Vesiensuojelukosteikot viljelyalueiden valumavesien hallinnassa

Suomen ympäristökeskuksen moniste

Markku Puustinen, Jari Koskiaho, Maarit Puumala, Juha Riihimäki, 178

Mari Räty, Jukka Jormola, Vesa Gran, Petri Ekholm ja Timo Maijala

Vesiensuoj elukosteikot viljelyalueiden valumavesien hallinnassa

• • ■ • • • • • • • • • • • • ! ■ • 1 ■ ■ • i • R • •

w • • • • •

178

Markku Puustinen, Jari Koskiaho, Maarit Puumala, Juha Riihimäki, Mari Räty, Jukka Jormola, Vesa Gran, Petri Ekholm ja Timo Maijala

Vesiensuojelukosteikot viljelyalueiden valumavesien hallinnassa

Helsinki 2000

SUOMEN YMPÄRISTÖKESKUS

ISBN 952- I I -0655-7 ISSN 1455-0792 Painopaild<a: Oy Edita Ab

Helsinki ²⁰⁰⁰

S isäflys

1 johdanto ... 5

2 Vesiensuojelukosteikkojen vaikutusmekanismit ... 6

2.1 Kiintoaineen pidättyminen ...6

2.1.1 Sedimentoituminen ...6

2.1.2 Tarttuminen kasvillisuuteen ...7

2.2 Fosforin pidättyminen ...8

2.2.1 Sedimentoituminen kiintoaineksessa ...8

2.2.2 Adsorboituminen kiintoainekseen ...8

2.3 Typen pidättyminen ...8

2.3.1 Denitrifikaatio ...8

2.3.2 Orgaanisen aineksen sedimentoituminen ...9

2.4 Ravinteiden kerääntyminen biomassaan ...9

3 Vesiensuojelukosteikkojen toimintaedellytykset

...

3.1 Kosteikon maaperän ominaisuudet ... 10

3.2 Kosteikon kasvillisuus ja mikrobitoiminta ... 10

3.3 Veden lämpötila ... 11

3.4 Hydrologia ... 11

3.4.1 Valuma-alueelta tulevan veden määrä ... 12

3.4.2 Valuma-alueelta tulevan veden pitoisuudet ... 12

4

4.1 Avovesipintaiset kosteikot ... 15

4.2 Kasvillisuuskosteikot ja tulva-alueet ... 15

4.3 Yhdistelmäkosteikot ... 16

5 Kosteikkojen perustaminen ja mitoitus suomessa

...

5.1 Kosteikkojen perustamisedellytykset Suomessa ... 17

5.2 Suomessa toteutettujen kosteikkojen määrä ja mitoitus ... 19

6 Vesiensuojelukosteikkojen kokeellinen tutkimus

...

6.1 Kokeellisen osan rajaukset ja tavoitteet ... 21

6.2 Kosteikkojen taustaselvitykset ja mallikosteikon perustaminen ... 21

6.2.1 Kosteikkojen ja valuma-alueiden yleistiedot ... 21

6.2.2 Maaperä- ja maastotutkimukset ... 22

6.2.3 Kasvillisuuden inventointi ... 23

6.2.4 Mallikosteikon suunnittelu ... 23

6.2.5 Kosteikon maisemasuunnittelu ...

... 25

6.2.6 Mallikosteikon rakentaminen ... 26

6.3 Kosteikkotutkimukset ja seurannat ... 28

6.3.1 Maaperän fosfori ... 28

6.3.2 Denitrifikaatio ... 29

6.3.3 Kasvillisuuden kehittyminen ... 30

6.3.4 Virtaaman mittaaminen ... 31

6.3.5

6.3.6

... 32

6.4 Vedenlaatuaineiston käsittely ... 33

Suomen ympäristökeskuksen moniste 178 ...

0

7 Tutkimustuloksetja tulosten tarkastelu ... 34

7.1 Kosteikkoprosessit ... 34

7.1.1 Fosforin tasapainopitoisuudet ... 34

7.1.2 Denitrifikaatio ja kasvillisuuskokeet ... 35

7.1.3 Kosteikkokasvillisuuden perustaminen ... 36

7.2 Ravinteiden pidättyminen ... 39

7.2.1 Kosteikon hydrologia ... 39

7.2.2 Kiintoaineen pidättyminen ... 41

7.2.3 Fosforin pidättyminen ... 45

7.2.4 Typen pidättyminen ... 50

8 Johtopäätökset ... 56

9 Tiivistelmä ... 59

Kirjallisuus... 60

Liitteet... 63

Liite1. Maaperäanalyysit ... 63

Liite 1. Maaperäanalyysit ... 65

Kuvailulehti ... 67

0

Johdanto

. . .

Yleisesti kosteikolla tarkoitetaan luonnontilaista aluetta, jossa pohjavesi on lähel- lä maanpintaa ja ajoittainen tulva voi peittää alueen joko osittain tai kokonaan.

Tyypillisesti tällaisella alueella kasvaa runsaasti luonnonvaraisia kostean paikan kasveja. Kosteikoilla voi kasvaa myös puita ja pensaita. Vuosikymmeniä sitten kosteikkoja esiintyi alavilla alueilla yleisesti. Peruskuivatustöiden yhteydessä peltojen välittömässä läheisyydessä sijaitsevat kosteikot suurelta osin kuivatet- tiin ja otettiin viljelykäyttöön.

