Minna Kukkonen Metlan työraportteja 245 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2012/mwp245.htm ISBN 978-951-40-2387-3 (PDF) ISBN 978-951-40-2388-0 (nid.) ISSN 1795-150X www.metla.fi Opas metsätalouden vesistökuormituksen seurantaan Metlan työraportteja 245 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2012/mwp245.htm 2 Metlan työraportteja / Working Papers of the Finnish Forest Research Institute -sarjassa julkaistaan tutkimusten ennakkotuloksia ja ennakkotulosten luonteisia selvityksiä. Sarjassa voidaan julkaista myös esitelmiä ja kokouskoosteita yms. Sarjassa ei käytetä tieteellistä tarkastusmenettelyä. Sarjan julkaisut ovat saatavissa pdf-muodossa sarjan Internet-sivuilta. http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/ ISSN 1795-150X Toimitus PL 18 01301 Vantaa puh. 029 532 2111 sähköposti julkaisutoimitus@metla.fi Julkaisija Metsäntutkimuslaitos PL 18 01301 Vantaa puh. 029 532 2111 sähköposti info@metla.fi http://www.metla.fi/ Metlan työraportteja 245 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2012/mwp245.htm 3 Tekijät Kukkonen, Minna Nimeke Opas metsätalouden vesistökuormituksen seurantaan Vuosi 2012 Sivumäärä 47 ISBN 978-951-40-2387-3 (PDF) 978-951-40-2388-0 (nid.) ISSN 1795-150X Alueyksikkö / Tutkimusohjelma / Hankkeet Itä-Suomen alueyksikkö / 350601 Valtakunnalliset ja alueelliset vesistökuormituslaskelmat Hyväksynyt Leena Finér, vastuututkija, 11.10.2012 Tiivistelmä Metsätalouden kuormituksen seurannan oppaassa kootaan yhteen ohjeita metsätalouden vesistökuor- man seurannan järjestämisestä ja ylläpidosta. Oppaan toivotaan edistävän yhtenäisiä käytäntöjä sekä parantavan tulosten laatua ja vertailukelpoisuutta. Ohjeistusta voidaan soveltaa sekä viranomaisluontei- seen seurantaan että tutkimustarkoituksiin. Jatkuvatoiminen mittaustekniikka yleistyy nopeasti ja tarjoaa uusia mahdollisuuksia seurannan to- teuttamiseen. Oppaassa käsitellään myös siihen liittyviä kysymyksiä ja kehitystarpeita. Asiasanat automaattinen mittaus, huuhtouma, jatkuvatoiminen mittaus, kuormitus, valuma-alue, veden laatu, vesistövaikutus Julkaisun verkko-osoite http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2012/mwp245.htm Tämä julkaisu korvaa julkaisun Tämä julkaisu on korvattu julkaisulla Yhteydenotot Sirpa Piirainen, Metla, PL 68, 80101 Joensuu. Sähköposti sirpa.piirainen@metla.fi Bibliografiset tiedot Muita tietoja Taitto: Maija Heino Metlan työraportteja 245 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2012/mwp245.htm 4 Sisällys 1 Johdanto.....................................................................................................................5 2 Seurannan suunnittelu..............................................................................................6 2.1 Seurantasuunnitelma.......................................................................................................... 6 2.2 Vastuut............................................................................................................................... 6 2.3 Sopimukset maanomistajan kanssa sekä luvat ja ilmoitukset viranomaiselle................... 6 3 Seuranta-alueet ja -asemat.......................................................................................8 3.1 Seuranta-alueen ja -aseman suunnittelu maastoon............................................................ 8 3.2 Vertailualueet..................................................................................................................... 9 3.3 Toimenpidealueet............................................................................................................... 9 3.4 Paikka- ja taustatiedot...................................................................................................... 10 3.5 Metsätaloustoimien tiedot............................................................................................... 12 3.6 Alueiden kalibrointi......................................................................................................... 13 4 Virtaaman seuranta.................................................................................................13 5 Vedenlaadun seuranta.............................................................................................15 5.1 Jatkuvatoiminen vedenlaadun mittaus ja kertanäytteenotto – toisiaan tukevat menetelmät.......................................................................................................... 15 5.2 Jatkuvatoiminen vedenlaadun seuranta........................................................................... 17 5.2.1 Laitteistojen ja anturien soveltuvuus ja valinta...................................................... 17 5.2.2 Kalibrointi .............................................................................................................. 20 5.2.3 Huoltotoimet ja antureiden puhdistustarve............................................................. 21 5.2.4 Jatkuvatoimisten mittareiden toiminnan seuranta.................................................. 23 5.2.5 Tiedonsiirto............................................................................................................. 25 5.2.6 Jatkuvatoimisten asemien vastuuhenkilöt ja perehdytys........................................ 26 5.3 Kertanäytteet.................................................................................................................... 26 5.3.1 Koulutus ja sertifiointi............................................................................................ 27 5.3.2 Näytteenoton esivalmistelut................................................................................... 27 5.3.3 Toiminta seuranta-asemalla.................................................................................... 28 5.3.4 Näytteiden esikäsittely, kuljettaminen ja säilyttäminen......................................... 30 5.4 Vedenlaadun analyysimenetelmät................................................................................... 30 5.4.1 Määritysraja............................................................................................................ 31 5.4.2 Mittausepävarmuus................................................................................................. 31 5.4.3 Analyytit................................................................................................................. 31 5.5 Kenttämittaus ja -mittarit................................................................................................. 36 6 Valuma-alueilta tulevan kuorman määrittäminen.................................................37 6.1 Kertanäytteiden vuosittainen ottotiheys.......................................................................... 37 6.2 Kuorman laskeminen....................................................................................................... 38 7 Seurannan dokumentointi ja raportointi...............................................................39 7.1 Seurantatulosten dokumentointi...................................................................................... 39 7.2 Seurantatulosten tarkastus, hyväksyntä, tallennus ja tietokannat.................................... 39 7.3 Raportointi....................................................................................................................... 40 8 Laadun ylläpito seurannassa.................................................................................40 8.1 Sisäiset auditoinnit........................................................................................................... 41 Kirjallisuus....................................................................................................................42 Sanasto..........................................................................................................................44 Liitteet............................................................................................................................45 Metlan työraportteja 245 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2012/mwp245.htm 5 1 Johdanto Metsätalouden eri toimenpiteet voivat aiheuttaa kuormaa alapuolisiin vesistöihin. Vaikutusten laatua, määrää ja kestoa on tutkittu ja seurattu jo 1960–70-luvulta lähtien eri tutkimuslaitosten ja toimijoiden toimesta. Epäyhtenäiset seurantamenetelmät vaikeuttavat tulosten vertailtavuutta, minkä vuoksi on tarve yhtenäistää seurannan ohjeistusta. Metsätaloustoimenpiteiden vesistökuorman laadullinen, määrällinen ja ajallinen vaihtelu asettaa haasteita seurannalle. Osa toimenpiteistä vaikuttaa valuma-alueelta lähtevään valunnan määrään, toiset vaikuttavat veden laatuun ja osa toimista tekee molempia. Kuormitusvaikutukset voivat olla hetkellisiä tai jopa yli kymmenen vuotta kestäviä ja niihin vaikuttavat myös tehdyt vesiensuojelu- toimet ja niiden tehokkuus. Toimenpiteiden kokonaisvaikutusten selvittäminen edellyttää edusta- vien seuranta-alueiden pitkäaikaista ja säännöllistä seurantaa yhtenäisillä seurantamenetelmillä. Maatalouden ja turvetuotannon aiheuttama vesistökuorma eroaa metsätalouden toimenpiteiden vesistökuormasta usealla eri tavalla. Maatalouden kuormitukselle on luonteenomaista paikkasi- donnaisuus, keskittyminen kasvillisuudettomaan ajankohtaan, vuosittainen toistuvuus sekä kor- keat ravinnekuormat. Ensisijaisesti pistekuormittajaksi lasketun turvetuotannon kuormituksen laatu ja määrä vaihtelevat tuotantovaiheiden mukaan ja kuorma on paikkasidonnaista kuten maa- taloudessakin. Metsätaloutta sen sijaan harjoitetaan metsikkökuvio kerrallaan, vaihtuvilla alueilla ja toimenpiteiden aikaväli samalla kuviolla on pitkä. Kaikille kolmelle maankäyttömuodolle on kuitenkin tavanomaista säiden ja vuodenaikojen vaikutus kuorman määrään. Erityisesti lumen su- lamisen aiheuttama suuri vesimäärä keväällä, kesäaikaiset rankkasateet, runsaat syyssateet sekä leudot talvet vaikuttavat kuormaan. Metsätalouden toimenpiteistä kuormitusta aiheuttavat päätehakkuut ja siihen liittyvä maanmuok- kaus ja kunnostusojitus turvemailla sekä lannoitus. Taimikonhoidon ja harvennusten ei tiedetä aiheuttavan merkittävää kuormitusta. Eri toimenpiteillä on erisuuruinen ja -pituinen kuormitus- vaikutus. Vaikutukset kestävät 1–15 vuotta ollen ensimmäisinä vuosina runsaita ja vähentyen ajan myötä. Suometsätaloudessa ja turvetuotannossa korostuu kiintoaine- ja humuskuorma, kun taas liukoinen ravinnekuorma on ensisijaisesti maatalouden ongelma. Kiintoaine ja liukoinen aine koostuvat orgaanisista ja epäorgaanisista aineista. Orgaaninen aine kuluttaa vedestä happea. Perinteisesti eri maankäyttömuotojen kuormitusta on arvioitu alueelta tulevaa virtaamaa ja ai- nespitoisuuksia mittaamalla. Virtaaman mittaus on ollut jo kymmeniä vuosia jatkuvatoimista, mutta pitoisuudet ovat kertanäytteenottoihin perustuvia. Jatkuvatoimisesti vedenlaatua mittaava laite- ja anturitekniikka on kehittynyt viime vuosina vauhdilla. Jatkuvatoiminen mittaus perustuu automatiikkaan. Se ei kuitenkaan sulje pois kertanäytteenottoa vaan molempia menetelmiä jou- dutaan käyttämään rinnakkain toisiaan tukevina. Nopeasti muuttuva ja kehittyvä automatiikka ja tiedonsiirto asettavat haasteita seurannan järjestämiselle. Mittaustuloksia on entistä helpompi ja halvempi saada useasta paikasta samanaikaisesti ja paljon, mutta tiedon laatu vaihtelee. Tämän oppaan tavoitteena on koota yhteen ohjeita metsätalouden vesistökuorman seurannan jär- jestämistä ja ylläpitoa varten. Oppaan toivotaan edistävän yhtenäisiä käytäntöjä, parantavan tu- losten laatua ja vertailukelpoisuutta. Opas ei anna yksityiskohtaisia ohjeita, vaan paremminkin päämääriä ja tavoitteita. Ohjeistusta voidaan soveltaa sekä viranomaisluonteiseen seurantaan että tutkimustarkoituksiin. Metlan työraportteja 245 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2012/mwp245.htm 6 2 Seurannan suunnittelu 2.1 Seurantasuunnitelma Seurannan suunnittelun lähtökohtana tulee olla selkeät päämäärät siitä, mitä tavoitellaan. Tavoit- teiden on hyvä olla yksiselitteisiä, jotta niihin tähtäävät menetelmät voidaan suunnitella. Seuran- taa aloitettaessa tehdään alueelle seurantasuunnitelma. Siinä huomioidaan seurannan tavoitteet, seurantaa tekevät vastuuyksiköt, vastuuhenkilöt ja vastuualueet, tarvittavat sopimukset, luvat, hankintatarpeet ym. kyseisen alueen seurantaan ja sen toteuttamiseen liittyvät asiat. Osana seurantasuunnitelmaa laaditaan jokaiselle alueen seuranta-asemalle asemakohtainen seu- rantakäsikirja, jossa on esitetty asemalla tehtävä seurantatutkimus kuten vuosittainen vesinäyt- teiden seurantaohjelma ja jatkuvatoimisen seurannan suunnitelma sekä niihin liittyvät käytännöt ja ohjeet. Seurantakäsikirjan päivitettävänä osana on toiminnan seurantakirja, johon päivitetään alueella ja seuranta-asemilla tehdyt toimet, havainnot ja huomiot. Seurantasuunnitelma ja asema- kohtaiset seurantakäsikirjat talletetaan sähköiseen tietokantaan ja se muodostaa osan seurannan tietojärjestelmästä. Suunnittelun päätarkoituksena on ennakoida seurannassa eteen tulevia kysymyksiä ja näin lisätä valmiuksia työn onnistumiseen. Suunnitelmia tehtäessä on tärkeää miettiä asioita pitkällä aikajän- teellä ja dokumentoida ne. Osa asioista jää avoimiksi ja kehittelyn alaiseksi, mikä on hyvä huo- mioida suunnitelmassa. Niihin tehdään suunnitelmat vasta myöhemmin, mikä tulee myös doku- mentoida. Suunnittelun aikana on tarvetta maastokäynteihin mm. alueiden tilan ja rajautumisten toteamiseksi. 