Vesien kuormitus, kosteikot, mallinnus, anturit vedenlaadun mittaamisessa

1. 1
Automaattianturit vesien tilan tutkimuksessa
& seurannassa sekä tulevaisuuden näkymiä
22.10.2015, Vantaa
Jari Koskiaho, TkT / SYKE

2. 2
Peltotaso/ Koekentät Viljelykäytännöt Valumavesien hallinta Lohkotason kehitystarpeet
kasvulohkot huuhtoutuminen maanmuokkaus ympäristötuen toimet uudet innovaatiot
(1,2 milj. lohkoa) salaojitus lannoitteet vesienhoitotoimet ravinteiden kierrätys
veden kulkureitit lanta laaja-alaiset kokeilut
Lysimetrit Eroosio, ravinteet ympäristökorvaus järjestelmän
mekanismit muodostuminen kehittäminen vs. menetelmät
Mallinnus Kuormitusprosessit ’jalostettu’ koekenttien database
lohkotaso, prosessit kuormitusarviot ja vaihtelu
Vesistöt ja maatalous
Kuivatusalueet Hallinto Kuivatusjärjestelmät Tehokas ja laaja- Valumavesien hallinta
(74 % peltoalasta suunnitteluohjeet peruskuivatus alainen kuivatus luonnonmukaiset uomat
peruskuivatusuomien vesilaki 2012 salaojitus kattaa koko viljely- ojitusyhteisöjen rooli
piirissä) alan tulvien pidättäminen
seuranta lähelle tuotantoa
vihreä infrastruktuuri
Pienet valuma-alueet Seuranta Kumulatiivisesti eri lähteistä Pitkät sarjat Valumavesien hallinta
(maatalous: alle 10 hydrologia metsävaltaiset alueet vähenevät resurssit seurannan kehittäminen
valuma-aluetta) ja pitoisuudet maatalousvaltaiset alueet mallinnus mallien kehittäminen
vesistöalueiden Mallinnus ominaiskuormitusluvut ’jalostettu’ valuma-alueiden
osa alueet valuma-aluetaso database
Vesistöalueet Kuormitusseuranta Vesistöjen kuormitus ja tila Vesistöjen luokittelu Vesienhoito
jokivesistöt seuranta ja mallinnus vesienhoito-ohjelmat vesistöjen tavoitetila
järvet kuormituksen alentamistarpeet ympäristötoimenpiteet
Mallinnus toimenpiteiden vaikutusarviot
Hydrologinen Tutkimus / Kuormitus/ Toimenpiteet/ Kehitystarpeet
mittakaava tietolähteet kuormitusprosessit käytäntö

3. 3
Vesien kuormitus, mittakaavat tutkimuksessa
1. Päävesistöalueet (n. 300–69 000 km2)
• esim. Kymijoen vesistöalue
• Suomi jaettu 74:ään jokivaluma-alueeseen
• 1., 2. ja 3. jakovaiheen osa-alueet (useita satoja)
• Seurattu 1960-luvulta alkaen n. 25:ttä Itämereen
laskevaa jokea (+sisävedet)
2. Pienet tutkimusvaluma-alueet (0,1–22 km2)
• Nykyään 12 aktiivisessa seurannassa
• Pelto- ja metsäalueet
• Seurattu 1960-luvulta alkaen
3. Peltolohkotaso (0,5–10 ha)
• Tutkimuslaitosten (SYKE, MTT, yliopistot) ylläpitämiä
koekenttiä ym.
• Aktiivisin kausi 1985–2002

