O2 (%) Muojärvi, maalis-huhtikuu, syvyys 36m 5 45 4 35 3 25 2 15 1 5 8 8 81 82 83 84 85 86 87 88 89 9 91 92 93 94 95 96 97 98 99 1 2 3 4 5 6 7 Kuva 18. Luonnontilaisen Muojärven talvisia alusveden (pohja - 1m) happipitoisuuksia.

2 7.3 Fosfori ja rehevyystaso Altaan rehevyystaso riippuu mm. ravinnetilanteesta ja fysikaalisista ominaisuuksista (mm. näkösyvyys, säteilynmäärä, lämpötila jne.). Rehevyystason kannalta merkittäviä ravinteita ovat molemmat pääravinteet, fosfori ja typpi, näistä fosforin rooli sisävesissä on yleensä ns. minimiravinteena merkittävämpi. Rehevyystasoa voidaan siten epäsuorasti ennustaa ravinnepitoisuuksien perusteella. Sisävesissä voidaan nyrkkisääntönä käyttää esim. seuraavia raja-arvoja (Forsberg & Ryding 198): Rehevyystaso a-klorofylli fosfori typpi Karu < 3 < 15 < 4 Lievästi rehevä 3-7 15-25 4-6 Rehevä 7-4 25-1 6-15 Erittäin rehevä > 4 > 1 > 15 Esimerkiksi Kuusamon kirkkaissa vesistä on havaittu kokonaisfosforipitoisuuden ja a-klorofyllin välillä seuraava riippuvuus: chl= 14,39 ln P-37,59 Tällöin 2 pitoisuus tarkoitta a-klorofylliarvoa 5,5 ja 3 arvoa 11,4. Tekojärvissä yleensä veden värillisyys vähentää tuotantopotentiaalia eli vastaavaan tuotantotasoon tarvitaan korkeampi pitoisuus. Uudelta turvepohjalta vapautuu fosforia biologis-kemiallisten prosessien ja tuulten aiheuttamien sekoittumisen kautta. Virtanen yms. (1983) arvioivat mallilaskelmin vahvistettuna Lokan ja Porttipahdan kuormitukseksi: 1. -3. vuotta noin 17 kg/d 4. 6. vuotta 4 5 kg/d 7. 15 vuotta 3 kg/d Näistä luvuista laskettuna kuormitus keskimääräistä pinta-alaa kohden (altaan sedimentaatiota huomioimatta) olisi keskimäärin luokkaa,2 1,13 mg/m 2 d. Todellisuudessa vapautuminen on hieman suurempaa, koska sedimentaatio hieman pienentää kuormituslukuja. Selvityksissä on merkittäväksi kuormituslähteeksi todettu jään alle jäävät alueet, joilta jää vedenpinnan laskiessa puristaa ainesta veteen. Kollajan tekojärven maaperästä on metsää noin 23 % ja suopohjaa noin 75 %. Loppu 2 % on tietä, kallioaluetta ja vesistöä. 7.3.1 Tulevan veden fosforipitoisuus ja pohjakuormitus Altaaseen tuleva vesi muodostuu Iijoen pääuoman ja Livojoen vesiseoksesta. Yleensä Livojoen alaosan fosforipitoisuudet ovat korkeampia kuin Kipinänkoskessa (kuva 19).

21 4 3 Iijoki Livojoki Sekoitus 2 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11kk12 Kuva 19. Livojen ja Iijoen veden kokonaisfosforipitoisuus vuosien 2 26 kuukausikeskiarvoina esitettynä sekä niistä laskettu altaan tuloveden pitoisuus (Ympäristöhallinnon tietokanta). Laskennassa tuloveden kokonaisfosforipitoisuutena on käytetty taulukon 1 mukaisia kuukausiarvoja, joista malli interpoloi arvot lineaarisesti kullekin aika-askelelle. Taulukko 1. Laskennassa käytetty altaaseen tulevan veden fosforipitoisuus kuukausittain. kk 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 14 14 14 29 3 19 24 2 18 17 23 17 Fosforin hajoamiskertoimena on laskelmissa käytetty arvoa,25, joka johtaa ainesmäärän 25 %:n poistumaan noin neljässä kuukaudessa. Pohjasta liukenevan fosforin määrää arvioitaessa käytettiin suo- ja kangasmaille arvoja, jotka riippuvat veden lämpötilasta. Suomaille arvot ovat lämpötilassa 5 C,2 mg/m 2 d ja 2 C:ssa,5 mg/m 2 d. Vastaavat arvot kangasmaille ovat 1 ja 1 mg/m 2 d (katso Virtanen yms. 1993). Pohjan kuormitus arvioitiin maaperätyyppien pinta-alasuhteen ja lämpötilan perusteella käyttäen arvoja, joiden perusteella talviaikaiseksi kuormitukseksi muodostui kolmen ensimmäisen vuoden aikana likimain,8 ja heinä-elokuussa vastaavasti 3,2 mg/m 2 d. Pohjoisten tekoaltaiden mallinnustyössä on todettu altaan ikääntyessä arvojen putoavan noin puoleen kolmen ensimmäisen vuoden kuluessa, jolla periaatteella laskettiin myöhemmät vuodet. Laskennassa säännöstelyvyöhykkeen kuivuvilta rannoilta aiheutuva kuormitus, joka pääosin johtuu laskevan jääpeitteen synnyttämästä maa-aineksen puristusvaikutuksesta, on huomioitu siten, että tämän alueen kuormitus kohdistetaan altaan rantavyöhykkeeseen. Hapettomana aikana fosforin vapautuminen kasvaa, joka huomioitiin mallissa kasvattamalla edellä laskettua kuormitusta lineaarisesti jääpeitteisen ajan alun arvosta 1 jään lähdön aikaiseen arvoon 2 alueilla, joissa hapettomuutta oletetaan esiintyvän.