Kosteikkokäsite on kuitenkin monitahoisempi ja usein kosteikot määritel- lään käyttötarkoituksensa mukaan, esim. lintukosteikot, maisemakosteikot tai ra- vinnesuodatinkosteikot. Suot ovat oma tyyppilajinsa kosteikoita. Oman luokkan- sa muodostavat myös luonnonsuojelulailla tai sopimuksilla suojellut kosteikot.

Esim. kansainvälisen Ramsar-sopimuksen mukaan merkittäviä kosteikoita erityi- sesti vesilintujen elinympäristöinä on suojeltava kaikkialla maapallolla. Suomessa on yhteensä 61 Ramsar-aluetta, jotka pääosin muodostuvat soista. Lisäksi niihin sisältyy merenlahtia, lintujärviä sekä saariston ekosysteemejä.

Vesiensuojelukosteikolla tarkoitetaan maatalouden ympäristötukiohjelmas- sa vesistökuormitusta vähentävää ojan, puron, joen tai muun vesistön osaa ja sen ranta-aluetta, joka suuren osan vuodesta on veden peitossa ja muunkin ajan pysyy kosteana. Määrittely on yleispiirteinen ja lähtökohtana on kosteikkojen tavoite, hajakuormituksen vähentäminen. Niiden perustamista on tuettu maatalouden ympäristötuen erityistuella vuodesta 1995 lähtien. Vesiensuojelun lisäksi ympäris- tötukiohjelmassa tarkoitetuista kosteikoista koituu myös muita ympäristöhyöty- jä. Ne parantavat maaseutumaisemaa ja lisäävät luonnon monimuotoisuutta ja alueiden virkistyskäyttöä.

Vesiensuojelukosteikkojen suunnittelusta ja mitoituksesta on Suomessa hy- vin vähän kokemuksia. Ensimmäisellä ympäristötukikaudella (1995-1999) kostei- koita on toteutettu toistaiseksi vajaa sata kappaletta. Mitoituksen perusteena on pääosin käytetty ohjeellista kosteikon ja valuma-alueen pinta-alojen suhdetta.

Tämän yleisluonteisen mitoitusohjeen mukaisten kosteikkojen toimivuudesta ei kuitenkaan ole tutkimustietoa ja siten käsitykset kosteikkojen vesiensuojeluvai- kutuksista ovat osin ristiriitaisia.

Suomen ympäristökeskuksessa elokuussa 1997 käynnistyneen EU:n Life-ra- hoitteisen Viljelyalueiden valumavesien hallinta-projektin (VIHTA) yhtenä kes- keisenä tavoitteena on selvittää kosteikkojen toimivuutta ja vesiensuojelumerki- tystä. Asiaa selvitetään hankkeessa perustettavasta sekä jo aiemmin perustetuista kosteikoista seurannalla kerättävän tiedon perusteella. Hankkeen lopullisena ta- voitteena on laatia kosteikkojen suunnittelu- ja mitoitusohjeet suunnittelijoiden tarpeisiin.

Suomen ympäristökeskuksen moniste 178 ...

0

Vesiensuojelukosteikkojen vaikutusmekanismit

... . . .. . . .. . ^{40 0 0} ... .... S . . . 40 40 ... . • • S .. .... ^.. ..

Maatalouden vesiensuojelukosteikot ovat eräänlaisia valumavesien 'kemial- lis-biologisia puhdistuslaitoksiå . Puhdistusprosessit ovat monivaiheisia ja eri ra- vinteiden pidättyminen edellyttää hyvin erilaisia olosuhteita. Kosteikkokasvit käyttävät hyödykseen niitä ravinteita, joita on kosteikon maaperässä ja joita tulee yläpuolisten alueiden valumavesissä. Osassa kosteikkoa on olosuhteet, joissa osa liukoisesta typestä vapautuu kaasuna ilmakehään. Veden virtausnopeuden hidas- tuessa ja veden suotautuessa osittain maakerrosten läpi valumavesien kiintoai- nesta ja ravinteita jää kosteikon maaperään. ^{IT m}ä kosteikkojen ominaisuudet ovat hyvin merkittäviä. Voimakkaasti kuormittuneista valumavesistä on suotui- sissa kosteikko-olosuhteissa poistettavissa suuri osa kiintoaineesta, fosforista ja typestä.

Kiintoainesta ja ravinteita pidättävät kosteikkojen mekanismit voidaan ja- kaa seuraaviin osiin:

• Veden virtausnopeuden hidastumisen kautta tapahtuva kiintoaineksen ja siihen sitoutuneiden ravinteiden laskeutuminen.

• Ravinteiden kerääntyminen kosteikon biomassaan.

• Kosteikossa tapahtuvat kemialliset ja mikrobiologiset reaktiot.

Puhdistusprosesseja voidaan tehostaa pidentämällä veden viipymää kostei- kossa (esim. de Jong 1976, Spangler ym. 1976, Howard-Williams 1985). Veden vii- pymä onkin yksi tärkeimpiä puhdistusprosesseihin vaikuttavista kosteikon omi- naisuuksista. Kuvassa 1 on esitetty kosteikon eri kerroksissa tapahtuvat ravinteita pidättävät keskeisimmät prosessit.

2. I Kiintoaineen pidättyminen

2.1.1 Sedimentoituminen

Vedessä olevien maahiukkasten sedimentoituessa kosteikon pohjalle pidättyvät myös kiintoainekseen sitoutuneet ravinteet. Sedimentoituminen riippuu toisaalta suspendoituneen maa-aineksen määrästä ja ominaisuuksista sekä toisaalta viipy- mästä. Lyhyellä viipymällä vain karkeimmat maahiukkaset ennättävät laskeutua.

