KARELIA-AMMATTIKORKEAKOULU
Energia- ja ympäristötekniikan koulutus
Ilppo Sutinen
AUTOMAATTINEN VEDENLAADUN MONITOROINTI LINNUNSUON KOSTEIKOLLA (KONTIOLAHTI) JA SEN ALAPUOLISEN JUKAJOEN VEDENLAATU 1978–2019
Opinnäytetyö Lokakuu 2019
OPINNÄYTETYÖ Lokakuu 2019
Energia- ja ympäristötekniikan koulutus Tikkarinne 9
80200 JOENSUU
+358 13 260 600 (vaihde) Tekijä
Ilppo Sutinen Nimeke
Automaattinen vedenlaadun monitorointi Linnunsuon kosteikolla (Kontiolahti) ja sen ala- puolisen Jukajoen vedenlaatu 1978–2019
Toimeksiantaja
Osuuskunta Lumimuutos Tiivistelmä
Linnunsuon kosteikko sijaitsee Jukajoen lähivaluma-alueella Kontiolahden kunnassa. Lin- nunsuon kosteikko rakennettiin entiselle turvetuotantoalueelle vuonna 2013 VAPO:n toi- mesta vuosina 2010 ja 2011 tapahtuneiden kalakuolemien jälkeen. Nykyään kosteikon omistaa Osuuskunta Lumimuutos. Kosteikko on nykyisellään merkittävä lintualue. Jukajoen ja -järven valuma-alueen kunnostushanke saatettiin päätökseen talvella 2018 ja tämän jäl- keen aloitettiin uusi hanke nimeltään Kohti taimenen kotia.
Tämä opinnäytetyö pitää sisällään automaattisen vedenlaadun mittausaseman valinnan, hankinnan, asennuksen käyttökuntoon ja sen mahdollisten tuomien taloudellisten hyötyjen mittaamisen. Automaattinen vedenlaadun monitorointi tarkoittaa mittauslaitteen jatkuvaa toimintaa ilman ulkopuolista työpanosta työn toteutumiseksi.
Lisäksi opinnäytetyössä tarkasteltiin Jukajoen vedenlaadun kehittymistä Hertta-aineiston, aiempien raporttien ja opinnäytetöiden sekä kevättalvella ja alkukesästä 2019 kerätyn ai- neiston avulla. Vedenlaatuaineistojen pohjalta Jukajoen vedenlaatu on 1978–2019 välisenä aikana on parantunut tai pysynyt lähes muuttumattomana lähes kaikilla tutkituilla muuttu- jilla.
Automaattinen mittausasema ei ollut taloudellisesti tarkasteltuna kannattava, kummankaan vertaillun vaihtoehdon osalta. Kohteeseen valittu mittausasema maksaisi itsensä takaisin kymmenessä vuodessa, jos käyttökustannuksia saadaan alennettua.
Kieli Suomi
Sivuja 102 Liitteet 10
Liitesivumäärä 44 Asiasanat
automaattinen, hyöty, Kontiolahti, vedenlaatu
THESIS October 2019
Degree Programme in Energy and Environmental Engineering
Tikkarinne 9 80200 JOENSUU FINLAND
+ 358 13 260 600 (switchboard) Author
Ilppo Sutinen Title
Automatic water quality monitoring at the wetland of Linnunsuo (Kontiolahti) and the devel- opment of water quality of the river Jukajoki in 1978–2019
Commissioned by
Snowchange Cooperative Abstract
The Linnunsuo wetland is located at the Jukajoki catchment area in the municipal of Kon- tiolahti. The wetland was built on an old peat production area in 2013 by the state owned company VAPO after fish deaths in 2010 and 2011. Currently, the wetland is owned by Snowchange Co-operative and it is a considerable bird habitat. The restoring of Jukajoki and Jukajärvi catchment areas were concluded in the winter of 2018. After that, a new project called Kohti taimenen kotia was started to help the migratory fishes to spawn in Jukajoki river.
This thesis consists of the process of supplying an automatic water monitoring station to the Linnunsuo wetland and measuring the financial profitability of the investment. Automatic water quality monitoring means measuring different water parameters without any outside input.
In addition, development of water quality was analyzed through data from Hertta-database, previous reports from the area and by the water samples taken from the area during the beginning of the year 2019. According to the data, the water quality has improved or re- mained the same according to the analyzed parameters.
Neither of the automatic monitoring stations presented in this thesis weren’t financially prof- itable. The monitoring station’s payback time, that was chosen to the wetland, would be ten years if the running costs can be decreased.
Language Finnish
Pages 102 Appendices 10
Pages of Appendices 44 Keywords
automatic, benefit, Kontiolahti, water quality
Sisällys
1 Johdanto ... 9
1.1 Taustaa ... 9
1.2 Toimeksiantaja ... 10
2 Opinnäytetyön lähtökohdat ja tietoperusta ... 11
2.1 Linnunsuon kosteikko ... 11
2.2 Keskeiset käsitteet ... 12
2.3 Automaattinen vedenlaadunmonitorointi ... 16
2.4 Liiterin Hertta- ympäristötiedon hallintajärjestelmä ... 18
2.5 GWM-Engineering Oy-YSI EXO 3 ... 18
2.6 EHP Environment Oy-QMS- mittausasema ... 18
3 Opinnäytetyön tarkoitus, aiheen rajaus ja toteutus ... 19
3.1 Tarkoitus ... 19
3.2 Aiheen rajaus ... 20
3.3 Työn toteutus ... 22
4 Tutkimusalueet ja vedenlaadun kehitys Hertta-aineiston pohjalta ... 23
4.1 Jukajoki 50 Ilomantsintie ... 23
4.2 Jukajoki 51 Myllylä ... 25
4.3 Linnunsuon kosteikko ... 26
4.4 Jukajoki 35 Ukonnurmi ... 27
4.5 Savisuon kosteikko ... 27
5 Aineisto ja menetelmät ... 28
5.1 Tutkimusmenetelmä ... 28
5.2 Laskukaavoja ... 30
5.3 Mittausaseman valinta ... 31
5.4 Automaattisen mittausaseman asennus ... 31
6 Tulokset ... 44
6.1 Jukajoki 50- Ilomantsintie ... 44
6.2 Jukajoki 51- Myllylä ... 45
6.3 Savisuon kosteikko ... 45
6.4 Jukajoki 35- Ukonnurmi ... 46
6.5 Linnunsuon kosteikko ... 46
6.6 Monitorointilaitteen mittaustulosten verifiointi ... 47
6.7 Automaattisen monitoroinnin taloudellisten hyötyjen mittaaminen ... 47
6.7.1 Kustannukset ... 47
6.7.2 Tuotot ... 48
6.7.3 Nykyarvomenetelmä ... 49
6.7.4 Henkilötyövuosi ... 49
6.7.5 Sisäinen korko ... 50
6.7.6 Takaisinmaksuaika ... 50
7 Tulosten tarkastelu... 50
7.1 Jukajoen vedenlaadun kehitys ... 50
7.2 Automaattisen monitoroinnin taloudelliset hyödyt ... 54
8 Lopuksi ... 55
8.1 Automaattisen vedenlaadun monitorointilaitteen mobilisaatio... 55
8.2 Riskienarviointi ... 55
8.3 Kustannusarvio automaattiselle metallien mittausasemalle ... 56
Lähteet ... 58
Liitteet
Liite 1 Jukajoen tutkimusalueen havaintopisteiden sijaintietoja Liite 2 Savo-Karjalan Ympäristötutkimus Oy:n tutkimusselosteet Liite 3 Tutkimuskalustoa
Liite 4 Havaintopisteiden Hertta-aineiston vedenlaatutietoja Liite 5 Jukajoen havaintopaikkojen tuloksia 1978-2019
Liite 6 Jukajoen havaintopisteiden vedenlaadun mittaustuloksia v. 2019 Liite 7 Jukajoen havaintopisteiden ainevirtaamia
Liite 8 Jukajoen havaintopisteiden ainevirtaamat vuositasolla Liite 9 Mittausasemien kannattavuus- ja käyttökustannuslaskelmat Liite 10 Automaatisen metallien mittausaseman kustannuslaskelmat Kuvat
Kuva 1 Linnunsuon kosteikko.
Kuva 2 Automaattisen vedenlaadun mittauslaitteen toimintaperiaate.
Kuva 3 Havaintopaikat.
Kuva 4 Jukajoki 50 Ilomantsintien havaintopaikka.
Kuva 5 Tutkimusalueen sijainti.
Kuva 6 Jukajoki 50 Ilomantsintien havaintopiste.
Kuva 7 Linnunsuon kosteikko 1.4.2019.
Kuva 8 Näkymä Savisuon kosteikon lähtevälle uomalle keväällä 2019.
Kuva 9 Linnunsuon kosteikko ja automaattisen mittausaseman sijainti.
Kuva 10 Mittausaseman sijantinäkymä ennen mittausaseman asennusta 13.3.2019.
Kuva 11 Mittausaseman sijainti asennuspäivänä ennen asennusta 13.3.2019.
Kuva 12 Mitta-anturit, suojakotelo, kelluke ja paino toimintavalmiuteen vi- ritettynä 13.3.2019.
Kuva 13 Mittausaseman valmistelutöitä ennen mitta-antureiden asen- nusta.
Kuva 14 Mittalaitteiden virranlähteenä toimiva 10 W:n aurinkopaneeli.
Kuva 15 Antureiden päät, vasemmalla pH-anturi ja oikealla sähkönjohta- vuus anturi sekä lämpötila-anturi.
Kuva 16 Toimintakuntoinen mittauslaitteisto sisältäen mittausanturit suo- jakotelossa, kellukkeen, painon (4 kg kahvakuula) ja köysi.
Kuva 17 Anturikaapelin suojausta EHP Environment Oy:n edustajan ja Karelia-amk insinööriopiskelija Henri Heiskasen toimesta.
Kuva 18 Dataloggerin ja akun virtakaapeleiden sähkötöitä 13.3.2019.
Kuva 19 Karelia-amk insinööriopiskelija Henri Heiskanen kaivaa anturi- kaapeleita suojaan lumeen 13.3.2019.
Kuva 20 Asennustarvikkeita 13.3.2019.
Kuva 21 EHP Environment Oy:n edustaja asennustöissä 13.3.2019.
Kuva 22 EHP Environment Oy:n edustaja tekemässä aurinkopaneelin kaapelin läpivientiä.
Kuva 23 Limnologi/lehtori Tarmo Tossavainen asentamassa mitta-antu- reita mittaussyvyyteen n. 0,80 m syvyyteen 13.3.2019.
Kuva 24 Dataloggeri ja virtalähde käyttövalmiina 13.3.2019.
Kuva 25 Mittaus-asema käyttövalmiina.
Kuva 26 Kalibrointiliuoksia, pH 4, pH 7, 1413 µS/m mitta-antureiden kalib- rointiin sekä suolahappoa mitta-antureiden puhdistukseen.
Kuva 27 Keväthuolto meneillään. Mittauskalusto saatiin kätevästi sidottua tierumpuun. 24.4.2019.
Kuva 28 Mittauskalusto nostettuna vedestä ennen puhdistusta 24.4.2019.