22 Alusvedeksi luokiteltiin kunkin hetken vedenkorkeuden ja altaan pohjatason (noin 95 metriä m.p.y.) välinen alin kolmannes. 7.3.2 Lähtevän veden laskennallinen fosforipitoisuus Tekojärvestä juoksutettavan vesi sekoittuu pääuoman veteen. Vaikutusten kannalta keskeisin tekijä on ravinnepitoisuuden muutos keskikesällä, jolloin vesi on lämmintä ja auringon säteily suurimmillaan. Tällöin myös vesistön virkistyskäyttö on voimakkainta. Tämän vuoksi YVA-prosessin aikana on pyritty minimoimaan keskikesän juoksutuksia altaan käyttöä mietittäessä. Pääosa kesäajan virtaamasta ohittaa tekojärven. Kun altaaseen varastoidaan ravinteikkaimpia tulvavesiä ja altaan pohjasta liukenee fosforia, nousevat veden pitoisuudet keskimäärin korkeammiksi kuin pääuoman vastaavan ajankohdan pitoisuudet. Tarkemmin asiaa on käsitelty luvussa 1. Vuosien 4-15 tarkastelussa lähtevän veden fosforipitoisuus on vesivuodesta riippuen tasoa 25-35. Alkuvuosina tasoa 3-55. Lähtevän veden fosforipitoisuuksia on esitetty kuvassa 2. 7 6 5 4 3 2 1 keski runsas kuiva KokP v. 1-3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 7 6 5 4 3 2 1 keski runsas kuiva KokP v. 4-15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 Kuva 2. Lähtevän veden fosforipitoisuus vaihtoehdoissa A erilaisina vesivuosina.

23 7.3.3 Altaan laskennallinen fosforipitoisuus Avovesiaikana altaan pitoisuustasot vaihtoehdossa A ovat täytön jälkeisinä vuosina avovesikaudella tasoa 3-4. Myöhemmin fosforipitoisuudet alenevat ja alueelliset erot pienenevät, jolloin kesäaikana fosforipitoisuudet ovat mallilaskelmien mukaan tasoa 25-35 (kuva 21-22). 12 1 KokP 1984, vuodet 1-3 Lähteva Kaakkois 12 1 KokP 1984, vuodet 4-15 Lähteva Kaakkois 8 8 6 6 4 4 2 2 12 1 12.8 KokP 1998, vuodet 1-3 Lähteva Kaakkois 12 1 KokP 1998, vuodet 4-15 Lähteva Kaakkois 8 8 6 6 4 4 2 2 12 1 KokP 26, vuodet 1-3 Lähteva Kaakkois 12 1 KokP 26, vuodet 4-15 Lähteva Kaakkois 8 8 6 6 4 4 2 2 Kuva 21. Laskennallinen kokonaisfosforipitoisuus altaan eri osissa vaihtoehdoissa A erilaisina vesivuosina. Korkeimmat fosforipitoisuudet muodostuvat altaan länsiosaan keväällä, jolloin ravinteita konsentroituu jään painamalta alueilta pieneen vesimäärään. Altaan täyttymisen jälkeen pitoisuudet vastaavat tulvavesien tasoa. Syksyä kohden ainepitoisuudet jonkin verran kasvavat, jolloin taas jo veden kylmyys ja valon puute rajoittavat perustuotantoa. Laskennalliset erot altaan eri osissa ovat kesällä luokkaa 5 (kuvat 2-22). Liitteen CD:ssä on animaatiot fosforipitoisuuden vaihtelusta (tiedostot fosfori A1.wmv, fosfori B1.wmv). Korkeimmat pitoisuudet ovat alusvedessä sekä matalassa rantavedessä, johon kohdistuu kuormitusta myös rantaalueilta.