Etelä- ja Lounais-Suomen viljelyalueiden valtamaalaji on savi. Näillä alueilla valu- mavesissä kulkeva kiintoaines esiintyy niin pieninä hiukkasina, että merkittävää sedimentoitumista ei ennätä tapahtua pitkänkään viipymän aikana. Valumavedes- sä tulevan kiintoaineksen raekoko vaikuttaa siten sedimentoitumisen määrään.

Pohjakulkeumana tuleva kiintoaines jää tavallisesti aina kosteikon syvempiin osiin.

Sedimentoitumiselle vastakkainen ilmiö on resuspensio, jossa kosteikon poh- jalle laskeutunut aines lähtee uudelleen liikkeelle. Resuspensio käynnistyy sitä herkemmin, mitä lyhyemmäksi veden viipymä jää ja mitä voimakkaampia oiko- virtauksia kosteikossa esiintyy ylivirtaamatilanteissa. Resuspension seurauksena kosteikon vaikutus kuormitukseen voi olla runsasvetisinä jaksoina negatiivinen.

IKosteikosta siis lähtee aiemmin kerääntynyttä ainesta enemmän kuin siihen sa- . . . ... ... ... ... . .. . . .. . ... Suomen ympäristökeskuksen moniste 178

manaikaisesti laskeutuu. Tarkasteltaessa sedimentoitumista ja resuspensiota kos- teikoissa, voidaan teoreettisena perustana käyttää laskeutusaltaiden yhteydessä esitettyjä kaavoja (esim. Häikiö 1998, RIL 1982).

2.1.2

Laskeutusaltaisiin verrattuna kosteikkojen etuna on kasvillisuus, mikä entises- tään hidastaa veden virtausnopeutta ja siten voimistaa sedimentaatiota ja toisaal- ta toimii kiintoaineksen tarttumispintoina (Brix 1997). Petticrew & Kalff'in (1992) tutkimuksessa makrofyyttikasvillisuus alensi merkittävästi veden virtausnopeut- ta pohjan läheisyydessä. Tämä lisäsi selvästi hienoimman kiintoainejakeen (savi, 0 <2 µm) sedimentoitumista, mitä kasvittomilla laskeutusaltailla ei juurikaan ta- pahdu (Häikiö 1998). Kiintoaineksen tarttuessa jatkuvasti kasvien pintaan, ne muodostavat yhä suurempia muruja ja lopulta putoavat kosteikon pohjalle.

Numeroiden selitykset:

1. Ammoniumtypen hapettuminen nitraatiksi (nitrifikaatio)

2. ja 3. Nitraattitypen pelkistyminen ilmakehään haihtuvaksi typpikaasuksi (denitrifikaatio)

4. Liuenneen fosforin sitoutuminen maaperään

5. Kiintoaineen ja siihen sitoutuneen fosforin sedimentoituminen

6. Liuenneen fosforin sitoutuminen vedessä oleviin, sedimentoituviin kiinto- ainehiukkasiin

7. Ravinteiden kerääntyminen kasvavaan biomassaan

8. Ravinnepitoisen, tulevan veden sisältämän tai kosteikon kuolleesta bio- massasta muodostuvan orgaanisen aineen laskeutuminen kosteikon pohjalle

(lähde: Reid Crowther & Partners Ltd. http://www.reid-crowther.com/enviro/

papers/wetlandl/wetland 1.html

Kuva 1. Ravinteita pidättävät prosessit kosteikossa.

Suomen ympåristökeskuksen moniste 178

... 0

2.2 Fosforin pidättyminen

2.2.1 Sedimentoituminen kiintoaineksessa

Kiintoaineksen sedimentoituminen on fosforin pidättymisen kannalta merkittävä mekanismi, koska valtaosa (75%) maatalouden valumavesien fosforista on kiinto- aineeseen sitoutunutta (Pietiläinen & Rekolainen 1991). Hiukkasmaisesta fosfo- rista merkittävä osa on kuitenkin sitoutunut heikoimmin laskeutuvaan saviainek- seen, koska pienten savihiukkasten fosforia pidättävä pinta-ala suhteessa mas- saan on suuri (Hartikainen 1982a). Ekholmin (1998) mukaan hiukkasmainen fosfo- ri ei ole leville suoraan käyttökelpoista. Siten sedimentoitumalla poistuvan fosfo- rin määrä ei ole suorassa suhteessa rehevöitymisen vähenemiseen.

2.2.2 Adsorboituminen kiintoainekseen

Vedessä liuenneena oleva ja maa-ainekseen sitoutunut fosfori pyrkivät kohti tasa- painotilaa, joka riippuu mm. fosforin pitoisuuksista ja maan ja veden määräsuh- teista. Kosteikon maa-ainekselle voidaan määrittää ns. EPC-arvo (equilibrium phosphate concentration) kuvaamaan tilaa, jossa ei enää tapahdu fosforin netto- vapautumista eikä -sitoutumista (Taylor & Kunishi 1971). Teoriassa tulevan veden liuenneen fosforin (DRP) pitoisuuden ylittäessä EPC:n fosforia sitoutuu kosteikon maa-ainekseen ja vastaavasti EPC:n alittuessa fosforia vapautuu maa-aineksesta veteen. Kosteikko voi siis tietyissä olosuhteissa lisätä liuenneen fosforin kuormi- tusta. Käytännössä kosteikon fosforinpidätyskyvyn (tai -vapauttamisriskin) tark- ka arviointi pelkästään laboratorio-oloissa määritetyn EPC:n perusteella on vai- keaa. Laboratorio-olosuhteissa uuttosuhde vaikuttaa voimakkaasti fosforin va- pautumiseen. Kosteikoissa maa-vesisuhde voi vastaavasti vaihdella äärimmäisyy- destä toiseen.