4. 4
Jokiseurantapaikat, Itämereen laskevat joet

5. 5
Metsäiset
Pinta-ala
(km2)
Pelto-
%
Savi
(%)
Turve
(%)
Moreeni
(%)
14 Teeressuonoja 0,69 0,0 2 13 75
44 Huhtisuonoja 4,94 0,0 0 45 53
51 Kesselinpuro 21,70 1,3 0 50 47
103 Myllypuro 9,86 0,6 0 27 73
114 Vähä-Askanjoki 15,62 0,0 0 17 83
121 Laanioja 13,6 0,3 2 1 95
Metsä & pelto
43 Latosuonoja 5,32 16,6 0 26 61
71 Ruunapuro 5,39 20,5 0 11 41
Peltovaltaiset
11 Hovi 0,12 96,9 55 0 0
21 Löytäneenoja 6,24 63,1 26 2 24
22 Savijoki 15,21 39,1 34 7 57
Hapansulfaattipelto
81 Haapajyrä 6,09 57,4 33 23 1
Pienet valuma-alueet
Eri maankäyttömuotojen vaikutus
hydrologiaan ja vesien
kuormitukseen  Suomen
”viralliset” kuormitusluvut
• Seuna (1983)
• Kauppi (1984)
• Rekolainen (1989)
• Vuorenmaa ym. (2002)
• Tattari ym. (2015, käsikirjoitus)

6. Peltolohkotason koekenttiä
6
Liperi
Aurajoki
Kirkkonummi
Viljelymenetelmät
Kosteikot/altaat
Kuivatusjärjestelmät
Suojavyöhykkeet
Jokioinen
Toholampi
Vihti
Lapua
Tyrnävä
Rautalampi
Alastaro
Inkoo

7. 26.10.2015
Kosteikot viljelyalueiden valumavesien
hallinnassa
Kuva: MTT
Hovin kosteikko Vihdissä Valuma-alue
• Pinta-ala: 12 ha
• Maankäyttö: 100 % peltoa
Kosteikko
• Pinta-ala: 0,6 ha (5 % valuma-alueesta)
• Perustettu v. 1998
• Seuranta 1999–2002 (vesinäytteet)
• 2007– automaattiseuranta

8. Tulovirtaus
Ulosvirtaus
Rantamo
Seitteli
Valuma-alue
• Pinta-ala: 20 km2
• Maankäyttö: 40 % peltoa
Kosteikko
• Pinta-ala: 24 ha (1,2 % valuma-alueesta)
• Perustettu v. 2009
• Automaattiseuranta 2010–
Pato
Tuusulanjärvi
Yhdyskanava
Kuva: Esko Kuusisto
Rantamo-Seittelin kosteikko Vihdissä

9. Mallinnus
9
Kotimaisia
• Icecream (P)
• VIHMA (T)
• Kutova (T)
• Vemala (P, T)
• Ym.
• Prosessipohjaiset (P) ja tilastolliset (T)
• Tarkoituksena korvata ja täydentää empiirisiä havaintoja
• Skenaariot!
• Auttavat ymmärtämään hydrologiaan ja
vesistökuormituksen syntyyn vaikuttavia prosesseja ja
ilmiöitä
Ulkomaisia
• INCA (P)
• SWAT (P)
• Ym.

10. 26.10.2015
Miksi SWAT?
Vapaasti
ladattavissa
verkosta
Monipuolisuus
• mittakaava
• TSS, P, N,
pestisidit,
raskasmet., …
• toimenpiteet!
Valuma-alueprosessit
Uomaprosessit
Säämuuttujat
Tulosmuuttujat (pitoisuudet,
kuormitus) 1 vrk:n aikaresoluutiolla
Pistekuormitus
Maatalouden toimenpiteet
- muokkaustapa ja –ajankohdat
- kasvilajit ja korjuuajankohdat
- lannoitus
- salaojitus
- suojakaistat, kosteikot,…
Mallinnus, esimerkki prosessipohjaisesta
mallista: SWAT – Soil Water Assessment Tool
Lähtötietoina sää +
• maankorkeusmalli
• maankäyttö
• maalaji

