Automaattinen veden laadun seuranta

Nopeat vaihtelut virtaavan veden laadussa asettavat suuria haasteita näytteenotolle. Jatkuvatoimisen automaattisen mittauksen avulla voidaan tehdä luotettavia arvioita ojien kuljettamista kiintoaine- ja ravinnemääristä. Vantaanjoen ja Helsingin seudun vesiensuojeluyhdistyksessä syksyllä 2005 tehdyn tutkimuksen pohjalta pelkästään veden sameutta ja virtaamaa mittaamalla voitiin luotettavasti arvioida maaperältään savisilta, peltovaltaisilta valuma-alueilta tulevaa kiintoaine- ja fosforikuormitusta.

Lepsämänjoen yläjuoksulle sekä jokeen laskevaan pelto-ojaan (kuva 1) asennettiin syksyllä 2005 automaattiset mittausasemat, jotka mittasivat kerran tunnissa veden sameuden, lämpötilan ja sähkönjohtavuuden sekä pinnankorkeuden. Virtaamat määritettiin purkautumiskäyrien ja pinnankorkeustietojen avulla. Mittausjakso ajoittui 28.9. - 27.10.2005. Tutkimusjakson aikana ja välittömästi sen jälkeen anturien läheisyydestä otettiin lisäksi vesinäytteitä. Korkeussuhteiltaan valuma-alueet ovat melko tasaisia. Valtaosa pelloista oli mittausaikana kynnettynä tai kevytmuokattuna.

Kuva 1. Tutkimusalueet Lepsämänjoen valuma-alueella (vihreä on pelto-ojan ja punainen joen yläjuoksun valuma-alue, peltoalueet keltaisella). Automaattisten mittausasemien sijainnit on merkitty kuvaan mustina pisteinä.

Tulokset

Tutkimusta edeltävä syyskuu oli tavanomaista lämpimämpi ja vähäsateisempi. Vantaanjoen alueella satoi vain 24 mm, kolmanneksen keskimääräisestä (kuva 2). Syksy jatkui poikkeuksellisen lämpimänä ja vähäsateisena lokakuun loppupuolelle asti.

Kuva 2. Lepsämänjoen yläjuoksun ja pelto-ojan virtaamat sekä sadanta Helsinki-Vantaa lentoasemalla.

Automaattiset mittausasemat toimivat hyvin. Laboratoriossa mitatut vesinäytteiden sähkönjohtavuudet ja sameudet olivat anturimittausten kanssa yhdenmukaiset. Veden sameus reagoi nopeasti virtaamamuutoksiin. Laboratoriomäärityksissä sameus korreloi erittäin merkitsevästi veden kiintoaine- ja kokonaisfosforipitoisuuden kanssa. Anturien sameusarvojen sekä laboratorioanalyysien sameuden ja kiintoaineen sekä sameuden ja kokonaisfosforipitoisuuden lineaaristen regressioyhtälöiden (kaikissa R2 ~ 0,99) avulla oli mahdollista laskea tarkasti veden kiintoaine- ja fosforipitoisuus koko mittausjakson ajalle.

Kuva 3. Lineaaristen regressioyhtälöiden avulla lasketut joen ja ojan kiintoaine- ja fosforipitoisuudet. Laboratoriossa määritetyt pitoisuudet on merkitty ympyröin.

Virtaaman ja laskennallisten kiintoaine- ja kokonaisfosforipitoisuuksien avulla laskettiin joen ja ojan kuukauden aikana kuljettama kiintoaineen ja kokonaisfosforin määrä. Poikkeuksellisen lämpimästä ja vähäsateisesta säästä johtuen lokakuun 2005 fosforikuormitus oli ainoastaan noin prosentin koko vuoden kuormituksesta. Lepsämänjoen yläjuoksulla vajaa 2/3 kuormituksesta tuli muutaman päivän kestäneen valuntahuipun aikaan (22.10. – 26.10.2005, 4 100 kg kiintoainetta (noin 1,2 kg/vrk/peltoha) ja 7,7 kg fosforia (noin 2,3 g/vrk/peltoha), vastaavasti pelto-ojalla vajaa puolet (22.10. – 25.10.2005, 65 kg kiintoainetta (noin 0,2 kg/vrk/peltoha) ja 0,17 kg fosforia (noin 0,6 g/vrk/peltoha)).

Pelto-valtaisilta valuma-alueilta näyttää siis syksyn ja kevään valuntahuippujen aikaan, jolloin ojien kuljetuskyky ja kiintoaineen tarjonta ovat suurimmillaan, kulkeutuvan suuria määriä kiintoainetta ja ravinteita pääuoman kuljetettavaksi. Näinä valuntahuippujen aikoina peltojen kasvipeitteisyys on vähimmillään. Suurin osa fosforista kulkeutuu kiintoaineeseen sitoutuneena. Typpi puolestaan huuhtoutuu pääosin liukoisessa muodossa.

Tämän tutkimuksen pohjalta pelkästään veden sameutta ja virtaamaa mittaamalla voitiin siis luotettavasti arvioida joen ja ojan kuljettamaa kiintoaine- ja fosforikuormitusta. Valtaosa kuormituksesta tuli lyhyen, muutaman päivän kestäneen, valuntahuipun aikana.

Tutkimuksessa käytetty anturi ei soveltunut typpikuormituksen arvioimiseen, sillä typpi ei korreloinut veden sähkönjohtavuuden eikä sameuden kanssa. Jatkossa, mikäli hankkeen jatkorahoitus järjestyy, vesiensuojeluyhdistys testaa keväällä 2006 myös anturia, joka mittaa nitraattipitoisuuden lisäksi myös veden orgaanisten yhdisteiden pitoisuutta.

Särkelä, A., K. Lahti, H. Vahtera, S. Penttilä & I. Ahtela (2006). Automaattinen veden laadun seuranta avuksi hajakuormituksen arviointiin - testausta peltovaltaisenvaluma-alueen joessa ja ojassa. Vesitalous 4/2006.