2.2 Vastuut Seurannan suunnittelun tärkeänä osa-alueena on vastuiden jako. Seurannasta vastaava organisaa- tio nimetään ja lisäksi nimetään vastuuhenkilöt seurannan toteuttamisen eri osa-alueille: suun- nitteluun, johtamiseen, ohjaamiseen, toteuttamiseen, dokumentoimiseen, aineistojen tarkastami- seen, tietokantaan tallentamiseen ja raportoimiseen. Seurantaa tehdään myös ostoperiaatteella. Hankintana voi olla esimerkiksi laboratoriopalvelut, näytteenotto tai jatkuvatoiminen mittaus. Jokainen hankinta vaatii tarkan esiselvityksen, jotta saa- tu palvelu vastaa tarvetta ja täyttää kriteerit laadun sekä luotettavuuden osalta. Esiselvitykseen kannattaa varata riittävästi aikaa, sillä siinä huomioidut hankintakriteerit vaikuttavat hankinnan ja seurannan onnistumiseen. Kaikki suunnitelmat ja päätökset tulee dokumentoida. Liitteeseen yksi on listattu hankinnan yhteydessä mietittäviä asioita. 2.3 Sopimukset maanomistajan kanssa sekä luvat ja ilmoitukset viranomaiselle Seuranta-asemia ei saa rakentaa minne tahansa, vaan toimintaan tarvitaan maanomistajan suos- tumus ja mahdollisesti ilmoitus viranomaiselle tai lupa viranomaiselta. Maanomistajan kanssa keskustellaan ennakkoon siitä, mitä muutoksia alueella saa tai joutuu tekemään, jotta asema tar- vittavine laitteistoineen saadaan sinne perustettua (kuva 1). Alueelta saatetaan joutua kaatamaan puita ja saatetaan joutua raivaamaan polku tai rakentamaan tie. Maanomistajan kanssa on myös Metlan työraportteja 245 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2012/mwp245.htm 7 hyvä sopia, mitä kautta alueelle liikutaan rakennusvaiheessa sekä myöhemmin, voiko alueella kaivaa ja mitä tehdään ylijäämämaan kanssa sekä kertoa ja keskustella mahdollisista riskeistä ja korvauksista maanomistajalle. Sopimuksissa tulee huomioida myös mitta-anturit, mahdolliset automaattiset näytteenottimet, antennimastot, virtalähteet, mahdollinen verkkovirran käyttö, aurinkopaneelit ym., sillä niiden asentamiseen saatetaan tarvita lupa. Metsätalouden kuormitusseuranta on pitkäaikaista, min- kä vuoksi jatkumisen varmistamiseksi tulee maanomistajan kanssa tehdä asiasta sopimus, jota mahdollisesti päivitetään määräajoin. Lisäksi vertailualue käytännössä rauhoitetaan määräajaksi metsätaloustoimien ulkopuolelle. Sopimuksen asiat kirjataan ylös myöhempien väärinkäsitysten välttämiseksi. Mittapadon perustamiseen saatetaan lisäksi tarvita lupa tai ilmoitus viranomaisille. Luonnontilai- sessa uomassa arvioidaan rakennelmien vaikutuksia uoman luonnontilaan. Luvan tarpeellisuutta selvitettäessä tulee miettiä, mitä mittapato aiheuttaa uomassa; se ei saa estää kalojen ja pohja- eläinten kulkua. Jos padon tai mittakaivon rakentaminen ei aiheuta merkittäviä haittoja, niin lu- paa alueviranomaisilta (AVI) ei tarvita. Jos uoman luonnontilaan aiheutuu merkittäviä muutok- sia, niin silloin voi joutua hakemaan lupaa. Luvan tarvetta arvioidaan maastokäynnin perusteella. Ojiin mittapatoja saa yleensä tehdä ilman viranomaislupaa. Epäselvissä tapauksissa voi olla yhte- ydessä viranomaiseen (lisätietoa Ketola 2003). Kuva 1. Maan kaivamisesta ja maa-aineksen käytöstä seuranta-asemaa rakennettaessa tulee sopia maanomistajan kanssa. Metlan työraportteja 245 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2012/mwp245.htm 8 3 Seuranta-alueet ja -asemat 3.1 Seuranta-alueen ja -aseman suunnittelu maastoon Metsätalouden vesistökuormituksen seuranta-alueeksi tulee valita selkeärajainen valuma-alue. Tarkoitukseen sopivat parhaiten pienet metsäiset valuma-alueet, joilla on laskuoja tai -puro, jo- hon perustetaan alueelta lähtevän veden virtauksen ja laadun seuranta-asema. Aseman varustus koostuu mittapadosta tai kaivotyyppisestä asemasta sekä jatkuvatoimiseen mittaukseen tarvitta- vasta laitteistosta (kuva 2). Seuranta-aseman valuma-alueella ei tulisi olla muuta maankäyttöä kuin metsätalous. Toimenpi- teiden vaikutusten seurannan tulee olla mahdollisimman yksiselitteistä ja muita, tuloksia häiritse- viä toimia ei tule tehdä. Valuma-alueella tehtävien toimien erottumista mitatuissa parametreissa tulee arvioida ennakkoon aikaisemman tutkimustiedon perusteella. Valuma-alueen koko ja toimi- en sijoittuminen vaikuttavat siihen, minkä verran kuorma laimenee ennen mittauspistettä. Kaikki huomiot asemasta tulee kirjata ylös seurantasuunnitelmaan. Alueilla, joilla on tehty vesiensuojelutoimenpiteitä, voidaan perustaa kaksi asemaa, joista toinen vesiensuojelurakenteiden yläpuolelle ja toinen alapuolelle. Valuma-alueella voi myös olla muita seuranta-asemia, jos niiden katsotaan tuovan tarpeellista lisätietoa alueesta. Lisäasemilta voidaan ottaa näytteitä seurantajakson aikana alue-erojen selventämiseksi. Kaikki asemat, toimet ja huo- miot dokumentoidaan seurantasuunnitelmaan. Seuranta-aseman perustaminen aloitetaan karttatarkastelulla ja maastokäynneillä. Sijaintia suun- niteltaessa tulee miettiä asemalle kulkemista mm. teiden läheisyyttä ja talviaikaista kulkemista. Kovin syrjäisille seuduille kulkeminen sekä välineistön kuljettaminen ja vesinäytteiden hakemi- nen saattaa olla työlästä ja aikaa vievää. Kuva 2. Vasemmassa kuvassa mittapato sekä vedenlaadun seuranta-asema (kuva Erkki Oksanen) ja mittakaivon asennus oikeassa kuvassa (kuva Leena Finér). Mittalaitteisto asennetaan mittakaivon sisään. Metlan työraportteja 245 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2012/mwp245.htm 9 Seuranta-aseman sijoituksen yhteydessä tulee suunnitella sähkön saatavuus ja tuotto sekä sähkö- laitteiden käyttö. Yleensä sähkö tuotetaan aurinkopaneeleiden ja akkujen avulla. Virranlähteenä toimivat aurinkopaneelit pitää pystyä asentamaan avoimeen maastoon, suhteellisen tasaiselle pai- kalle, jossa ei ole varjostavia tekijöitä. Monet vedenlaatuanturit kuluttavat niin paljon virtaa, että verkkovirtaa kannattaa käyttää, mikäli se vain on mahdollista. Sähköä käytettäessä tulee huomioi- da, etteivät sähkötarvikkeet joudu eristämättöminä veden varaan mahdollisten tulvien yhteydessä. Langattomia asemia ei tule asentaa voimalinjojen alle tai GSM-verkon ulkopuolelle, jotta datan siirtoon ei tulisi häiriöitä. Myös antennimastojen ukkossuojauksen tarve tulee selvittää. Veden virtaamaa ja laatua mittaavan seuranta-aseman toteuttamiseksi on eri ratkaisuja kuten mit- tapato, kaivotyyppinen asema (myöhemmin mittakaivo) tai putkipato. Patorakennelmaa tai mitta- kaivoa suunniteltaessa tulee huomioida, että se on toimiva ja koko vastaa aseman virtaamamuu- toksia. Aseman perustamispaikka tulee suunnitella siten, että siihen saadaan tehtyä tarvittavat rakennelmat ja että sen kautta virtaavan veden määrä on riittävä eikä padotus aiheuta huomattavia tulvia. Asemalle mahdollisesti laitettavien jatkuvatoimisten mittalaitteiden huollon tulee olla käy- tännöllistä samoin kuin yksittäisten vesinäytteiden oton. Mittakaivon tai -padon rakentamisessa pudotuskorkeuden tulee olla riittävä. Jos pudotuskorkeutta ei ole tarpeeksi, ojaan voidaan laittaa putki, jonne ultraääneen perustuva mittalaitteisto sijoitetaan. Mittapadon tai mittakaivon suunnit- teluun ja rakentamiseen kannattaa käyttää asiaan perehtyneen asiantuntijan apua. 3.2 Vertailualueet Seurannan toteuttamisessa käytetään pääasiallisesti toimenpidealue – vertailualue ja kalibrointi- jakso -menetelmiä. Vertailualueina käytetään luonnontilaisia metsiä tai kasvatusmetsiä, joissa ei oleteta enää näkyvän edellisistä metsätaloustoimenpiteistä kuormituksen merkkejä, mikä merkit- see vähintään kymmentä toimenpiteetöntä vuotta. Vertailualueelle ei saa olla myöskään tarpeita tulevista metsätaloustoimista seuraavaan 10–15 vuoteen. Vertailualueen tulisi olla mahdollisim- man samankaltainen metsien puusto- ja ikärakenteeltaan, maastomuodoiltaan ja maaperältään sekä kooltaan toimenpidealueen kanssa. Vertailuvaluma-alueen tulisi sijaita mahdollisimman lähellä toimenpidevaluma-aluetta. Tällöin säästä ym. vaihtelusta johtuvat poikkeamat voidaan minimoida. Sama alue voi toimia useamman toimenpidealueen vertailualueena. Luonnontilaisia vertailualueita voi hyödyntää myös luonnon taustakuorman seurannassa. 3.3 Toimenpidealueet Toimenpidealueisiin kuuluvat metsät, joissa tehdään metsän elinkaaren aikana eri metsätaloustoi- mia kuten kasvatus- ja uudistamishakkuita, hakkuutähteiden korjuuta, kantojen nostoa, ojitusta, kunnostusojitusta, maanmuokkausta, lannoitusta, kulotusta ym. Toimenpiteiden lisäksi tulee seurata myös mahdollisten vesiensuojelutoimenpiteiden tehoa tar- peen mukaan yksityiskohtaisemmin ja huomioida lietekuopat, laskeutusaltaat, suojavyöhykkeet, kosteikot, ketjutetut pienkosteikot, tulva-alueet, luonnonmukainen kuivatus, pintavalutus, ojakat- kot, ym. Metlan työraportteja 245 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2012/mwp245.htm 10 3.4 Paikka- ja taustatiedot Valuma-alue rajataan ja digitoidaan paikkatieto-ohjelmaan peruskartalle (1:10 000) sekä nime- tään karttatietojen mukaan (kuva 3). Rajauksessa käytetään apuna korkeuskäyriä, korkeusmallia ja maastohavainnointia. Niiden avulla valuma-alue rajataan vedenjakajien mukaan. Kaltevuudel- taan pienillä valuma-alueilla vesi saattaa tulva-aikaan virrata eri reittiä kuin normaalivirtaaman aikana ja tästä aiheutuu tarkasteluun pahimmillaan huomattavaa virhettä. Esimerkiksi suoalueilla jakaminen saattaa olla hankalaa, koska vuodenajasta ja veden määrästä johtuen saattaa vesi virra- ta eri suuntiin. Tällaisissa tapauksissa alue rajataan mahdollisuuksien mukaan yli- ja keskiveden määräämän virtaaman mukaan. Tavoitteena on rajata alue siten, että se kuvastaa kuorman kul- keutumista. Rajaukseen tarvitaan maastotarkastelua eri vedenkorkeuden aikoina. Seuranta-asemasta, valuma-alueesta ja sen maankäytöstä tehdään selvitys mahdollisuuksien mu- kaan. Tiedot laitetaan aseman tietokantoihin ja lisäksi paikkatiedot, toimenpiteet, metsäautotiet ym. digitoidaan ja tallennetaan paikkatieto-ohjelmaan. Näillä tiedolla selvennetään taustatekijöi- tä, jotka vaikuttavat veden latuun. Lisäksi tiedot ovat valmiina raportointia, alue-esittelyä, kart- toja ym. varten. Kuva 3. Puuston ikäluokat ja metsätaloustoimet vaihtelevat valuma-alueella. Seurantaan valitusta valuma-alueesta kerätään tiedot seurantasuunnitelmaan ja digitoidaan paikkatieto-ohjelmaan. Niitä voidaan käyttää erilaisten karttapohjien luonnissa (kuva Erkki Oksanen). Metlan työraportteja 245 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2012/mwp245.htm 11 Kuva 4. Lähteen purku (kuva Minna Kukkonen). Kartoitettavia tietoja ovat: • valuma-alueen numero kolman- nen jakovaiheen mukaan • seuranta-aseman x-, y-, z-koordi- naatit, niiden tarkkuus ja käytet- ty