Valuma-alueelta tulevan veden pitoisuudet

Yläpuoliselta valuma-alueelta tulevan veden pitoisuudet riippuvat osittain samois-ta tekijöistä kuin valunnan äärevyys. Esim. veden kiintoainepitoisuuteen vaikut-taa veden virtausnopeus, mihin puolesvaikut-taan vaikuttavat esim. valuma-alueen kal-tevuussuhteet. Yläpuolisen valuma-alueen pääasiallinen maalaji puolestaan mää-rää kosteikkoon tulevan kiintoaineen raekokojakauman, mikä vaikuttaa ratkaise-vasti kiintoaineen pidättymiseen kosteikossa.

Jotta liuennutta fosforia sitoutuisi kosteikon maaperään mahdollisimman te-hokkaasti ja pitkään, tulisi tulevan veden liuenneen fosforin pitoisuuden olla kos-teikon maaperän EPC:tä (ks. 2.2.2) selvästi korkeampi. On oletettavaa, että maata-louden valumavesissä tämä pitoisuus on luonnontilaisiin vesiin verrattuna aina korkeampi. Pietiläinen & Rekolainen (1991) ovat todenneet Suomen maatalous-valtaisten valuma-alueiden liuenneen fosforin pitoisuuden olevan metsävaltaisiin valuma-alueisiin verrattuna kymmenkertainen. Maatalouden valumavesissä on yleensä myös runsaasti typpeä, josta valtaosa on nitraattimuodossa.

0 ...

Suomen ympanstökeskuksen mo^yste 178

Sekä typen että fosforin pidättyminen on sitä tehokkaampaa, mitä korkeam-pia ovat näiden aineiden pitoisuudet kosteikkoon tulevassa vedessä. Tämä tulisi ottaa huomioon kosteikkojen suunnitteluvaiheessa erityisesti niiden sijoitteluky-symyksenä. Yläpuolisen valuma-alueen alan kasvaessa peltoisuus tavallisesti pie-nenee ja valumavesien pitoisuudet alenevat. Tällöin odotettavissa oleva kosteik-kojen puhdistustulos kosteikkoalaa kohden ei ole yhtä hyvä kuin peltojen, karja-suojien tms. läheisyydessä.

Korkeimmillaan viljelyalueiden valumavesien pitoisuudet ovat juuri pellon reunalla niiden poistuessa pellolta. Pelloilta lähtevän veden pitoisuudet tavallises-ti kuitenkin alenevat valtaojissa niiden sekoittuessa muun valuma-alueen vesiin.

Jos valuma-alue on kokonaan peltoa, laimenemista ei luonnollisesti tapahdu. Kos-teikon sijoittelussa tuleekin tarkastella kahta asiaa: onko valuma-alueelta tuleva kokonaisvesimäärä hallittavissa ja ovatko pitoisuudet riittävän korkeita kostei-kon puhdistusprosessien kannalta.

Suomen ympäristökeskuksen moniste 178 ...

4 Kosteikkotripit

Ravinteita pidättävien kosteikkoprosessien erilaisuus johtaa vesiensuojelutavoit-teista riippuen erilaisiin kosteikkoratkaisuihin. Maisematavoitteita tai monimuo-toisuutta ajatellen voidaan siis päätyä hyvin erilaisiin loppuratkaisuihin riippuen siitä, minkä kuormittavan tekijän tai tekijöiden alentaminen on asetettu etusijalle.

I<osteikoissa, joissa vesiensuojelullisia hyötyjä ei juurikaan ole saatavissa, jää mahdollisuuksia muille tavoitteille enemmän. Valumavesien käsittelyssä vesien-suojelutavoitteita tulee kuitenkin pitää ensisijaisena lähtökohtana, johon muut ympäristötavoitteet sovitetaan mahdollisuuksien mukaan.

Kosteikkoja on tutkittu runsaasti muualla maailmalla jo pidemmän aikaa.

Leopardson (1994) on koonnut kirjallisuudesta tietoja ravinteiden pidättymisestä erityyppisiin kosteikkoihin (taulukko 1). Huomattavaa tässä on se, että eräiden kosteikkojen tehokkuuteen vaikuttavien tekijöiden osalta olosuhteet ovat vaih-delleet äärimmäisyydestä toiseen. I<osteikkoihin tulevaa vettä on joko säännös-telty tai ei ole, tuleva vesi on joko jätevettä tai valumavettä tai kosteikot ovat olleet rakennettuja tai luonnontilaisia kosteikoita.

Taulukossa 1 viiden alimman kosteikkotyypin koejärjestelyissä virtaamaa ja/

tai ravinnekuormitusta on säännöstelty. Tulokset osoittavat, että optimoimalla tu-levan veden määrää ja laatua sopivalle tasolle voidaan päästä jopa 100 %:n fosfori-ja 90 %:n typpireduktioon. Samansuuntaisia tuloksia on saanut myös Mitsch (1992), jonka Pohjois-USA:ssa tekemissä tutkimuksissa rakennetut kosteikot pidättivät säännöstellyn veden fosforista 63-96 %, mutta luonnonkosteikot 4-10 %. Maata-louden valumavesien käsittelyssä valumavesien säännöstelyä ei yleensä ole help-po toteuttaa. Joissakin tapauksissa mitoitusvirtaamaa suurempien vesimäärien oh-jaaminen kosteikon ohi on helposti toteutettavissa, mutta tätä pienempien vir-taamien vaihtelu on kokonaan luonnon säätelemää.