24 Kok. P 1984 vuodet 1-3 Kok. P 1984 vuodet 4-15 Kuva 22. Altaan fosforipitoisuuden alueellinen jakauma kesäaikana vaihtoehdossa A keskimääräisenä vesivuonna. Laskentahetken päivämäärä on kuvan vasemmassa alalaidassa.

25 Kok. P 1998 vuodet 1-3 Kok. P 1984 vuodet 4-15 Kuva 23. Altaan fosforipitoisuuden alueellinen jakauma kesäaikana vaihtoehdossa A märkänä vesivuonna. Laskentahetken päivämäärä on kuvan vasemmassa alalaidassa.

26 Kok. P 26 vuodet 1-3 Kok. P 26 vuodet 4-15 Kuva 24. Altaan fosforipitoisuuden alueellinen jakauma kesäaikana vaihtoehdossa A kuivana vesivuonna. Laskentahetken päivämäärä on kuvan vasemmassa alalaidassa.

27 Vaihtoehdossa B altaan pitoisuudet kesäaikana nousevat ja tasoittuvat alueellisesti laimentavien tulovesivirtojen pienetessä. Voidaan arvioida, että kesäaikana koko altaan fosforipitoisuus on samaa tasoa kuin altaan länsiosassa vaihtoehdossa A eli vuosina 1-3 tasoa 4-45 ja vuosina 4-15 tasoa 3-4. Mikäli altaan kerrostuneisuusjaksojen aikana alusvedessä esiintyy heikkohappisuutta, voivat pitoisuudet kasvaa korkeammiksi kerrostuneisuuden murtuessa ja ravinteikkaiden alusvesien sekoittuessa koko vesimassaan. 7.4 Altaan typpipitoisuus 7.4.1 Tulevan veden typpipitoisuus ja pohjakuormitus Altaaseen tulevan veden typpipitoisuus määräytyy vastaavasti kuin fosforipitoisuus. Altaan tuloveden typpipitoisuudet ovat luokkaa 3 4 (kuva 25). 4 Iijoki Livojoki Sekoitus 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11kk 12 Kuva 25. Livojen ja Iijoen veden kokonaistyppipitoisuus kuukausikeskiarvoina esitettynä sekä niistä laskettu altaan tuloveden pitoisuus (Ympäristöhallinnon tietokanta). Laskennassa tuloveden kokonaistyppipitoisuutena on käytetty taulukon 2 mukaisia kuukausiarvoja, joista malli interpoloi arvot lineaarisesti kullekin aika-askelelle. Taulukko 2. Laskennassa käytetty altaaseen tulevan veden typpipitoisuus kuukausittain. kk 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 311 323 363 373 391 32 324 315 297 334 31 281 Typen hajoamiskertoimena on laskelmissa käytetty arvoa,68 joka johtaa ainesmäärän kahdeksan prosentin poistumaan noin neljässä kuukaudessa. Typen osalta pohjakuormituksesta ei ole käytettävissä yhtä paljon tutkimustietoa kuin fosforin osalta johtuen ehkä typen pienemmästä roolista sisävesien rehevöittäjänä.

28 Pohjasta liukenevan typen määrää arvioitaessa käytettiin laskennassa arvoja, jotka riippuvat veden lämpötilasta. Suomaille arvot ovat lämpötilassa 5 C 1 mg/m 2 d ja 2 C:ssa 5 mg/m 2 d. Vastaavat arvot kangasmaille ovat 5 ja 3 mg/m 2 d. Typpi ei reagoi yhtä voimallisesti hapettomuuteen kuin fosfori (esim. Mykkänen 27), joten sitä ei huomioitu typpilaskelmissa. 7.4.2 Lähtevän veden laskennallinen typpipitoisuus Lähtevän veden typpipitoisuudet ovat altaan alkuvuosina vaihtoehdossa A kesäaikana tasoa 4 54, myöhemmin pitoisuudet laskevat tasolle 375 5. Altaassa tapahtuva pitoisuuden nousu tulevan ja lähtevän veden erotuksena on laskelmien mukaan noin 1 14 (kuva 26). 7 6 5 keski runsas kuiva KokN v. 1-3 7 6 5 keski runsas kuiva KokN v. 4-15 4 4 3 3 2 2 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 Kuva 26. Lähtevän veden typpipitoisuus vaihtoehdossa A.