karttajärjestelmä • alueellinen metsäkeskus, kunta, maanomistaja ja yhteystiedot • pinta-ala • alueen kasvillisuusvyöhyke, kuviokohtaiset kasvupaikka- ja puustotiedot (omistajan metsä- suunnitelmat) • alueen korkeus merenpinnasta, kaltevuus ja mahdollisuuksien mukaan korkeuserot • maa- ja kallioperätiedot, avokal- liot, maaperän paksuus, pohjave- den syvyys • turvemaan osuus ja turpeen pak- suus sekä turvelaji ja maatunei- suus • lähteet, tihkupinnat ym. (kuva 4) • järvien ja lampien pinta-alat • mahdolliset muut maankäyttö- muodot ml. voimalinjojen pinta- alat, sekä asutus, henkilö- ja karjamäärät • suojelualueiden pinta-ala • metsänkäsittely viimeiseltä kym- meneltä vuodelta, pinta-alat • ojitustiheys metreinä pinta-alaa kohden ja ojitusalueen osuus pinta-alasta sekä ojitusvuodet • puron ja/tai lasku-uoman pituus, syvyys, leveys, piilopurot • metsäautoteiden pituus ja sijainti • mahdolliset ilmakuvat seurannan aloituksen ja toimenpiteiden jäl- keen • mahdolliset laserkeilausaineistot • aikaisemmat tutkimukset ja selvi- tykset alueelta • lähimmät sää- ja ilmastoasemat. Metlan työraportteja 245 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2012/mwp245.htm 11 Metlan työraportteja 245 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2012/mwp245.htm 12 3.5 Metsätaloustoimien tiedot Seuranta-aseman vedenlaatuun vaikuttaa valuma-alueen olosuhteiden lisäksi siellä tehdyt toimenpiteet, niiden intensiteetti ja laajuus, sijoittuminen sekä ajankohta. Seurantaa teke- vällä taholla on myös itsellään vastuu olla säännöllisesti yhteydessä maanomistajaan em. muutosten toteamiseksi. Toimien kirjaamisessa metsikkökuviotaso on riittävä. Seurannan aikana seurattavia toimia ovat: • kaikki metsätaloustoimenpiteet, käytetty menetelmä ja konetyyppi sekä tarkat toimen- pideajankohdat • toimenpidealueen pinta-ala • metsäautoteiden rakentaminen • massansiirrot • muut mahdolliset huomiot esimerkiksi huomattava sateisuus toimenpiteen aikana, myrsky- tuhot ym. • mahdolliset metsänkäyttöilmoitusten tai viranomaisille toimitettujen suunnitelmien kopiot • muut mahdolliset vesistövaikutuksia aiheuttavat toimet kuten myrskytuhopuiden korjuu, lumi- ja hirvivahingot, hyönteistuhot • ojien laatuinventointi, mm. palautuminen/sammaloituminen, ojituksen ylettyminen kiven- näismaahan, syöpyminen • huomiot mahdollisista metsäkoneiden ajourien vaikutuksista (oikovirtaukset, puroylitykset), ajourien epätavallinen syvyys tai maan tiivistyminen. Metsätaloustoimenpiteistä seurataan: • hakkuut, hakkuutapa, poistettu puumäärä mahdollisesti puutavaralajeittain, puulajisuhteet • maanmuokkaus, menetelmät, pinta-alat • ojitukset, menetelmät • lannoitus, lannoitetyyppi, ravinnesuhteet ja määrä • raivaus ja hakkuutähteiden korjuumäärät hakkuiden jälkeen • kantojen poisto, määrät • toimintojen tarkat alku- ja loppupäivämäärät kellonaikoineen • tehdyt vesiensuojelutoimet ja -rakenteet, • puutavarapinojen ja hakkuutähde- ja kantokasojen/aumojen sijainti ja varastointiaika. Tehdyt toimenpiteet talletetaan vuosittain seuranta-aseman toiminnan seurantakirjaan ja digi- toidaan paikkatieto-ohjelmaan. Pelkkä digitointi paikkatieto-ohjelmaankin on riittävä, kunhan kaikki toimet ja tiedot kirjataan ylös. Jos alueella ei ole tehty toimenpiteitä, niin sekin mainitaan. Toimenpiteiden muut vaikutukset, kuten selvät eroosiot ojitusten seurauksena tulee myös kirjata ylös. Metlan työraportteja 245 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2012/mwp245.htm 13 3.6 Alueiden kalibrointi Ennen metsätaloustoimenpiteitä kalibroidaan toimenpide- ja vertailualuetta samanaikaisesti 3–5 vuotta. Sen aikana seurataan alueelta lähtevää ravinnekuormitusta ilman metsätaloustoimenpi- teitä, kartoitetaan alueen tiedot sekä historia ja testataan laitteistoa sekä seurannan toteuttamis- menetelmiä. Kolme vuotta on minimi kalibrointiaika. Suositeltavin olisi 5 vuotta, jotta mm. sään aiheuttamat vuosien väliset vaihtelut mitattaviin parametreihin tulisivat paremmin esille ja mit- tauslaitteisto sekä asemakohtaiset toimintaperiaatteet saadaan käyntiin. Kalibrointiajan toimet, tulokset ja huomiot talletetaan aseman toiminnan seurantakirjaan. Kalibrointijakson jälkeen toimenpidealueella tehdään metsätaloustoimet, joiden vaikutuksia sel- vitetään seurannan avulla toimenpiteen vaikutuksen ajan, joka kestää useita vuosia (10–15 v.). Ver- tailualueen seuranta jatkuu toiminta-alueen seurannalle rinnakkaisena eikä sillä tehdä metsätalous- toimenpiteitä. 4 Virtaaman seuranta Virtaama määritellään tietyn uoman poikkileikkauksen kautta virtaussuuntaan aikayksikössä kul- keutuvaksi vesimääräksi (esimerkiksi m3 s-1 tai l s-1) (Korhonen 2007). Luonnonuomissa tehtä- vissä mittauksissa määritetään uoman poikkileikkauksen pinta-ala ja poikkileikkauksen keskino- peus te-kemällä mittauksia uoman eri pisteissä. Virtaama (Q) saadaan seuraavasta yhtälöstä: Q = missä v(A) on virtausnopeus (m s-1) poikkileikkauksessa A (m2). Virtaaman jatkuvatoiminen mittaaminen on suositeltavin ja toimivin menetelmä. Mittaus perus- tuu tällöin yleensä sähköiseen paineanturi- tai ultraäänitekniikkaan tai mekaaniseen limnigra- fiin. Anturit asennetaan mittapatoihin, -kaivoihin tai suoraan uomaan (kuva 5). Pienten virtaamien mittaukseen soveltuu V-mallinen mittapato (Thompson). Se sopii yli 0,05 L s-1 virtaamille. Padon malli voi vaihtoehtoisesti olla tasapohjainen (”Crump”) varsinkin, jos eroosio on huomattavaa. Patomateriaali voi olla betonista, metallista tai puusta. Vedenkorke- utta mitataan joko kiinteiltä asteikolta luettuina havaintoina tai paineanturilla, harvemmin enää limnigrafilla. Jatkuvatoiminen anturihavainnointi on suositeltavin vaihtoehto, koska pienillä va- luma-alueilla virtaamat vaihtelevat nopeasti. Mittapato ja paineanturit voivat sijaita myös mittakaivon sisällä, jolloin veden jäätymistä talvisin ei juuri tapahdu. Vettä mitataan samalla lailla V-aukon mittalevyn ilmoittaman veden korkeuden ja paineanturin avulla. Mittapatoa tai -kaivoa asennettaessa tulee huomioida, että asema on sopi- vassa syvyydessä, horisontaalisesti vaaterissa, ja sen ohi ei pääse virtaamaan vettä. Mittakaivoja tulee seurata ja huoltaa, etteivät ne liety umpeen, limoitu tms. tapahdu, mikä mahdollisesti vaikut- taa veden virtaukseen, laatuun tai mittaamiseen. Avouomasta mitattavien vedenkorkeuksien absoluuttinen korkeustaso ja purkautumiskäyrä on tunnettava. Tämä edellyttää havaintopaikan korkeuden mittausjärjestelmän sitomista valtakun- Metlan työraportteja 245 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2012/mwp245.htm 14 nalliseen korkeustasoon. Maankohoamisen vuoksi Suomessa on useita valtakunnallisia kor- keusjärjestelmiä (NN, N43, N60). Kolmas tarkkavaaitus saatiin tehtyä vuonna 2004 ja N2000- korkeusjärjestelmän käyttöönottoa odotellaan parhaillaan. Jos virtaamaa mitataan mittapadolla, absoluuttisen korkeustason tunteminen ei ole tarpeen, koska pinnankorkeus patoaltaassa suhtees- sa V-aukon nollapisteeseen määrittää virtaaman suuruuden. Valuma-alueen purkupisteessä sijaitsevalle mittapadolle määritetään virtaamamittauksiin perus- tuva purkautumiskäyrä, jonka perusteella paineanturin avulla saatu pinnankorkeus muutetaan virtaamaksi. Purkautumiskäyrä voidaan piirtää suoranaisten virtaamamittausten perusteella, jos uoma täyttää hydrauliset ehdot (Korhonen 2007). Mittauksia tarvitaan erilaisista virtaamatilan- teista 5–10 kpl. Purkautumissuhteet voivat muuttua sääolosuhteiden, ihmisen toiminnan (vesi- työt, eroosio, kasvillisuus, metsänkäsittely, ojitukset), uoman luonnollisen muuttumisen tai jopa majavien toimesta. Purkautumiskäyrän tarkistamiseksi tulee tehdä kontrollimittauksia, jos epäil- lään uoman virtauksen muuttuneen. Talvisin saattaa jää padottaa vettä niin, että purkautumiskäyrästä ei saada suoraan oikeita virtaa- malukemia. Tällaisilla paikoilla virtaamahavainnoille täytyy tehdä jälkeenpäin ns. jääreduktointi. Jääreduktoinnilla talviajan virtaama määritetään purkautumiskäyrän, ilman lämpötilan, jäätymis- ja jäänlähtöhavaintojen, tarkistusmittausten sekä saman vesistön vertailumittausten avulla. Jää- reduktio tehdään graafisesti hyödyntämällä edellä mainittuja havaintotietoja. Myös vesistömalle- ja on alettu käyttää viime vuosikymmeninä jääreduktoinnin apuna (Korhonen 2007). Paineanturitekniikka soveltuu mittapadoille, joissa virtausnopeus on kohtalainen tai voimakas ja vesi pysyy sulana läpi talven. Paineantureiden toimintaa seurataan ja kalibroidaan patoon integ- roidun korkeusmitan ja ajoittain padon V-aukosta tehtyjen manuaalisten (mittakeppi) mittausten avulla. Manuaalinen vedenpinnankorkeuden mittaus tulisi tehdä asemalla käydessä tai noin ker- ran kuukaudessa (Korhonen 2007). Vedenpinnan korkeutta verrattaessa tulee huomioida, onko jatkuvatoiminen arvo keskiarvo vai hetkittäinen luku sillä manuaalinen mittaus on aina hetkittäi- nen arvo. Manuaalisen mittauksen ajankohta tuleekin merkitä 1–5 minuutin tarkkuudella kenttä- lomakkeeseen. Paineanturimittauksen alkuvaiheessa vedenpinnan korkeutta voidaan mitata myös perinteisellä limnigrafilla paineanturin toiminnan varmistamiseksi. Kuva 5. V-mallinen mittapato ja pato mittakaivossa (kuvat Minna Kukkonen). Metlan työraportteja 245 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2012/mwp245.htm 15 Limnigrafilla seurataan vedenpinnan korkeusmuutoksia patoaltaan vaimennuskaivossa. Muutos välittyy uimurin ja vaijerin kautta piirturiin. Siinä olevan rummun ympärille on kierretty pape- ri, joka on tavallisesti jaettu kahdeksaan vuorokauteen. Kellolaite pyörittää rumpua siten, että vuorokaudessa rumpu kiertyy paperiin merkityn vuorokauden verran. Rummun liikkuessa piirrin piirtää paperille käyrän, josta voidaan lukea vedenpinnan jatkuva vaihtelu (Vesihallitus 1984). Limnigrafi on viikko- tai kuukausikiertoinen ja sen paperia joudutaan vaihtamaan sen mukaan. Kuukausikiertoinen limnigrafi soveltuu parhaiten vain tilanteisiin, joissa vaihtelut virtaamassa ovat hyvin pieniä. Limnigrafin käytöstä on lisää Jaakkolan ja Järvisen (2010) raportissa. Ultraäänimenetelmä soveltuu tasaisen ja hitaan virtaaman mittaukseen, kun putouskorkeutta ei juuri ole. Menetelmässä virtaamaa mitataan putkipadolla tai tierummussa akustisesti ja se huomioi virtaaman molempiin suuntiin. Patorakennelmien soveltuvuuden ja toimivuuden varmistamiseksi tulee sijoittamista ja suunnitte- lua tehdä myös paikan päällä maastossa ja käyttää suunnitteluun kokemusta omaavia asiantunti- joita. Virtaamaa olisi myös hyvä seurata jo ennen mittalaitteiden asentamista yli- ja alivirtaama- aikoihin mittapadon mitoittamiseksi. Mittauslaitteiston asentamista ja soveltuvuutta varten tulee selvittää uoman leveys, syvyys, maaperä, virtaamarajat, putouskorkeus ym. Selvityksissä tulee huomioida myös padon aiheuttamat virtaaman muutokset, jotta vältetään tulvimisesta, kuivumi- sesta tai jäätymisestä johtuvat ongelmat. Varsinkin pienillä valuma-alueilla talven aiheuttamat ongelmat mm. antureiden ja virtalähteiden toimivuuteen ja tarkkuuteen tulee selvittää etukäteen. (Lisätietoa Jaakkola ja Järvinen 2003 ja Korhonen 2007.) 