11. Mallinnus, esimerkki empiiriseen aineistoon
pohjaustuvasta mallista: VIHMA
11
● Koekenttämittauksiin perustuva Excel-työkalu, joka auttaa
arvioimaan pelloilta tulevaa eroosiota ja ravinnekuormitusta
erilaisilla toimenpideyhdistelmillä
● Toimenpiteitä mallissa: erilaiset muokkaustavat mm. suorakylvö,
sänkimuokkaus ja kyntö keväällä tai syksyllä sekä
suojavyöhykkeet ja kosteikot
● Mahdollista vertailla erilaisia toimenpideyhdistelmiä ja niiden
vaikutuksia keskenään, esim. nykyinen tilanne vs.
Vesienhoidonsuunnittelun mukainen tilanne
● Malliin tarvittavia lähtötietoja: peltojen maalaji, kaltevuus, P-luku,
kasvilajit ja muokkaustavat
● Malli tulossa myös SYKEn nettisivuille ladattavaksi

12. Otsikko Arial Black 24pt sininen
12
Optinen sensori
s::can nitro::lyser
s::can Messtechnik GmbH
(itävaltalainen yritys)
Sameus
Nitraatti-
typpi
Tiedonsiirto
matkapuhelin-
verkon kautta
Uutta tekniikkaa vedenlaadun seurantaan, esim.
s::can sensorit
Tiedokeruu 10 min
– 1 tunnin välein
Vedenkorkeus V-aukkopadolle asennetulla
Paineanturilla  Virtaama

13. Esimerkki tunnittaisesta aikasarjasta, Hovin
kosteikko 2007–2013
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
1.10.2007 1.10.2008 1.10.2009 1.10.2010 1.10.2011 1.10.2012 1.10.2013
Turbidity(FTU)
Time
INFLOW
OUTFLOW
> 50 000 havaintoa

14. Sameudesta kokonaisfosfori- ja kiintoaine-
pitoisuudet, esimerkkinä Vanjoki, Vihti
14
y = 0,84x
R² = 0,98
0
50
100
150
0 50 100 150
TotalSSconcentration(µg/l)
Turbidity (NTU)
y = 1,30x + 22,44
R² = 0,87
0
50
100
150
200
0 50 100 150 200
TotalPconcentration(µg/l)
Turbidity (NTU)
Pitoisuus * Virtaama = KUORMITUS (kg)

15. Kuormituslukujen vertailu, automaattiseuranta
vs. vesinäytteet Savijoen havaintoasemalla
15
Kokonaistyppi (kg/ha/vuosi) 2010 2011 2012
Automaattiseuranta 5,9 11,2 5,3
Vesinäytteet 5,4 17,2 7,1
Ero -7 % 53 % 34 %
Kokonaisfosfori (kg/ha/vuosi) 2010 2011 2012
Automaattiseuranta 0,28 1,02 0,65
Vesinäytteet 0,22 1,16 0,56
Ero -21 % 14 % -14 %
Tattari ym. 2015: Nutrient loads from agricultural and forested areas in Finland from 1981 up
to 2011 – is the efficiency of water protection measures observable? (käsikirjoitus)

16. Automaattiseurannalla tuotetun aineiston
visualisointi
16
Esimerkki: Nitraattityppi ja virtaama Vantaanjoen Pitkäkosken
automaattimittausasemalla tänä syksynä
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0
1
2
3
4
5
1.9.2015 8.9.2015 16.9.2015 23.9.2015 1.10.2015 8.10.2015 16.10.2015
Vedenkork.
(m)
NO3
(mg/l)
Aika
NO3_anturi (mg/l) NO3_vesinäyte (mg/l) Vedenkorkeus (m)