29 7.4.3 Altaan laskennallinen typpipitoisuus Altaan alkuvuosina malli ennustaa altaan typpipitoisuudeksi 4 5, myöhemmin pitoisuudet hieman laskevat. Keskimääräisenä vesivuonna kesäaikana altaan typpipitoisuuksien arvioidaan asettuvan tasolle 4 45 (kuva 27). Korkeimmillaan pitoisuudet ovat syksyllä. 8 7 KokN 1984, vuodet 1-3 8 7 KokN 1984, vuodet 4-15 6 6 5 5 4 4 3 3 2 1 Lähtevä Kaakkois 2 1 Lähtevä Kaakkois 8 7 KokN 1998, vuodet 1-3 8 7 KokN 1998, vuodet 4-15 6 6 5 5 4 4 3 3 2 1 Lähtevä Kaakkois 2 1 Lähtevä Kaakkois 8 7 KokN 26, vuodet 1-3 8 7 KokN 26, vuodet 4-15 6 6 5 5 4 4 3 3 2 1 Lähtevä Kaakkois 2 1 Lähtevä Kaakkois Kuva 27. Laskennallinen kokonaistyppipitoisuus altaan eri osissa vaihtoehdoissa A erilaisina vesivuosina. Alueellisesti pitoisuudet jakautuvat samoin kuin fosforipitoisuudet eli korkeammat pitoisuudet esiintyvät altaan länsiosassa (kuvat 28 3). Vaihtoehdossa B altaan pitoisuudet ovat vastaavasti korkeampia johtuen virtaamatilanteen eroista.

3 Kok. N 1984, vuodet 1-3 Kok. N 1984, vuodet 4-15 Kuva 28. Altaan typpipitoisuuden alueellinen jakauma kesäaikana vaihtoehdossa A keskimääräisenä vesivuonna. Laskentahetken päivämäärä on kuvan vasemmassa alalaidassa.

31 Kok. N 1998, vuodet 1-3 Kok.N 1998, vuodet 4-15 Kuva 29. Altaan typpipitoisuuden alueellinen jakauma kesäaikana vaihtoehdossa A märkänä vesivuonna. Laskentahetken päivämäärä on kuvan vasemmassa alalaidassa.

32 Kok. N 26, vuodet 1-3 Kok. N 26, vuodet 4-15 Kuva 3. Altaan typpipitoisuuden alueellinen jakauma kesäaikana vaihtoehdossa A kuivana vesivuonna. Laskentahetken päivämäärä on kuvan vasemmassa alalaidassa.

33 7.5 Pohjaturpeen ja sen poiston vaikutuksista vedenlaatuun Meskus (1983) on aiemmin arvioinut turvepohjalta mahdollisesti nousevien lauttojen vaikutusta altaan veden happipitoisuuksiin. Tuolloin hän arvioi, että jossain olosuhteissa pohjapinta-alasta voisi olla nousulle potentiaalista aluetta noin 16,5 %. Laskelmissaan, missä vaikutusta testattiin laskemalla happipitoisuutta siten, että koko turpeen nousuriskialue (9,4 km 2 ) lisättiin pohjapinta-alaan, hän totesi, että ko. alalla ei ole vaikutusta altaan happitilanteeseen. Tämän jälkeen on paksuturpeisia alueita hyödynnetty turvetuotannossa, joten nousuriskialueet ovat olennaisesti pienentyneet, joten happitilanteen kannalta näillä ei ole suurta merkitystä. Happimallilaskelmassa turvelauttojen hapenkulutus sisältyy pohjan kulutusta kuvaavaan kokonaiskulutustermiin. Kuten aiemmin on todettu, metsämaannoksen pinnasta vapautuu nopeasti suuria määriä aineita, kun taas turvepohjan mineralisoituminen kestää paljon kauemmin. Turpeen poisto voi näin ollen jopa lisätä altaan nuoruusvaiheen ravinnepitoisuuksia. Lisäksi on huomioitava, että käytännössä pohjaturvetta on kokonaan mahdotonta poistaa, joten olennaista merkitystä altaan veden laadun kannalta turpeen poistolla ei saavuteta. Mahdollisten pienialaisten turvelauttojen nousun merkitys erillisenä prosessina altaan vedenlaadun kannalta on marginaalinen. 7.6 Muut vedenlaatutekijät Kokonaisravinnemääritys sisältää kaiken veden sisältämän ravinteen. Tästä osa on kiintoainekseen sitoutunutta, osa liukoista, jota kuvataan fosfaattifosfori- ja mineraalityppimäärityksin. Kiintoaineeseen sitoutunut ravinne ei ole helposti levien käytössä, kun taas liukoiset ravinteet ovat paremmin käytettävissä perustuotannossa. Altaaseen tulevien vesien liukoisten ravinteiden tasot tuotantokaudella ovat keskimäärin: Fosfaattifosfori, PO 4 -P 4-5 Mineraalityppi, NO 2 +NO 3 1 15 Tuotantokauden ulkopuolella erityisesti keväällä pitoisuudet ovat selvästi korkeampia (kuva 31). Kun allas täytetään kevättulvavesillä ovat alkukesän pitoisuudet altaassa korkeampia, joten leville käyttökelpoisia ravinteita on hyvin saatavilla. Tämä saa aikaan alkukesän tuotantomaksimin, ns. piilevämaksimin, joka on yleinen ilmiö luonnonjärvissä. Tuotanto kuluttaa nopeasti ravinteet ja koska tulevien vesien pitoisuudet ovat suhteellisen alhaisia, voidaan arvioida, että altaan kesäiset fosfaattifosforin pitoisuudet asettuvat tasolle 6-8 ja mineraalityppi tasolle 2-3. 2 18 16 14 12 1 8 6 4 2 PO 4 -P Iijoki Livojoki Sekoitus 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11kk12 12 1 8 6 4 2 Min. N Iijoki Livojoki Sekoitus 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11kk12 Kuva 31. Livojen ja Iijoen veden fosfaattifosfori ja mineraalityppipitoisuus kuukausikeskiarvoina esitettynä sekä niistä laskettu altaan tuloveden pitoisuus (Ympäristöhallinnon tietokanta).