5 Vedenlaadun seuranta 5.1 Jatkuvatoiminen vedenlaadun mittaus ja kertanäytteenotto – toisiaan tukevat menetelmät Seuranta-aseman virtavedestä voidaan mitata veden laatua jatkuvatoimisesti erilaisilla antureilla tai kertanäytteenotolla. Jatkuvatoimisella mittauksella saadaan huomattavasti enemmän ja tar- kempaa tietoa mitattavan suureen ajallisesta käyttäytymisestä kuin kertanäytteenotossa, jossa pi- toisuus on vain hetkittäinen tulos. Pienten valuma-alueiden uomissa virtaaville vesille on luonteenomaista ainepitoisuuksien suuri vaihtelu lyhyelläkin aikavälillä kuten vuorokauden aikana, vuorokausien välillä sekä vuodenaiko- jen ja varsinkin rankkasateiden mukaan. Aineet kuten ravinteet kulkevat uomassa usein pulsseina. Muutosten nopeuteen vaikuttaa lähinnä valuma-alueiden pieni vedenvarastointikapasiteetti mutta myös mm. lämpötila ja biologiset prosessit. Kertanäytteenotolla on mahdotonta seurata tätä pitoi- suuksien vaihtelua, jolloin jatkuvatoimisilla mittauksilla saadaan paremmin kiinni mitattavien aineiden pitoisuusvaihtelun suuruus ja ajallinen käyttäytyminen. (mm. Lepistö ym. 2010). Tämä korostuu myös leutoina talvina ja poikkeuksellisissa sääoloissa, jolloin tulva- ja kuormitushuip- puja on vaikeaa ennustaa (Linjama ym. 2009). Jatkuvatoimisella mittauksella voidaan myös tarkentaa kuormituksen ajankohtaa ja käyttäytymis- tä suhteessa muihin muutoksiin. Esimerkiksi Yläneenjoen kahdella seuranta-asemalla oli eroja sameuden ja virtaaman kasvun ajoittumisessa (Koskiaho ym. 2010). Pienemmällä valuma-alueella Metlan työraportteja 245 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2012/mwp245.htm 16 sameuden maksimipiikit ajoittuivat hieman ennen virtaamapiikkiä, kun taas suuremmalla valuma- alueella sameuspiikki ajoittui vasta virtaamapiikin jälkeen. Jatkuvilla mittauksilla saadaan myös selville mitattavien aineiden erilainen käyttäytyminen uo- massa. Esimerkiksi Säkylän Pyhäjärven tutkimuksen jokiaineistossa kiintoaine- ja kokonaisfos- forikuormat nousivat virtaaman lisääntyessä, kun taas nitraattitypen kuorma ei aina seurannut vir- taaman kasvua (Kallio ym. 2010). Kokonaisfosforin ja kiintoaineen kuormitushuiput olivat myös hetkellisempiä kuin kokonaistypen, joka noustuaan pysyi ylhäällä. Siksi kokonaistypen korkeat kuormat oli helpompi saada dokumentoiduiksi myös harvemmin tehtävillä kertanäytteenotoilla, kuin kokonaisfosforin tai kiintoaineen, joiden korkeat kuormat tulivat esille jatkuvatoimisten mit- tausten avulla. Jatkuvatoimisilla mittauksilla voidaan sopivissa olosuhteissa tietyistä mittausarvoista johtaa toi- sia vedenlaatusuureita. Esimerkiksi sameuden jatkuvatoimisesta mittausarvosta voidaan johtaa kiintoaineen ja kokonaisfosforin pitoisuudet tietyillä ehdoilla (Linjama ym. 2009, Koskiaho ym. 2010). Jatkuvalla mittauksella saatu aineisto on suoraan sähköisessä muodossa ja siten nopeammin käy- tettävissä toisin kuin perinteisesti käsin mitatut tai laboratoriossa määritetyt arvot, jotka joudu- taan syöttämään ja/tai siirtämään haluttuihin tietokantoihin. Jatkuvatoimisten mittareiden tuotta- ma data on yleisesti kustannustehokkaampaa näytemäärään suhteutettuna, joskin se myös tuottaa huomattavat määrät aineistoa, minkä hyödyntäminen ja arkistointi on myös suunniteltava. Lisäksi datan joutuu tarkastamaan virheistä ja korjaamaan tarvittaessa ennen käyttöä. Kertanäytteiden kuljetus- ja säilytysolosuhteet saattavat vaikuttaa veden laatuun, mikä on ana- lyyttikohtaista. Jatkuvatoimisessa mittaamisessa ei tule näytteenotosta, kestävöinnistä, kuljetuk- sesta, säilyttämisestä ym. johtuvia virheitä. Verrattaessa jatkuvatoimisia ja kertanäytteenotolla saatuja arvoja ei voida aina sanoa, kumpi on ”lähempänä” totuutta. Veden laatu saattaa muuttua laboratorioon viennin aikana, mistä selvimpänä esimerkkinä on happamuus (pH). Jatkuvatoimisilla antureilla on myös rajoitteensa, sillä niitä on vain osalle mitattavista paramet- reista ja niiden mittaustarkkuus ja -alue(/-väli) asettavat rajoituksia sille, kuinka tarkkaan ja mil- lä mittausepävarmuudella mittauksia saadaan tehtyä. Myös seurantapaikan olosuhteet ja niiden vaihtelu (mitattavan veden laatu mm. muut yhdisteet, väri, lämpötila, jännitevaihtelut yms.) vai- kuttavat tuloksien tarkkuuteen, samoin kuin laboratorioanalyyseissä. Jatkuvatoimiset mittaukset eivät siis yksin riitä seurantaan, vaan tarvitaan kertanäytteenottoa tar- peeksi laajoilla pitoisuuden vaihteluväleillä niiden kalibrointiin. Samoin, jos toista mittaussuu- retta käytetään toisen suureen laskemiseen, niin arvioitavasta suureesta tarvitaan kertanäytteitä riittävän laajalla vaihteluvälillä. Lisäksi jatkuvatoimisen anturin mittausepävarmuuden tulee olla niin pieni, että laskettavasta muuntokertoimesta saadaan luotettava. Antureilla ei myöskään voida ainakaan toistaiseksi tuottaa standardoituja tuloksia, koska antureiden tuottamat arvot riippuvat anturityypistä ja mittausolosuhteista. Jatkuvatoimisia laitteita tulee huoltaa säännöllisesti ja niiden tuottamaa dataa on seurattava jat- kuvasti. Mahdollisten ongelmien, kuten mittausta haittaavan likaantumisen tai laiterikon sattues- sa ne on käytävä nopeasti puhdistamassa tai korjaamassa. Muutoin datan oikeellisuutta ei voida taata. Metlan työraportteja 245 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2012/mwp245.htm 17 Käytännössä metsätalouden jatkuvatoimisiin mittauksiin soveltuvia parametreja voivat olla vir- taama, sameus, kiintoaine, happamuus (pH), liukoinen hiili (DOC), kokonaishiili (TOC), kemi- allinen hapenkulutus (COD) ja johtokyky. Nitraattianturien toimivuus on osittain epävarmaa ja vaatii kehittelyä; ne soveltuvat parhaiten maatalousvaltaisten valuma-alueiden seurantaan, missä pitoisuudet ovat korkeita (Kallio ym. 2010). Suunniteltaessa jatkuvatoimista mittausta seuranta- kohteille tulee olla yhteydessä laitetoimittajiin. Ala on nopeasti kehittyvä ja eri laitetoimittajilla on erityyppisiä sekä erilaisissa vesissä käytettäviä antureita, joiden ominaisuuksia ja käyttökoke- muksia tulee verrata. 5.2 Jatkuvatoiminen vedenlaadun seuranta Jatkuvatoimisten seuranta-asemien toimivuuden ja datan laadun varmistaminen alkaa siitä, että jo laitteiden hankintavaiheessa valitaan oikeanlaiset ja laadukkaat anturit ja tallentimet, jotka sopi- vat asennuspaikkaan ja mitattavan veden ominaisuuksiin. Mittaamisessa tulee kiinnittää huomiota koko mittausketjuun (Lepistö ym. 2010 mukaillen): • huolella valitut, edustavat mittauskohteet • korkealaatuiset, kalibroidut mittausanturit ja niiden huolto • tiedonsiirron toimivuus • raakadata graafeina näytöllä • automaattinen ja manuaalinen raakadatan tarkistus • antureiden kalibrointinäytteet ja niiden analysointi laboratoriossa • näyteasemakohtaisesti kalibroitu, laatuvarmistettu data • laatuvarmistetun datan tallennus tietokantaan Jatkuvatoimisen vedenlaadun seurantajärjestelmän laadunvarmennusta varten tulee seuranta- alueen jokaiselle asemalle olla asemakohtainen seurantakäsikirja, joka sisältää aseman jatkuva- toimisen seurannan suunnitelman ja mittalaitteiston käyttöohjeen sekä toiminnan seurantakirjan. Jatkuvatoimisen mittalaitteiston käyttöohjeessa kuvataan laitteisto ja sen toiminta: käyttö, huol- to ja kalibrointi. Toiminnan seurantakirjaan päivitetään laitteistolle tehdyt kalibroinnit, huollot, korjaukset ja muut toimenpiteet sekä huomiot laitteiston toiminnasta. Käyttöohje ja seurantakir- ja ovat osa asemakohtaista seurantakäsikirjaa ja seurantasuunnitelmaa (kappale 2.1) ja ne talle- tetaan yhteiseen tietokantaan aseman muiden asiakirjojen kanssa. Lisäksi asemalle tulee laittaa painettu käyttöohje, jossa kuvataan laitteisto ja sen käyttö ja huolto. Aseman hoitoon nimetään vastuuhenkilöt. 5.2.1 Laitteistojen ja anturien soveltuvuus ja valinta Jatkuvatoimista seuranta-asemaa perustettaessa ja antureita valittaessa tulee selvittää, millaisil- la antureilla saadaan näkyviin vedenlaadussa ja sitä kautta kuormissa tapahtuvat muutokset. Sen takia on tärkeää selvittää anturien mittausalue ja -tarkkuus. Vedenlaatuantureiden (kuten DOC, COD, nitraatti-, sameus-, happi- ja pH-anturit) käytössä ja antureiden valinnassa on etukäteen tutustuttava asennuspaikan vedenlaatuun, pitoisuustasoon ja mahdollisimman tarkasti valittava anturit käyttökohteen mukaan. Suurille pitoisuuksille tarkoitettu anturi on säädetty laajalle mitta- usalueelle ja mittausepävarmuus on suurempi kuin pienten pitoisuuksien mittaamiseen tarkoite- tuilla antureilla. Pienille pitoisuuksille tarkoitetulla anturilla saadaan mitattua tarkemmin pieniä vaihteluja. Kaikille antureille ei ole tarkkuutta määritetty, koska laitekohtaisesti veden muiden Metlan työraportteja 245 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2012/mwp245.htm 18 tekijöiden vaihtelulla voi olla vaikutusta tarkkuuteen. Alueella tehtävät metsätaloustoimenpiteet aiheuttavat mahdollisesti pitoisuuksien nousua, mikä myös on otettava huomioon valittaessa mit- ta-anturin mittausaluetta. On myös mahdollista laittaa kaksi anturia, joiden mittausalueet ja tark- kuudet ovat erisuuria. Mittatarkkuuden lisäksi anturivalintaan vaikuttavat niiden kestävyys ja käyttövarmuus, mitkä vaihtelevat anturikohtaisesti. Paine-, lämpötila- ja johtokykyanturit ovat yleisesti varmatoimisia ja vähän huoltoa vaativia verrattuna vedenlaatuantureihin (Huttula ym. 2009). Antureita valitta- essa kannattaa myös miettiä sitä, voidaanko samalla anturilla mitata useita eri parametreja. Se vä- hentää virran kulutusta ja huoltoon menevää aikaa, mutta saattaa olla, että yksittäisellä anturilla saadaan tarkempi tulos ja toisaalta, jos anturi hajoaa, niin menetetään kaikki tieto. Antureiden automaattiset puhdistusmekanismit vähentävät niiden huoltotarvetta ja parantavat mittaustarkkuutta. Vedenlaatua mittaavissa optisissa antureissa, kuten sameusantureissa paineil- mapuhdistuksen tai mekaanisten puhdistusharjojen tai -sulkien käyttö pitää huomioida ja miettiä tapauskohtaisesti. Erityisesti ravinteikkaisiin vesiin soveltuu parhaiten anturi, jossa on automaat- tinen puhdistus, koska anturit likaantuvat kesällä jopa päivässä. Laitteeseen sisältyvät puhdis- tusmenetelmät ovat kannattava sijoitus, jos vaihtoehtona on paikan päällä parhaimmillaan parin päivän välein tehtävä puhdistus. Puhdistusmenetelmät kuluttavat kuitenkin usein paljon sähköä, jolloin verkkovirta voi olla välttämätön. Jatkuvatoimisten antureiden mittaustiheyttä voidaan säädellä. Osaa laitteista voi myös etäsäätää esimerkiksi tekstiviestin avulla. Mittaustiheyden on hyvä olla suuri ylivirtaaman aikaan. Hiljai- sen virtaaman aikaan se voi olla harvempi. Osaa laitteista voidaan myös ohjelmoida hyvinkin monipuolisesti esim. mittaamaan tiheämmin, mutta tiedostoon lasketaan ja tulostetaan vain kes- kiarvo, maksimi, minimi tms. harvemmalla tulostusvälillä. Eri anturit voidaan ohjelmallisesti kyt- keä myös reagoimaan toistensa mittaustuloksiin, esim. sateen alkaessa sademittari voi käskyttää sameusanturin mittaamaan tiheämmin kuin sateettomina aikoina. Tiheä mittausalue vaatii enem- män sähköä. Osa analyyteistä tarvitsee mittaukseen analysaattorin, jossa näytteeseen lisätään reagenssia tai teh-dään muita toimintoja. Tällaiset laitteet toimivat käytännössä vain silloin, kun ilma ei mene pakkasen puolelle, sillä laitteisto jäätyy helposti. Toisena mahdollisuutena on rakentaa lämmitet- tävä asema, missä analyysi tehdään. Jatkuvatoiminen mittausvälineistö vaatii sähköä toimiakseen. Antureita käytetään yleensä nk. data- loggerin kautta ja dataloggeri syöttää jännitteen antureille ja niiden sähkön käyttö (jatkuva/hetkelli- nen) on hyvä selvittää, sillä anturit tarvitsevat tietyn jännitteen toimiakseen moitteettomasti. Sähkön tuotto mittalaitteisiin hoidetaan yleensä akuilla ja aurinkopaneeleilla (kuva 6). Erityisesti puhdistus- mekanismeilla varustettujen vedenlaatuantureiden yhteydessä on järkevää käyttää verkkovirtaa, jos se vain on mahdollista. Akkujen kestävyyden tulee olla riittävä, jotta talvella, jolloin aurinkopanee- leiden teho on vähäinen, riittää energiaa mittalaitteiden ja data-siirtolaitteiden pyörittämiseen. Ma- talaenergiset laitteet ovat suositeltavimpia. Myös varajärjestelmien tarve tulee harkita. Hetkellisesti suurta energiaa vaativat mittaus- tai datalähetystoimet on hyvä ohjelmallisesti limittää. Sopivaa mittauslaitteistoa määritettäessä myös anturin asentaminen tulee suunnitella. Anturi tu- lee pystyä asentamaan niin syvälle, ettei se jäädy pakkasilla ja datakaapelit tulee suojata eläimiltä mm. jyrsijöiltä. Antureiden asennussyvyys on osittain anturikohtaista. Syvyydessä tulee huomioi- da, ettei pohjan virtauksien aiheuttama aineskulkeuma häiritse mittaustuloksia ja toisaalta etteivät Metlan työraportteja 245 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2012/mwp245.htm 19 myöskään jäätyminen ja auringonvalo häiritse. Kaivoasennuksissa sopiva syvyys on helppo mää- rittää. Patokiinnityksissä syvyyttä tulee harkita olemassa olevien vedenkorkeustietojen perusteel- la. Useilla antureilla korkeus pohjasta tulisi olla noin 50 cm. Matalammallekin anturin voi