Siuntionjoen ravinne- ja kiintoainekuorman estimointi jatkuvatoimisesti mitattujen sameusarvojen avulla

Abstract

Aiemmissa tutkimuksissa on osoitettu, että jatkuvatoimisella vedenlaadun mittaamisella on mahdollista saavuttaa merkittäviä hyötyjä, sillä menetelmän avulla on mahdollista saada tietoa vedenlaadun vaihteluista lyhyen aikavälin puitteissa, mikä ei muilla keinoin olisi mahdollista. Tässä insinöörityössä käytetään tapaustutkimuksena Siuntionjoen vesistöä, jonka alueella jokiin kulkeutuu huomattavia määriä maataloudesta peräisin olevaa hajakuormitusta. Myös rehevöityminen on ongelmana useissa alueen järvissä. Työn toimeksiantajana on Länsi-Uudenmaan vesi ja ympäristö ry (LUVY). Tämän työn tarkoituksena oli selvittää, kuinka täsmällisesti Siuntionjoen vesistön alueelta Itämereen suuntautuvaa ravinnekuormaa on mahdollista määrittää jatkuvatoimisen mittauslaitteiston avulla. Koska etenkään fosforin mittaaminen jatkuvatoimisesti ei nykytekniikalla ole mahdollista, yleisesti sijaismuuttujana ravinnekuormituksia määritettäessä käytetään veden sameusarvoja, joiden on tyypillisesti havaittu korreloivan ravinnepitoisuuksien kanssa savimaasta koostuvilla valuma-alueilla. Tämän työn tarkastelujakso alkoi 26.4.2019 jatkuvatoimisen mittauslaitteiston asennuksella ja se päättyi saman vuoden lopussa. Tutkimuksessa mittauslaitteisto asennettiin Siuntionjoen valuma-alueen alaosaan, mikä mahdollisti tarkastelun mahdollisimman laajalta osalta valuma-aluetta. Tarkastelujakson päätyttyä ravinne- ja kiintoainekuormien suuruudet määritettiin jatkuvatoimisen mittarin mittaaman sameusanturin ja LUVYn kalibrointimittauksista saadun datan perusteella regressioanalyysia hyödyntäen sekä Suomen ympäristökeskuksesta (SYKE) saatujen virtaamatietojen avulla. Saatuja tuloksia verrattiin SYKEn operatiivisen VEMALA-vesistömallin kuormituslaskennan antamiin arvoihin. Tulosten perusteella jatkuvatoimisesti mitattujen sameusarvojen sekä kalibrointimittausten avulla Siuntionjoen vesistön alueella on mahdollista estimoida mereen suuntautuvien fosfori-, typpi- ja kiintoainekuormien määriä riittävällä tarkkuudella, mikä puoltaa jatkuvatoimisen vedenlaadun seurannan jatkamista kyseisessä uomassa, jolloin myös vesiensuojelutoimenpiteiden vaikutuksista alueella voidaan tulevaisuudessa esittää arvioita.

Previous research shows that continuous water quality measurement has several advantages in water quality monitoring, as it provides an opportunity to see rapid fluctuation of water quality that cannot be observed by other methods. This thesis is a case study concentrating on the Siuntionjoki water basin in southern Finland, of which a significant part consists of agricultural land, causing diffuse nutrient loading into the system. In addition, eutrophication in the lakes in the area has become a major problem. This thesis was commissioned by Länsi-Uudenmaan vesi ja ympäristö ry (LUVY), a regional association specialized in water research. The aim of this thesis was to find whether the nutrient loads from the Siuntionjoki water basin towards the Baltic Sea can be estimated through constant water quality monitoring. As phosphorus, in particular, can only be analyzed through laboratory analysis, turbidity is typically used as a surrogate measure due to having a positive correlation with nutrient concentrations in loamy catchments. The monitoring period in this thesis project began on 26 April, 2019 with the installation of a monitoring station, and it lasted until the end of the calendar year. The monitoring station was installed in the lower part of the catchment, in order to be able to analyze the data from the entire area. After the monitoring period, nutrient and suspended solids loads towards the Baltic Sea were calculated by regression analysis, by using data from calibration samples made by LUVY as well as the flow rate data, provided by the Finnish Environment Institute (SYKE). The results were compared with the ones of the operative load calculation model VEMALA, developed by SYKE. On the basis of the results, it can be justifiably assumed that in the Siuntionjoki water system the turbidity data allows the loads of nutrients (i.e. phosphorus and nitrogen) and suspended solids to be estimated at a reasonable level of accuracy. This, in turn, supports the argument for ongoing, continuous water quality measurement in the basin, which will also help clarify the impact of future conservation measures in the area.