Kuva 29 EHP Environment Oy:n edustaja puhdistamassa ja kalib- roimassa mitta-antureita 24.4.2019.
Kuva 30 Mitta-antureiden kaapeli kaivettuna maahan keväthuollon yhtey- dessä 24.4.2019.
Kuva 31 Mittausasema toiminnassa 1.4.2019
Kuva 32 EHP Datapalvelun palvelunäkymä pH:lle, sähkönjohtavuudelle ja lämpötilalle.
Kuva 33 Riistakamera mahdollisten ilkivallan vuoksi.
Taulukot
Taulukko 1 Alkaliniteetin luokitteluasteikko.
Taulukko 2 Kiintoainepitoisuuden tulkintataulukko.
Taulukko 3 Kahden mittauslaite vaihtoehdon tekniset ominaisuudet.
Taulukko 4 Tutkimuksissa käytetyt laitteistot ja varusteet.
Taulukko 5 Automaattisen monitorointilaitteen laadunvarmistustulokset.
1 Johdanto
1.1 Taustaa
Kontiolahden ja Joensuun kuntien alueella sijaitsevilla Jukajärven ja -joen va- luma-alueilla on tehty mittavia valuma-aluekunnostustoimia vuoden 2012 jälkeen.
Kunnostustoimien vetäjänä on toiminut Selkien kyläyhdistys ry. (Tossavainen 2018, 11.)
Linnunsuon kosteikko sijaitsee Jukajoen lähivaluma-alueella Kontiolahden kun- nassa. Linnunsuon kosteikko rakennettiin entiselle turvetuotantoalueelle vuonna 2013 VAPO:n toimesta kalakuolemien jälkeen vuosina 2010-2011. Nykyään kos- teikon omistaa Osuuskunta Lumimuutos. Kosteikko on nykyisellään merkittävä lintualue, joka on monien lintuharrastajien suosiossa. Jukajoen ja -järven valuma- alueen kunnostushanke saatettiin päätökseen talvella 2018 ja tämän jälkeen aloi- tettiin uusi hanke nimeltään Kohti taimenen kotia. Tämä on LEADER-rahoitteinen hanke, jonka tarkoituksena on parantaa mm. Linnunsuon kosteikon varusteluta- soa ja kunnostaa taimenen lisääntymis- ja poikastuotantoalueita. (Osuuskunta Lumimuutos.) Tämä opinnäyte palvelee tämän hankkeen tavoitteita selvittämällä, miten varustelutason parannus Linnunsuon kosteikolla palvelee tarkoitustaan.
Tämän opinnäytetyön tarkoituksena on valita, hankkia ja asentaa automaattinen vedenlaadun mittauslaite ns. monitorointilaite Linnunsuon kosteikolle sekä saat- taa se toimintakuntoon. Koko tämä prosessi tullaan dokumentoimaan ja esittä- mään tässä opinnäytetyössä. Automaattisia vedenlaadun mittauslaitteita vertail- laan toisiinsa sopivan laitteen löytämiseksi. Erilaisia mittauslaitteita vertaillaan toisiinsa taloudellisesta ja toiminnallisesta näkökulmasta kohteeseen sopivan lait- teen löytämiseksi. Laitteen tuomia mahdollisia taloudellisia hyötyjä tullaan tarkas- telemaan opinnäytetyössä taloudellisen tarkastelun kautta. Tämä kokonaisuus muodostaa opinnäytetyön toiminnallisen osuuden sekä opinnäytetyön pääpaino on automaattisen monitoroinnin taloudellisessa tarkastelussa.
Opinnäytetyössä tullaan myös analysoimaan aiempia vedenlaatuaineistoja Juka- joelta ja vertailemaan niitä nykyhetken vastaaviin. Näistä aineistoista tullaan te- kemään johtopäätöksiä kokonaiskuvan saamiseksi ja sen ymmärtämiseksi sekä
mahdollisten jatkotoimien arvioimiseksi. Automaattisen vedenlaadun mittauslait- teen tuloksia tullaan vertailemaan manuaalisesta otettuihin vesinäytteisiin valitun automaattisen mittauslaitteen tuloksien verifioimiseksi eli laadunvarmistamiseksi.
Tämä on erityisen oleellista tulosten oikeellisen tulkinnan vuoksi. Opinnäytetyön tuloksia voidaan käyttää apuna tulevien kunnostushankkeiden suunnittelussa.
Opinnäyteyön lähtökohtana on saada reaaliaikaista tietoa vedenlaadusta tutki- musalueelta. Tähän asti näytteenotto on tehty manuaalisesti laboratorio- ja kent- tämittauslaitteita apuna käyttäen. Opinnäytetyön tulosten tarkoituksena on pyrkiä täydentämään ja paikoin mahdollisesti korvaamaan manuaalista näytteenottoa automaattisella mittausasemalla.
Lisäksi opinnäytetyössä tullaan tarkastelemaan ja analysoimaan Jukajoen ve- denlaatuaineistoja vuosien 1978-2019 välillä. Tämä aineisto koostuu pääsääntöi- sesti SYKEn (Suomen Ympäristökeskus) Hertta-tietojärjestelmän aineistosta ja opinnäytetyön aikana kerätystä aineistosta. Havaintoaineistoa on hankittu Juka- joelta ja sen lähivaluma-alueelta kevään ja alkukesän 2019 aikana useina näyt- teenottoajankohtina helmikuun ja kesäkuun välisenä aikana 26.2.2019-4.6.2019.
1.2 Toimeksiantaja
Tämän opinnäytetyön toimeksiantajana toimii Osuuskunta Lumimuutos. Toimek- siantajan edustajana ja yhteyshenkilönä toimi dosentti ja kaupallinen kalastaja- Tero Mustonen. Osuuskunta Lumimuutos on perustettu vuonna 2000 ja sen kes- keisenä tavoitteena on suomalais-pohjoiskarjalalaisen luontosuhteen ymmärtäminen ja tukeminen. (Lumimuutos Osuuskunta, 2019.) Lumimuutos Osuuskunta perustettiin alun perin lisäämään yhteistyötäTampereen ammattikor- keakoulun ja pohjoisten alkuperäiskansojen kanssa sekä keräämään lisätietoa pohjoisilla alueilla tapahtuvista ympäristön muutoksista. Osuuskunta Lumimuu- toksen hallituksessa on yksi jäsen ja yksi varajäsen. Puheenjohtajana toimii Tero Mustonen ja varajäsenenä Kaisu Mustonen. (Lumimuutos Osuuskunta, 2019.) Osuuskunta Lumimuutos on määritellyt sen toiminnalle tavoitteet ja toimintamallit seuraavasti:
“Lumimuutos on perinteisiin pohjaava suomalainen yhteisö,
jonka päämääränä on syventää luontosuhdetta
käytännön toiminnalla, jakamalla jäsentensä kokemuksia ja tietoa omilta erikoisalueiltaan.”
(Osuuskunta Lumimuutos, 2019.)
2 Opinnäytetyön lähtökohdat ja tietoperusta
2.1 Linnunsuon kosteikko
Linnunsuon kosteikko on entinen turvetuotantoalue, jossa turvetuotanto oli toi- minnassa vuosina 1985-2010. Turvetuotanto alueen koko oli n. 100 ha ja josta n.
70 ha on sittemmin vuoden 2010 jälkeen kunnostettu vesiensuojelutekniseksi kosteikoksi. Kosteikko valmistui vuonna 2013. Linnunsuon kosteikon valuma-alu- eella on myös metsätalousmaata. (Tossavainen 2018, 8.) Valuma-alueen maa- perä koostuu mustaliuske kerrostumista eli rautasulfidista, jotka hapettuessaan ja huuhtoutuessaan vesistöön lisäävät veden happamuutta, sähkönjohtavuutta ja rautapitoisuutta (Tossavainen 2018, 90). Tästä syystä näistä muuttujista ja niiden muutoksista ollaan alun perin kiinnostuttu ja lähdetty kartoittamaan vaihtoehtoja tilanteen kehityksen seurantaan. Linnunsuon kosteikko koostuu kolmesta osa- altaasta, joissa vesi kulkee eteläisestä altaasta 3 altaisiin 2 ja 1 pohjoissuun- nassa. Altaasta 1 vesi lopulta laskee Jukajokeen (kuva 9).
Kuva 1. Linnunsuon kosteikko (Kuva: Janne Raassina)
2.2 Keskeiset käsitteet
Alkaliniteetti kuvaa veden kykyä vastustaa happamoitumista, kun siihen lisätään happoa. Happamuuden lisääntyminen vesistössä näkyy ensimmäiseksi alkalini- teetin laskuna. Alkaliniteetin raja-arvoja on esitetty taulukossa 1.
Taulukko 1. Alkaliniteetin luokitteluasteikko (Oravainen 1999, 13-14.) Pusku-
rikyky
Alkaliniteetti mmol/l Hyvä > 0,2 Tyydyt-
tävä
0,1 - 0,2
Välttävä 0,05 - 0,1 Huono 0,01 - 0,05 Loppunut < 0,01
Alumiini on metalli, joka on vesieliöstölle haitallinen veden happamuuden lisään- tyessä. Kalakuolemia ilmenee pH tason laskiessa alle 3:n. Jo ennen tätä pH 3 tasoa alumiini alkaa saostua kalojen kiduksiin, aiheuttaen kalojen tukehtumista (Haakana 2017, 65.) Talousvedessä alumiinin laatusuositus pitoisuus on 200 µg/l. (Sosiaali- ja terveysministeriön asetus 401/2001, Liite 1 Talousveden laatu- vaatimukset ja -suositukset.)
Haja-kuormitus on vesistökuormitusta, joka on peräisin monesta eri lähteestä, kuten maa- ja metsätaloudesta, haja-asutuksesta ja laskeumana ilmasta. Kuor- mituslähteiden moninaisuuden vuoksi siihen puuttuminen on hankalaa. (Haakana 2017, 61.)
Happi tulee veteen ilmasta liukenemalla ja kasvien yhteyttämisen välityksellä.
Vedessä hajotusprosessi ja hapenkulutus on kovinta pohjassa. Pohjassa kuollut plankton ja eloperäisen aineen hajotus kuluttavat happea. Talviaikaan jääkerros estää hapenliukenemisen veteen ja tähän lisättynä vielä hapenkulutus pohjassa voi lopputuloksena olla happikato. (Haakana 2017, 86.)
Henkilötyövuosi kuvaa kokoaikaisen työntekijän yhden vuoden työpanosta.
Henkilötyövuosi voi nimensä mukaan olla enintään yksi. (Tilastokeskus.)
Kiintoaine kuvastaa vedessä olevaa hiukkasmaista ainesta, joka voi olla peräisin jätekuormituksesta, biomassan runsastumisesta tai eroosion aiheuttamasta kul- keumasta. Jokivesien kiintoaine kuormaa lisää kevät- ja syystulvat.