laittaa, mutta silloin laitteet tarvitsevat mahdollisesti tiuhempaa huoltoväliä. Vedenkorkeuden tulisi olla pinnasta noin 1 m – 1,3 m mitatusta minimivedenkorkeudesta, jotta vältetään jäätyminen ja biolo- gisen kasvuston esiintyminen. Mittareiden on kestettävä myös muuttuvia sääoloja; yleensä ilman lämpötilan kestävyysrajat ovat -40 – +80 °C. Lisäksi tulee huomioida laitteen käyttöikä, kalibrointitoimet, huoltoväli ja huoltovarmuus sekä toimittajan asiantuntemus. Laitetoimittajalla tulee olla tarpeeksi kokemusta ja tietoa (referenssit), jotta hän osaa neuvoa oikeiden laitteiden hankinnassa. Laitteiden kokonaisedullisuuteen vaikutta- vat myös laitteen takuu ja huolto, mitkä koostuvat ainakin seuraavista asioista: • soittoihin ja sähköposteihin vastataan aina nopeasti • mahdollisuus (suomenkieliseen) henkilökohtaiseen tapaamiseen laitetoimittajan kanssa • viat selvitetään ja laitteet korjataan aina mahdollisimman nopeasti • takuuajan jälkeenkin ongelmat selvitetään nopeasti ja kohtuuhinnalla • vara- ja vaihto-osia on saatavilla Laitteita hankittaessa on mahdollisuus ottaa erilaisia huolto- ja käyttöpaketteja. Niiden sisältö ja kustannukset suhteessa itse tehtyihin toimiin tulee selvittää. Lisäksi kannattaa huomioida, onko laitteen toimintaa mahdollisuus säätää ja ohjelmoida hankkijan toimesta, miten kommunikointi laitteen kanssa tapahtuu mikrotietokoneella maastossa ja/vai puhelinverkon välityksellä toimis- tolta vai vaativatko muutokset seuranta-aseman mittalaitteiston osittaista/kokonaan purkamista tai lähettämistä laitetoimittajalle. Lisäksi on hyvä selvittää pystyykö laitekokonaisuuteen myö- Kuva 6. Jatkuvatoiminen mittauslaitteisto tarvitsee virtaa, jota syrjäisissä metsissä helpoiten saadaan auringosta ja akuista. Aurinkopaneelit tulee asentaa paikkaan, jossa ei ole varjoisaa (kuva Minna Kuk- konen). Metlan työraportteja 245 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2012/mwp245.htm 20 hemmin lisäämään uusia antureita ja voiko antureita vaihtaa tai anturikombinaatioita muuttaa myös omatoimisesti. Lisäksi on hyvä varmistaa että mitattu data säilyy ulkoisessa tai laitteen muistissa ja siinä on riittävästi muistitilaa sähkökatkojen, puhelinverkon häiriöiden tai muiden vikojen aikana. Seuranta-asemien laitteiston tulee olla ympärivuotiseen mittaukseen soveltuvia, mitkä ehdot en- sisijassa täyttävät mittakaivot tai maan sisään kaivettavat putkipatotyyppiset ratkaisut. Niissä vesi johdetaan mittakaivon tai -putken läpi ja samalla mitataan virtaama paineanturin tai putkissa ult- raäänen avulla, ja vedenlaadun anturit saadaan asennettua samaan kaivoon tai putkeen. Kaivon koko ja tyyppi riippuvat virtauksesta. Muiden asemien talven kestävyyttä parannetaan eristämällä ne. Niiden ympärille voidaan rakentaa kotelo, joka eristetään esim. lämmöneristelevyllä ja talvi- sin lopuksi lumella. Dataloggerit, puhelinmodeemit ja akut kestävät myös jonkin verran pakkasta. Vaihtoehtoisesti mittauslaitteet voidaan sijoittaa rakennukseen, jossa on lämmitysmahdollisuus. Mittalaitteen kaapelointi pitää suojata jäätymiseltä ja eläimiltä esimerkiksi kaivamalla johdot suojaputkessa rantatörmään. Jatkuvatoimisten laitteiden avulla tavoitellaan säästöä seurantakustannuksiin. Käytännössä jatku- vatoimisten laitteiden hankkiminen ja niiden ylläpito tulee kalliiksi, mutta niiden avulla saadaan huomattavasti enemmän tietoa suhteessa käytettyyn resurssiin. Antureista kalleimpia perustamis- ja ylläpitokustannuksiltaan ovat yleensä veden laatua mittavat anturit. Huollon osalta virtaamaa mittaavan paineanturin huoltotarve on vähäisempää kuin vedenlaatua mittaavien antureiden. Op- tiset ja spektrometriaan perustuvat anturit ovat huollon osalta halvempia kuin elektrodivaihdoksia tarvitsevat anturit. Varsinkin pH-mittarin anturit ovat nopeasti kuluvia. Halvinta laitetta ei kannata hankkia, jos sen toiminta tai kestävyys on heikko ja sitä joutuu huoltamaan useasti. Laitehankinto- ja tulee tarkastella kokonaisedullisesti. Myös laitetoimittajan asiantuntijuudesta kannattaa mak- saa, varsinkin jos itsellä on vain vähän kokemusta. Jatkuvatoimiseen mittaukseen liittyviä asioita erityisesti sameuden osalta käsitellään oppaassa ”Jatkuvatoiminen sameusmittaus” (Arola 2012). Jatkuvatoimisen aineiston hankinnan voi tehdä myös palveluperiaatteella, jolloin työ ostetaan ja se voi vaatia hankintakäsittelyn kilpailutusohjeiden mukaan. Hankintamenettelyssä korostuu tarkka esiselvitys seurannan tavoitteista ja niitä vastaavista vaatimuksista mittalaitteistolle. Palve- luita ostettaessa tulee sopia työstä ja sen eri vaiheiden vastuista ja niihin vaikuttavista tekijöistä, kuten: kuka vastaa antureiden toimivuuden seurannasta ja huollosta sekä tuotetun datan oikeelli- suudesta? Mitä palveluita tilataan laitetoimittajalta ja mitä tilaaja tekee itse? Kenellä on viimekä- dessä vastuu datan oikeellisuudesta, jos jokin toimi jää tekemättä? 5.2.2 Kalibrointi Veden laatua jatkuvatoimisesti mittaavat anturit ovat tehdaskalibroituja, mikä ei ole riittävää, vaan jokaisen anturin kalibrointi on tehtävä seuranta-asema olosuhteisiin. Käytännössä tämä tarkoittaa vertailua laboratoriossa mitattujen ja anturin antamien lukemien välillä, jolloin nii- den välille saadaan lineaarinen regressioyhtälö. Lineaarisen regression avulla mitta-anturin luvut muutetaan vastaamaan laboratoriomääritysten arvoja. Täysin uudelle laitteelle tarvitaan erilaisis- sa olosuhteissa otettuja ja useampia vesinäytteitä kuin uudelleen kalibrointiin. Näytteiden mää- rästä on erilaisia mielipiteitä; noin 10–15 näytettä tulisi olla riittävä. Kalibrointinäytteitä tarvi- taan myös eri vuodenajoilta, sillä veden muiden ainesosien vaihtelu saattaa vaikuttaa tulokseen. Sameusanturien mittaamat arvot ovat antureiden luonteesta johtuen usein heikosti vertailtavissa, Metlan työraportteja 245 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2012/mwp245.htm 21 jolloin anturit on hyvä kalibroida myös suhteessa kiintoaineeseen, jotta saadaan vertailtavia pitoi- suusarvoja (Downing 2006). Kalibrointinäytteet tulee ottaa siltä syvyydeltä, mihin anturi asennetaan, koska veden laatu saat- taa vaihdella eri kerroksissa. Lisäksi näytteet on kuljetettava erityisellä huolella ja viipymättä standardisuositusten mukaisesti akkreditoituun laboratorioon analysoitavaksi. Sekä matalien että korkeiden pitoisuuksien tulee olla luotettavia. Seurattavan kohteen pitoisuusaluetta voi selvittää aiemmista mittaustuloksista. Kalibrointinäytettä otettaessa kellonaika on otettava tarkasti ylös, sillä jatkuvatoimisen mittauksen yksittäinen arvo kuten myös kertanäyte ovat hetkittäisiä arvoja. Aseman paikalliskalibroinnin jälkeen anturin toimintaa valvotaan sen antamin mittaustuloksin sekä vertailunäytteillä, jotka ovat asemalta haettuja yksittäisiä vesinäytteitä eli kertanäytteitä, jot- ka käytännössä ovat usein seurantanäytteitä. Laitteen uudelleenkalibrointiin on tarvetta, jos mit- taustuloksissa on liiaksi eroavuutta kertanäytteiden suhteen. Nyrkkisääntönä voisi olla, että jos anturin vertailunäytteiden arvot alkavat olla anturin virherajojen/mittausepävarmuuden ulkopuo- lella, niin silloin tarvitaan uutta kalibrointia. Jos anturin paikkaa vaihdetaan tai valuma-alueen maankäyttö muuttuu, niin kalibrointi pitää tehdä uudestaan. Mittalaitteiden kalibrointitarkkuus voi myös muuttua ajan myötä kun laitteiden osat kuluvat. Mittauspaikan vaikutuksia kalibrointituloksiin ei voi erotella. Siksi kalibrointia tehdessä tulee huomioida, että olosuhteet kalibroinnissa ovat mahdollisimman samanlaiset kuin näytteenotos- sa, sillä olosuhdevaihtelut, kuten lämpötilamuutokset saattavat vaikuttaa pitoisuuksiin ja mitat- tavan aineen ominaisuuksiin. Sameusanturit voidaan ”nollata” tislatun veden avulla määrätyin väliajoin. Kalibroinnit talletetaan seuranta-asemakohtaiseen toiminnan seurantakirjaan. Kalibroinnin yh- teydessä kuten myös muulloin on tärkeää, että kellonajat kirjataan ylös tarkasti ja kalibrointiin otettu kertanäyte täsmätään jatkuvatoimiseen mittaukseen. Myös kalibrointi ja kalibroinnin tar- kastuksen hyväksymiskriteerit tulee kirjata ja noudattaa niitä. Kalibroinnista vastaava henkilö tulee nimetä. Tehdyistä sopimuksista riippuen kalibroinnin saattaa tehdä myös mittauslaitteiston toimitta- va yritys. Sopimusta tehtäessä on sovittava siitä, mitä tietoja ja koska toimittajalle toimitetaan. Kalibroinnin osalta tulee sopia, että tilaaja saa kalibrointiyhtälöt, kaikki alkuperäisaineistot, hy- vyysluvut ym., jotta tilaaja voi tarvittaessa tarkistaa kalibrointitulokset. Kalibrointia ja muita jat- kuvatoimiseen mittaukseen liittyviä asioita erityisesti sameuden osalta käsitellään oppaassa ”Jat- kuvatoiminen sameusmittaus” (Arola 2012). 5.2.3 Huoltotoimet ja antureiden puhdistustarve Jatkuvatoimisten laitteiden huoltoväli sekä anturien puhdistus ja vaihdot tulee suunnitella seuran- ta-asema- ja anturikohtaisesti perustuen laitetoimittajan ohjeisiin ja laitteista saatavaan kokemuk- seen. Liian vähällä puhdistuksella mittaus ei toimi luotettavasti. Antureiden puhdistustarve riippuu osin anturista, vuodenajasta, vesistön rehevyydestä sekä alu- eella tehtävistä metsätaloustoimenpiteistä (kuva 7). Useimmin puhdistusta tarvitsevat veden laa- tua mittaavat anturit. Yleisesti kevyen huollon väli on noin 2 viikkoa–1 kk, mutta kesällä, lämpi- mien vesien aikaan heinä- ja elokuussa, puhdistus tulisi suorittaa vähintään kerran viikossa, koska silloin antureihin kehittyy helposti biofilmiä ja altaat sekä mitta-anturit likaantuvat nopeasti. Suu- Metlan työraportteja 245 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2012/mwp245.htm 22 rimpien virtaamien aikana antureiden likaantuminen on taas herkempää kiintoainekuorman takia. Käytännössä puhdistusvälien pituus määräytyy sen periaatteen mukaan, että huollon jälkeen tu- loksissa ei saisi olla tasomuutosta. Jos tulokset muuttuvat puhdistuksen jälkeen, niin väli on ol- lut liian pitkä. Huoltoa tai puhdistusta tulee välttää mittaushetkellä, miksi olisi hyvä tietää tarkka mittausajankohta. Antureiden puhdistusväliä voidaan pidentää laitteen omilla puhdistusmekanismeilla kuten pai- neilmalla tai pyyhkijällä. Antureiden automaattipuhdistusta pystytään laitekohtaisesti säätämään mm. vuodenajan mukaan. Talvella, jolloin mikrobikasvustojen muodostuminen on hidasta, pai- neilma-toiminen puhdistus voi olla lyhyempi esim. 1 sekunti. Kesällä, jolloin mittari likaantuu herkemmin, voi puhdistusaika olla 2–4 sekuntia. Puhdistusaikaa joutuu säätämään kokemuksen ja tarpeiden mukaan. On mm. hyvä huomioida, jos valuma-alueen toimet muuttuvat, mikä mah- dollisesti aiheuttaa muutostarvetta puhdistusaikaan. Automaattipuhdistuksen kestoa voi joissakin tapauksissa muuttaa kaukosäätönä. Mittauslaitteiston perusteellinen huolto tehdään laitekohtaisesti noin puolen vuoden välein. Huol- lot olisi hyvä ajoittaa juuri ennen ylivirtaamakausia, jotta suurimman kuorman aikaan mittaus- tarkkuus olisi hyvä. Kausihuolto suoritetaan laitteen huolto-ohjeen mukaisesti. Huollossa anturin runko puhdistetaan ensin harjaten ja sen jälkeen mittakyvetin ikkunaväli. Jos mittalaitteessa on puhdistusmekanismeja, ne puhdistetaan ja niiden toimivuus tarkistetaan. Lisäksi tarkistetaan ase- mien sähkönsaanti, verkkolaitteiden ja akkujen toimivuus sekä patorakennelmat tai mittakaivon kunto. Tarvittaessa kaivo puhdistetaan seinille tulleesta limasta ja pohjalta imetään sinne sedi- mentoitunut kiintoaines. Huoltotoimet tehdään kertanäytteiden ottamisen jälkeen. pH-antureiden happopesukäsittelyn tiheys tulee olla riittävä, koska sen on huomattu vaikuttavan tehokkaammin jatkuvatoimisen mittaustuloksen luotettavuuteen kuin pelkkä anturin kalibrointi. Myös käytettä- vän kalibrointiliuoksen käyttöikä tulee huomioida kalibroinnin onnistumiseksi. Kuva 7. Anturit tulee puhdistaa riittävän usein, jotta mittaustarkkuus säilyy (kuva Minna Kukkonen). Metlan työraportteja 245 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2012/mwp245.htm 23 Asemien huollot ja puhdistukset tulisi suorittaa mahdollisuuksien mukaan saman henkilön toi- mesta ja mielellään saman päivän aikana, jotta virheen mahdollisuus mittaustuloksissa ja huolto- tapahtumien hoidossa tulisi minimoitua. Samoin kaikki huoltotoimet kuten mittareiden ja kaivon puhdistus sekä laitteiden vaihdot tulee dokumentoida 1–5 minuutin tarkkuudella, jotta mittaus- tuloksissa niistä johtuvat häiriöt voidaan jäljittää. Huollon aikana tulisi kaikkien mittaustulosten tiedonsiirto tietokantaan saada keskeytettyä, etteivät sinne tallentuisi huollosta aiheutuvat virheel- liset mittaustulokset. Tapauskohtaisesti laitteiden kausihuolto kuuluu laitetoimittajan tai hankkijan tehtäväksi. Jatkuva- toimisten mittareiden lähettämiä lukuja tulee seurata siten, että nähdään mahdolliset ongelmat an- tureissa ja ne voidaan huoltaa tarpeen tullen ja vähentää täten epävarmuutta datassa. Jälkikäteen aineiston korjaaminen on huomattavasti haasteellisempaa ja aineiston oikeudellisuuden kannalta epävarmaa. Tiedot aseman huollosta laitetaan seuranta-aseman seurantakirjaan. Jatkuvatoimisten mittareiden kehittyessä ja käyttökokemusten karttuessa tulee lisää tietoa ja käyt- töohjeita niiden toiminnasta ja huollosta. Sameusmittarien toiminnasta ja huollosta on kirjoitettu yleisohjeistus (Arola 2012). 