Erilaisissa hydrologisissa tilanteissa vesi on kosketuksessa kosteikon maa- ainekseen vaihtelevan pituisia jaksoja. Ajoittain huomattava osa vedestä virtaa kosteikon läpi olematta lainkaan kosketuksessa kosteikon maaperän kanssa. Tämä vaikeuttaa huomattavasti fosforin käyttäytymisen ennustamista. EPC soveltuu- kin parhaiten suuntaa-antaviin, vertailutyyppisiin arvioihin. Mitä korkeampi maa- perän EPC on suhteessa kosteikkoon tulevan veden DRP-pitoisuuteen, sitä toden- näköisemmin kosteikko tulee olemaan fosforin kuormituslähde. Maan EPC nou- see veden pH:n noustessa (Hartikainen 1981), joten tulevan veden pH:n nousu saattaa tietyssä tasapainotilanteessa aiheuttaa fosforin vapautumista. Fosforin pi- dättymistä edesauttavat ennen kaikkea maa-aineksen korkea rauta- ja alumiinipi- toisuus, matala fosforipitoisuus sekä alle 7 pysyttelevä pH ja hapelliset olosuhteet (esim. Andersen 1974, Nichols 1983, Richardson 1985, Verhoeven & Meuleman 1999).

2.3 Typen pidättyminen

2.3.1 Denitrifikaatio

Kosteikko-olosuhteet ovat usein otolliset denitrifikaatiolle (nitraattitypen pellcis- tyininen typpikaasuksi mikrobitoiminnan seurauksena), jota yleisesti pidetään kosteikon merkittävimpänä typenpoistoprosessina (esim. Howard-Williams 1985,

0 ...

Leonardson 1994, Reddy & D'Angelo 1994, Willems ym. 1997). Denitrifikaatiobak- teerien aktiivisuutta säätelevät kosteikossa olevan orgaanisen aineen määrä, tule- van veden nitraattipitoisuus, happiolot, lämpötila, pH ja veden viipymä kostei- kossa. Denitrifikaatiota on havaittu 0-30 °C:n lämpötiloissa siten, että 10 °C:n nou- su kiihdyttää denitrifikaation nopeutta 1,5-3 -kertaiseksi. Denitrifikaation kannal- ta edullisin pH on 6,5-8,0 (Leonardson 1994, Verhoeven & Meuleman 1999).

2.3.2 Orgaanisen aineksen sedimentoituminen

Kosteikkoon tulevan veden orgaanisen kiintoaineen sedimentoituessa pidättyy siihen sitoutuneita ravinteita. Tätä kautta poistuva typpimäärä ei ole erityisen merkittävä, koska maatalouden valumavesien typestä valtaosa on liukoista nit- raattityppeä (Rekolainen ym. 1992). Orgaanisen aineen sedimentaatio sekä kostei- kossa hajoavat ja pohjaan laskeutuvat kasvinjätteet kasvattavat kosteikon orgaa- nista pohjakerrosta. Tietyissä olosuhteissa resuspension seurauksena pohjan sedi- menttiä lähtee uudestaan liikkeelle, mutta pitkällä aikavälillä sedimenttiä kerros- tuu kosteikon pohjalle lisää (Davis & van der Valk 1983, Howard-Williams 1985).

2.4 Ravinteiden kerääntyminen biomassaan

Kosteikkojen kasvillisuus on yleensä rehevää, joten kasvien tarvitsemat ravinne- määrät voivat olla huomattavia. Kasvien kautta tapahtuva ravinteiden nettopidät- tyminen on kuitenkin yleensä vähäistä, ellei kasvillisuutta niitetä. Hajoavista kas- vinjätteistä vapautuu ravinteita (esim. Richardson 1985, Brix 1997) ja vesikasvit saattavat jopa lisätä ravinnekuormitusta. Carignan & Kalff (1980) tutkivat 9 tavan- omaista makrofyyttikasvia ja totesivat kasvuun käytetystä fosforista 72 % olleen peräisin pohjasedimentistä. Toisaalta tämä viivästyttää maaperän fosforinsitomis- kapasiteetin loppumista ja siten kasvattaa kosteikon tehokasta käyttöikää (Lantz- ke ym. 1999). Tällä perusteella kosteikkokasvien säännöllisellä poistamisella on suuri merkitys kosteikon puhdistuskykyyn. Suoraan vedestä tapahtuva kasvira- vinteiden käyttö kasvaa veden ravinnepitoisuuksien kasvaessa (Rattray ym. 1991).

Rakennettavan kosteikon käynnistysvaihe, jolloin kosteikon kasvillisuus sekä kasvinjätteiden muodostama orgaaninen pohja-aines muodostuvat, voi kestää 5- 10 vuotta (Kadlec 1989). Käynnistysvaiheen aikana pidättyy suuria ravinnemääriä elävään ja kuolleeseen biomassaan: 60 % kosteikkoon tulevan veden käyttökel- poisesta typestä ja 12 % kasveille käyttökelpoisesta fosforista (Kadlec & Hammer 1988). Tätä seuraavassa stationäärisessä vaiheessa pidättyminen on huomattavas- ti vähäisempää: 1,4 % typestä ja 0,7 % fosforista. Puu- tai pensaskasvit pidättävät ravinteita tavallisiin kosteikkokasveihin (kuten kaislat ja ruo'ot) verrattuna pi- tempään puuaineksen määrän kasvaessa. Mm. Peterjohn & Correllin (1984) sekä Lowrancen ym. (1985) mukaan kosteikon puuaines voi sitoa huomattavia ravinne- määriä. Erityisen tehokkaita tässä suhteessa ovat pajupensaat. Mander ym. (1991) arvioivat pajupensaikon ravinteiden pidätyskapasiteetin kaksinkertaiseksi leppä- metsikköön ja kolminkertaiseksi nurminiittyyn verrattuna.