17. ● Suuri näyttötaulu näkyvälle paikalle, jossa kulkee paljon ihmisiä
● Tieto reaaliajassa (tai lähes reaaliajassa) esim. GSM-verkon kautta
● Kiinnostavimmat muuttujat
○ vedenkorkeus  virtaama
○ typpi
○ sameus  fosfori
● Paitsi reaaliaikainen käyrä, voidaan esittää myös havaitusta
aineistosta laskettuja tunnuslukuja
○ pylväsdiagrammit, taulukot, trendit yms.
● Visuaalisesti näyttävä, mutta silti informaation kannalta selkeä
toteutus  ammattigraafikot ym. alan asiantuntijat 17
Automaattiseurannalla tuotetun aineiston
visualisointi kansalaisille

18. Tutkimustulosten
soveltamista
käytäntöön
18

19. 19
1. Kosteikon ravinteidenpidätystehokkuuden
riippuvuus mitoituksesta (Puustinen ym., 2007)

20. 20
Ohjelmakausi
2007-2013
2011
Uuden ohjelma-
kauden
valmistelu alkaa
2008
Rekisteröidyt
yhdistykset
voivat hakea
kosteikkotukea
Ohjelmakausi
2014-2020
2010
Korkeampi
tukitaso
ei-
tuotannollisille
investoinneille
Ohjelmakausi
1995-1999
Ohjelmakausi
2000-2006
1996
1. kosteikkojen
suunnitteluopas,
Ruohtula (toim.)
Seuranta alkaa
Rautalammen
laskeutusaltaalla
2003
1. suomalaisten
kosteikkotutki-
musten tulokset
julkaistaan
(Koskiaho et al.)
2007
2. kosteikkojen
suunnitteluopas
(Puustinen ym.)
Automaattiset
mittaukset alkavat
Hovin kosteikolla
2005
Kosteikon ja valuma-
alueen koon välisen
suhteen yhteys
ravinteiden
pidätystehokkuuteen
(Koskiaho &
Puustinen)
1998/99
Hovin kosteikko
perustetaan,
seuranta alkaa
siellä ja 2
muulla
kosteikolla
2009
24 ha Rantamo-
Seittelin kosteikko
(2.vaihe) valmistuu.
Automaattiseuranta
aloitetaan seuraavan
vuoden keväällä
1995
Suomi EU:n
jäseneksi
2001
Rantamon
kosteikko
perustetaan
(1. vaihe),
manuaalinen
näytteenotto
2. Maatalouden ympäristötuki ja kosteikot

21. 26.10.2015
Agricultural drainage systems, their maintenance and cross border cooperation, Pärnu,
Estonia 20–22 May 2015
Luonnonmukaisia kalateitä
Sågarsfors, Siuntionjoki
Integration of green infrastructure into drainage – Finnish perspective
Markku Puustinen and Jari Koskiaho, Finnish Environment Institute (SYKE)
Kuva: Pinja Kasvio
3. Luonnonmukainen vesirakentaminen
peltoalueiden peruskuivatuksessa

22. 4. Kansallisten kuormituslukujen
päivittäminen uudella tiedolla
22
Vesitalous 2/2015,Tattari
ym.
Myös kv. tieteellisen
artikkelin käsikirjoitus
lähes valmis

23. 23
Vesitalous 2/2015,
Silander ym.
5. Automaattisen seuranta-aineiston
jatkoprosessointi

24. 24
Uusia teemoja
1. Kiertotalous vs. Vesiekologia

25. 25
2. Ekosysteemipalvelut
• Luonnontuotteet: ruoka, kuidut, vesi
• Säätelypalvelut: tulvien ja eroosion hallinta
• Maaperän muodostuminen, ravinteiden kierto
• Kulttuuri- ja virkistyspalvelut (matkailu, kalastus, uiminen, vesimaisema, ym.)
Ideana siirtyä ympäristön pilaantumisen ja sen
suojelutarpeen välisestä jatkuvasta ristiriitatilanteesta…

…ekosysteemien kestävään hyödyntämiseen, koska ne
tarjoavat meille sitä mitä me tarvitsemme ja mistä voimme
nauttia
Mutta edelleen:

26. 26
Kiitos!