5.2.4 Jatkuvatoimisten mittareiden toiminnan seuranta Jatkuvatoimisten mittalaitteistojen toimintaa ja toimintatarkkuutta tulee seurata, jotta ongelman ilmetessä ne voidaan käydä tarkistamassa ja huoltamassa. Datan virheitä pyritään tunnistamaan manuaalisesti silmäilemällä dataa numeerisessa ja graafisessa muodossa. Osa laitevalmistajis- ta tai mittauspalvelujen tuottajista liittää palvelupakettiinsa tekstimuotoisen mittausdatan lisäksi erilaisia graafisia esityksiä, joiden avulla seuraaminen on helpompaa. Muuttujille voidaan myös määrittää erilaisia hälytysrajoja ja saada niiden ylittymisestä viesti esim. matkapuhelimeen. Täl- laiset yksinkertaiset puoliautomaattiset laadunvalvontamenetelmät soveltuvat hyvin pienen jat- kuvatoimisen seuranta-asemajoukon tulosten varmentamiseen erityisesti silloin, kun mitattavien suureiden arvot eivät vaihtele. Kun asemia alkaa olla useita kymmeniä, manuaalinen ja puoliautomaattinenkin laadunvalvonta vie aikaa kohtuuttoman paljon. Näille voidaan kehittää seurannan avuksi suurekohtaisia auto- maattisia algoritmeja, jotka tunnistavat selkeitä systemaattisia virheitä ja poikkeamia datassa. Au- tomaattisilla datan laadunvarmistamisalgoritmeilla voidaan hallita suuri joukko asemia. Jatkuvatoimisen mittauksen yhteyteen saadaan myös toiminto, jossa poikkeavan jatkuvatoimisen havainnon yhteydessä otetaan vesinäyte, joka analysoidaan laboratoriossa. Näin saadaan tietää, onko tilanne todellinen ja näkyykö poikkeava tilanne vesinäytteissä. Tämä kuitenkin vaatii ra- kennelman, joka mahdollistaa kertanäytteen oton sekä valmiuden hakea näyte 24 tunnin kuluessa näytteen ottamisesta. Myös talvi aiheuttaa tarkkailutarvetta. Mittalaitteiston ja anturien toimivuutta ja käyttökestävyyt- tä tulee seurata talven alussa ja lopussa. Mittalaitteet ovat herkkiä vioittumiselle tai häiriöille erityisesti jäänmuodostumisen ja keväisen jäidenlähdön aikaan sekä virtaamahuippujen aikana. Siksi jatkuvatoimisten seuranta-asemien tilaa tulee seurata säiden vaihtumisen ja jäiden muodos- tumisen / sulamisen yhteydessä. Vioittumisen uhatessa voidaan anturit poistaa joksikin aikaa ja korvata kertanäytteillä. Säiden ja sääilmiöiden vaihtelu on vuosikohtaista, joten sitä ei voida tiu- kasti aikatauluttaa. Metlan työraportteja 245 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2012/mwp245.htm 24 Osalle mittalaitteista toimitetaan ohjelma, jonka avulla voi seurata datan laatua. Jatkuvatoimisten mittauslaitteiden toimintaa voidaan tarkkailla ja arvioida seuraavasti (Kotamäki ym. 2009 mu- kaillen): 1. Puuttuva data testaa, lähettääkö asema dataa oikein ja säännöllisesti. Jollei tietyn väliajoin dataa tallennu tietokoneen muistiin, niin kone tekee virheilmoituksen. 2. Puuttuva havainto testaa mittaketjussa yksittäisiä puuttuvia havaintoja, jotka saattavat johtua mittausongelmista. 3. Variaatiotestillä testataan datasta arvojen vaihtelua pitkällä aikavälillä (esimerkiksi 24 h). Jos mittari antaa koko ajan samaa lukemaa, on mittauksessa ongelma. Mahdollisesti mittari on noussut veden pinnalle tai sen asema muutoin muuttunut. 4. Vaihteluvälitesti/raja-arvotesti (range) mittaa, onko mitattu suure ennalta mallinnetulla mit- tausalueella. Näissä testeissä tulee huomioida vuodenaikaisvaihtelu, jolloin vaihteluvälit voi määritellä esim. kuukausittain tai säätää kelien muuttuessa. 5. Datassa olevien piikkien testaus voidaan tehdä jatkuvuustestillä: mikäli havaittu suureen arvo muuttuu liikaa tietyllä aikavälillä tai muutoksen jälkeen palautuminen on liian hidasta, ha- vaittu nousu tai lasku voidaan tulkita virheelliseksi dataksi. Sallitut muutokset on määriteltä- vä jokaiselle suureelle erikseen. 6. Konsistenssitesti testaa samasta paikasta mitattujen suureiden yhdenmukaisuutta. Jos jokin laatuparametreista kuten sameuden arvot ovat nousseet selvästi, voidaan katsoa virtausar- voista, ilmentävätkö nekin muuttuneita olosuhteita. 7. Antureiden muutoksia mm. ”ryömintää” kannattaa tarkastaa myös akun jännitettä vasten, jot- ta nähdään, riittääkö akun virta anturin virheettömään toimintaan. 8. Roskista tai linssin jäätymisestä aiheutuva häiriö näkyy mittaustuloksissa esim. sameusarvo- jen huomattavana kohoamisena ja nitraatin hyvin pieninä arvoina. 9. Samassa asemassa tai samassa havaintopaikassa tehtävien testien lisäksi voidaan verrata lä- heisten asemien anturien tuloksia keskenään, jos sellaisia on saatavilla. Tässäkin tulee huo- mioida tutkittavan suureen ominaispiirteet ja kuinka lähiympäristö niihin vaikuttaa. 10. Jatkuvatoimisten antureiden tietokonekäyttöisen automaattitestauksen lisäksi tulee aineistoa katsoa ajoittain myös siihen perehtyneen henkilön. Testien avulla ei aina pystytä huomaa- maan hitaasti etenevää virhettä, vaan harjaantunut silmä ja ajan tuoma kokemus kertoo on- gelmasta asemalla ja huoltotarpeesta. Parhaiten tuloksia seurataan kuvista, joissa on mukana usea eri muuttuja. 11. Laitteiden tai mittakaivon huollosta tai seuranta-aseman ympäristössä tehdyistä toimista ku- ten patojen korjaus, maastotyöt, tms. saattaa aiheutua piikkejä, jotka voivat näkyä datassa. Seuranta-asemalla ja sen ympäristössä tehtävät työt tulee täten dokumentoida aseman toi- minnan seurantakirjaan kellonaikoineen. Automaattisen datatarkastuksen jälkeen poikkeamat voidaan vielä tarkistaa manuaalisesti silmäi- lemällä dataa ja/tai käymällä havaintopaikalla. Havaitut virheelliset arvot tulee merkitä, poistaa tai korjata. Yksittäiset virheelliset arvot voi joissakin tapauksissa korvata aineistoon jälkeenpäin lineaarisella interpoloinnilla vierekkäisistä arvoista. Kaikki korjaukset tulee dokumentoida ase- man toiminnan seurantakirjaan. Jatkuvatoimisen seuranta-aseman mittaustarkkuutta seurataan myös analysoimalla asemalta haet- tuja kertanäytteitä. Jatkuvatoimisille mittaustuloksille tulee määrittää sallitut poikkeamat labora- toriomittauksista. Laitevalmistajan antamaa tarkkuutta tulee käyttää hyväksi sitä määritettäessä, jolloin sallittu poikkeama voi olla esim. mittausepävarmuuden verran. Tilastollisesti virherajoja hyväksi käyttäen voidaan myös määrittää sallittu poikkeama. Metlan työraportteja 245 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2012/mwp245.htm 25 Jatkuvatoimisten asemien toiminta tulisi seurata ja poikkeamiin reagoida ensisijaisesti heti, jotta virheellisen tai epävarman datan määrä jäisi mahdollisimman vähäiseksi. Datan korjailussa jälki- käteen voidaan epäselvissä tilanteissa verrata eri mittausparametreja toisiinsa. Jos muutoksia nä- kyy eri mittausparametreissa, voivat muutokset olla todellisia. Lisäksi tulee tarkistaa epävarmo- jen tulosten yhteydessä säätiedot, erityisesti sademäärä ja lämpötilamuutokset jäätymisen (0 ºC) sekä pakkasjakson osalta. Asemien seurannan tulokset kirjataan ylös asemakohtaiseen toiminnan seurantakirjaan. Sinne merkitään datan poikkeamat, niistä seuranneet toimenpiteet, miltä aika- väliltä data on tarkasteltu, mitä on tarkasteltu, mitkä ovat olleet johtopäätökset sekä onko dataa korjailtu ja miten. 5.2.5 Tiedonsiirto Jatkuvatoimisten antureiden mittaama data kerätään ensi vaiheessa laitteiston tiedon tallentimeen (datalogger) ja lähetetään sopivin väliajoin, esim. kerran vuorokaudessa, edelleen tietokantaan (Huttula ym. 2009). Aineiston lähetystiheyttä dataloggereilta voidaan myös säätää tarpeen mu- kaan. Käytössä on mm. verkkovirta-, akku- ja aurinkopaneelitoimisia laitteita. Tallennin on kes- keisin osa jatkuvatoimista seurantaa. Hyväkään anturi ei anna oikeita tuloksia, jos tallentimessa on ohjelmointivirheitä tai se kadottaa tietoja. Tallentimen on toimittava kaikissa sääolosuhteissa, kestettävä vettä ja kovia pakkasia. Virtaläh- teen on oltava sellainen, että virta ei koskaan katkea pitkäksi aikaa. Aurinkopaneelilaitteiden va- ravirranlähteenä on aina akku, useimmiten akku on myös verkkovirtalaitteissa. Tallentimeen on mahduttava riittävästi tietoa, mieluiten usean kuukauden tiheästi mitattu data. Jos datapaketin lähetys epäonnistuu, data ei saa hävitä, vaan data on saatavissa sieltä. Kovilla pakkasilla tiedon- siirto usein epäonnistuu, koska kaikki modeemit eivät kestä pakkasta. Jos tallennin on laadukas, mittaukset jatkuvat modeemin jäätymisestä huolimatta ja sään taas lauhtuessa tietokantaan siir- tyy kerralla koko pakkaskauden data. Keskeisimmät käytettävät tiedonsiirtotavat ovat seuraavat: • GPRS • GSM-data • tekstiviesti • sähköposti Yksinkertaisissa, muutamaa suuretta mittaavissa laitteissa tiedonsiirto voidaan hoitaa edullisesti GSM-datan avulla tai yksinkertaisimmillaan tekstiviestinä. Molempia tapoja on käytetty ja käyte- tään edelleen runsaasti mm. ympäristöhallinnon jatkuvatoimisissa mittalaitteissa. Näillä tavoilla ei kuitenkaan pystytä edullisesti siirtämään suuria tietomääriä, varsinkaan jos dataa halutaan siir- tää useita kertoja vuorokaudessa. Lisäksi tekstiviestitiedonsiirtoon on liittynyt monenlaisia, sekä laitteista että teleoperaattorista johtuneita luotettavuusongelmia. Tiheä ja monipuolinen tiedonsiirto onnistuu parhaiten GPRS-palvelun kautta. GPRS (General Packet Radio Service) on GSM-verkossa toimiva langaton tiedonsiirtopalvelu. GPRS-tiedonsiir- toformaatin suurin etu on se, että yhteys voi olla jatkuvasti päällä sen kuitenkaan kuormittamatta verkkoa muulloin kuin dataa siirrettäessä. GPRS-tiedonsiirto laskutetaan siirretyn tiedon määrän perusteella, toisin kuin GSM-datasiirto, joka on puhelun tavoin aikaveloitteinen. Tämän vuoksi GPRS on suurten tietomäärien siirrossa edullisin tapa. Jatkuvatoimisesti mittaavien antureiden datan on siirryttävä tietokantaan oikeassa formaatissa. Koska laitetoimittajia on runsaasti, tämä aiheuttaa ylimääräistä työtä. Määrittelemällä etukäteen Metlan työraportteja 245 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2012/mwp245.htm 26 riittävän tarkat standardit tiedonsiirrolle ja tiedostomuodoille voidaan datansiirtoon käytettävä työmäärä minimoida ja samalla saadaan virhelähteitä karsittua. Arolan (2012) sameusoppaassa on lisätietoa datalähetyksistä. Datalähetyksistä on hyvä keskustella asiantuntijoiden kanssa, jotta saadaan uusimmat ja varmimmat menetelmät käyttöön. 5.2.6 Jatkuvatoimisten asemien vastuuhenkilöt ja perehdytys Jatkuvatoimisille asemille nimetään vastuuhenkilöt, joiden vastuulla toiminta on. Vastuuhenkilöt vastaavat asemista, niiden toiminnasta, vikapäivystyksestä, kalibroinnista, huollosta ja toiminnan dokumentoinnista. Manuaalista ja jatkuvatoimisten mittalaitteiden toiminnan laadunvalvontaa te- kevän henkilön olisi hyvä tuntea seurattavien purovesien laatu sekä pystyttävä nopeasti silmäi- lemällä tekemään johtopäätöksiä datan laadusta sekä datassa ilmenevistä poikkeamista. Käytän- nössä kertanäytteiden ottajat usein huoltavat jatkuvatoimisia mittalaitteita samalla, kun hakevat vesinäytteet. Vastuuhenkilöt saavat laitteisiin liittyvän perehdytyksen ja koulutuksen laitetoimittajilta. Lisäksi on hyvä osallistua alan muuhun koulutukseen sekä itsenäisesti seurata jatkuvatoimisten mittarei- den kehitystä ja käyttöä muissa tutkimuksissa. Osa toimittajista myy laitteita ja niiden huoltoa sekä toimintaa pakettina, jolloin tilaajalle jää vain valmiiden tulosten seuraaminen ja käyttö. 