Taulukko 2.Kiintoainepitoisuuden tulkintataulukko (Oravainen 1999, 9.) Kiintoainepitoisuus Tulkinta
< 1 mg/l Kirkas
1 - 3 mg/l Avovesiaika
< 25 mg/l Ei haittaa kalastolle
Kosteikko on vesistön osa, jonka tarkoitus on vesistöjen kunnostuksissa pidät- tää kiintoainesta ja ravinteita vedenlaadun parantamiseksi (SYKE, 2014). Kos- teikko pysyy kosteana tai kokonaan veden peitossa lähestulkoon jatkuvasti. Sen suurin merkitys on vesistökuormituksen estäminen mm. kiintoaineksen pidättä- minen. Kosteikoilla on myös merkitystä biodiversiteetin parantajana, virkistyskäy- tössä sekä maiseman monipuolistajana. (Hagelberg, Karhunen, Kulmala, Lars- son & Lundström 2012, 3.)
Mangaani on alkuaine, joka heikentää vedenlaatua. Erityisesti sitä esiintyy pora- kaivoissa (THL, 2019). Mangaanin talousveden laatuarvon suositusraja on 50 µg/l ja yksityisille talouskaivoille 100 µg/l (Sosiaali- ja terveysministeriön asetus 401/2001, Liite 1 Talousveden laatuvaatimukset ja -suositukset). Vaikka man- gaani aiheuttaa pyykin ja kalusteiden värjääntymistä se on ihmisille välttämätön hivenaine. Liiallinen saanti on kuitenkin haitallista, etenkin lapsille. Mangaanin on todettu olevan yhteydessä lasten oppimis- ja käyttäytymishäiriöihin, hienomotori- seen kömpelyyteen ja alentuneeseen älykkyysosamäärään. Raskaudenaikainen altistus toimii jo riskitekijänä edellä mainituille vaikutuksille. Aikuisiin henkilöihin vaikutukset ovat vähäisempiä, lähinnä motoristen toimintojen hidastumista. (THL 2019.) Mangaani on metalli, joka käyttäytyy vesissä raudan kaltaisesti, sillä erolla, että mangaani pelkistyy herkemmin ja hapettuu vaikeammin (Särkkä 1996, 62- 63).
Nykyarvomenetelmällä tarkoitetaan tietyn tulevaisuuden rahamäärän muunta- mista eli diskonttausta nykyhetken arvoa vastaavaksi. Täten muunnettuna tuot- toja ja kustannuksia voidaan verrata keskenään realistisen kokonaiskuvan saa- miseksi. Näin selviää investoinnin kannattavuus esimerkiksi eli ovatko tuotot suuremmat kuin kustannukset. (Yritystulkki.)
Perustuotanto on sitä, kun viherkasvit varastoivat auringon energiaa klorofyllin eli viheraineen avulla ja pystyvät tämän avulla muodostamaan energiarikasta ry- pälesokeria eli glukoosia energiaköyhästä hiilidioksidista ja vedestä. Sivutuot- teena tästä prosessista syntyy happea. Tätä tapahtumaa, jossa syntyy uutta elo- peräistä ainetta, kutsutaan perustuotannoksi tai primaarituotannoksi. (Penttinen
& Niinimäki 2017.)
pH arvo kuvaa veden happamuuden tasoa. Neutraalin veden taso on pH 7. Alle 7 tarkoittaa veden olevan hapanta ja suuremmat arvot kuin 7 ovat emäksisiä.
Suomen vesistöt ovat usein hieman happamia. (Haakana 2017, 85.) pH-tason laskiessa ≤4 kalojen kidukset alkavat erittää emäksistä limaa, joka aiheuttaa rau- dan saostumisen kalojen kiduksiin ja täten niiden kuoleman. Raudan pysymiseksi pohjasedimentissä ferriyhdisteenä (Fe3+) täytyy pH-tason olla 7 ja happeakin olla vähintään 0,5 mg/l. (Särkkä 1996, 62.)
Pistekuormitus on vesistökuormitusta, joka on peräisin yksittäisestä kohteesta, kuten maatilalta, teollisuuslaitokselta tai jätevedenpuhdistamolta. Pistekuormi- tuksen lähde on helppo tunnistaa verrattaessa hajakuormituksen tunnistamiseen.
(Haakana 2017, 61.)
Raudan talousveden laatusuositus arvo on 200 µg/l ja yksityisille talouskaivoille 400 µg/l. (Sosiaali- ja terveysministeriön asetus 401/2001, Liite 1 Talousveden laatuvaatimukset ja -suositukset). Rautapitoisuus on keskimäärin Suomen sisä- vesissä 262 µg/l. Vesistöissä rautaa esiintyy 2-arvoisena ferroyhdisteenä (Fe2+) jolloin se on pelkistynyt ja on täten liukenevassa muodossaan. Lisäksi rautaa esiintyy 3-arvoisena ferriyhdisteenä (Fe3+), ferrihydroksidina eli limoniittina (järvi- malmi). Ollessaan tekemisissä hapen (02) kanssa ferrorauta (Fe2+) hapettuu ja muuttuu ferriraudaksi (Fe3+), joka saostuu vesistön pohjasedimenttiin ja ei täten kuormita vesistöä. (Särkkä 1996, 60-62.)
Sisäinen korko on se prosentuaalinen arvo, jolla laskettuna investoinnin tuotto- jen ja kustannusten nykyarvojen erotus on nolla (Wiki.Aalto.fi).
Sisäinen kuormitus on sitä, kun ravinteet vapautuvat pohjasta veteen sen ha- pen puutteen vuoksi. Hapetustoiminta jatkuu pohjassa, vaikka happea siellä ei enää olisikaan. Anaerobiset bakteerit pystyvät pelkistämään sulfaatit ja nitraatit sulfideiksi ja ammoniumiksi. Sulfidi taas muodostaa raudan kanssa rautasulfidin, joka aiheuttaa hapettoman sedimentin värjäytymisen mustaksi. Musta sedimentti toimii pohjan hapettomuuden indikaattorina. Lisäksi mustassa sedimentissä esiintyy paljon rikkivetyä, jonka tunnistaa ns. mädän kananmunan hajusta. (Pent- tinen & Niinimäki 2017.)
Sulfaatit ovat rikkihapon suoloja (Wikipedia 2019). Sulfaatin laatusuositus ta- lousvedelle on 250 mg/l, mutta vesiverkostojohtojen syöpymisen estämiseksi pi- toisuuden tulisi olla alle 150 mg/l ja ei syövyttävää vettä (Sosiaali- ja terveysmi- nisteriön asetus 401/2001, Liite 1 Talousveden laatuvaatimukset ja -suositukset).
Sulfaattipitoisuuden lisääntyminen nostaa sähkönjohtavuutta (Oravainen 1999, 10).
Sähkönjohtavuus vesissä johtuu siinä olevien suolojen vaikutuksesta, kuten natrium, kalsium, kalium, magnesium, kloridit ja sulfaatit. Mittayksikkö sähkönjoh- tavuutta mitattaessa on mS/m (millisiemensiä metrissä). Myös µS/cm esitystapaa käytetään. Suolapitoinen aines voi olla peräisin maaperästä, jätevesistä tai lan- noitteista. (Haakana 2017, 86.) Suomessa sisävesien sähkönjohtavuus on tyypil- lisesti 5-13 mS/m ja keskimäärin sähkönjohtavuus on 6,7 mS/m (Särkkä 1996, 50). Itä-Suomen alueella vesistöjen sähkönjohtavuus on < 3,3 mS/m (Tossavai- nen 2013, 185-186).
Valuma-alue on alue jolta vesistö saa vetensä. Vedenjakajat rajaavat valuma- alueen koon. (Pelastajarvi.fi 2013).
2.3 Automaattinen vedenlaadunmonitorointi
Automaattinen vedenlaadun monitorointi tarkoittaa mittauslaitteen jatkuvaa toi- mintaa ilman ulkopuolista työpanosta työn toteutumiseksi. Mittauslaitteiston asennuksessa, huoltotoimenpiteissä, kalibroinnissa sekä tulosten laadunvarmis- tuksessa ulkopuolista työpanosta tarvitaan. Mittauslaitteet tai mittausasemat voi- vat sijaita kiinteällä tai liikkuvalla alustalla. Alustaltaan mittauslaitteet mittaavat haluttuja suureita vedestä, esim. sameus, humus tai nitraatti. Mittauslaitteet pys- tyvät myös mittaamaan raskasmetallipitoisuuksia vesistöistä, esim. nikkeli, lyijy, rauta tai mangaani. Monilla mittauslaitteilla voidaan myös mitata veden korkeutta, virtaamia, sääoloja ja auringonsäteilyn määrää. Automaattisen mittauslaitteen mittaamat tulokset eivät välttämättä ole täysin suoraan käyttökelpoisia. Niitä mah- dollisesti joudutaan korjaamaan ajansaatossa. Jotkin mittauslaitteet ovat epäsuo- ria, tällä tarkoittaen, että ne vaativat kalibrointiaineiston mittaustulosten todenta- miseksi. Tämän lisäksi epävarmuus johtuu siitä, kun tulokset yleisesti analysoidaan jälkikäteen, jolloin vasta voidaan päättää tulosten oikeellisuudesta.
(Tattari, Tarvainen, Kallio, Lepistö, Näykki, Raateoja & Seppälä 2019, 11.)
Kuva 2. Automaattisen vedenlaadun mittauslaitteen toimintaperiaate. (Juntura, Aarnio, Kerätär, Nenonen, Väisänen, Savolainen, Hellsten, Virtanen, Koponen, Inkala & Ylinen 1997, 10).
Automaattinen vedenlaadun monitorointi tarvitsee virtalähteen tiedonsiirtoa var- ten. Tämä voi olla muistikorttityyppinen ratkaisu tai GSM-yhteydellä toimiva lait- teisto. Muistikortin huonoja puolia ovat sen sitovuus. Tällä tarkoittaen, että muis- tikortti täytyy käydä hakemassa paikan päältä. GSM-yhteydellä tiedonsiirto on jatkuvaa ja mittausdata on heti käytössä reaaliajassa. Mittausfrekvenssi on ylei- sesti 15, 30 ja 60 minuutin välein. Nyrkkisääntönä voidaan sanoa, että mitä pie- nempi uoma on sitä lyhyempi mittaustiheys, jotta nopeat muutokset ainevirtaa- missa saadaan taltioitua. (Tattari, Koskiaho, Tarvainen 2015, 13.)
Automaattisessa vedenlaadun monitoroinnissa on myös haasteita, joita ovat mm.
laadunvarmistus ja täten tulosten käyttökelpoisuus. Tästä huolimatta automaatti- nen vedenlaadun monitorointi on yleistymässä ja sitä on jo hyödynnetty monen eri toimijan toimesta, esim. vesiensuojeluyhdistykset, tutkimuslaitokset, yliopistot, ammattikorkeakoulut. (Tattari ym. 2019, 9-10.) Automaattista vedenlaadun moni- torointia on hyödynnetty esimerkiksi Porttipahdan voimalaitoksella Kemijoen si- vujoki Kitisellä (Juntura ym. 1997, 5;9). Lisäksi haasteita lisää tulosten tarkastelu ja todennettavuus ns. verifiointi. Automaattinen vedenlaadun mittaus on harvoin minkään laatujärjestelmän alaista, joten tulosten verifiointi on mittauslaitteen käyttäjän vastuulla. (Tattari ym. 2019, 9-10.) Linnunsuon kosteikolta lähtevästä vedestä automaattinen vedenlaadun mittauslaite mittaa pH-arvoa, sähkönjohta- vuutta ja lämpötilaa.