Taulukossa 1 herättää huomiota suuri kaislavaltaisten soiden fosforiredukti-oiden ero. Tanskalaisissa kosteikoissa käsiteltiin maatalouden valumavesiä (Hoff-mann 1985, Jorgensen ym. 1988) ja amerikkalaisissa jätevesiä (Nichols 1983). Tans-kalaisissa tutkimuksissa reduktio oli negatiivinen. Erityisen suuri fosforin vapau-tumisriski syntyy, jos laimeita valumavesiä ryhdytään käsittelemään kosteikossa, jonka maaperän P-luku on korkea. Tämän kaltainen tilanne saattaakin olla syynä em. tanskalaisten saamiin heikkoihin kosteikkovaikutuksiin. Tulevan kosteikon paikan maaperän fosforipitoisuus tuleekin selvittää ennen kosteikon rakentamis-ta ja rakentamis-tarvitrakentamis-taessa poisrakentamis-taa runsaasti fosforia sisältävä pinrakentamis-tamaakerros.

Monissa yksittäisissä tapauksissa kosteikkojen merkitys vesistökuormituk-sen vähentäjänä jäänee Suomen hydrologisissa olosuhteissa vaatimattomaksi. Tätä tukee mm. Janssonin ym. (1994) arvio, jonka mukaan Etelä-Ruotsin olosuhteissa on epätodennäköistä laajamittaisellakaan kosteikkojen toteuttamisella yli 15 % typpikuormituksen väheneminen valuma-aluetasolla. Pääasiallinen syy tähän on talviaikaisen valunnan suuri osuus kokonaisvalunnasta. Toisaalta kosteikkojen merkitystä kuormituspuskurina ei pidä vähätellä. Onhan valuma-alueen mitta-kaavassa kuormituksen potentiaalinen 10-15 % väheneminen yhden menetelmän avulla hyvin merkittävä asia. Menetelmän hyödyllisyys on lopulta mitattavissa kustannustehokkuuden perusteella.

0

. ... . .. ... .. ... ... . ... Suomen ympzristökeskukser moniste 1 78

Taulukko I. Ravinteiden pidättyminen eri tyyppisissä kosteikoissa (Leonardson 1994). Tuleva kuormitus on ilmoitettu kosteikkoalaa kohden.

Kosteikkotyyppi Kokonaistyppi Kokonaisfosfori

Kuormitus Poistuma Viitteitä Kuormitus Poistuma Viitteitä (kg ha'a') (%) (kpl) (kg ha-'a-') (%) (kpl)

Lammikot 35...280 000 -14...+28 7 0.7...8 -44...+36 2

Jätevesilammikot 26000(' +8 1 340...510(' +59...+68 2

Pohjoiset puustoiset suot ja

soistuneet kangasmetsät 15...36 -I...+I I O.4...27ä -25...+90 2

Puustoiset suot 105 + 5 I 3 + 17

Ajoittain tulvivat niityt 400...800 ±0...+ 13 2 4.1...18 -48...+20 Rakennetut kosteikot, yhden-

suuntaisiin kanaviin istutettu

kasvillisuus 19 000 + 12 I 210 +55 1

Jatkuvasti märät niityt

Kok. N, NOj-N, PO4 P 210...110 +55...+80 5 20...125 +90...+98 2 Kaislavaltaiset suot, ruoikot,

"luonnon"kuormitus

NO3-N+NH4 N, PO-P 840...5 250(; +52...+63 2 18...180(

'

-300...-25 2 Kaislavaltaiset suot, ruoikot,

jätevesikuormitus 15...4 300' +1...+90 2 10...770(2 +20...+96 2

Juurakkopuhdistamot 900...14 500(' +9...+81 3 110...4 015(l 0...+90 3 Suodatuskosteikot 1110...2 040(' +51...+16 2 375...445( +99...+100 I (' jätevettä ja/tai kuormitusta lisätty nitraatilla

( jätevettä ja/tai kuormitusta lisätty fosforilla

(' keinotekoisesti aikaansaatu luonnonkuormitusta vastaava kuormitus/pitoisuus

4. I Avovesipintaiset kosteikot

Avovesipintaiset lammikot ovat suotuisissa olosuhteissa tehokkaita typen poista-jia. Tämä edellyttää riittävän pitkää viipymää, kasvillisuutta ja orgaanista pohja-ainesta. Kuusmetsin ja Mauringin (1996) mukaan rakennetuissa avovesikosteikoissa levät, kelluvat kasvit ja makrofyytteihin kiinnittyneet mikro-organismit ovat ve-denpuhdistuksessa keskeisiä. Denitrifikaatiolle suotuisat hapettomat olosuhteet muodostuvat tällaisen kosteikon pohjalle helposti, koska orgaanisen aineen ha-joamisessa kuluu enemmän happea kuin syvän vesikerroksen alla olevaan pohja-kerrokseen pääsee ilmasta diffuusion kautta tulemaan (Leonardson 1994).

