automaattianturit vesien tilan tutkimuksessa & seurannassa sekä tulevaisuuden näkymiä,...

1

Automaattianturit vesien tilan tutkimuksessa & seurannassa sekä tulevaisuuden näkymiä

22.10.2015, Vantaa

Jari Koskiaho, TkT / SYKE

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

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

Jokiseurantapaikat, Itämereen laskevat joet

5

MetsäisetPinta-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 95Metsä & pelto 43 Latosuonoja 5,32 16,6 0 26 61 71 Ruunapuro 5,39 20,5 0 11 41Peltovaltaiset

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 57Hapansulfaattipelto 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)

Peltolohkotason koekenttiä

6

Liperi

Aurajoki

Kirkkonummi

Viljelymenetelmät

Kosteikot/altaat

Kuivatusjärjestelmät

Suojavyöhykkeet

Jokioinen

Toholampi

Vihti

Lapua

Tyrnävä

Rautalampi

Alastaro

Inkoo

01.0

5.20

23

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

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

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.

01.0

5.20

23

Upland Processes

SWAT Watershed System

Channel/Flood PlainProcesses

Miksi SWAT?

Vapaasti ladattavissa verkosta

Monipuolisuus• mittakaava• TSS, P, N,

pestisidit, raskasmet., …

• toimenpiteet!

Valuma-alueprosessit

Uomaprosessit

SäämuuttujatTulosmuuttujat (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

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

Otsikko Arial Black 24pt sininen

12

Optinen sensori s::can nitro::lyser s::can Messtechnik GmbH (itävaltalainen yritys)

SameusNitraatti-

typpi

Tiedonsiirto matkapuhelin-verkon kautta

Uutta tekniikkaa vedenlaadun seurantaan, esim. s::can sensorit

Tiedokeruu 10 min – 1 tunnin välein

Vedenkorkeus V-aukkopadolle asennetullaPaineanturilla Virtaama

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

Turb

idity

(FTU

)

Time

INFLOWOUTFLOW

> 50 000 havaintoa

Sameudesta kokonaisfosfori- ja kiintoaine-pitoisuudet, esimerkkinä Vanjoki, Vihti

14

y = 0,84xR² = 0,98

0

50

100

150

0 50 100 150To

tal S

S co

ncen

trati

on (µ

g/l)

Turbidity (NTU)

y = 1,30x + 22,44R² = 0,87

0

50

100

150

200

0 50 100 150 200

Tota

l P c

once

ntra

tion

(µg/

l)

Turbidity (NTU)

Pitoisuus * Virtaama = KUORMITUS (kg)

Kuormituslukujen vertailu, automaattiseuranta vs. vesinäytteet Savijoen havaintoasemalla

15

Kokonaistyppi (kg/ha/vuosi) 2010 2011 2012Automaattiseuranta 5,9 11,2 5,3Vesinäytteet 5,4 17,2 7,1Ero -7 % 53 % 34 %

Kokonaisfosfori (kg/ha/vuosi) 2010 2011 2012Automaattiseuranta 0,28 1,02 0,65Vesinäytteet 0,22 1,16 0,56Ero -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)

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)

● 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

Tutkimustulosten soveltamista käytäntöön

18

19

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

20

Ohjelmakausi2007-2013

2011Uuden ohjelma-kauden valmistelu alkaa

2008Rekisteröidyt yhdistykset voivat hakea kosteikkotukea


2010 Korkeampi tukitaso ei-tuotannollisille investoinneille



19961. kosteikkojen suunnitteluopas, Ruohtula (toim.)Seuranta alkaa Rautalammen laskeutusaltaalla

20031. suomalaisten kosteikkotutki-musten tulokset julkaistaan(Koskiaho et al.)

20072. kosteikkojen suunnitteluopas (Puustinen ym.)Automaattiset mittaukset alkavat Hovin kosteikolla

2005Kosteikon ja valuma-alueen koon välisen suhteen yhteys ravinteiden pidätystehokkuuteen (Koskiaho & Puustinen)

1998/99Hovin kosteikko

perustetaan, seuranta alkaa

siellä ja 2 muulla

kosteikolla

2009 24 ha Rantamo-Seittelin kosteikko (2.vaihe) valmistuu. Automaattiseuranta aloitetaan seuraavan vuoden keväällä

1995Suomi EU:njäseneksi

2001Rantamon kosteikko perustetaan (1. vaihe), manuaalinen näytteenotto

2. Maatalouden ympäristötuki ja kosteikot

01.0

5.20

23

Agricultural drainage systems, their maintenance and cross border cooperation, Pärnu, Estonia 20–22 May 2015

Luonnonmukaisia kalateitäSågarsfors, 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

4. Kansallisten kuormituslukujen päivittäminen uudella tiedolla

22

Vesitalous 2/2015,Tattari ym.

Myös kv. tieteellisen artikkelin käsikirjoitus lähes valmis

23

Vesitalous 2/2015, Silander ym.

5. Automaattisen seuranta-aineiston jatkoprosessointi

24

Uusia teemoja1. Kiertotalous vs. Vesiekologia

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

Kiitos!