2.4 Liiterin Hertta- ympäristötiedon hallintajärjestelmä
Hertta- järjestelmä on Suomen ympäristökeskuksen (SYKE) palvelu, joka tarjoaa ympäristöhallinnon tietojärjestelmiin tallennettua tietoa ympäristön tilasta, vesiva- roista, pintavesien tilasta, pohjavesistä, eliölajeista ja ympäristön kuormituksesta sekä näiden lisäksi ympäristöön liittyviä paikkatietoaineistoja (SYKE).
2.5 GWM-Engineering Oy-YSI EXO 3
EXO 3 vedenlaatumittari eli sondi sisältää 4 optista porttia ja yhden wiper eli pyyh- kijäportin. Pyyhkijän tarkoitus vedenlaatumittarissa on pyyhkäistä anturin mitta- päätä ennen jokaista mittausta mahdollisten kertyneiden epäpuhtauksien varalta.
GWM-Engineering Oy:n edustaja suositteli Linnunsuon kosteikolle wiper-portilla varustettua vedenlaatumittaria mangaanin ja raudan sakkautumisen vuoksi. Li- säksi vedenlaatumittariin tulisi lisäksi EXO-Central wiper, EXO wiped conducti- vity/temperature sensor ja EXO pH-sensori. Tarjottu mittausasema oli sopiva kohteeseen, mutta asemaan ei kuulunut virtalähdettä eikä internet-selain poh- jaista tulosten tarkastelu mahdollisuutta. Mittausasemassa mittaustuloksen tal- lennettiin muistikortille, joka täytyy erikseen käydä hakemassa paikan päältä ja siirtää mittaustulokset tietokoneelle
2.6 EHP Environment Oy-QMS- mittausasema
Mittausasema sisältää EHP-DL12 koteloidun dataloggerin, joka sisältää modee- min SIM-kortilla, joka mahdollistaa verkkoyhteyden datapalvelimelle, josta mit- taustuloksia pystyy seuraamaan reaaliajassa. Tiedonsiirto verkkopalvelimelle ta- pahtuu GSM-signaalin avulla. Lisäksi mittausasemaan sisältyy ladattava 12 Ah/12 V akku, 10 W aurinkopaneeli, jänniteregulaattori, kytkentäkaavio, pH- ja sähkönjohtavuusanturit sekä lisäksi vedenlämpötilamittari, joka sijaitsee sähkön- johtavuusanturin yhteydessä.
Taulukko 3. Kahden mittauslaite vaihtoehdon tekniset ominaisuudet
YSI EXO 3 EHP-QMS
sondin
toimintalämpötila (°C)
-5...50 -30...40
Säilytyslämpötila
-20...80 +5...25
sähkönjohtavuusanturi,
mS/cm, pyyhkijällä
0…100 0…200
resoluutio (mS/cm)
0,0001…0,01 1
Tarkkuuus
±1 % lukemasta tai 0,1 mS/m (kumpi
on suurempi) ±2%
pH-anturi, mittausalue
0...14 pH-yksikköä 0...14 pH-yksikköä
toiminta lämpötila (°C)
- -10...50
Resoluutio
0,01 pH-yksikköä 0,01 pH-yksikköä
tarkkuus (°C)
±0,1 kalibroidussa lämpötilassa ja ±0,2 kaikissa lämpöti-
loissa
±0,1…0,2 luonnonvesissä (kokemusperäinen)
toimitus kalibroituna
Kyllä kyllä
lämpötila-anturi, mit-
tausalue
-5...50 0…50
tarkkuus (°C)
±0
,2±0,1
resoluutio (°C)
0,001 -
3 Opinnäytetyön tarkoitus, aiheen rajaus ja toteutus
3.1 Tarkoitus
Opinnäytetyön tarkoitus on asentaa automaattinen vedenlaadun monitorointilaite Linnunsuon kosteikon pohjoispuolelta lähtevään uomaan ja selvittää mitkä han- kitun mittauslaitteen taloudelliset hyödyt olisivat tulevaisuudessa sekä mahdolli- sesti sen käyttömahdollisuudet muissa kunnostushankkeissa paikallisesti. Tällä
jälkimmäisellä tarkoittaen mittauslaitteen liikuteltavuutta. Tätä tullaan tarkastele- maan pintapuolisesti pohdinnan kautta mittauslaitteen teknisiä ominaisuuksia hyödyntäen (paino, pituus, asennus). Lisäksi mittauslaitteen riskiarviointia tullaan analysoimaan teoreettisella tasolla. Automaattisen vedenlaadun monitoroinnin hankinnan taustalla on tarve saada kiinni pH:n virtaamajaksojen huiput, jotka kä- sin toteutettavalla näytteenotolla on hankalaa. Lisäksi sähkönjohtavuuden ja ras- kasmetallien mittaaminen ja seuranta on tärkeää. Näin pystytään seuraamaan päätyykö Linnunsuon kosteikolta Jukajokeen sulfaattiperäistä kuormitusta, joka hapettuessaan ja veteen liuetessaan aiheuttaa happamoitumista vesistössä (Tossavainen 2018, 90). Nämä syyt ovat johtaneet automaattisen vedenlaadun monitoroinnin hyödyntämiseen Linnunsuon kosteikolla. Lisäksi virtaamamittausta tarkastellaan opinnäytetyön aikana ainevirtaamien selvittämiseksi. Mittauslait- teen tuoman hyödyn mittaaminen tehdään simuloimalla taloudellisia kustannuk- sia ja tätä kautta mahdollisia taloudellisia hyötyjä tai haittoja.
3.2 Aiheen rajaus
Opinnäytetyö on rajattu koskemaan Linnunsuon kosteikolle hankitun mittalaitteen hankintaprosessiin, sen hyötyjen mittaamiseen ja Jukajoen vedenlaadun analy- sointiin Hertta-järjestelmän valmisaineistosta aikavälillä 1978-2015 sekä tämän lisäksi myös kenttätöillä kerätyn havaintoaineiston avulla yhdeksältä havainto- asemalta. Lisäksi aiempia alueesta toteutettuja raportteja on käytetty vertailuai- neistoina. Opinnäytetyöhön valikoitui kuvissa 3 ja 4 esitetyt havaintoasemat nii- den edustavuuden vuoksi.
Kuva 3. Havaintopaikat.
Kuva 4. Jukajoki 50 Ilomantsintien havaintopaikka.
Nämä yhdeksän havaintoasemaa ja niiltä kerätyt aineistot antavat kattavan ja edustavan kuvan Jukajoessa kulkevasta ja siihen kulkeutuvista ainevirtaamista, joista voidaan analysoida ja arvioida joen nykytilaa ja sen kehitystä. Näiden li- säksi opinnäytetyössä selvitettiin automaattisen vedenlaadun monitorointilaitteen kustannuksia alumiinin (Al), raudan (Fe) ja mangaanin (Mn) osalta. Lisäksi selvi- tettiin kuinka paljon kustannuksia syntyisi sähköverkkoon liittymisestä, jotta ko.
mittausasema saisi virtaa toimiakseen. Raskasmetallikuormitusta olisi tarkoituk- senmukaista seurata reaaliajassa alhaisen pH:n ja korkeiden raskasmetallipitoi- suuksien vuoksi Linnunsuon kosteikolla.
3.3 Työn toteutus
Tutkimustehtävät opinnäytetyössä ovat
• automaattisen mittauslaitteen o valinta
o hankinta o asennus o dokumentointi
o mittauslaitteen käyttökuntoon saattaminen o mittaustulosten verifiointi eli todentaminen
• vedenlaatuaineiston hankinta, käsittely ja analysointi sekä tulosten tul- kinta sekä riskienarviointi.
Vedenlaatuaineiston hankinta toteutettiin käyttämällä valmisaineistoa, joka on saatavilla Hertta-tietokannasta sekä maastokäynneillä toteuttavilla näytteen- otoilla kevään 2019 aikana. Näytteenottoa toteutettiin kevään ja alkukesän ai- kana 26.2–4.6.2019 välisenä aikana kokonaisuudessaan yhteensä yhdeksältä havaintoasemalta edustavan aineiston kokoamiseksi. Vertailuaineistoa hankittiin myös aiemmista alueella tehdyistä raporteista ja opinnäytetöistä.
4 Tutkimusalueet ja vedenlaadun kehitys Hertta-aineiston pohjalta
Jukajoki sijaitsee Kontiolahden ja Joensuun kuntien (Kuva 5) alueella ja se laskee vetensä Pielisjoen Kangasveteen (Mustonen & Mustonen 2013, 11). Jukajoen vesistöalueen kokonaispinta-ala on Pielisjoen yhtymäkohdassa n. 89 km2 ja sen järvisyys on n. 4,3 km2 eli 4,8 %. Tästä valuma-alueesta 35 km2 on Jukajärven valuma-aluetta, joka taasen on Jukajoen kaukovaluma-aluetta. Eli Jukajoen lähi- valuma-alue on kokonaisuudessaan 54 km2. Pituutta Jukajoelle kertyy kokonai- suudessaan n. 10 km. (Mustonen & Mustonen 2013, 53). Jukajoella on tehty va- luma-aluekunnostuksia vuodesta 2011 lähtien. Jukajoen vedenlaatua on analysoitu seuraavissa kappaleissa Hertta-aineiston pohjalta.
Kuva 5. Tutkimusalueen sijainti
4.1 Jukajoki 50 Ilomantsintie
Jukajoki 50 Ilomantsintien havaintopaikan valuma-alue on 42,2 km2, josta on vä- hennetty järvisyys (5,5 %). Havaintopaikka sijaitsee välittömästi Jukajoen ylittä- vän sillan ylävirran puolella. Havaintopaikan kohdalla Jukajoen vesi on periaat- teessa Jukajärvestä tulevaa järven päällysvettä (Tossavainen 2018, 9).
Hertta-aineiston pohjalta Jukajoki 50 Ilomantsintien pH-taso vaihteli vuosina 1985–2013 pH 4,9–6,3 keskiarvon ollessa 5,9. Täten voidaan olettaa vedenlaa- dun olevan tyydyttävällä tasolla tällä ko. havaintoasemalla, mutta jääden maan keskiarvoa vastaavalta tasolta, joka on pH 6,6 (Särkkä 1996, 59). Tuloksissa ei havaittu merkittäviä piikkejä. Vedenlaatu on pH:n puolesta ollut lähes koko ha- vaintojakson ajan soveliasta kaikille kalalajeillemme, kun rajana käytetään pH 5,5 (Tossavainen 2018, 90). Alle pH 5 mitattiin yhtenä havaintokertana vuonna 1986.
pH:n osalta Jukajoki 50 Ilomantsintien havaintoaseman kohdalla ei ole tapahtu- nut merkittäviä muutoksia vuosien saatossa.