34 Iijoen väriarvot ovat keskimäärin 5-7 mgpt/l, tulva-aikoina 9 1 mgpt/l. Livojoesta ei ollut väriarvoja vastaavalta jaksolta saatavissa. Tuloveden sameus arvot ovat tasoa 2-4 fnu ja kiintoainepitoisuus 2-3 mg/l, keväällä tulva-aikana 6-7 mg/l (kuva 32). 7 fnu 6 5 4 3 2 1 Sameus Iijoki Livojoki Sekoitus 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 kk12 8 mg/l 7 6 5 4 3 2 1 Kiintoaine Iijoki Livojoki Sekoitus 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 kk12 Kuva 32. Livojen ja Iijoen veden sameus ja kiintoainepitoisuus kuukausikeskiarvoina esitettynä sekä niistä laskettu altaan tuloveden pitoisuus (Ympäristöhallinnon tietokanta). Orgaanisen aineen pitoisuutta kuvaavan kemiallisen hapenkulutuksen arvot ovat altaan tulovedessä keskimäärin 8-1 mg/l (kuva 33). 18 mg/l 16 14 12 1 8 6 4 2 Iijoki Livojoki Sekoitus 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11kk12 Kuva 33. Livojen ja Iijoen veden kemiallisen hapenkulutuksen kuukausikeskiarvot sekä niistä laskettu altaan tuloveden pitoisuus (Ympäristöhallinnon tietokanta). Veden väriarvoihin ja siten mm. tuotavan kerroksen paksuuteen vaikuttavien suureiden arvioidaan asettuvan altaassa seuraaville tasoille: Väriarvo Sameus Kiintoaine COD Mn 8 1 mgpt/l 3 5 fnu 2 3 mg/l 12 14 mg/l Altaassa virtausnopeudet pienenevät olennaisesti jokivirtaamiin verrattuna, jolloin altaassa hiukkaset ja niihin sitoutuneet ainekset laskeutuvat pohjalle eli allas pidättää tehokkaasti kiintoainesta, joten altaan ei arvioida lisäävän kiintoainekuormitusta ensimmäisiä käyttövuosia lukuun ottamatta. Keväällä sulavesien virratessa altaaseen sen pinta nousee, jolloin jäät irtoavat pohjasta. Ilmojen lämmetessä jäät sulavat