Suomen yrnpäristökeskuksen ^moniste I78

... ...

0

Vesiensuojelukosteikkojen toimintaedellytykset

. . . .

.

. .

.

. . . .

. .

.

.

.

3.1 Kosteikon maaperän ominaisuudet

Veteen liuenneen fosforin sitoutuminen maaperään edellyttää hapellisia olosuh- teita. Tällaiset olosuhteet saavutetaan parhaiten matalan vesipinnan omaavissa kosteikoissa, joissa liuenneen hapen pitoisuus vedessä ja ylimmässä maakerrok- sessa on yleensä korkea (Reddy & D'Angelo 1994). Tällöin fosforinpoisto on sitä tehokkaampaa, mitä suurempi osuus vedestä on kontaktissa kiintoainehiukkas- ten kanssa (Maehlum 1991). Tämä tietenkin edellyttää, että kosteikon maaperän fosforipitoisuus ei ole liian korkea suhteessa tulevan veden pitoisuuteen. Chris- tensen & Andersen (1997) tähdentävät kasvien juuriston huokosvettä hapettavaa ja sitä kautta fosforin pidättymistä edistävää merkitystä. He havaitsivat tässä suh- teessa merkittävän eron vertaillessaan uposlehtistä kasvillisuutta sisältävää ja kas- vitonta sedimenttinäytettä.

Orgaanisen hiilen määrä, mikä on yksi tärkeimmistä denitrifikaatiota rajoit- tavista tekijöistä, voi mineraalimaalle perustetun kosteikon alkuvaiheessa olla vähäinen. Kosteikon kehittyessä tilanne paranee kasvillisuuden muodostuessa ja kuolleen eloperäisen aineksen sedimentoituessa kosteikon pohjalle. Merkittävä seikka denitrifikaation kannalta on hapettoman kerroksen muodostuminen kos- teikon maaperään tai vesipatsaaseen. Denitrifikaatiobakteerit käyttävät orgaani- sen aineen hajottamiseen ensisijaisesti veteen liuennutta happea, mutta sen puut- teessa ne ottavat tarvitsemansa hapen nitraatista. Hapellisen pintamaakerroksen syvyys kosteikossa saattaa vaihdella muutamasta mm:stä n. 2 cm:n (Reddy &

D'Angelo 1997).

Typen- ja fosforinpoisto asettavat vastakkaiset vaatimukset kosteikon maa- perälle, koska denitrifikaatio edellyttää fosforin vapautumisriskiä lisääviä hapet- tomia olosuhteita sedimentissä. Lisäksi erityyppiset maaperät suosivat fosforin- ja typenpoistoa. Denitrifikaation kannalta edullisten orgaanisten maiden, joissa rau- ta- ja alumiinipitoisuus on yleensä matala, on todettu olevan fosforinpidätysky- vyltään selvästi mineraalimaita heikompia (Richardson 1985, Richardson & Mar- shall 1986). Orgaanisten maiden fosforinpidätyskyvystä on kuitenkin turvetuo- tannon valumavesien puhdistuksessa saatu suomalaisissa tutkimuksissa (Ihme ym.

1991, Heikkinen ym. 1994) hyviä tuloksia. Tutkijat arvioivat turvetuotannon valu- mavesien korkean rautapitoisuuden ja sitä kautta pintavalutuskentän yläosaan kertyvän raudan olevan eräs syy hyvään tulokseen.

3.2 Kosteikon kasvillisuus ja mikrobitoiminta

Makrofyyttikasvillisuuden tärkein merkitys vedenpuhdistuksessa on sen fysikaa- lisilla vaikutuksilla (Brix 1997). Kasvillisuus mm. stabiloi kosteikon maaperää vä- hentäen näin eroosio- ja resuspensioriskiä ja hidastaa veden nopeutta, mikä edis- tää kiintoaineen sedimentoitumista. Kiintoainetta poistuu myös kasvillisuuteen suodattumalla. Lantzken ym. (1999) mukaan kasvillisuuden rooliin fosforinpois- tossa kuuluu paitsi suora liuenneen reaktiivisen fosforin otto, myös liuenneen ei- reaktiivisen fosforin assimiloituminen kasvillisuuden pintaan (biofilmi). Talvehti- ... . ... . . ... ... . . . . Suor,en ympar stokeskuksen moniste 178

va kasvillisuus yhdessä lumipeitteen kanssa muodostaa tehokkaan, kosteikon maaperän jäätymistä ehkäisevän eristyskerroksen. Kasvillisuus tarjoaa mikrobeil- le runsaasti kasvualustaa, mikä edistää denitrifikaatiota. Lisäksi kasvien juuristo vapauttaa sedimenttiin happea, mikä on edullista paitsi fosforin pidättymiselle myös denitrifikaatiolle, joka tehostuu näin syntyvien hapettomien ja hapellisten vyöhykkeiden rajapintojen muodostamien mikroympäristöjen ansiosta (Brix 1997).