Rautapitosuuksien vaihteluväli vuosina 1985-2013 oli 1700-6200 µg/l ja kes- kiarvo 3204 µg/l. Rautapitoisuuksista tässä vaiheessa todettakoon, että ne ovat valtakunnan keskiarvoa korkeampia, tämän pitoisuuden ollessa 262 µg/l (Särkkä 1996, 60-62). Alumiinihavaintoja Hertta-aineistoissa oli tältä havaintopaikalta yksi vuodelta 1986 ja se oli 410 µg/l. Mangaanipitoisuuksien vaihteluväli vuosina 1985–2013 oli 79–389 µg/l ja keskiarvo oli 229 µ/l. Yksi vuoden 2013 havainto oli n. puolet pienempi kuin vuoden 1985 havainto. (liite 4.)
Sähkönjohtavuus arvojen vaihteluväli vuosina 1985–2013 oli 7,2-8,3 mS/m ja keskiarvo oli 6,6 mS/m. Sähkönjohtavuudet ovat olleet maltillisella tasolla koko valtakunnan tasoon nähden (Särkkä 1996, 50). Karkean kiintoaineen pitoisuus havaintojen vaihteluväli vuosina 1996–2012 oli 0,4-5,6 mg/l ja keskiarvo 2,2 mg/l.
Sulfaatin havaintojen vaihteluväli vuosina 1985–2013 olivat 12,2–26 mg/l ja kes- kiarvo 20,3 mg/l. Alkaliniteetin vaihteluväli vuosina 1988-2004 oli 0,01–0,1 mmol/l ja keskiarvo 0,06 mmol/l. (Liite 4.) Alkaliniteetin keskiarvon perusteella havainto- pisteen happamuuden sietokyky on välttävällä tasolla (Oravainen 1999, 13-14).
Jukajoki 50 havaintopaikan pH vaihteli vuosien 2012–2015 aikana 5,63–6,27 vä- lillä. Raudan määrä syksyllä vuonna 2012 vaihteli 3400–3600 µg/l ja vuonna 2015 vaihtelivat 1500–2570 µg/l välillä. Mangaanin taso vaihteli vuosina 2012-2015 vä- lillä 210–240 µg/l (Tossavainen 2018 82–83.) Vuonna 2017 pH:n vaihteluväli oli 5,15–5,65 ja keskiarvo oli 5,41(Tossavainen 2018, 75).
Kuva 6. Jukajoki 50 Ilomantsintien havaintopiste 1.4.2019.
4.2 Jukajoki 51 Myllylä
Jukajoki 51 Myllylän havaintopaikka sijaitsee vanhan myllyn raunioiden läheisyy- dessä Savisuon kosteikon länsi-luoteispuolella (kuva 3). Myllylän havaintopisteen valuma-alue on 62,9 km2 jajärvisyys 5,5 % (Tossavainen 31, 2018). Hertta- aineiston pohjalta havaintoaseman pH-arvojen vaihteluväli vuosina 1980–2015 oli 4,8–6,8 ja keskiarvo oli 6,1. Rautapitoisuuksien vaihteluväli vuosina 1980–
2015 oli 1600–6200 µg/l ja keskiarvo oli 2772 µg/l. Alumiinihavaintoja Hertta-ai- neistossa oli yksi vuodelta 2011 ja tällöin mitattu pitoisuus oli 150 µg/l. Mangaa- nipitoisuuksien vaihteluväli vuosina 1980–2013 oli 110–350 µ/l ja keskiarvo 192 µg/l. Sähkönjohtavuushavaintojen vaihteluväli vuosina 1980–2015 oli 5,2–8,8 mS/m ja keskiarvo 6,5 mS/m. Karkean kiintoaineen vaihteluväli vuosina 1996–
2015 oli 0,4–13 mg/l ja keskiarvo 3,1 mg/l. Sulfaattipitoisuuksien vaihteluväli vuosina 1987–2013 oli 16–25 mg/l ja keskiarvo 20 mg/l. Alkaliniteetin vaihteluväli vuosina 1980–2015 oli 0,01–0,11 mmol/l ja keskiarvo 0,06 mmol/l. (liite 4.)
Vuosina 2012–2013 Jukajoki 51 havaintopisteen pH-arvot vaihtelivat 5,36–6,57 välillä ja vuonna 2015 välillä 5,27–6,24. Rautapitoisuudet vuosina 2012–2013 oli- vat 3200–3500 µg/l ja vuonna 2015 1600–2230 µg/l. Mangaanipitoisuudet
vuonna 2012 olivat 170–180 µg/l ja vuonna 2015 oli vain yksi havainto, joka oli 170 µg/l. (Tossavainen 2018, 31.)
4.3 Linnunsuon kosteikko
Linnunsuon kosteikko sijaitsee Joensuun ja Kontiolahden kuntien alueella Sel- kien kylän läheisyydessä (Kuva 3). Se valmistui lopullisesti vuonna 2013 (Tossa- vainen 2018, 150). Vuonna 2017 Osuuskunta Lumimuutos osti kosteikon VAPO:lta, joka rakensi kosteikon ja nykyään se toimii vesiensuojeluteknisenä kosteikkona. (Osuuskunta Lumimuutos, 2019.) Turvetuotantoalueelta ennen kos- teikon rakentamista sieltä lähtevä vesi on ollut erittäin hapanta, jopa pH 2,97 on mitattu (Tossavainen 53, 2018). Vuosina 2010–2011 Jukajoella tapahtui kala- kuolemia peräkkäisinä vuosina johtuen happamasta vedestä ja korkeasta raudan ja alumiinin määrästä vedessä. (Mustonen &Mustonen 8, 2013). Ennen kosteikon rakentamista turvetuotantoalueelta tulevan veden laatu oli heikko. Jukajokeen päätyvän veden pH-arvo oli 2,8–3,2, rautapitoisuus n. 20 000–50 000 µg/l ja mangaanipitoisuus n. 1000–1500 µg/l. Vuonna 2015 Linnunsuon kosteikosta läh- tevän veden pH-arvo oli 4,3–6,3 välillä. Rautapitoisuus vaihteli 700–5500 µg/l vä- lillä. Syksyn 2016 ja kevään 2017 aikana pH-arvo vaihteli 3,8–5,7 välillä. Rauta- pitoisuudet olivat 1600–5500 µg/l. (Tossavainen 7–8, 2018.)
Kuva 7. Linnunsuon kosteikko 1.4.2019.
4.4 Jukajoki 35 Ukonnurmi
Hertta-aineiston pohjalta Jukajoki 35 Ukonnurmi havaintoaseman pH:n vaihtelu- väli vuosina 1978–2015 oli 3,4–6,8 ja keskiarvo 5,5 (Liite 4.) Havaintoaseman vedenlaatu ei ole ollut riittävän hyvä kaikille kalalajeillemme, vaikka happamuu- den taso onkin mennyt parempaan suuntaan. (Tossavainen 2018, 90). Jukajoki 35 Ukonnurmen vedenlaatuun vaikuttaa merkittävästi Linnunsuon ja Savisuon kosteikoilta tuleva kuormitus. Rautapitoisuuksien vaihteluväli oli vuosina 1978–
2015 1000–15000 µg/l ja keskiarvo 3476 µ/l. Havainto 15000 µg/l tapahtui vuonna 2011, samana vuonna kuin Jukajoen kalakuolemia havaittiin toisen ker- ran. Vuodelta 2011 on yksi alumiinihavainto ja tällöin mitattu pitoisuus oli 590 µg/l.
Mangaanipitoisuuksien vaihteluväli vuosina 1978–2013 oli 140–490 µg/l ja kes- kiarvo 228 µg/l. Sähkönjohtavuuksien vaihteluväli vuosina 1978–2015 oli 5,1–
21,3 mS/m ja keskiarvo 8,8 mS/m. Vuonna 2011 sähkönjohtavuuden keskiarvo oli 15 mS/m. (Liite 4.) Keskiarvo on moninkertainen Suomen sisävesien keski- määräiseen pitoisuuteen verrattuna (Särkkä 1996, 50). Vuonna 2011 kahtena ha- vaintokertana mitattiin > 20 mS/m arvot.
Kiintoainepitoisuuksien vaihteluväli vuosina 1983–2015 oli 0,4–58 mg/l ja kes- kiarvo 5,4 mg/l. Sulfaattipitoisuuden vaihteluväli vuosina 1987–2013 oli 13,6–60 mg/l ja keskiarvo 36,6 mg/l. Alkaliniteetin pitoisuuden vaihteluväli vuosina1978–
2015 oli -0,075–0,27 mmol/l ja keskiarvo 0,054 mmol/l. Vuosina 2004 ja 2011 alkaliniteetti laski negatiiviseksi. (Liite 4.) Tämä viittaa puskurikyvyn romahtami- seen. Happamuuden puskurikyky on välttävällä tasolla Jukajoki 35 Ukonnurmen havaintopisteellä keskiarvon mukaan. (Oravainen 1999, 9.)
Jukajoki 35 havaintopaikan pH-arvo vaihteli vuonna 2012–2013 4,70–6,47 ja vuonna 2015 5,08–6,41. Rautapitoisuudet havaintopaikalla vuonna 2012 olivat 3600–4600 µg/l ja vuonna 2015 1550–3270 µg/l. (Tossavainen 83–84, 2018.) Mangaanin arvot vuonna 2012 olivat 170–210 µg/l välillä ja vuonna 2015 170 µg/l (Tossavainen 32, 2018).
4.5 Savisuon kosteikko
Savisuon kosteikko rakennettiin syksyllä 2018 Jukajoen itärannalle lähelle Juka- joki 51 Myllylän havaintoasemaa. Savisuon kosteikolta mitattiin sinne tulevan ve- denlaatua kolmesta pisteestä (eteläinen, kaakkoinen ja itäinen tuleva) sekä sieltä lähtevän vedenlaatua yhdestä pisteestä. Savisuon kosteikolta vesi laskee Juka- joki 35 Ukonurmi havaintoaseman yläpuoliselle jokiosuudelle.
Kuva 8. Näkymä Savisuon kosteikon lähtevälle uomalle keväällä 2019.
Vuonna 2013 ennen Savisuon kosteikon rakentamista virtaamapainotettu pH oli 5,13 ja vuonna 2015 virtaamapainotettu pH-arvo oli 5,15 ja virtaamapainotettu rautapitoisuus 1908 µg/l. Vuodelta 2013 ei ole rautapitoisuus havaintoja. (Tossa- vainen 2018, 46.)
5 Aineisto ja menetelmät
5.1 Tutkimusmenetelmä
Opinnäytetyössä käytettiin tutkimusmenetelmänä kvantitatiivista eli määrällistä tutkimusmenetelmää ja se myös sisälsi toiminnallisen osuuden automaattisen monitorointiaseman hankintaprosessin muodossa. Kvantitatiivinen tutkimusme-
netelmä oli luonnollinen valinta, kun tutkimuskohteena oli numeerista mittaustu- loksia sekä niiden syy -ja seuraussuhteiden selvittämistä. (Jyväskylän yliopisto 2015.)