35 altaassa lähes paikoilleen, jolloin ranta-alueilla mahdollisesti jään alapinnalle sitoutunut pohja-aines laskeutuu takaisin pohjalle, eikä kulkeudu alapuoliseen vesistön aiheuttamaan lisäkuormitusta. Heti altaan rakentamisen jälkeen ainepitoisuudet ovat luonnollisesti selvästi korkeampia, mutta tasoittunevat 3-4 vuodessa em. tasolle. Altaan 1. täyttövuonna erityisesti väri, sameus, kiintoaine ja kemiallisen hapen kulutuksen arvot voivat nousta suuriksi, esim. kiintoainetta 2-3 mg/l ja väriarvo 2 3 mgpt/l. Vertailun vuoksi mainittakoon, että Iijoen ja Livojen pääuoman nykyiset kiintoainepitoisuudet tulva-aikana ovat luokkaa 6-7 mg/l. Yleensä sisävesissä fosfori näyttäisi olevan selvimmin tuotantoa rajoittava ravinne eli ns. minimiravinne. Tekoaltaassa liuenneet ravinteet eivät yleensä lopu, vaan tuotantoa rajoittaa lähinnä valon puute ja tuottavan kerroksen ohuus. 8 YHTEENVETO ALTAAN VEDENLAADUSTA Arvioitaessa järvien ekologista tilaa vesipuitedirektiivin pintavesiluokituksen mukaisesti, fys.kem. luokka määräytyy päällysveden kasvukauden ravinnepitoisuuksien mediaanien mukaan. Laskelmien perusteella voidaan arvioida, että heti täytön jälkeisinä vuosina toteutustavasta riippuen altaan fosforipitoisuudet olisivat tasoa 3 6 ja pitoisuudet laskisivat kohtuullisen nopeasti tasolle 25 35. Typpipitoisuudet vastaavasti luokkaa 4 45. Liukoisten ravinteiden määrät sekä veden sameus ja värillisyys rajoittuvat tuotantotasoa. Ravinnepitoisuuksien perusteella allasta voidaan luonnehtia reheväksi lievästi reheväksi. Rehevyystason osalta keskeisen ravinnepitoisuuden kokonaisfosforin pitoisuuksia, voidaan havainnollistaa vertaamalla arvioitua tasoa lähialueen vesistöjen pitoisuuksiin. Ympäristöviranomaisten Hertta-tietokannasta tehdyn poiminnan mukaan Aittojärven, Jongunjärven, Tuulijärven, Siuruanjoen ja Iijoen Raasakan kesäajan fosfori, typpi ja kiintoainepitoisuudet verrattuna Kollajan ennusteeseen ovat: Kesän (VI-VIII) keskiarvopitoisuudet Kok.P Kok.N Kiintoaine Havaintojen lkm. ug/l ug/l (mg/l) Kok.P Kok.N Ka Aittojärvi 58 742 12,6 16 17 1 Jongunjärvi 19 45 2,7 29 29 1 Tuulijärvi 43 63 9,5 35 35 26 Siuruanjoki 45 545 5,2 129 129 111 Raasakka 24 378 3,7 144 147 151 Kollajan ennuste 25-35 4-45 2-3 Kollajan altaan fosforipitoisuusennuste on korkeampi kuin Jongunjärven ja Iijoen fosforipitoisuus, mutta alhaisempi kuin Aittojärven, Tuulijärven tai Siuruanjoen mitatut pitoisuudet. Typpipitoisuus on samaa tasoa kuin Jongunjärvellä, hivenen korkeampi kuin Raasakassa mutta selvästi alhaisempi kuin Aittojärvessä, Tuulijärvessä tai Siuruanjoessa mitatut pitoisuudet. Yleisen vedenlaatuluokituksen mukaan sisävesissä kokonaisfosforipitoisuudet ovat luokassa hyvä alle 3 ug/l ja luokassa tyydyttävä alle 5 ug/l, klorofylli-a vastaavasti alle 1 ja alle 2 ug/l. Kollajan vedenlaaatu näyttäisi asettuvan hyvän ja tyydyttävän luokan välille.

36 Veden laadultaan Kollajan altaan vesi tulee olemaan selvästi parempaa kuin Pohjanmaan tekoaltaissa keskimäärin ja altaan järvittyminen tapahtuu nopeammin. Tämä johtuu suurista tulovirtaamista suhteessa pinta-alaan, jolloin myös tämä järvittyminen tapahtuu nopeammin kuin joen latvoilla olevissa altaissa. Järvittymisellä tarkoitetaan prosessia, missä tuloveden että laskeuman ja tuotannon mukana tuleva aines laskeutuu detritus-sateena altaan pohjalle. Vähitellen muodostuu normaalia järvisedimenttiä, joka eristää veden vanhasta maapohjasta ja aineenvaihto veden ja sedimentin välillä tapahtuu kuten normaalissa järvessä. 9 ARVIO ALTAAN KALOJEN ELOHOPEAPITOISUUDESTA Elohopeapitoisuuden myyntikiellon raja hauilla on 1 mg/kg, muilla kaloilla,5 mg/kg. Kun kalan elohopeapitoisuus on tasolla,5-1, mg/kg, tulisi kalansyöntiä rajoittaa. Tekojärvien vesittämisen jälkeen on kaloissa havaittu luonnonvesiä suurempia elohopeamääriä. Kalojen elohopeapitoisuuksien kasvu johtuu elohopean metylaation lisääntymisestä veden alle jääneessä maa-aineksessa. Metyloitunut elohopea kulkeutuu ravintoketjun kautta erityisesti petokaloihin. Kumuloitumisen seurauksena erityisesti vanhojen kalojen pitoisuudet nousevat. Tekojärven vanhetessa pitoisuudet laskevat. Suomen tekoaltaiden kalojen elohopeapitoisuudet ovatkin laskeneet selvästi 198-luvun tasoon verrattuna, mutta ylittävät yhä luonnonjärvien pitoisuudet. Mm. Kemijoen vesistöalueella Porvarin ja Verran (1998) mukaan noin 1 vuotta sitten, hauista 35 %, mateista 27 %, ahvenista 15 % ja särjistä 1 % ylitti,5 mg/kg rajan. Veden metyylielohopeapitoisuudet olivat erittäin alhaisia kaikissa vesissä, mikä merkitsee tutkijoiden mukaan, että elohopea metyloituu tekoaltaissa enää vähäisessä määrin. Kilon painoisella hauella 1 mg/kg raja on 199-luvulla ylittynyt enää kahdessa Pohjanmaan altaassa (Porvari ja Verta 198). Tekoaltaat eivät ole ainoa elohopean kuormituslähde, vaan sitä tulee mm. ilmalaskeuman kautta. Ympäristöön elohopeaa joutuu myös teollisuudesta, jätteiden ja fossiilisten polttoaineiden poltosta sekä öljytuotteiden jalostuksesta.. Laskeumasta peräsin oleva elohopea kertyy metsämaan orgaaniseen pintakerrokseen, josta se maan muokkaustoimien kautta voi joutua vesistöihin. Metylaatio on soilla suurempaa kuin mineraalimailla (Porvari 23). Yleisenä havaintona tekoaltaissa on todettu, että orgaanisen aineen lisääntyminen sekä ph ja happipitoisuuden laskeminen nostavat kalojen elohopeapitoisuuksia. Kalojen elohopeapitoisuuden ennustamiseksi on kehitelty lukuisia tilastollisia yhtälöitä, joiden avulla voidaan arvioida pitoisuuksia. On kuitenkin huomattava, että toiset tekojärvet toipuvat nopeammin ja toiset hitaammin. Porvarin (23) julkaiseman yhtälön mukaan, hauen elohopeapitoisuudet ylittävät 1 mg/kg raja-arvon keskimäärin noin 1 vuotta vesittämisen jälkeen kuva 34.