Viipymältään pienet lammikot tai laskeutusaltaat eivät ole osoittautuneet käytännössä erityisen tehokkaiksi (taulukko 1, Häikiö 1998). Tämä johtuu ilmei-sesti siitä, että pääosa vedestä ei kosteikon läpi virratessaan ole kosketuksessa maaperän ja kasvillisuuden kanssa. Siten kosteikon mahdollisuudet pidättää liu-enneita ravinteita ovat vähäiset ja ainoaksi puhdistusmekanismiksi jää sedimen-taatio, mikä poistaa vain karkeimpia kiintoainejakeita.

4.2 Kasvillisuuskosteikot ja tulva-alueet

Märiltä, jatkuvasti veden peittämiltä niityiltä on havaittu tanskalaisissa tutkimuk-sissa korkeita typpi- ja fosforireduktioita (Bri: sch & Nilsson 1990, Hoffmann ym.

1993). Leonardsonin (1994) mukaan jatkuva, hidas läpivirtaaminen oli tärkein syy korkeisiin pidättymislukuihin. Pitkään viipymään yhdistynyt maaperän suuri hyd-

Suomen 7mpäristökeskuksen moniste 178 ...

raulinen kapasiteetti ja luultavasti korkeat rauta- ja alumiinipitoisuudet saivat ai-kaan erittäin suuret fosforireduktiot. Typenpoistossa myös kaislavaltaiset suot näyttäisivät olevan suhteellisen tehokkaita. Molemmille kosteikkotyypeille on ominaista runsas orgaanisen aineksen määrä. Tämä saattaa olla viipymien ohella merkittävin selitys hyviin tuloksiin. Satunnaisesti veden peittämien tulvaniittyjen kyky pidättää ravinteita on taulukon 1 tulosten perusteella vaatimaton.

4.3 Yhdistelmäkosteikot

Avovesipintaisten ja kasvillisuuskosteikkojen hyvät ominaisuudet voidaan yh-distää samassa kosteikossa. Tällaisessa yhdistelmäkosteikossa allasosa tulisi teh-dä kosteikko-osan yläpuolelle. Tällöin syvemmän, toisinaan hapettoman allas-osan pohja-aineksesta mahdollisesti liukeneva fosfori voidaan matalan loppuallas-osan hapellisissa oloissa sitouttaa uudelleen maaperään (Leonardson 1994). Hyvään puhdistustulokseen yhdistelmäkosteikolla on päästy mm. Eestissä kolmen lammi-kon (yhteispinta-ala 0,1 ha) ja ruokohelpikosteilammi-kon (pinta-ala 0,24 ha) yhdistel-mällä, jota käytettiin 600 lehmän karjatilan jätevesien puhdistamiseen (Mander &

Mauring 1997). Vuosina 1989-1995 tehtyjen mittausten mukaan typpeä pidättyi keskimäärin 67 % ja fosforia 80 %. Tässäkin on huomattava, että kosteikkoon tule-van jäteveden pitoisuudet ovat moninkertaisia maatalousvaltaisten valuma-alu-eiden vesiin nähden.

0

. .. .. .. ... ... ... ... . ... ^Suomen ymparisiökeskuksen ^moniste 1 78

Kosteikkojen perustaminen ja mitoitus Suomessa

. . .

5.1 Kosteikkojen perustamisedellytykset Suomessa

Valuma-alueen koko on tärkein siltä tulevan veden määrään vaikuttava ominai-suus. Myös valuma-alueen peltoisuus ja puuston määrä vaikuttavat tähän. Nämä ovat keskeiset kosteikon pinta-alavaatimukset määrittelevät tekijät, jos viipymäl-le asetetaan tiukka minimivaatimus. Suomessa satunnaisesti valittujen valtaojal-listen peltokuvioiden yläpuolinen valuma-alue on puolella tapauksista alle 0,36 km2 (taulukko 2) ja neljänneksellä tapauksista se on yli 1,34 km2. Siis huomattavål-la osalhuomattavål-la tapauksista peltokuvioiden yläpuolinen valuma-alue on pieni. Tämä tar-joaa hyvät edellytykset kosteikkojen palauttamiselle tai uusien perustamiselle.

Tässä tilanteessa vesiensuojelukosteikot olisivat pieniä, niitä olisi lukumäärältään runsaasti ja ne sijaitsisivat useimmiten valuma-alueensa latvaosissa.

Kosteikkojen sijoittaminen valuma-alueiden latvaosiin luo realistisemmat mahdollisuudet niiden mitoitukselle. Kuvassa 2 on esitetty periaatteet altaiden ja kosteikkojen sijoittelusta suuremmilla valuma-alueilla (Van der Valk & Jolly 1992).