Automaattisen vedenlaadun mittauslaitteen hankinnasta Linnunsuon kosteikolle tehtiin internet-haun pohjalta kuusi tarjouspyyntöä puhelimitse ja sähköpostin vä- lityksellä. Automaattisen mittausaseman rahoitusbudjetti oli 7200 €. Rahoitus oli peräisin LEADER-rahastosta. Näistä kuudesta tarjouspyynnöstä tarkasteluun ajallaan tuli kolme tarjousta. Edelleen näistä kolmesta tarjouksesta kaksi oli lo- pulta varteenotettavia vaihtoehtoja. Tarjoukset saatiin Hyxo Oy:ltä, EHP Environ- ment Oy:ltä ja GWM-Engineering Oy:ltä. Hyxo Oy:n tarjoama laite ei ollut auto- maattinen, joten sitä ei tarkasteltu todellisena vaihtoehtona kyseessä olevaan kohteeseen. Toimeksiantajan ehtoina automaattiselle vedenlaadun mittauslait- teelle olivat automaattisuus, virtalähde, pH-, sähkönjohtavuus- ja lämpötila antu- rit. Rauta ja mangaani anturit olivat myös ehtoina, mutta niitä ei kustannustehok- kaasti pystytty toteuttamaan budjetin rajoissa. Raskasmetallien mittausta tarkastellaan kustannushyötyjen tarkastelussa kustannusselvityksen kautta, jossa sovitetaan laitteiston ja sen käyttökuntoon saattamisen kustannuksia käy- tössä mahdollisesti olevaan budjettiin.
Alla olevassa taulukossa on esitetty kenttä- ja laboratoriossa käytettyjä tutkimus- laitteita ja muita tutkimuksen kannalta oleellisia tarvikkeita (Taulukko 4). Tutki- mustarvikkeita lisää liitteissä (Liite 2). Näytteenotto ja näytteiden analysointi teh- tiin Karelia amk:n laboratoriossa lehtori/limnologi Tarmo Tossavaisen johdolla.
Tutkimus Laitteet ja menetelmät
Virtaamamittaus Flowatch- siivikko (Sveitsi) Vesinäytteenotto Ruttner-vesinäytteenotin Laboratorioanalyysit, Karelia-
amk
Filtterifotometri WTW S 12 A (Saksa) varustei- neen, pH- mittari Toledo Easy Seven
Vesinäytteiden laboratorio- analyysit
Savo-Karjalan Ympäristötutkimus Oy Karelia amk laboratorio, Sirkkalan kampus Sijaintitietojen tallennus
Garmin 60 CSx, koordinaattien tarkkuus (±2... ±3 m)
Muut varusteet
Ahkiot, moottorisaha, jääkairat (4" ja 6"), luoti- naru, rullamitta
Taulukko 4. Tutkimuksissa käytetyt laitteistot ja varusteet
5.2 Laskukaavoja
Lvuosi= cvirtaamapainotettukeskiarvo * MQ * 3153600 (mittausajan sekuntimäärä, 98 d) Laskennassa ylläolevaa laskentakaavaa on sovellettu mittausajankohtaan sopi- vaksi ja Jukajoen valumaan soveltuvaksi.
8467200 (mittausajan sekuntimäärä, 98 d) Virtaamapainotetun keskiarvon laskenta
cvirtaamapainotettukeskiarvo=
(c1*Q1)+(c2*Q2)+(c3*Q3)+(c4*Q4)+(cn*Qn)/(Q1+Q2+Q3+Q4+Qn) jossa c1..n= ainepitoisuus kullakin havaintokerralla
Q1..n= virtaama kullakin havaintokerralla
pH-arvojen avulla laskettava happamuuskuormitus on laskettu seuraavalla ta- valla:
pH=3,71→(H3O+) = 10-3,71 mol/l = 1,9498446*10-4 mol/l
Oksoniumionipitoisuuden avulla pystyttiin määrittämään happamuuskuormitus (Tossavainen 2018, 16.)
MQ= vuosikeskivirtaama saatiin laskennallisesti käyttämällä Pielisjoen Kaltimon virtaustietoa välillä maalis-toukokuu (Hydrologinen vuosikirja 2006–2010) ja ker- tomalla tämä virtaama kertoimella 1,025 ja jakamalla virtaama Pielisjoen valuma- alueella (km2). Pielisjoen valuma-alue on määritetty VALUE-työkalulla ja kerroin 1,025 on selvitetty Pohjois-Karjalan Ely-keskuksesta.
Virtaamamittaukset tehtiin käyttämällä sveitsiläisvalmisteista Flowatch- siivikko- mittaria. Virtaama mittarilla saadaan määritetty virtausnopeus uomassa. Virtaa- manmittausta varten uomasta mitattiin joka kerta uoman leveys ja syvyys. Täten voitiin uoman virtaama selvittää alla olevalla kaavalla.
Q = ( x * h * v ) / 1000 jossa,
x = Uoman leveys (m) h = Uoman keskisyvyys (m)
v = Veden keskimääräinen virtausnopeus (m/s)
5.3 Mittausaseman valinta
Tarjouksien tarkastelun jälkeen kohteeseen päädyttiin valitsemaan EHP Environ- ment Oy:n tarjoama QMS-mittausasema sen kokonaisvaltaisemman tarjonnan vuoksi. Mittausasema oli kokonaisuudessaan kattavampi kokonaisuus täyttä- mään Linnunsuon kosteikon ja opinnäytetyön toimeksiantajan tarpeet ja vaati- mukset. Ratkaisevia tekijöitä QMS-mittausaseman valintaan olivat virtalähde ja mittaustuloksien sähköinen siirto datapalvelimelle. Teknisiltä ominaisuuksiltaan vertailtavat mittausasemat olivat lähes samanlaisia eikä merkittäviä eroavaisuuk- sia ollut (taulukko 3). EHP Environment Oy tarjosi myös kevät- ja syyshuollon erillismaksusta. GWM-engineering Oy:n suosittelemat pyyhkijät eivät olleet en- simmäisen huollon perusteella tarpeellinen investointi, vaikka maahantuojan edustaja näitä suosittelikin. Pyyhkijöiden tarpeellisuutta on hyvä arvioida tulevai- suudessa uudestaan, jos tarvetta tähän ilmenee. Tästä saadaan lisää tietoa tule- vien huoltojen yhteydessä ja näytetuloksia tarkastelemalla.
5.4 Automaattisen mittausaseman asennus
Mittausaseman asennus suoritettiin kokonaisuudessaan 13.3.2019 ja sen pää- osin suoritti EHP Environment Oy:n edustaja. Mittausasema asennettiin yhden päivän aikana toimintakuntoon ja se alkoi heti mittaamaan vedenlaatua ja siirtä- mään sitä EHP-Datapalveluun. Mittausväli on mahdollista asettaa haluttuun ti- heyteen EHP-Datapalvelun kautta. Datapalvelussa pystyy asettamaan sähkö- postihälytyksiä, jos tietty raja-arvo ylittyy mittausaineistossa tai laitteistossa esiintyy jokin häiriö, esimerkiksi dataloggerin lämpötila nousee liian korkeaksi.
Tekstiviestihälytyksiä raja-arvojen ylityksistä pystytään myös asettamaan palve- luntarjoajan puolesta. Asennettu mittausasema tässä tapauksessa asetettiin mit- taamaan vedenlaatua 15 minuutin välein. Mittausaseman sijainti valikoitui Lin- nunsuon kosteikolta välittömästi lähtevään uomaan sen suuren happamuus ja metallikuormituksen vuoksi. Tavoitteena oli seurata vedenlaadun muutoksia eri virtaamaoloissa.
Kuva 9. Linnunsuon kosteikko ja automaattisen mittausaseman sijainti (Maanmit- tauslaitos 2019)
Dataloggerin sijaintipaikaksi valikoitui rakennus uoman vieressä, koska tällä ta- voin dataloggeri on suojassa säänilmiöiden vaikutuksilta sekä mahdolliselta ilki- vallalta. Lisäksi huoltorakennukseen sai kiinnitettyä virtalähteenä toimivan 10 W:n aurinkopaneelin ja riistakameran.
Kuva 10. Mittausaseman sijantinäkymä ennen mittausaseman asennusta 13.3.2019.
Kuva 11. Mittausaseman sijainti asennuspäivänä ennen asennusta 13.3.2019.
Mittausaseman asennustyöt aloitettiin 13.3.2019 asentamalla mitta-anturit halut- tuun vesisyvyyteen, joka tässä tapauksessa oli n. 0,80 m. Kokonaissyvyys oli kohteessa 0,95 m. Näin myös saatiin kaikki mittauskalustoon kuuluvat osat veden alle piiloon. Dataloggeri asennettiin välittömästi rakennuksen sisäpuolelle n. 1,5 metrin korkeuteen. Seinään tehtiin reiät kaapeleiden läpivientejä varten anturi- kaapeleille ja virtalähteen kaapelille. Mitta-antureiden kaapeli päällystettiin kaa- pelisuojalla ennen lopullista sijoitusta sen mahdollisen rikkoutumisen vuoksi. Lo- puksi mitta-antureiden kaapelit kaivettiin lumen alle piiloon ja suojaan säänvaikutuksilta. Mitta-anturit asennettiin tehdaskalibroituina veteen.
Kuva 12. Mitta-anturit, suojakotelo, kelluke ja paino toimintavalmiuteen viritettynä 13.3.2019.
Kuva 13. Mittausaseman valmistelutöitä ennen mitta-antureiden asennusta
Kuva 14. Mittalaitteiden virranlähteenä toimiva 10 W:n aurinko- paneeli.
Kuva 15. Antureiden päät, vasemmalla pH-anturi ja oikealla sähkönjohtavuus an- turi sekä lämpötila-anturi.
Kuva 16. Toimintakuntoinen mittauslaitteisto sisältäen mittausanturit suojakote- lossa, kellukkeen, painon (4 kg kahvakuula) ja köysi.
Kuva 17. Anturikaapelin suojausta EHP Environment Oy:n edustajan ja Karelia-amk insinööriopiskelija Henri Heiskasen toimesta.
Kuva 18. Dataloggerin ja akun virtakaapeleiden sähkötöitä 13.3.2019.
Kuva 19. Karelia-amk insinööriopiskelija Henri Heiskanen kaivaa anturikaapeleita suojaan lumeen 13.3.2019.
Kuva 20. Asennustarvikkeita 13.3.2019.
Kuva 21. EHP Environment Oy:n edustaja asennustöissä 13.3.2019.
Kuva 22. EHP Environment Oy:n edustaja tekemässä aurinkopaneelin kaapelin läpivientiä.
Kuva 24. Dataloggeri ja virtalähde käyttövalmiina 13.3.2019.
Kuva 23. Limnologi/lehtori Tarmo Tossavainen asentamassa mitta-antu- reita mittaussyvyyteen n. 0,80 m syvyyteen 13.3.2019.
Mittausasemalle oli mahdollista hankkia vuosihuolto ostopalveluna. Suositus lait- teentoimittajalta oli vuosihuolto kaksi kertaa vuodessa, joista keväthuolto tehtiin 24.4.2019. Tällöin mittauskalusto nostettiin vedestä ja anturin päät puhdistettiin ensin suolahapolla ja tämän jälkeen ne kalibroitiin. pH-anturi kalibroitiin kalibroin- tiliuoksilla pH 4,00 ja pH 7,00 ja sähkönjohtavuus anturi kalibroitiin 1413 µS/cm liuoksella. Puhdistuksen ja kalibroinnin jälkeen mittauskalusto laskettiin takaisin mittaussyvyyteen. Vuosihuollot tulisi suorittaa n. 6 kk:n välein. Huollot suorittaa EHP Environment Oy. Keväthuollon yhteydessä selvisi, etteivät mitta-anturit ol- leet likaantuneet pahoin, joten ei ole syytä tihentää puhdistustiheyttä aiemmin asetetusta 6 kk:sta. pH-anturin vaihtoväli on 12-24 kk, jonka jälkeen se olisi syytä vaihtaa. Lopuksi keväthuollon yhteydessä kevään tullen lumen alta paljastunut antureiden kaapeli kaivettiin maan alle suojaan sääilmiöiltä, ilkivallalta sekä muilta mahdollisilta vaurioilta.