Useissa tutkimuksissa korostetaan sedimentissä tapahtuvaa denitrifikaatio- ta, mutta Erikssonin & Weisnerin tutkimuksessa (1997) vedenalaisen kasvillisuu- den (pääasiassa Potainogeton pectinatus 1. hapsivita) sekä lankamaisen viherlevän pinnalla tapahtuva denitrifikaatio oli jopa merkittävämpää kuin sedimentissä ta- pahtuva denitrifikaatio, mikäli kasvusto oli riittävän runsas. Typenpoistolle on edullista, jos kosteikossa esiintyy sekä vedenalaista että vedenpinnan yläpuolelle ulottuvaa makrofyyttikasvillisuutta. Yläpuolelle ulottuva kasvillisuus tuottaa enemmän kosteikkoon sedimentoituvaa orgaanista ainetta kuin vedenalainen, joka puolestaan itsessään tarjoaa runsaan kasvualustan denitrifikaatiobakteereille (Weisner ym. 1994).

3.3 Veden lämpötila

Lämpötila vaikuttaa typen reaktioihin siten, että lämpötilan noustessa denitrifi- kaatiobakteerien aktiivisuus kasvaa. Kiintoaineksen ja hiukkasmaisen fosforin sedimentoitumiseen lämpötila ei vaikuta veden jäätymistä lukuun ottamatta. Liu- enneen fosforin adsorptio- ja desorptioreaktioihin lämpötila vaikuttaa. Fosforia sekä pidättyy että vapautuu sitä tehokkaammin mitä korkeampi on lämpötila (Yli- Halla & Hartikainen 1996). Manderin & Mauringin (1997) tutkimuksessa verrattiin ravinteiden pidättymistä yli ja alle -5 °C:n lämpötiloissa, eikä merkittäviä eroja puhdistustuloksissa havaittu. Tutkimusperiodiin ei sisältynyt niin kylmiä jaksoja, että kenttä olisi jäätynyt pohjaan saakka, joten veden virtaaminen talvisin jääker- roksen alapuolella mahdollisti puhdistumisprosessien jatkumisen myös kylminä vuodenaikoina.

Rakennetun kosteikon toimivuutta kylmissä oloissa on tutkittu myös Nor- jassa (Jenssen ym. 1994). Heidän mukaansa hyviin puhdistustuloksiin on mandol- lista päästä kylmissäkin olosuhteissa, mutta se edellyttää pitkää viipymää. Niin- ikään kosteikon tulee heidän mukaansa olla riittävän syvä, jotta veden jäätymistä ei tapahtuisi pohjaan saakka. Tällöin jää- ja lumikerros toimivat eristeenä, jonka alla puhdistusprosessit voivat jatkua tehokkaina. On kuitenkin huomattava, että näissä tutkimuksissa oli kyseessä enemmänkin maatiloilta tulevien jätevesien kuin peltojen valumavesien puhdistamisesta, joten vedentulo kosteikkoihin on ollut tasaista ja pitoisuudet korkeita.

Joka tapauksessa Suomessa kylmä ilmasto rajoittaa mahdollisuuksia vähen- tää talvijaksoilla maatalouden aiheuttamaa typpikuormitusta kosteikoissa tapah- tuvan denitrifikaation kautta. Xue ym. (1999) mittasivat denitrifikaationopeudek- si 11,8 mg N m-2 h-' +25 °C:ssa ja 2,0 mg N m-2 h` +4 °C.:ssa, Oloissamme lieneekin vaikeata päästä esim. Huntin ym. (1999) mittaamaan tulokseen USA:n Pohjois- Carolinassa: vuotuinen typpipoistuma kosteikossa oli 37 %. Toisaalta talvikauden valunnan osuus kokonaisvalunnasta on yleensä pieni.

3.4 Hydrologia

Vesiensuojelukosteikon keskeisin tehtävä on parantaa käsiteltävän valumaveden laatua. Kun valuma-alueilta vesistöihin tuleva kuormitus on suuren vesimäärän ja suhteellisen matalien pitoisuuksien tulo, niin tämä rajoittaa jo lähtökohtaisesti

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

0

kosteikon toimintaedellytyksiä. Kosteikkojen suunnittelussa tämä onkin otettava huomioon. Kosteikon pinta-alan on oltava aina tietyssä minimisuhteessa valuma- alueeseensa ja toisaalta yläpuolelta tulevien valumavesien tulee olla selvästi luon- nontilaisia vesiä kuormittuneempia. Siten yläpuolinen valuma-alue on kosteikon toiminnan kannalta keskeinen tekijä. Sen ominaisuudetyhdessä sääilmiöiden kans- sa määräävät kosteikkoon tulevan kuormituksen määrän ja laadun.

3.4.1 Valuma-alueelta tulevan veden määrä

Keväällä lumen sulamisvaiheessa sekä syyssateiden jälkeen valumat ovat suuria ja kesäisin ja talvisin hyvin pieniä. Koska pienen valuma-alueen vuotuisesta va- lunnasta ja sen mukana ainehuuhtoumasta valtaosa tulee lyhyinä tulvahuippu- kausina (esim. Walling & Webb 1981, Rekolainen ym. 1991), on kosteikon tulva- aikainen toiminta ratkaisevan tärkeää. Jos hydrologinen kuormitus on liian suuri, kosteikoihin tulevan veden viipymä jää liian lyhyeksi ja puhdistusprosessit eivät ehdi vaikuttaa. Runsasvetisimpinä vuosina jopa ravinteiden nettolisäys alapuoli- seen vesistöön kosteikosta on mahdollista mm. resuspension vuoksi (ks. 2.1.1).