Pienillä valuma-alueilla rakenteet voidaan tehdä myös aivan valuma-alueen ala-päähän. Ympäristötuella toteutettujen kosteikkojen mitoitusta ja valuma-aluei-den ominaisuuksia koskeneen kyselyn perusteella 1 vrk:n viipymä kevään keski-määräisessä ylivaluntatilanteessa (MHq) edellyttäisi kosteikon kooksi keskimää-rin 2,4 % alueen pinta-alasta ja 3 vrk:n viipymä vastaavasti jo 8 % valuma-alueesta (Koskiaho & Puustinen 1998). Em. kriteerien perusteella peltoalueillem-me potentiaalisesti perustettavilta vesiensuojelukosteikoilta vaadittava koko ja-kautuisi KUTI-aineiston (Puustinen ym. 1994) valuma-aluetietojen perusteella tau-lukon 3 mukaisesti. Lievemmän viipymätavoitteen mukaan 43 %:lle kosteikoista pinta-alaa tulisi varata vähintään 0,8 ha. Kolmen vuorokauden viipymätavoite edel-lyttäisi samaa vähimmäis-alaa jo 70 %:lle kosteikoista ja vähintään 2 ha:n alaa pitäisi varata joka toiseen kosteikkoon. Arvio perustuu niiden valuma-alueiden ominaisuuksiin, joissa peltoisuus on yli 25 %. Valtaojallista pelloista noin puolella yläpuolinen valuma-alue on tällainen.

Taulukko 2. Viljelylohkojen yläpuolisten valuma-alueiden kokojakauma Suomessa (Puustinen ym. 1994).

Ryhmä Valuma-alueen koko (ha) fraktiileittain (%)

5 10 25 50 75 90 95

Valtaojalliset 2 5 12 36 134 575 1200

Taulukko 3. Peltoalan jakautuminen kosteikkopinta-alaluokkiin I ja 3 vuorokauden viipymävaatimuksen mukaan.Valuma-alueen pelto-% yli 25 (KUTI-aineisto, Puustinen ym. 1994).

Kosteikkopinta-alaluokka Viljelykuvioiden jakauma (%) ^eri viipymillä

vrk 3 vrk

alle 0,2 ha 23 7

0,2-0,5 ha 23 II

0,5-0,8 ha II 12

0,8-2 ha 15 20

yli 2 ha 28 50

Suomen ymparistökeskuksen mor ,ste i 78 ... . . . ... . . .. . .... ... . .. . . ... .... . .

0

0

I

a) Yksi iso kosteikko valuma-alueen alaosassa.

b) Useita pienempiä kosteikkoja valuma-alueen ylemmissä osissa.

Kuva 2. Kosteikkojen sijoittamisen periaatteet valuma-alueella.

Yläpuolisen valuma-alueen peltoisuus oli puolella tutkitusta pelloista 24 % ja neljänneksellä yli 50 % (taulukko 4). Valuma-alueiden peltoisuus on keskeinen ominaisuus kosteikkojen toimivuuden kannalta. Metsävaltaisilla valuma-alueilla valumavesien pitoisuudet ovat niin matalat, että kosteikoilla ei enää sanottavasti kyetä puhdistamaan näitä vesiä.

Toinen keskeinen kosteikkojen mitoitukseen vaikuttava tekijä on hydrologi-nen vuodenaikaisvaihtelu. Kesäaikaihydrologi-nen alivirtaama on vain pieni osa kevään kes-kimääräisestä ylivirtaamasta. Ylivirtaaman mukana tulee pääosa vuoden koko-naisvirtaamasta ja siten myös pääosa kokonaiskuormituksesta. Kosteikkojen täy-tyy toimia tehokkaasti juuri ylivirtaamien aikana, muutoinhan niistä ei teoriassa-kaan voi olla vesiensuojelullisesti merkittävää hyötyä.

Kosteikkojen perustaminen on yksinkertaisinta tehdä palauttamalla ne alku-peräisille sijoilleen. Tyypillisesti kosteikot ovat sijainneet notkoissa, joiden pohjal-la on kulkenut matapohjal-lahko luonnon uoma. Kosteikkoina tai tulva-alueina toimineet notkotasanteet ovat tavallisesti kuivatettu viljelykäyttöön, joten niiden palautta-minen alkuperäiseen tilaansa on periaatteessa helposti tehtävissä.

Säännöllisesti tulvan alle jäävät rantapeltojen osat tai vetiset rantapellot on järkevää kokonaan jättää kosteikoiksi. Tästä saatava vesiensuojelullinen hyöty on toisaalta siinä, että tulvavesi ei enää pääse huuhtelemaan pellon ravinteita ja toi-saalta pellolta tuleva pintavalunta puhdistuu pellon ja vesistön välisessä kostei-kossa. Näissä tilanteissa kosteikon alle jäävän pellon osien muokkauskerroksen fosforimäärät on tutkittava erikseen ennen kosteikon perustamista. Tulville alttii-den peltojen suojaaminen penkereillä on vesiensuojelun kannalta edullista. Ra-kentamalla tulvapenkereet hiukan etäämmälle rannasta, rannan ja penkereen vä-liin voi helposti muodostaa kosteikkoalueen.