Kuva 25. Mittaus-asema käyttövalmiina.
Kuva 26. Kalibrointiliuoksia, pH 4, pH 7, 1413 µS/m mitta-antureiden kalibrointiin sekä suolahappoa mitta-antureiden puhdistukseen.
Kuva 27. Keväthuolto meneillään. Mittauskalusto saatiin kätevästi sidottua tie- rumpuun. 24.4.2019.
Kuva 28. Mittauskalusto nostettuna vedestä ennen puhdistusta 24.4.2019. Ha- vaittavissa vähäistä värjääntymistä.
Kuva 29. EHP Environment Oy:n edustaja puhdistamassa ja kalibroimassa mitta- antureita 24.4.2019.
Kuva 30. Mitta-antureiden kaapeli kaivettuna maahan keväthuollon yhteydessä 24.4.2019
Kuva 31. Mittausasema toiminnassa 1.4.2019
Kuva 32. EHP-Datapalvelun palvelunäkymä pH:lle, sähkönjohtavuudelle ja läm- pötilalle
EHP-Datapalvelussa voi seurata mittaustuloksia, dataloggerin lämpötilaa, akun jännitetasoa sekä GSM-signaalin voimakkuutta reaaliajassa ja täten reagoida muutoksiin tai poikkeavuuksiin. Datapalvelusta tulokset on mahdollista saada pdf-, csv-, xml- ja excel-tiedostoina sekä kuvalinkkinä.
6 Tulokset
6.1 Jukajoki 50- Ilomantsintie
Vuosina 1985-2013 havaintopisteen pH-arvon keskiarvo oli 5,9 (Hertta) ja vuonna 2019 5,8. Rautapitoisuus Hertta-aineiston havaintojakson keskiarvo oli 3204 µg/l. Vuonna 2019 vastaava keskiarvo oli 2053 µg/l. Hertta-aineistossa oli vain yksi havaintoarvo alumiinin osalta, joka oli 410 µg/l. Vuoden 2019 keskiarvo oli 59 µg/l. Mangaanipitoisuuden keskiarvo Hertta-aineistosta laskettuna oli 229 µg/l. Vuonna 2019 vastaava arvo oli 402 µg/l. Sähkönjohtavuuden keskiarvo Hertta-aineiston pohjalta oli 6,6 mS/m. vuonna 2019 vastaava keskiarvo oli 5,7 mS/m (liite 5.)
Vuoden 2019 laskennallinen happamuuskuorma oli 23981 mol, rautakuorma 29382 kg, alumiinikuorma 897 kg ja mangaanikuorma 6191 kg (liite 8).
6.2 Jukajoki 51- Myllylä
Vuosina 1980-2015 havaintopaikan pH-arvon keskiarvo oli 6,1 ja vuonna 2019 6,0. Hertta-aineiston havaintojakson rautapitoisuuden keskiarvo oli 2772 µg/l.
Vuonna 2019 rautapitoisuuden keskiarvo oli 1970 µg/l. Alumiinista oli vain yksi havaintoarvo Hertta-aineiston havaintojaksolta ja se oli 150 µg/l. Vuoden 2019 keskiarvo oli 47 µg/l. Mangaanipitoisuuden keskiarvo oli Hertta-aineiston havain- tojaksolla 192 µg/l. Vuonna 2019 keskiarvo oli 401 µg/l. Sähkönjohtavuuden kes- kiarvo Hertta-aineiston pohjalta oli 6,5 mS/m. Vuoden 2019 keskiarvo oli 5,9 mS/m (liite 5.)
Vuoden 2019 laskennallinen happaamuuskuorma oli 29407 mol, rautakuorma 40192 kg, alumiinikuorma 1208 kg ja mangaanikuorma 9209 kg (liite 8).
6.3 Savisuon kosteikko
Savisuon kosteikko rakennettiin Jukajoen itärannalle syksyllä 2018 (kuva 3).
Vuonna 2013 ennen kosteikon rakentamista alueelta lähtevän veden virtaama- painotettu pH oli 5,13. Vuonna 2015 vastaava pH oli 5,15 ja virtaamapainotettu metallipitoisuus oli 1908 µg/l. (Tossavainen 2018, 46.) Vuonna 2019 Virtaama- painotettu pH:n keskiarvo kosteikolta lähtevästä vedestä oli 5,1 ja raudan virtaa- mapainotettu keskiarvo oli 1108 µg/l. Alumiinin virtaamapainotettu keskiarvo oli 362 µg/l ja mangaanin 482 µg/l. Sähkönjohtavuuden keskiarvo oli 4,0 mS/m.
Kaakosta kosteikolle tulevan veden virtaamapainotettu pH:n keskiarvo oli 5,2 ja metallipitoisuuden osalta 1472 µg/l. Virtaamapainotettu alumiinipitoisuuden kes- kiarvo oli 187 µg/l ja mangaanin vastaava 459 µg/l. Sähkönjohtavuuden keskiarvo oli 4,3 mS/. Etelästä tulevan veden virtaamapainotettu pH:n keskiarvo oli 5,5 ja virtaamapainotettu metallipitoisuuden keskiarvo oli 1550 µg/l. Virtaamapainotettu alumiinipitoisuus oli 100 µg/l ja mangaanin vastaava 392 µg/l. Sähkönjohtavuu- den keskiarvo oli 5,0 mS/m (liite 6.)
Idästä tulevan veden virtaamapainotettu pH oli 4,7 ja virtaamapainotettu metalli- pitoisuus oli 1108 µg/l. Virtaamapainotettu alumiinipitoisuus oli 362 µg/l ja vas- taava mangaanipitoisuus 482 µg/l. Sähkönjohtavuuden keskiarvo oli 3,0 mS/m (liite 6.)
Savisuon kosteikon laskennallinen kuormituksen pidättyvyys oli happamuuden osalta 46 %, alumiinin osalta 23 %, raudan osalta -28 % ja mangaanin osalta 0,4
% (liite 6).
6.4 Jukajoki 35- Ukonnurmi
Vuosien 1978-2015 Hertta-aineiston havaintojakson pH:n keskiarvo oli 5,5 ja rau- tapitoisuuden keskiarvo oli 3476 µg/l. Alumiinista oli vain yksi havainto ja se oli 590 µg/l. Mangaanipitoisuuden keskiarvo oli 228 µg/l. Sähkönjohtavuuden kes- kiarvo oli 8,8 mS/m (liite 5.) Vuonna 2019 virtaamapainotettu pH oli 5,7 ja virtaa- mapainotettu metallipitoisuus oli 1996 µg/l. Virtaamapainotettu alumiinipitoisuus oli 68 µg/l ja vastaava mangaanipitoisuus oli 451 µg/l. Sähkönjohtavuus oli 5,8 mS/m (liite 6).
6.5 Linnunsuon kosteikko
Vuonna 2019 Linnunsuon kosteikosta lähtevän veden virtaamapainotettu pH oli 4,8 ja virtaamapainotettu rautapitoisuus oli 4028 µg/l. Virtaamapainotettu alumii- nipitoisuus oli 76 µg/l ja vastaava mangaanipitoisuus oli 470 µg/. Sähkönjohta- vuuden keskiarvo oli 10 mS/m (liite 6.)
Linnunsuon kosteikolta lopullisesti vesistöön lähtevän veden virtaamapainotettu pH oli 4,7 ja virtaamapainotettu metallipitoisuus oli 4286 µg/l. Virtaamapainotettu alumiinipitoisuus oli 63 µg/l ja vastaava mangaanipitoisuus 528 µg/l (liite 6.)
6.6 Monitorointilaitteen mittaustulosten verifiointi
Jatkuvatoimisen monitorointilaitteen laadunvarmistus on tärkeässä osassa näyt- teenottoa, koska muutoin tulosten analysoinnissa ei saada realistista kuvaa ve- denlaadusta (Tattari ym. 2019, 10).
Taulukko 5. Automaattisen monitorointilaitteen laadunvarmistustulokset
Pvm pH Sähkönjohtavuus
7.5.2019
EHP-QMS 5,9 6,3
Savo-Karjalan Ympäristötutki- mus Oy
5,9 6,9
14.5.2019
EHP-QMS 5,0 7,5
Savo-Karjalan Ympäristötutki- mus Oy
5,2 7,6
Jatkuvatoimisen EHP-QMS mittausaseman antamat tulokset verifioitiin ottamalla vesinäytteet mittausaseman kohdalta ja toimittamalla näytteet analysoitavaksi Savo-Karjalan Ympäristötutkimus Oy:n Joensuun laboratorioon (Liite 2). EHP- QMS mittausaseman datan pohjalta tuloksia on verrattu tutkimusselosteiden tu- loksiin. Taulukossa 5 esitetyt automaattisen monitorointiaseman mittaustulokset ovat vastaavalta ajalta kuin laboratorioon otetut verifiointinäytteet.
6.7 Automaattisen monitoroinnin taloudellisten hyötyjen mittaaminen
6.7.1 Kustannukset
GWM Engineering Oy:n tarjoaman mittausaseman hankintakustannukset ovat 9350,00 € asennettuna kohteeseen. Vuosittaiset käyttökustannukset syntyvät muistikortin hausta maksettavasta palkanosasta ja kilometrikorvauksista. Tunti- palkkana laskennoissa on käytetty 11,50 €, joka on SKOL:n vuosiansion mukaan määritetty (SKOL TES 2017, 23-45). Kilometrikorvaus on 0,43 € (Verohallinto 2019). Täten vuosittaiset käyttökustannukset ovat 175,6 € (liite 9).
EHP Environment Oy:n QMS-mittausaseman hankintakustannukset ovat 6351,50 € asennettuna kohteeseen. QMS-mittausaseman käytöllä on myös kuu- kausittainen datapalvelun kiinteä kuukausimaksu, joka on 69 € eli 828 € vuo- dessa sekä vuosihuolto 290 €/krt eli vuodessa 580 €. Eli yhteensä kustannukset vuositasolla ovat 1408 € (liite 9). Tämä on huomattavasti suurempi verrattuna GWM Engineering Oy:n tarjoama.
6.7.2 Tuotot
Tuottoa syntyy molemmilla vaihtoehdoilla saman verran, joka on vuositasolla 979,6 €. Tämä tuotto syntyy maksetuista kilometrikorvauksista, analyysimak- suista sekä palkkakuluista, jotka on laskettu henkilötyövuosien määrällä näyt- teenottajalla maksetun palkan perusteella. Laskennassa tuotot ovat diskontattu nykyhetkeen eli niiden arvo on muunnettu tulevaisuudesta tämän hetkistä rahan- arvoa vastaavaksi. Palkkakustannussäästö vuositasolla on 460,2 €.