5.3 Kertanäytteet Seurannassa osa näytteistä otetaan yksittäisinä, hetkellisinä vesinäytteinä, kertanäytteinä. Kaikki- en vedenlaatumuuttujien seurantaan ei ole jatkuvatoimista mittaustekniikkaa tai antureiden mit- taustarkkuus ei ole riittävä. Jokaisella seuranta-asemalla on oma vesinäytteiden seurantaohjelma, joka on osa seuranta-alueen seurantasuunnitelmaa (kappale 2.1). Asemalta dokumentoitavat toi- met ja tapahtumat tallennetaan ylös aseman toiminnan seurantakirjaan. Näytteenotto on ratkaiseva vaihe seurannassa ja yksi epävarmuutta lopputuloksiin aiheuttava te- kijä. Siinä tehtyjä virheitä ei jälkikäteen pysty kompensoimaan myöhemmissä työvaiheissa. Vir- hemahdollisuuksia on näytteenotossa, näytteiden esikäsittelyssä, kuljetuksessa ja säilytyksessä. Näytteenotto maastossa vaatii koulutusta ja harjoittelua. Tutkimuskohteet, ympäristöolosuhteet, vuodenajat ja säätilanteet vaihtelevat, jolloin näytteenottotilanteet tai olosuhteet voivat poiketa tavanomaisista. Kaikkeen ei aina pystytä varautumaan, mutta tavoitteiden ja toimien tiedostami- nen, näytteenottosuunnitelma maastotyöskentelyä varten sekä epävarmuustekijöiden ennakointi edesauttavat laadukkaan näytteen ja tulosten saamista. Näytteenottoon ja ohjaukseen nimetään vastuuhenkilöt ja on tärkeää, että näytteenotossa, näyt- teiden esikäsittelyssä ja kuljetuksessa dokumentoidaan poikkeavat tapahtumat, jotta niiden vai- kutusta voidaan arvioida tarvittaessa jälkikäteen. Näytteenoton yhteydessä maastossa täytetään kenttälomaketta työskentelyn dokumentointia varten. Siihen kirjataan ylös tapahtumat ja niiden tarkat kellonajat näytteenoton yhteydessä. Lomakkeeseen tulee laittaa mm. huomiot näytease- masta, säätiedot, mahdollinen jäätilanne, huomiot uoman virtaamasta ja poikkeavat tapahtumat. Kenttälomakkeen tiedot tallennetaan aseman toiminnan seurantakirjaan. Metlan työraportteja 245 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2012/mwp245.htm 27 5.3.1 Koulutus ja sertifiointi Kenttähenkilökunta ja kaikki näytteenottoon osallistuvat henkilöt tulee kouluttaa ja perehdyttää työhön suunnitelmallisesti. Koulutuksen tulee sisältää työn tavoitteet, kentällä tehtävät toimet, niiden virhemahdollisuudet ja lisäksi poikkeavat tilanteet sekä niihin varautuminen. Kenttätyös- kentelyn virheitä minimoidaan opettelemalla ja käymällä läpi kentällä tehtävät toimet ennalta, selvittämällä mahdolliset tehtävää häiritsevät ja rajoittavat tekijät, huoltamalla tarvittava välineis- tö ennen maastoon lähtöä, pitämällä välineistö käyttökunnossa varastoinnin aikana ja dokumen- toimalla ongelmat ja poikkeavat tapahtumat. Vakituisen henkilökunnan lisäksi tule satunnaisesti kenttätyöskentelyyn lähtevät henkilöt pereh- dyttää työhön, jotta minimoidaan kenttätoiminnasta johtuvat virhemahdollisuudet sekä samal- la huomioidaan henkilökunnan työturvallisuus. Kenttähenkilöiden koulutuksesta ja ohjauksesta vastaava henkilö tulee nimetä. Sertifiointijärjestelmä tarjoaa mahdollisuuden todeta henkilön pätevyys ympäristönäytteenottoon sekä ympäristömittaus- ja havainnointitoimintaan. Pätevyydellä tarkoitetaan sitä, että henkilö tuntee tälle toiminnalle asetetut yleiset laatuvaatimukset ja että hänellä on järjestelmän mukaiset tiedot ja taidot. Henkilö voi varmistaa pätevyytensä yhdellä tai useammalla erikoistumisalalla. Suomessa kenttähenkilökunnan koulutustilaisuuksia järjestää mm. SYKE ja Suomen vesiensuo- jeluyhdistysten liitto ry. (Lisätietoa: www.ymparisto.fi/sertifiointi.) 5.3.2 Näytteenoton esivalmistelut Näytteenottajien toimintaympäristö on sekä laboratorioiden yhteydessä että kentällä vaihtelevissa olosuhteissa. Näytteenottajilla tulee olla soveltuvat tilat, missä voi tehdä näytteenottosuunnitel- man, huoltaa ja säilyttää välineistöä sekä kirjata ja tarvittaessa esikäsitellä näytteitä. Näytteenotto aloitetaan suunnittelulla. Seuranta-aseman vesinäytteiden näytteenotto-ohjelmasta selvitetään havaintoaseman näytekerran analyysivalikoima, minkä perusteella valitaan sopivat pullot kutakin analyysia varten. Eri analyyseille on erikokoisia ja erilailla esikäsiteltyjä pulloja. Samalla myös tarkistetaan, kuinka paljon vettä tarvitaan kuhunkin analyysiin. Muutama varapul- lo kannattaa ottaa mukaan. Kenttälomake täytetään asemakohtaisesti ja ne yhdessä näytepullojen kanssa pakataan kylmä- laukkuun ja mahdolliset reagenssit toiseen laukkuun siten, ettei reagensseilla ole mahdollisuutta kontaminoida näytepulloja. Lisäksi tulee varautua siihen, että täytettyjen näytepullojen lämpötila saadaan pysymään sopivana, mitä varten varataan esimerkiksi kylmäkalleja. Näytepullojen koo- dinumero kopioidaan kenttälomakkeeseen kunkin analyysin kohdalle ja kenttälomakkeen tieto- osaan laitetaan havaintoaseman nimi ja numero ym. tiedot. Maastossa, kosteissa olosuhteissa par- haiten paperissa säilyy lyijykynän jälki. Jos seuranta-asemalla on rinnakkaisasema, tulee näytteenotto ajoittaa siten, että molemmat ase- mat saadaan käytyä samana päivänä. Veden laatu saattaa muuttua hyvin nopeasti johtuen sateista, tuulista ym., minkä vuoksi vertailtavien näytteiden tulisi olla mahdollisimman samanaikaisia. Jos näytteitä otetaan usea lähekkäin samasta uomasta, aloitetaan näytteenotto alavirrasta. Jos veden- laadussa on tiedossa selvä pitoisuusvaihtelu, otetaan näytteet matalasta pitoisuudesta kohti kor- keaa pitoisuutta. Metlan työraportteja 245 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2012/mwp245.htm 28 5.3.3 Toiminta seuranta-asemalla Näytteenotossa käytettävien näytteenottimien sekä näyteastioiden tulee olla puhtaita ja niitä tulee käsitellä siten, että kontaminaatiovaara minimoidaan. Monet analysoitavista pitoisuuksista ovat niin matalia, että huolimattomalla toiminnalla saatetaan pilata koko näyte. Jos näytteitä otetaan hansikkaat käsissä, tulee käyttää puhtaita talkittomia hansikkaita. Jos ne likaantuvat, vaihdetaan ne puhtaisiin. Näyte otetaan purosta sellaisesta kohtaa, missä sen katsotaan edustavan parhaiten valuma-alueen veden laatua. Havaintoasemalla on yleensä pato, joka pidättää vettä. Näyte tulisi ottaa mahdolli- simman virtaavasta kohdasta, ensisijaisesti padon ja sen vaikutusalueen yläpuolelta häiriintymät- tömästä kohdasta, keskeltä puroa, selvästi pinnan alapuolelta tai vaihtoehtoisesti padon ylivirtaa- masta, jos veden virtaus on riittävä. Suoraan padotetusta osasta ottamista tulee välttää varsinkin, jos siinä ei näy virtausta. Vesinäytteet otetaan purosta joko kauhalla tai suoraan pulloon uoman virtaussuuntaa vastaan. Kauhaa voidaan käyttää, jos virtaavaa vettä on vähän. Puhtaat ottimet huuhdellaan purovedel- lä siten, että huuhteluvesi ei pääse näyteveteen. Huuhtelu tehdään seuranta-asemasta alavirtaan. Kauhalla otettaessa näyte kaadetaan pulloon uoman ulkopuolella siten, että ylijäämävesi ei valu uomaan. Jos vesi otetaan suoraan pulloon, tulee huolehtia, että pullo ei imaise pohjaan sedimen- toituneita aineita. Samanaikaisesti huolehditaan siitä, että pulloon tai sen korkkiin ei pääse roskia, sadevettä tai lunta. Talvella, kun vesi liikkuu ojan tai puron jääkuoren alla joudutaan näytteitä ottamaan jäähän kai- ratusta avannosta. Aina veden virtaus ei talvella ole riittävä ja joissakin paikoin ojat ovat jäässä miltei pohjaan saakka eikä näytteitä pysty ottamaan. Epäselvistä tilanteista tulee mainita kenttä- lomakkeessa ja ottaa mahdollisuuksien mukaan valokuva kohteesta. Näytettä otettaessa voi mukana olla ”jatkokäsi”, teleskooppivartinen näytteenotin, jolloin näyte saadaan vaikeasti saavutettavasta paikasta. Lisäksi ollaan kauempana virtaavasta vedestä ja näin vähennetään näytteen häiriintymistä. Näytepullo tai varsi se ei saa osua kaivon, uoman tai padon seinämiin, jottei niistä irtoa ainesta näytepulloon tai veteen. Jos näytettä otetaan mittakaivosta, tulee huomioida, ettei kengissä viedä likaa kaivoon. Kaivoon joutuvan lian vähentämiseksi kengät puhdistetaan. Jos kaivossa on mitta-antureita, otetaan vesi- näytteet ennen antureiden puhdistusta tai huoltoa. Näytteenoton jälkeen kaivo tulee puhdistaa ros- kista ja seinämien limasta sekä tarvittaessa pohja imeä tyhjäksi kiintoaineesta. Mittakaivon seinämillä ja välipohjan päällä on usein likaa varsinkin kaivon perustamisen jälkei- senä aikana (kuva 8). Sitä saattaa herkästi valua kaivoon kantta avatessa tai kaivossa työsken- neltäessä. Talvella kaivoon saattaa myös herkästi tippua lunta. Lisäksi veden pinnalla on jonkin verran roskia, jota on vaikea välttää. Eniten likaa on yleensä V-aukon alla olevassa vaahdossa. Ve- sinäytteiden kontaminoitumista ulkopuolisella tai seinämien lialla, lumella tms. tulee välttää. Tätä voidaan edesauttaa antamalla veden virrata jonkin aikaa kannen avaamisen jälkeen, jotta roskat ja liat poistuvat virtaavan veden mukana. Tavoitteena on saada puhdas vesinäyte. Talvella on hyvä varautua lumilapiolla aseman hangesta esiin kaivamiseen ja lukkosulalla tms. kaivon kannen lukkojen avaamiseen (kuva 9). Talvella näytteenottimen alaosaan saattaa jäätyä vettä tai lumisohjoa, jos ottimen laskee välillä märkänä lumihankeen. Sen sulamista näytteeseen Metlan työraportteja 245 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2012/mwp245.htm 29 Kuva 8. Mittakaivoon kulkeutuu helposti hiekkaa ja roskia (kuva Minna Kukkonen). Kuva 9. Talviset olosuhteet mittakaivolla on hyvä tiedostaa (kuva Minna Kukkonen). Metlan työraportteja 245 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2012/mwp245.htm 30 tulee välttää. Pakkasessa kostuttuaan teleskooppivarsi saattaa jäätyä siten, ettei sen pituutta saa enää säädettyä. Näytteenotinta voi sulatella vedellä asemasta alavirtaan. Näytepullot täytetään aivan täyteen, jollei muutoin ole sovittu esimerkiksi pakastamisen takia. Hapettomat vedet tulee sulkea tiiviisti, sillä näytteen laatu saattaa muuttua nopeasti sen joutuessa kosketuksiin ilman kanssa. Helposti muuttuvia ovat mm. väri, sameus, kiintoaine sekä liukoinen rauta ja mangaani. Purovedet kuitenkin ovat harvemmin hapettomia. Otettaessa näytteitä metallianalyyseihin tulee huomioida, ettei näytteenottovälineissä ole metalli- sia osia. Monissa tapauksissa tarkoituksenmukaista on ottaa näyte suoraan näytepulloon. Raskas- metallinäytteet otetaan avovesiaikaan suoraan pulloon. Talvella ne joudutaan ottamaan näytekau- halla. Näytteitä ei saa ottaa siltojen läheisyydestä. Mahdolliset näytteenottovälineet kuljetetaan puhtaissa muovipusseissa. (Lisäohjeita näytteenotosta: www.ymparisto.fi > Palvelut ja tuotteet > Julkaisut > Ympäristöoppaat 2008 > YO Vesistötietoa näytteenottajille) 5.3.4 Näytteiden esikäsittely, kuljettaminen ja säilyttäminen Näytteiden säilyttäminen kuljetuksen aikana on yksi tuloksiin vaikuttava tekijä mittausketjussa. Näytteenotosta analyyseihin kuluva aika ja olosuhteet vaikuttavat vesinäytteen laatuun. Analysoi- tavan veden tulisi olla mahdollisimman samanlaatuista kuin uomassa virtaava vesi. Kuljetuksen osalta tulee huolehtia siitä, että näytteet ovat viimeistään näytteenottoa seuraavan päivän aamuna laboratoriossa, jotta laboratorio pystyy kestävöimään ja analysoimaan näytteet määräajassa. Joissakin poikkeustapauksissa joudutaan hyväksymään normaalista poikkeava tapa. Tällöin validoinnilla tulee osoittaa, että mittausepävarmuus ja/tai systemaattinen virhe ei nouse oleellisesti. Vesinäytteiden säilyttämisessä suositellaan pääsääntöisesti käytettävän standardia SFS-EN ISO 5667-3. Liitteessä 2 on eri analyyttien näytteenottoon ja säilytykseen liittyviä ohjeistuksia Kyrö- läisen ym. (2009) luonnoksen pohjalta. Näytteitä tulee pääsääntöisesti kuljettaa 1–5 °C lämpöti- lassa, pimeissä olosuhteissa, eikä niiden lämpötila saa nousta kuljetuksen aikana. Eri organisaati- oilla voi olla tiukempia, omiin kokemuksiin perustuvia ohjeistuksia. Osa analyyseistä vaatii näytteiden esikäsittelyä, esimerkiksi kestävöintiä jo maastossa, jotta pitoi- suudet eivät kuljetuksen aikana muuttuisi. Näytteiden kontaminoitumisen estämiseen tulee kiin- nittää erityistä huomiota, jos kuljetetaan sekä esikäsiteltyjä että käsittelemättömiä näytteitä. Ne olisikin hyvä kuljettaa ja säilyttää eri laatikoissa. 