Taulukko 4. Viljelylohkojen yläpuolisten valuma-alueiden peltoisuusjakauma (Puustinen ym. 1994).

Ryhmä Valuma-alueen peltoisuus (%) fraktiileittain (%)

5 10 25 50 15 90 95

Valtaojalliset 0 3 10 24 50 11 95

0

. ... ... ... ... ... ... ... . . . .. .. ^Suomen ympanstökeskuksen moniste 178

5.2 Suomessa toteutettujen kosteikkojen määrä ja mitoitus

Ensimmäisen ympäristötukikauden (1995-1999) alkupuolella tehtyjen suunnitel-mien ja toteutettujen kosteikkojen ja laskeutusaltaiden lukumäärät sekä mitoitus-ja valuma-aluetiedot selvitettiin alueellisista ympäristökeskuksista vuonna 1997.

Vuoden 1998 päättyessä rahoituspäätöksiä oli kosteikoista tehty MMM:n mukaan 71 kpl ja laskeutusaltaista 349 kpl (Taulukko 5). Kyselyssä koottujen hankkeiden lukumäärät vastaavat varsin hyvin taulukossa 5 esitettyjä lukumääriä.

Laskeutusallashankkeita on kosteikkoyankkeisiin verrattuna enemmän. Las-keutusaltaiden suosio saattaa osin johtua altaiden hyödynnettävyydestä esim.

kasteluvesivarastona. Toisaalta kosteikkojen perustamisesta ei meillä ole juuri-kaan aikaisempia kokemuksia. Kosteikkojen ja laskeutusaltaiden perustaminen on painottunut Uudellemaalle, Varsinais-Suomeen ja Pohjanmaalle.

Taulukon 5 kosteikkojen valuma-alueiden yhteenlaskettu pinta-ala on noin 13 000 ha. Valuma-alueilla peltoisuus oli keskimäärin n. 50 % (taulukko 6). Jos fos-forikuormitus valuma-aluehehtaaria kohti vuodessa on 0,9 kg ha-', kosteikkoihin tuleva vuotuinen fosforikuormitus on 12 t. Jos kosteikoissa fosforireduktio olisi yleisesti 50 %, tästä ravinnekuormasta kosteikoihin jäävä fosforimäärä (6 t) vähen-täisi 0,3 %:n fosforin kokonaiskuormitusta (2 000 t). Kosteikkojen yhteenlaskettu pinta-ala on 82 ha, jolla alalla potentiaalisesti saataisiin tämän suuruinen kuormi-tuksen aleneminen.

Taulukko S. Kosteikkojen ^ja laskeutusaltaiden perustamista ja hoitoa varten tehdyt erityistukisopimukset TE -keskuksit-tain 31.12.1998 (Lähde: ^MMM).

TE-keskus Kosteikot Laskeutusaltaat

Uudenmaan 6 20

Varsinais-Suomen IS ⁷⁵

Satakunnan I ³¹

Pohjois-Pohjanmaan I SI

Kainuun 0 0

Lapin 0 0

Yhteensä ^{71 349}

Taulukko 6. Kosteikkojen ja laskeutusaltaiden tehollinen pinta-ala sekä hankkeiden valuma-alueiden pinta-ala ja pel to-% (Koskiaho & Puustinen ^1998).

Tyyppi Pinta-ala (ha) Valuma-alue (ha) Peltoisuus (%)

Ruohtulan (1996) ohjeiden mukaan laskeutusaltaiden pinta-alan tulee olla vähintään 0,1 % koko valuma-alueesta (pelto-% < 50) tai 0,2 % valuma-alueen peltoalasta (pelto-% > 50 ) ja kosteikkojen pinta-alan 1-2 % valuma-alueesta. Ym-päristötuen ehdot ovat yhdenmukaiset em. suositusten kanssa. Kirjallisuudessa olevien suositusten mukaan kosteikkojen tulisi olla viipymältään 3-5 vrk keski-määräisen ylivaluman aikana (Leonardson 1994). Suomen olosuhteissa kosteikko tulisi mitoittaa kevään keskimääräisen ylivaluman mukaan. Taulukossa 7 on esi-tetty nyt toteutettujen ja suunniteltujen hankkeiden pinta-alat suhteessa valuma-alueisiinsa sekä mitoitustietojen perusteella arvioidut viipymät.

Ympäristötuella toteutettujen kosteikkojen mitoitusvirtaamat oli suunnitel-missa määritetty yleisimmin kevään keskiylivaluman (MHq) mukaan. Niissä ta-pauksissa, joissa mitoitusvirtaamatieto puuttui, MHq määritettiin Seunan (1983) nomogrammista. Viipymän laskemisessa tarvittava kosteikon keskimääräinen sy-vyys arvioitiin 0,5 m:ksi, jos ko. tieto puuttui. Suurin osa kosteikoista on pienempiä kuin em. suositus (1-2 % valuma-alueesta). Mediaaniarvo on 0,31 %. Useimpien kosteikoiden kohdalla tämä merkitsee odotettua heikompaa toimivuutta tulva-aikoina. Kosteikkojen viipymän mediaaniarvo on 7 tuntia. Yli 3 vuorokau-den viipymä oli kuudessa tapauksessa aineiston kaikista hankkeista.