Kilometrejä kertyy kohteeseen meno-paluu suunnassa 32,4 km ja kilometrikor- vaus on 0,43 €/km. (Verohallinto 2019). Analyysimaksuja kertyisi 240,8 €. Näyt- teenottokertoja on vuositasolla 20 kpl. Kokonaissäästö olisi vuositasolla 979,6 €.
(liite 9.)
6.7.3 Nykyarvomenetelmä
Nykyarvomenetelmän avulla saadaan tuotot ja kustannukset tulevaisuudessa muunnettua nykypäivän rahan arvoa vastaavaksi ja täten vertailukelpoiseksi (Yri- tystulkki.fi) Laskennassa on käytetty seuraavaa nykyarvomenetelmän diskont- tauksen kaavaa:
k= K/(1+q-n) missä,
k= alkuperäinen pääoma K=kasvanut pääoma q=korkotekijä- % n=korkokaudet (Opetus.tv).
Laskentakorkona käytetiin 1,2 %, joka on kuuden kuukauden (tammi-kesäkuu) inflaatioprosentin keskiarvo vuonna 2019 (Tilastokeskus 2019).
6.7.4 Henkilötyövuosi
Henkilötyövuodeksi (HTV) automaattiselle mittausasemalle saatiin 0,02. HTV las- kettiin simuloimalla näytteenottoon kuluva aika ko. kohteessa 20 d/a. Yhtenä päi- vänä näytteenottoon kuluva aika olisi 2 h/d ja täten vuodessa kokonaistyöaika olisi 20*2 eli 40 h/a. Työaikana laskennassa käytettiin 1890 tunti, joka vastaa näytteenottajan työtuntimäärää vuositasolla. Tämä perustuu SKOL Toimihenki- löiden työehtosopimuksen työtuntimäärään, joka on 37,5 h/vko. Vuosityötunti- määrä on SKOL:n työehtosopimuksen 37,5 viikkotyötuntisopimuksen mukainen.
Näytteenottajan V2 palkkaluokan mukaisen palkan määrän oletettiin olevan 1812
€/kk ja tämän mukaisesta vuositulosta laskettiin henkilötyövuosimäärän prosen-
tuaalisella arvolla vuosittainen rahallinen säästö. (SKOL TES 2017, 23-45.) Vuo- sisäästöksi henkilötyövuoden osalta saatiin 460,2 €/a. Vuosisäästö nousee näyt- teenottajan palkkaluokan noustessa. (liite 9.)
6.7.5 Sisäinen korko
Sisäinen korko automaattiselle vedenlaadun mittausasemalle oli GWM- Engineering Oy:n EXO 3:lle -2,7 % ja EHP Environment Oy:n QMS- mittausasemalle laskentaohjelma ei pystynyt määrittämään liitteen 9 mukaisilla käyttökustannusarvoilla sisäistä korkokantaa.
6.7.6 Takaisinmaksuaika
Takaisinmaksuaika GWM-Engineering Oy:n EXO 3:lle olisi liitteen 9 mukaisilla käyttökustannuksilla 12 vuotta ja vastaava EHP Environment Oy:n QMS- mittausasemalle takaisinmaksuaika menisi negatiiviseksi (liite 9).
7 Tulosten tarkastelu
7.1 Jukajoen vedenlaadun kehitys
Jukajoen vedenlaatu Jukajoki 50 Ilomantsintien ja Jukajoki 51 Myllylän havainto- pisteissä on Hertta-aineiston pohjalta pysynyt melko tasalaatuisena ilman merkit- täviä muutoksia minkään analysoidun muuttujan osalta. Kiintoaine-, sulfaattipitoi- suuden sekä sähköjohtavuuden osalta merkittäviä laskuja tai nousuja ei esiintynyt ja arvot olivat hyvällä tasolla (liite 4.) Sähkönjohtavuus oli korkeampi verrattessa Itä-Suomen 3,3 mS/m tasoon (Tossavainen 2013, 185-186). Alkalini- teetin taso oli molemmissa havaintopaikoissa välttävällä tasolla (Oravainen 1999,
13-14). Jukajoki 50 Ilomantsintien havaintopisteen osalta pH:n osalta ei merkit- tävää muutosta tapahtunut. Rautapitoisuuden keskiarvo oli vuonna 2019 2053 µg/l ja Hertta-aineiston keskiarvo 1985-2013 oli 3204 µg/l. Karkeasti sanottuna pitoisuus on vähentynyt noin kolmanneksen. Alumiinipitoisuuden keskiarvo oli vuonna 2019 59 µg/l ja vuosina 1985-2013 se oli 410 µg/l, joten merkittävää las- kua on tapahtunut. Mangaanin määrä taas on tulosten valossa lisääntynyt. Vuo- sina 1985-2013 mangaanipitoisuuden keskiarvo oli 229 µg/l ja vuonna 2019 se oli 402 µg/l. Sähkönjohtavuus on hieman laskenut aineistojen pohjalta. (liite 5.)
Jukajoki 51 Myllylän pH-taso on pysytellyt lähes muuttumattomana vuosien saa- tossa. Vuonna 2012 ainestoissa havaittiin happamuuden lisääntymistä (Liite 4).
Vuosina 1980-2015 pH:n keskiarvo oli 6,1 ja vuonna 2019 vastaava arvo oli 6,0.
Jukajoki 51 Myllylän rautapitoisuus on laskenut vuosien 1980-2015 keskiarvosta 2772 µg/l vuoden 2019 keskiarvoon 1970 µg/l. Alumiinipitoisuus oli vuosina 1980- 2015 yhden havainnon mukaan 150 µg/l ja vuonna 2019 47 µg/l, joten alumiinin keskipitoisuus oli vuonna 2019 noin kolmanneksen Hertta-aineiston keskiarvoon verrattuna. Mangaanipitoisuuden keskiarvo on yli kaksinkertaistunut Hertta-ai- neiston havaintojaksosta vuoden 2019 havaintojaksoon. Sähkönjohtavuuden osalta laskua on tapahtunut Hertta-aineiston 6,5 mS/m keskiarvosta vuoden 2019 5,9 mS/m vastaavaan. (liite 5.) Vedenlaatu on Ilomantsintien ja Myllylän joki- osuuksilla happamuutensa osalta soveliasta Suomen kalalajeille, kun raja-arvona käytetään pH 5,5:n tasoa. (Tossavainen 2018, 9).
Hertta-aineiston mukaan Jukajoki 35 Ukonnurmen havaintopisteen pH-arvojen vaihteluväli on ollut vuosina 1978–2015 3,4–6,8 keskiarvon ollessa 5,5 (liite 5).
Vuonna 2009 pH oli 4 ja vuonna 2010 kahtena havaintokertana pH-arvoksi mitat- tiin alle 4 (3,4 ja 3,8). Vuoden 2011 keskiarvo oli 4,4. Samana vuonna metallipi- toisuuden keskiarvo oli 5357 µg/l. Nämä arvot selittävät osaltaan vuoden 2011 kalakuolemia sekä kertovat entiseltä Linnunsuon turvetuotantoalueelta tulevan ja Jukajokeen päätyvän vedenlaadusta. Vuonna 2019 havaintopisteen pH-arvo oli 5,8 eli happamoitumisen vähentymistä on tapahtunut. pH:n vaihteluväli vuoden 2019 havaintojaksolla oli 5,5–6,0, joka on riittävä kaikille kalalajeillemme (Tossa- vainen 2018, 9).
Vuosina 1978-2015 Hertta-aineiston mukaan rautapitoisuuden keskiarvo oli 3476 µg/l, kun taas vastaava arvo oli vuonna 2019 2158 µg/l. Rautapitoisuus on täten vähentynyt. Hertta-aineistossa oli vain yksi alumiinihavainto vuodelta 2011 ja se oli 590 µg/l. Vuonna 2017 mitattu alumiinipitoisuus oli 170 µg/l (Tossavainen 2018, 75). Vuonna 2019 alumiinipitoisuuden keskiarvo oli 64 µg/l. Alumiinipitoi- suuden voidaan todeta laskeneen. Mangaanipitoisuuden keskiarvo Hertta-aineis- ton havaintoajankohtana oli 228 µg/l ja vuonna 2019 vastaavaa keskiarvo oli 438 µg/l. Mangaanipitoisuus on siis lisääntynyt. Sähkönjohtavuus on laskenut Hertta- aineiston havaintojakson 8,8 mS/m vuoden 2019 5,8 mS/m keskiarvon tasolle.
Tämä sähkönjohtavuuden tason lasku on Jukajoen yläjuoksun sähkönjohtavuu- den havaintojen kanssa. Kiintoainepitoisuuden keskiarvo on Hertta-aineiston pohjalta laskettuna 5,4 mg/l, joka on hieman korkeampi kuin mitä Suomen kes- kiarvo 1-3 mg/l avovesiaikaan on. Tämä ei kuitenkaan ole haitallinen taso kalas- tolle. (Oravainen 1999, 9.) Sulfaattikuormituksen keskiarvo oli 36,6 mg/l, mikä on korkeampi kuin yläjuoksun kahdella havaintopisteellä. Tämä indikoi entiseltä tur- vetuotanto alueelta tulleeseen sulfaattipitoista kuormitusta. Alkaliniteetti on vält- tävällä tasolla havaintopaikalla Hertta-aineiston mukaan sen keskiarvon ollessa 0,054 mmol/l. Vuosina 2004 ja 2011 alkaliniteetti laske negatiiviseksi eli happa- muuden puskurointikyky romahti täysin. (Oravainen 1999, 13-14.)
Syksyllä 2018 rakennetun Savisuon kosteikon tilaa on vielä liian aikaista arvioida, mutta tässä opinnäytetyössä esitetyt tulokset toimivat vertailutuloksina tulevai- suudessa. Savisuon kosteikko pidättää happamuutta hyvin ja alumiinia kohtuulli- sesti. Mangaania ja rautaa ei merkittävästä pidättynyt pohjasedimenttiin (liite 6).
Tämän voidaan olettaa johtuvan alhaisesta pH:sta ja merkittävästä rautakuormi- tuksesta. (Särkkä 1996, 62). Savisuon lähtevän veden pH oli 5,13 (virtaamapai- notettu). Vuonna 2013 Heinäpuron nykyisen Savisuon kosteikon lähtevän veden virtaamapainotettu pH oli 5,13 ja vuonna 2015 5,15, joten tässä ei ole tapahtunut suurta muutosta vuoteen 2019 verrattuna (Liite 6). Eritoten Savisuon kosteikon itäpuolelta tulevasta uomasta tulee hapanta vettä (vuonna 2019 4,7). Vuonna 2017 rautapitoisuuden keskiarvo oli 1908 µg/l ja vuonna 2019 2202 µg/l. (Tossa- vainen 2018, 46.)
Vuonna 2012–2013 happamuuden vuosikuorma Linnunsuon kosteikolta Jukajo- keen oli 145000 mol, vuonna 2015 17000 mol, vuonna 2017 42300 mol ja vuonna 2019 arvioitu happamuuskuorma 10715 mol. Arvioitu happamuuskuorma oli