37 Kuva 34. Hauen elohopeapitoisuuden riippuvuus altaan iästä (Porvari 23). Ennalta arvioiden Kollajan altaan kalojen elohopeapitoisuudet jäänevät pienemmiksi kuin tekoaltaissa yleensä johtuen keskimääräistä paremmasta vedenlaadusta (happi, ph, COD Mn ). Silti elohopeapitoisuudet tulevat rajoittamaan jossain määrinkalojen käyttöä ravintona altaan alkuvuosina. Altaan ikääntyessä haitta vähenee ja lopulta häviää. Yleisellä tasolla voidaan arvioida, että kalojen elohopeapitoisuudet altaassa noudattavat seuraavaa rytmiikkaa: Altaan ikä -5 vuotta: petokaloissa, erityisesti hauissa, esiintyy yli 1 mg/kg olevia pitoisuuksia. Altaan ikä 5-1 vuotta: Elohopeapitoisuudet laskevat, mutta arvon,5 mg/kg esiintyviä pitoisuuksia tavataan yleisesti. Altaan ikä yli 1 vuotta: Pitoisuudet laskevat edelleen, mutta,5 mg/kg olevia pitoisuuksia esiintyy satunnaisesti. Jakson alkupuolella useammin, ylitysfrekvenssi vähenee hitaasti. Luonnon järvien taso saavutettaneen 2-3 vuodessa. 1 ALTAAN VAIKUTUS IIJOEN PÄÄUOMAN VEDEN LAATUUN Altaasta juoksetettavan veden ainepitoisuudet ovat yleensä korkeampia kuin Iijoen pääuomassa, joten ne nostavat altaan alapuolisen jokiosan pitoisuuksia. Pääuomassa alaspäin mentäessä valuma-alue kasvaa, jolloin myös virtaamat kasvavat. Haapakosken voimalaitoksen ja Raasakan voimalaitoksen välillä valuma-alue kasvaa noin 3 88 km 2 :llä. Ainoa suurempi sivujoki on Yli-Iissä noin 3 km etäisyydellä rannikosta laskeva Siuruanjoki, jonka valuma-alue on 2 387 km 2 eli Siuruanjoki muodostaa noin 2/3 osaa Haapakosken alapuolisesta Iijoen valuma-alueesta. Tämä tarkoittaa sitä, että lisävesien vaikutus ja virtaaman kasvu on merkittävintä Siuruanjoen suualueella pääuomassa. Mahdollinen altaan rakentaminen pienentäisi Mertajoen valuma-aluetta ja vaikuttaa siten