MHq:n käyttö mitoitusvirtaaman laskemisessa on perusteltua resuspensio-riskin vuoksi. Pieneksi mitoitetusta kosteikosta aiemmin sedimentoitunut maa-aines huuhtoutuu tulva-aikoina. Myös vastaperustetulla kosteikolla, jonka maaperää kasvillisuus ei vielä ole sitonut riittävästi, huuhtoutumisriski on suuri.

MHq:n ylittäviä tulvahuippuja varten tulisikin järjestää ohivirtaus mahdollisuuk-sien mukaan.

Taulukko 1. Kosteikkojen ja laskeutusaltaiden suhteellinen ala, viipymä ja mitoitusvirtaaman laskemisessa käytetty valu-ma (Koskiaho & Puustinen 1998).

Tyyppi Pinta-ala/valuma-alue (%) Viipymä (h) Valuma (I s'km ^t)

med. ka max. med. ka max. med. ka max.

Kosteikko* 0,31 2,84 48,1 6,9 28,2 460 153 149 250

Laskeutusallas 0,14 0,24 5,15 3,9 5,9 115 150 145 300

* Hanke voi sisältää myös laskeutusaltaan

0

...^Suomen ymparstokeskuksen ^moniste 1 78

Yesiensuojelukosteikkojen kokeellinen tutkimus

6.1 Kokeellisen osan rajaukset ja tavoitteet

Kenttäkokeita edeltävän kirjallisuustutkimuksen tavoitteena oli muodostaa käsi-tys kosteikkojen tärkeimmistä ravinteita pidättävistä mekanismeista ja arvioida niiden potentiaalista vaikutusta maatalouden valumavesien laatuun Suomen hyd-rologisissa olosuhteissa. Kenttätutkimusten tavoitteena oli taas todentaa kokeel-lisesti näiden mekanismien toimivuutta ja vaikutusta valumaveden laatuun. Tutki-mukset tehtiin kolmella eri tyyppisellä ja ikäisellä kosteikolla. Projektin perusta- ma kosteikko, joka toimii tutkimuksen ohella myös esittely- ja mallikosteikkona, rakennettiin Vihtiin ns. Hovin pienelle valuma-alueelle. Muut kaksi seurantakos-teikkoa valittiin tutkimuskohteiksi jo aiemmin toteutetuista kosteikoista. Valinta-kriteereinä olivat kosteikkojen sijainti, koko ja tyyppi sekä seurannan järjestämi-nen. Nämä kosteikot sijaitsevat Alastarossa ja Inkoo-Siuntiossa (Flytträsk).

Kenttäkokeiden tavoitteena on löytää konkreettista tietoa kysymykseen, minkälaisilla edellytyksillä kuntoaine-, fosfori- ja typpikuormitus alenevat ja kuinka paljon. Tärkeimpiä kosteikon prosesseihin vaikuttavia potentiaalisia tekijöitä ovat mm. virtaama, viipymä, maaperän ominaisuudet ja tulevan veden pitoisuudet. Tämä kenttäkokeiden osuus toteutettiin tulevan ja lähtevän veden seurantatutkimukse-na. Tällä menetelmällä saadaan selville kosteikkojen nettovaikutukset. Yksityis-kohtaisemmin tutkittiin kosteikossa tapahtuvaa denitrifikaatiota, fosforin ja maa-perän reaktioita sekä kasvillisuuden kehittymistä. Tutkimustulosten ohella tärkeä tavoite hankkeessa on laatia osin uudet ja osin tarkennetut suunnittelu- ja mitoi-tusohjeistot. Nämä ohjeistot tulevat käsittämään myös kasvillisuuden valintaan ja maisemaan liittyviä yksityiskohtaisia suosituksia.

6.2 Kosteikkojen taustaselvitykset ja mallikosteikon perustaminen

Maastossa toteutettuja kosteikkojen taustaselvityksiä tehtiin pääasiassa Hovin alueella. Alastaron ja Flytträskin kosteikot olivat jo valmiita, joten niillä tehtiin taustaselvityksiä lähinnä kasvillisuuden osalta. Flytträskissä kosteikon varastoti-lavuuden vaihtelua erilaisissa tulvatilanteissa arvioitiin maastomittausten perus-teella.

6.2.1 Kosteikkojen ja valuma-alueiden yleistiedot

Hovin valuma-alue sijaitsee n. 4 km Vihdin kirkolta itään. Alueen vedet laskevat Vihtijokeen ja edelleen Averiajärven kautta Hiidenveden Kirkkojärveen.