Valuma-alueen ominaisuuksista mm. pellon osuus, kaltevuussuhteet, valuma-alu- een koko, muoto, maanpinnan karkeus, tiiviys ja kasvipeitteisyys vaikuttavat va- luntojen äärevyyteen.

Koska valunnan määrään ja ajalliseen jakautumiseen ei voida vaikuttaa, on kosteikon varastotilavuuden suurentaminen ainoa tapa lisätä viipymää. Se voi- daan tehdä laajentamalla kosteikon pinta-alaa ja/tai syventämällä kosteikkoa.

Kaivutöiden aiheuttamien kustannusten ja alapuolisen vesistön kuormittumisen vuoksi kosteikon syventäminen kaivamalla tulee kyseeseen vain rajoitetusti.

Useimmissa tapauksissa kosteikossa tarvittava viipymä tulee turvata laajentamalla kosteikon pinta-alaa valuma-alueeseensa nähden riittävän suureksi. Sitä helpom- min tämä on toteutettavissa, mitä pienempi yläpuolisen valuma-alueen pinta-ala on. Ahtaaksi mitoitettujen kosteikkojen vaikutukset jäävät vähäisiksi. Esim. Pe- verly (1982) totesi typen ja fosforin nettopidättymistä tapahtuneen kandesta tut- kimusvuodesta vain toisena, jolloin kosteikon läpi virrannut vesimäärä oli puolet ensimmäisen tutkimusvuoden vesimäärästä. Suomen olosuhteissa kosteikon mi- toituksen tekee hankalaksi ilmasto-olosuhteista johtuva valunnan epätasainen ajallinen jakautuminen.

3.4.2 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 puolestaan 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 ...

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 tarvittaessa poistaa runsaasti fosforia sisältävä pintamaakerros.

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

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(

'

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 loppuosan hapellisissa oloissa sitouttaa uudelleen maaperään (Leonardson 1994). Hyvään puhdistustulokseen yhdistelmäkosteikolla on päästy mm. Eestissä kolmen lammi- kon (yhteispinta-ala 0,1 ha) ja ruokohelpikosteikon (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

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 osalla 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 % valuma-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. Kesäaikainen 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 matalahko 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

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

Hämeen ^{3 10}

Pirkanmaan ^{7 34}

Kymen 4 19

Etelä-Savon ² 41

Pohjois-Savon ^{4 18}

Pohjois-Karjalan 0 5

Keski-Suomen ^{8 36}

Etelä-Pohjanmaan ²⁰ 3

Pohjanmaan 0 ⁶

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 (%)

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

Kosteikko" 0,25 1,19 11,2 53 186 2031 51 53 100

Laskeutusallas 0,06 0,13 1,9 40 100 1700 45 51 100

' Hanke voi sisältää myös laskeutusaltaan

Suomen ympänstökeskuksen moniste 178 ... ... . .... ... .... ... ... .. . . .. .

0

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

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 vedenläpäisevyys 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 poikkileik- 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 ...

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 toisaalta joen tulvavedet eivät pääse kosteikkoon. Alueen muodon ja korkeussuh- teiden perusteella päädyttiin kosteikkoon, jonka vedenkorkeus vaihtelee kapean V-aukon ohjaamana 0,3 m. Tällöin altaan vesipinta-ala vaihtelee noin 2 000:sta vajaaseen 4 000:een mz:iin. Tämä vastaa noin 500 m3:n vesitilavuuden muutosta ja 1500 m3:n maksimitilavuutta, pohjan ja rantojen lopullisesta muotoilusta riippuen.

Kosteikon maisemasuunnittelu kytkettiin jo yleissuunnitteluvaiheesta lähti- en kiinteästi kosteikon tekniseen ja tutkimustavoitteiden suunnitteluun ja edel- leen toteutusvaiheeseen. Maisemasuunnittelun tavoitteena oli saada aikaan eri tu tkimustavoitteiden ja rakentamisedellytysten rajoissa kosteikkoalue, joka elä- vöittäisi seudun viljelymaisemaa ja joka toimisi myös ulkoiselta toteutustaval- taan mallikelpoisena esittelykosteikkona. Siten eri tavoitteiden pohjalta kosteik- koon suunniteltiin alue veden mukana kulkeutuvan maa-aineksen sedimentoitu- miselle, syvä avoveden alue hapettomille reaktioille sekä matala alue kosteikko- kasveille ja hapellisille reaktioille (kuva 3).

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

0

Näytteenottopisteet tLiite 2)

Ii

^{' / tI,/}

(laskee kesällä 8,30...8,10)

Näkymä uokamu tieltä

8,05 painanne (ruokamultu

kuorittu)

Näkymä mäeltä

NMittcputo

`

~ ~ (8,10)

r

'\ \ 8.10

\

r .\ 8.60

7 90 Kuoppa

1 , 7,60... 7,80 \

pphjå 7, 80,- \

' Ylin tu dröja

II

i i

0 20 4 m t

Kuva 3. Hovin kosteikon maisemasuunnitelma.

Rakennustyön eri vaiheet, niiden ajoitus sekä käytettävissä oleva tekniikka suunniteltiin niin, että mahdollisimman vähän ravinteita ja maa-ainesta siirtyisi töiden takia alapuolella virtaavaan Vihtijokeen. Ajoittamalla kaivutyöt alkuke- sään rantoja ja penkereitä sitovat kasvit ehtisivät juurtua ja muodostaa eroosio- suojan ennen syyssateita. Kaivusuunnitelman lähtökohtana oli alueen muoto ja korkeusasema, olemassa olevat avo-ojat ja salaojitukset sekä kaivun ja maamas- sojen siirron teknis-taloudelliset toteuttamismandollisuudet.