38 Mertajoen virtaamiin. Valuma-alueen muutoksella ei kuitenkaan ole juuri vaikutusta Iijoen ja Siuruanjoen sekoittumissuhteisiin, eikä sitä laskelmissa ole huomioitu. Siuruanjoen ravinnepitoisuudet ovat korkeita. Jokisuulla fosforipitoisuus oli kesällä vuosien 1991-1996 havaintojen mukaan 41 ja typpipitoisuus 56 eli korkeampia kuin altaan ennustetut pitoisuudet. Kiintoainepitoisuudet keskimäärin 5,6 mg/l (wwws. ymparisto.fi). Siuruanjoen vesi nostaa siten pääuoman ainepitoisuuksia. Jokiuomassa veden laadun vaihtelu on varsin suurta vuoden aikojen että vuosien välillä (kuva 35). Raasakassa lähellä jokisuuta keskimääräiset ravinnepitoisuudet ovat olleet vuosien 2 28 kuukausikeskiarvoina 15 31 µgp/l ja 35 5 µgn/l: 2-28 TotN TotP 1 369 17.8 2 375 14.6 3 384 28.2 4 51 28.1 5 474 31. 6 388 21.6 7 391 23.1 8 432 26.5 9 354 21.7 1 373 23.2 11 425 22.3 12 46 22.3 8 Raasakka, P 7 6 5 4 3 2 1 197 24.6.1975 14.12.198 6.6.1986 27.11.1991 19.5.1997 9.11.22 28 12 Raasakka, N 1 8 6 4 2 197 24.6.1975 14.12.198 6.6.1986 27.11.1991 19.5.1997 9.11.22 28 Kuva 35. Iijoen pääuoman ravinnepitoisuuksia Raasakassa 197 28 (Hertta-tietokanta).

39 Altaan alapuolella luonnonuomassa virtaava vesi ja altaasta juoksutettava vesi sekoittuvat. Luonnonuoman virtaamat vaihtoehdossa A ovat talvella tasoa 15 m 3 /s ja altaan juoksutukset talvella keskimääräisenä vesivuonna 8-11 m 3 /s. Kesällä vastaavasti luonnonuomasta virtaa vettä 5-1 m 3 /s, kun taas Kollajan juoksutus vaihtelee keskimäärin välillä 2 65 3 /s (katso kuva 3). Vaihtoehdossa B kesäaikana altaaseen ei johdettaisi tulovesiä. Kesä-syyskuussa luonnon uoman virtaamat olisivat siten nykyiset, lukuun ottamatta altaasta juoksutettavaa, keskimäärin noin 5,9 m3/s virtaamalisäystä tyhjennyskanavan alapuoliselle jokiosuudelle. Myös muulloin luonnonuomat virtaamat kasvaisivat A-vaihtoehtoon verrattuna, kun puolet Iijoen virtaamasta johdettaisiin luonnonuoman kautta. 1.1 Fosforipitoisuus Altaasta purkautuvat vedet sekoittuvat pääuoman virtaamiin, jolloin laskukohdan alapuolelle syntyy sekoituspitoisuus, joka riippuu virtaamien ja pitoisuuksien suhteista. Esimerkiksi keskimääräisenä vesivuotena heinäkuussa Kollajan altaan juoksutus on 28 m 3 /s ja veden laskennallinen pitoisuus tasoa 34. Luonnonuomassa laskukohdan yläpuolella vastaavasti virtaama on 98 m 3 /s ja pitoisuus 18. Näistä syntyy virtaamien suhteessa laskennallinen pitoisuus 21,5 eli pitoisuus uomassa altaan kohdalla nousee noin 3,5. Vastaavasti laskien myös jokiuoman muut lisävedet huomioiden altaan alkuvuosina (1-3 vuotta) sen alapuolella vaihtoehdossa A pitoisuudet nousevat keskimääräisenä vuotena noin 8. Jokisuulla vaikutus on noin 1-2 ug/l pienempi. Heinä-elokuussa, joka vesistövaikutusten kannalta on merkityksellisin aika, vaikutus vuosina 1-3 on 6-8. Myöhempinä vuosina (4-15 vuotta) vaikutukset vähenevät ollen keskimäärin tasoa 4. Heinä-elokuussa Livojoki virtaa altaan kautta, jolloin luonnonuoman pitoisuudet laskevat noin,8-1,1 ug/l. Nykytilanteeseen verrattuna siis allas nostaa heinä-elokussa Iijoen fosforipitoisuutta keskimäärin 3 ug/l, mikä merkitsee pitoisuustasoa 2 22 ug/l. Keskikesällä Iijokisuulla lisäys on luokkaa 2-3. Tekojärven vaikutukset alapuolisen Iijoen fosforipitoisuuteen erilaisina vesivuosina ja altaan eri ikävaiheissa on esitetty kuvassa 36. On huomattava, että arvot kuvaavat aina ko. jakson keskimääräistä tilannetta, jakson alussa pitoisuudet ovat suurempia, kun taas jakson loppupuolella pienempiä. Vaikutuksia merialueella ja Raasakan luonnonuomassa on tarkasteltu erillisessä raportissa. 16 14 12 1 1984 1998 26 Raasakka, KokP v 1-3 16 14 12 1 1984 1998 26 Raasakka, KokP v 4-15 8 8 6 6 4 4 2 2-2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12-2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 Kuva 36. Altaan juoksutusten vaikutus Iijoen pääuoman fosforipitoisuuteen vaihtoehdossa A erilaisina vesivuosina. Laskettu kuukausittain laimentumissuhteilla.