Valuma-alueen pinta-ala on 12 ha, joka on kokonaan peltoa. Alueelle toteutetun kosteikon suhteellinen pinta-ala koko valuma-alueesta on 3,3 %. Valuma-alueella maanpinnan keskimääräinen kaltevuus 2,8 %. Maalajit jakautuvat valuma-alueel-la seuraavasti: savi 55 %, siltti 43 % ja hiekka 2 %. Hovin valuma-alue kuuluu ympäristöhallinnon pitkäaikaisessa seurannassa oleviin ns. pieniin valuma-aluei-

Suomen ympäristökeskuksen ^moniste 178 .... ... .. .. . ... . . ... ... .

0

sun, joilla seurataan maatalous- ja metsäalueilta tulevan hajakuormituksen mää-rää. Kosteikko valmistui vuoden 1998 syksyllä ja sen seuranta aloitettiin heti val-mistumisen jälkeen.

Alastaron kirkolta n. 4 km itään sijaitseva, Loimijokeen laskeva kosteikko on toteutettu ympäristötuen erityistuella vuonna 1996. Yläpuolisen valuma-alueen pinta-ala on 90 ha, josta pellon osuus on 90 %. Peltojen maalaji on savea. Kosteikko koostuu avovesipintaisesta allasosasta (0,26 ha), joka toimii laskeutusaltaana ja varsinaisesta vesisyvyydeltään matalammasta kosteikko-osasta (0,22 ha). Yhdis-telmäkosteikon kokonaispinta-alan (0,48 ha) osuus valuma-alueesta on 0,53 %.

Flytträskin kosteikon läpi virtaava vesi laskee Solbergån kautta Ingarskilajo-keen ja edelleen Suomenlahteen. Alue on vanhaa järven pohjaa, joka on muodos-tunut nykyisenlaiseksi vuonna 1988 valmistuneen kuivatushankkeen seuraukse-na. Valuma-alueen pinta-ala on 20 km', josta pellon osuus on 35 %. Kosteikon pinta-ala on 60 ha, mikä on 3 % valuma-alueesta. Kosteikossa kesävesi on asetettu pohjapadolla maanpinnan tasaan, jolloin kosteikon vesi virtaa alueen läpi leveissä uomissa. Keväällä ylivedet levittäytyvät koko kosteikon alalle.

6.2.2 Maaperä- ja maastotutkimukset

Hovin kosteikon maaperästä otettiin maanäytteitä useista pisteistä muokkaus-kerroksesta (0-20 cm) sekä pohjamaasta (30-60 cm) maaperäkemiallisia ja -fysikaa-lisia analyysejä varten. Maanäytteiden lajitekoostumus oli seuraava: saves (S) 67-92 %, hieno hiesu (HHs) 5-14 %, karkea hiesu (KHs) 3-10 %, hieno hieta (HHt) 0-5

%, karkea hieta (KHt) 0-3 %. Maanäytteistä tehtiin laaja valikoima fosforianalyy-sejä maa-aineksen pidätysominaisuuksien kuvaamiseksi. Laboratorioanalyysit on kuvattu luvussa 6.3.1.

Geoteknisiä maaperätutkimuksia tehtiin Hovin kosteikolla kahteen ottee-seen. Vuoden 1997 syksyllä tehdyssä maaperätutkimuksessa neljästä häiriintyneestä pussinäytteestä ja kahdeksasta häiriintymättömästä putkinäytteestä tutkittiin vesipitoisuus, humuspitoisuus ja rakeisuus sedigrafilla (Liite 1). Vedenläpäisevyy-den määrittämiseksi tehtiin kolmesta näytteestä veVedenläpäisevyy-denläpäisevyys kolmiaksiaali-sellissä ja viidestä näytteestä ödometrikoe vakiokokoonpuristumisnopeudella.

Elokuussa 1998 tehtiin kosteikon pengeralueella painokairauksia kolmessa pisteessä ja yhdestä pisteestä otettiin 3 häiriintymätöntä näytettä, joista määritet-tiin tilavuuspaino, vesipitoisuus, humuspitoisuus ja rakeisuus sedigrafilla. Paino-kairaus- ja laboratoriotulokset on esitetty liitteessä 2.

Maaperätutkimusten perusteella kosteikko- ja pengeralue on geoteknisen luokituksen mukaan lihavaa savea tai humuspitoisuudesta riippuen liejuista savea tai savista liejua. Alue on pehmeikköä painokairausten perusteella ja em. kairauk-set päättyivät 6-15 m syvyyteen, jossa pehmeikkö loppui.

Vedenläpäisevyyskokeissa vedenläpäisevyys vaihteli k = 3x10-7-1,5x10-" m/s.

Rakennetun penkereen mitat ovat: korkeus enimmillään noin 1,5 m, harjan leveys 3 m ja luiskan kaltevuus 1:3.

Flytträskin kosteikkoalue muodostuu leveistä uomista ja laajasta tulva-alu-eesta. Aliveden aikainen viipymä lasketaan uomien varastotilavuuden mukaan.