0

6.2.5 Kosteikon maisemasuunnittelu

Hovin kosteikkoalue sijaitsee Vihtijokilaaksoon viettävän viljellyn rinnealueen alareunassa. Se näkyy MTT:n tutkimuskäytössä olevien peltojen yli ohi kulkevalle tielle n. 200 m:n ja tilakeskuksen alueelle n. 500 m:n päähän. Sijaintipaikkansa puo- lesta kosteikko näkyy hyvin ympäristöönsä. Koska avovesipinta on merkittävä tekijä kosteikon erottumisessa maisemassa, tavoitteena oli turvata vesipinnan säi- lyminen ainakin osittain myös kuivana aikana. Sijoituspaikaksi valittiin sen vuok- si maastokohta, jossa jokilaakson pohjavesipinta pitäisi vesipintaa yllä pitkälle kesään. Jokiveden tulvimisen takia kosteikko padottiin sen verran korkealle, että jokiveden aiheuttamaa huuhtoutumisvaaraa ei olisi. Padon kynnyskorkeus riitti juuri ja juuri pitämään kevään 1999 tulvaveden kosteikon ulkopuolella. Kuivan kesän 1999 aikana kosteikon syvässä osassa säilyi vesipinta suunnittelutavoittei- den mukaisesti.

Kosteikon toteuttamiseksi tarvittavan padon sijoittamisessa oli maastollise- na lähtökohtana alueella olevan matalan kalliokohouman hyödyntäminen ja esiin tuominen osana kosteilckoaluetta. Maapato saatiin liittymään luontevaksi osaksi kalliokohoumaa. Suurelta osalta savimaan sisällä ollutta kalliota kaivettiin esiin siten, että se muodostaa yhdeltä sivultaan kosteikolle myös kalliorantaa avovesi- alueen äärellä. Kallio toimii samalla näköalapaikkana, josta saa yleiskuvan kos- teikkoalueesta. Kallio näkyy kosteikon yksityiskohtana myös tielle, mikä pyri- tään ottamaan huomioon alueen jatkohoidossa ja näkymien ylläpitämisessä.

Kosteikko suunniteltiin kolmiosaiseksi siten, että kosteikkoon johtava oja muotoiltiin loivasti mutkittelevaksi kiintoaineksen pidätysalueeksi, minkä jälkeen seuraa syvä avovesipintainen, lähinnä typen puhdistukseen tarkoitettu osuus. Lo- puksi vesi kulkee matalan, vesikasvustoisen, etenkin fosforin puhdistukseen tar- koitetun osuuden läpi mittapadolle. Vesi ohjataan kulkemaan eri vaiheiden läpi kahden kaivumaista muodostetun niemekkeen avulla siten, että kosteikko muo- dostaa laajan s-kirjaimen muodon. Niemelckeet, jotka pysyvät osittain kuivina myös tulvan aikaan, toimivat samalla kulkuyhteyksinä kosteikon eri osiin. Raken- nusvaiheen aikana toteutettiin matalaan osaan myös saari, johon johtaa silta toi- sesta niemekkeestä.

Valuma-alue on kokonaan peltoa, joten virtaamavaihtelut ovat suuria. Pohjan ja ranta-alueiden korkeussuhteiden suunnittelussa oli tavoitteena kosteikkoalue, joka mukautuu vaihteleville vedenkorkeuksille. Syvemmän avovesialueen ja ma- talan osan lisäksi kosteikkoon kuuluu peltoalueen puolella matala tulva-alue, joka liittyy aina kuivana pysyvään niittyalueeseen. Mittapadon v-aukko suunniteltiin suhteellisen jyrkäksi (30°). Mittapato mahdollistaa 30 cm vedenkorkeuden vaihte- lun ennen leveän purkautumiskynnyksen yli virtaamista. Kuivana aikana vesi las- kee siten, että vedenkorkeuden kokonaisvaihteluksi tulee kesän 1999 perusteella n. 70 cm. Suuri varastotilavuus merkitsee sitä, että mm. lyhytaikaiset rankkasateet eivät riitä vielä täyttämään kosteikkoa kesällä v-aukkoon asti ja läpivirtausta ta- pahtuu vasta syksyllä. Kosteikko toimii siten mahdollisimman tehokkaasti virtaa- mavaihteluiden tasaajana.

Kosteikon muotoilun yleisperiaatteena oli kaivutyön taloudellisuus eli ta- voitteena oli toteuttaa monimuotoinen kosteikko mahdollisimman vähillä mas- sojen siirroilla. Kosteikon syvin, avovesialueeksi kaivettu osa sijoittui luontevasti alavimmalle alueelle, missä tiivistä pohjasavea voitiin käyttää patomateriaaliksi.

Kosteikon matalassa osassa kaivuun yleisperiaatteena oli lähinnä vain ruokamul- lan pois kuoriminen. Ruokamultaa kuljetettiin maapadon verhoiluun ja lisäksi lä- heisten peltoalueiden korotukseksi. Pohjasavea kaivettiin matalassa osassa vain sen verran kuin tarvittiin virtausta ohjaavien niemekkeiden rakentamiseen Korke- ussuhteiden vaihtelut ja ranta-alueiden linjaus pyrittiin toteuttamaan mandolli- simman juohevasti toisiinsa liittyen, välttäen suoria rantaosuuksilta ja jyrkkiä, ta-

Suomon yrnoär stökeskuksen moniste 178 ... . . . .. ... . . .. ... ... . ... .... .

0