Vedenpinnan noustessa riittävän korkealle keväällä, vesi tulvii koko kosteikko-alueelle. Viipymien laskemiseksi uomien tilavuus mitattiin luotaamalla kauspinta-alat 50 m:n välein vuoden 1998 elokuussa (26.8.). Jokaisessa poikkileik-kauksessa veden syvyys mitattiin 0,5 m välein 1 cm:n tarkkuudella. Mitattujen pisteiden perusteella laskettiin poikkileikkausten pinta-alat ja uomien kokonaisti-lavuudet. Kunkin linjan kohdalla arvioitiin molemmi]la rannoilla maanpinnan kor-keus vedenpinnasta. Näiden korkeuksien avulla tehtiin arvioita kosteikon varas-totilavuuksista ja viipymistä eri valumilla (kuva 8b).

0 ...

Suomen ymoärfstokeskuksen moniste I78

6.2.3 Kasvillisuuden inventointi

Hovissa kosteikon lähialueen luonnonvarainen kasvillisuus inventoitiin ennen kosteikon perustamisvaihetta. Tarkoituksena oli kartoittaa kosteikkoon siirrettä-väksi sopivaa kasvilajistoa sekä alueelta löytyvän, siirtoon sopivan materiaalin määrää. Useimmat siirtoon sopivat kasvilajit kasvoivat lähialueen ojien reunoilla ja pohjilla.

Flytträsken sekä Alastaron kosteikkojen kasvillisuuteen ja kasvilajistoon pe-rehdyttiin myös maastossa. Flytträskin pinta-alaltaan erittäin laajan kosteikon tar-kempi kasvillisuuskartoitus oli tehty vuonna 1981 (Nybom 1981). Tällöin tehdyn kartoituksen avulla pyrittiin ennakoimaan kosteikon vedenkorkeuden muuttami-sen vaikutusta kosteikon kasvillisuuteen. Vuoden 1998 heinäkuussa arvioitiin kos-teikon keskeisen ruovikkoalueen kuntoa ja kartoitettiin sen kasvilajistoa. Alasta-ron kosteikossa kartoitettiin sen rakentamisen jälkeen levinneen kasvillisuuden laatu ja määrä.

6.2.4 Mallikosteikon suunnittelu

Hovin kosteikon suunnittelussa tavoitteena oli toisaalta saada valuma-alueen hydrologiaan nähden hallittavissa oleva kosteikko ja toisaalta toteuttaa alueen maisemaan soveltuva kosteikko. Myös kaivutöiden suunnittelu oli osa kosteikon kokonaissuunnittelua. Teknisen suunnittelun taustavalmistelussa, ennen kaikkea kosteikon tarvittavan viipymän ja vesistövaikutusten arvioinnissa, käytettiin laa-jasti eri asiantuntijoiden käsityksiä ja kirjallisuustietoa. Lähtökohtana tässä oli kosteikkoihin liittyvän tiedon mallintaminen uskomusverkkotarkastelun avulla.

Tarkastelun tavoitteena oli nostaa esille kosteikkoihin liittyvä epävarmuus ja osoit-taa siten akuuteimmat tutkimustarpeet. Uskomusverkkotarkastelu osoitti, että lähes kaikkeen kosteikoihin liittyvään tietoon sisältyy runsaasti epävarmuutta.

Tällä perusteella Hovin kosteikon suunnittelussa päädyttiin kosteikkotyyppiin, jolla on potentiaaliset mahdollisuudet alentaa kaikkia kuormittavia tekijöitä. Toi-saalta koko näytteenotto- ja analyysistrategia suunniteltiin em. tarkastelun tulos-ten perusteella.

Hovin valuma-alueen muodostamalla peltolohkolla on viljelty pääasiassa viljakasveja. Maksimivalumaksi on mitattu 463 1 s -' km-'. Vuosimaksimien 1980-1994 keskiarvo (MHq) on 2501 s' km-z. Tavoitteeksi asetettiin vähintään 12 tunnin minimiviipymä keskimääräisen kevätmaksimin aikana eli vesitilavuuden tulisi olla vähintään 1295 m3. Ohi virtaavan Vihtijoen tulviminen keväisin läheisille pelloille asetti omat vaatimuksensa. Kosteikon paikka oli valittava valuma-alueen alapuo-lelta siten, ettei se myöhemmin häiritse itse valuma-aluetta ja sen seurantoja ja

Hovin valuma-alueen muodostamalla peltolohkolla on viljelty pääasiassa viljakasveja. Maksimivalumaksi on mitattu 463 1 s -' km-'. Vuosimaksimien 1980-1994 keskiarvo (MHq) on 2501 s' km-z. Tavoitteeksi asetettiin vähintään 12 tunnin minimiviipymä keskimääräisen kevätmaksimin aikana eli vesitilavuuden tulisi olla vähintään 1295 m3. Ohi virtaavan Vihtijoen tulviminen keväisin läheisille pelloille asetti omat vaatimuksensa. Kosteikon paikka oli valittava valuma-alueen alapuo-lelta siten, ettei se myöhemmin häiritse itse valuma-aluetta ja sen seurantoja ja

In document Vesiensuojelukosteikot viljelyalueiden valumavesien hallinnassa (sivua 13-0)