5.4 Vedenlaadun analyysimenetelmät Vesien laadun analysointiin tutkimus-, seuranta-, velvoitetarkkailu- ja valvontatarkoituksissa käy- tetään menetelmästandardeja. Valtioneuvoston asetuksen (1040/2006) mukaan pinta- ja pohjave- sien seurannoissa tulee käyttää SFS-, EN- ja ISO-standardien mukaisia menetelmiä sekä sovel- tuvin osin EN ISO/IEC 17025 mukaista tai vastaavaa laatujärjestelmä. Lisäksi laboratorion tulee osallistua pätevyyskokeisiin ja käyttää sopivia vertailuaineita (2000/90/EY). Menetelmien akkre- ditoinnilla voidaan osoittaa edellä olevien vaatimusten täyttyvän (www.ymparisto.fi > Tutkimus > Tukipalvelut > Ympäristöalan menetelmästandardisointi). Metlan työraportteja 245 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2012/mwp245.htm 31 Menetelmästandardeilla pyritään vedenlaatuanalyysien tulosten laadukkuuteen ja keskinäiseen vertailtavuuteen. Laboratorioissa käytössä olevat vedenlaadun analyysimenetelmät perustuvat suurelta osin kansallisiin ja kansainvälisiin menetelmästandardeihin, joita voi käyttää sellaise- naan, mutta usein ne vaativat muutoksia ja soveltamista toimiakseen. Muutetun menetelmän soveltuvuus aiottuun käyttöön osoitetaan validoinnilla. Standardimenetelmille riittää, että kes- keisimmät ominaisuudet, kuten määritysraja ja mittausepävarmuus validoidaan. Muiden mahdol- listen menetelmien validointi tulee tehdä kattavammin. Seurantasuunnitelmassa suunnitelluille vesianalyyseille tulee asettaa määritysrajat ja mittause- pävarmuustieto, jotta analyysimenetelmät ovat riittävän tarkkoja huomioimaan muutokset pitoi- suuksissa. Analyysimenetelmien vaihtelu analyyttikohtaisesti ei ole suositeltavaa, koska sillä on vaikutusta tulosten vertailtavuuteen hyvin monen analyytin kohdalla. Vedenlaatumääritysten ja -ohjeistuksen muutoksia ja suosituksia tulee seurata, jotta tulokset pysyvät vertailukelpoisena. Mahdolliset analyysimuutokset kirjataan seuranta-asemien seurantakäsikirjan vesinäytteiden seu- rantaohjelmaan. 5.4.1 Määritysraja Määritysraja on kvantitatiivisen määrityksen pitoisuusraja, jolle voidaan ilmoittaa epävarmuusar- vio (Eurachem-Suomi 1997). Määritysraja arvioidaan menetelmän validoinnin yhteydessä. Mää- ritysraja märitetään yleensä joko nollanäytteiden tai matalien pitoisuuksien rinnakkaisnäytteiden keskihajonnan perusteella. Suositusten mukaan keskihajonta arvioidaan vähintään kymmenen erillisen toistomittauksen perusteella nollanäytteestä tai matalan pitoisuuden näytteestä, jonka matriisi vastaa menetelmällä analysoitavia näytteitä. Toteamisrajana suositellaan käytettävän ar- voa, joka on kolme kertaa analyysitulosten hajonta ja määritysrajana arvoa, joka on kolme kertaa toteamisraja (ISO/TS 13530, 2009). Määritysrajan alhaisuuteen vaikuttaa se, kuinka pieniä pi- toisuuseroja on tarvetta analysoidusta aineistosta tarkastella. Liitteessä 3 on esimerkkejä mää- ritysrajasuosituksista kirkkaille luonnonvesille Kyröläinen ym. (2009) mukaan. Sameus saattaa nostaa määritysrajoja. 5.4.2 Mittausepävarmuus Mittausepävarmuus on mittaustulokseen liittyvä parametri, joka kuvaa mittaussuureen vaihtelua (Eurolab 2007). Kun pitoisuus pienenee, mittausta häiritsevien tekijöiden osuudet korostuvat, jol- loin tulokseen liittyvä suhteellinen epävarmuus kasvaa. Mittausepävarmuus aiheutuu sekä satun- naisvirheestä että systemaattisesta virheestä. Satunnaisvirhettä voidaan määrittää näytteen rin- nakkaisten avulla, mutta systemaattiseen virheen määrittämiseen tarvitaan myös pätevyyskokeita tai varmennettuja vertailumateriaaleja (Eurolab 2007). Ensisijainen tavoite olisi saada systemaat- tinen virhe mahdollisimman pieneksi. Määritysrajan tuntumassa olisi hyvä ilmoittaa mittause- pävarmuus absoluuttisena pitoisuutena ja suuremmissa pitoisuuksissa suhteellisena pitoisuute- na, jolloin mittausepävarmuusfunktiosta saadaan jatkuva koko pitoisuusalueelle (Kyröläinen ym. 2009). Liitteessä 3 on mittausepävarmuusarvosuosituksia kirkkaille luonnonvesille. 5.4.3 Analyytit Metsätalouden vesistökuorman seurannassa havainnoitavat vedenlaatumuuttujat vaihtelevat han- kekohtaisesti. Yleisesti jokaiselta kohteelta tulisi seurata mahdollisuuksien mukaan kiintoainetta, Metlan työraportteja 245 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2012/mwp245.htm 32 sameutta, väriä, happamuutta, johtokykyä, ravinteita (typpi ja fosfori), rautaa, alumiinia, kemi- allista hapen kulutusta, kokonaishiiltä, liuennutta orgaanista hiiltä, raskasmetalleja: lyijyä, kad- miumia ja nikkeliä. Seuraavassa on esitelty yleisesti vedenlaadun mittausparametreja ja niiden yhteyksiä metsätalouden toimiin. Kiintoaine on puro- ja ojavesien mukana kulkeutuvaa kiinteää ainesta. Se voi olla joko orgaanista eli eloperäistä ainesta tai se voi koostua elottomasta mineraaliaineksesta. Raekooltaan se on suu- rempaa kuin 0,45 µm. Tätä hienompi aines kulkeutuu vedessä kolloideina (humusaineet) ja liuen- neena. Kiintoainetta kerrostuu uoman pohjalle. Kiintoainetta kulkeutuu luonnontilaisissakin uomissa, mutta kuormaa lisäävät kaikki maan pintaa rikkovat toimet kuten kunnostusojitus ja maanmuokkaus erityisesti kivennäis- ja ohutturpeisilla mailla. Eroosioriski korostuu varsinkin sateiden aikana. Iso osa kiintoaineesta kulkeutuu varsin- kin suurissa uomissa pohjaosissa ja jää täten usein mittausten ulkopuolelle. Rankkasateella kiin- toainesta lähtee usein liikkeelle, jolloin se siirtyy uomissa eteenpäin. Kiintoainemäärityksessä käytetty suodatintyyppi pitää esittää tulosten yhteydessä. Hiukkasten kokojakauma eri näytteissä voi vaihdella suuresti. Sen tähden eri huokoskoon suodattimilla saa- tujen tulosten välillä ei ole korrelaatiota. Näin ollen mitään muuntokerrointa ei voida antaa yhdel- lä suodatintyypillä saatujen tulosten muuttamiseksi toisella suodatintyypillä saaduiksi tuloksiksi. Kiintoainepitoisuudet noudattelevat hyvin sameuden vaihtelua. Kiintoainepitoisuuspiikit ovat usein lyhytaikaisia, veden virtaaman lisäyksestä, sateiden tai lumen sulamisesta johtuvia. Jatku- vatoimisen sameusmittauksen avulla voidaan laskea kiintoainepitoisuutta. Kiintoainepitoisuus voidaan johtaa jatkuvatoimisen sameusmittauksen avulla, jolloin kalibroinnissa käytetään hy- väksi laboratoriomittauksia. Tällöin näytteet suodatetaan mieluiten 0,45 µm Nucleopore suodat- timella. Sameus kuvaa vedessä esiintyviä pienhiukkasia kuten mineraaleja, saviainesta, kuollutta orgaa- nista ainesta ja kasviplanktonia. Sameudesta käytetään kolmea eri yksikköä. Nykyisen standardin mukaan 1 FNU-yksikkö on arvoltaan sama kuin 1 FTU-yksikkö. NTU-yksikköä pidetään arvol- taan samana kuin FTU- ja FNU-yksiköitä. Kirkkaan veden sameus on alle 1,0 FTU. Virtavedet ovat usein sameita ylivirtauksen aikaan. Sameusarvot vaihtelevat voimakkaasti vuodenajoista ja sadannasta riippuen. Sameusmäärityk- sessä häiriötä voivat aiheuttaa näytteessä olevat ilmakuplat sekä värilliset aineet, jotka absorboi- vat valoa. Sameuden mittaus jatkuvatoimisesti onnistuu hyvin. Antureita valittaessa on katsottava, että mit- tausalue ja tarkkuus ovat sopivat analysoitavalle vedelle. Luonnontilaisten metsäpurojen same- us on hyvinkin matala, jolloin mittaustarkkuuden tulisi olla ± 0,2-0,5 FTU ja laitteiden mitta- usalueen 0-200 FTU (vaihtelee laitekohtaisesti). Toimenpiteiden yhteydessä sameus voi nousta huomattavasti, jolloin mittausalueen tulee olla suurempi esimerkiksi 0-1000 FTU ja mittaustark- kuuden ± 3-5FTU. Tällöin voidaan käyttää kahta eri mittausalueelle ja mittaustarkkuudelle suun- niteltua anturia. pH kuvaa veden happamuutta eli positiivisten vetyionien aktiivisuutta nesteessä. Metsämaan laa- tu vaikuttaa valumavesien happamuuteen. Turvemaat ovat yleensä happamampia kuin kivennäis- maat. pH-mittauksessa häiriöitä voivat aiheuttaa näytteen kanssa kontaminoituvat happamat tai Metlan työraportteja 245 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2012/mwp245.htm 33 emäksiset liuokset. pH-mittaukset suoritetaan laboratorio-oloissa +25 °C:ssa, koska lämpötilalla on vaikutusta mittauksiin. Jatkuvatoimisissa pH-antureissa on automaattinen lämpötilakorjain. Happamuus mitataan lasi- ja vertailuelektrodien (yleensä yhdistelmäelektrodi) välisenä jännit- teenä. Kalibrointi tehdään normaalisti kahteen pisteeseen (pH 4 ja 7). Elektrodit ovat kulutusta- varaa ja puhtaillakin vesillä niiden käyttöikä on noin vuosi. Likaisilla vesillä se voi olla paljon lyhyempi. Elektrodien uusimistarpeesta kertoo kalibroimisen vaikeus molemmille kalibroinnissa käytetyille pH-arvoille tai näytteiden mittauksessa vakaan lukeman asettumisajan muuttuminen kohtuuttoman pitkäksi (puskureilla aika voi silti olla normaali). Jatkuvatoimisten pH:n antureiden kalibrointi laboratorionäytteillä on haasteellista, koska mitta- usarvoihin vaikuttavat huomattavasti olosuhteet ja kalibrointiin otetutun kertanäytteen kulje-tus- olosuhteet. Siksi käytännöllisintä olisi, että jatkuvatoimisten pH mittareiden kalibrointi tehdään kenttämittareilla. Alkaliniteetti kuvaa veden haponsitomiskykyä. Se mittaa veden kykyä vastustaa pH-muutoksia. Happamoituminen ilmenee alkaliniteetin alenemisena ennen kuin se näkyy pH:ssa. Gran-alkaliniteetti mittaa veden kovuutta ja ilmaisee happamoittavien aineiden kuormituksen ai- heuttamaa maaalkalimetallien huuhtoutumista vesistöihin. Ravinnepitoisuudet virtavesissä saattavat vaihdella huomattavastikin vuodenajan ja vuorokauden aikana. Ravinteet esiintyvät liukoisissa tai sitoutuneissa muodoissa ja niiden kierto on nopeaa. Ravinteet kulkevat virtavesissä yleensä pulsseina, joihin vaikuttaa huomattavasti mm. rankkasa- teet. Ravinteiden vapautumisessa on eroja. Avohakkuun jälkeisessä hakkuutähteiden ravinteiden mi- neralisoitumisessa fosfori vapautuu melko nopeasti, ainoastaan paksut oksat ja juuret sitovat sitä pidempään. Typen mineralisaatio on taas hitainta (Palviainen ym. 2003, Joensuu ym. 2004). Var- sinkin nitraattitypen pitoisuuksien nousu huippuunsa vie monessa tapauksessa kaksi vuotta tai enemmän ja pitoisuustasot pysyvät pitkään kohonneina (Kubin 1998). Fosfori on yleensä perustuotannon minimitekijä vesistöissä. Se säätelee kasviplanktonin ja vesi- kasvien määrällistä kasvua, kun taas ravinnesuhteet typen kanssa säätelevät lajistoa. Osa fosforis- ta kulkeutuu vesistöissä sitoutuneena toisiin partikkeleihin ja osa liukoisessa muodossa. Liukoi- nen fosfori on nopeimmin kasvien ja levien käytössä. Sitoutunut fosfori taas vapautuu sopivissa olosuhteissa, kuten hapettomuudessa. Suurin osa fosforista kulkeutuu liukoisena orgaanisena fos- forina. Tällä hetkellä markkinoilla olevilla kustannuksiltaan potentiaalisilla jatkuvatoimisilla mittareilla ei päästä riittävään määritysrajaan kokonaisfosforin osalta. Partikkeleihin sitoutunutta fosforia voidaan johtaa samanaikaisten sameusmittausten avulla. Mm. maatalousvaltaisilla valuma-alu- eilla on päästy hyvään korrelaatioon sameuden ja kokonaisfosforin välillä (Koskiaho ym. 2010). Menetelmällä saadaan sitä parempi tulos, mitä suurempi osuus fosforista on sitoutuneena kiinto- aineeseen. Fosfaattifosfori on leville sekä muille vesikasveille välittömästi käytettävissä oleva kasviravinne. Fosfaattinäyte tulee suodattaa ennen analyysia. Suodatuksessa suositellaan toistaiseksi käytettä- väksi 0,40 μm:n suodattimia (ns. Nuclepore-suodattimet), joita käytetään Suomen ympäristökes- Metlan työraportteja 245 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2012/mwp245.htm 34 kuksen seurannoissa ja joiden tulosten käyttökelpoisuudesta on tutkimustietoa. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää 0,45 μm:n suodattimia, jotka ovat testatusti fosfaattifosforivapaita. Näytteen suo- datustiedot tulee liittää tulostietoihin. Typpi on fosforin ohella vesistöjen kasviravinne. Typpi voidaan jakaa orgaaniseen typpeen ja epä- orgaanisiin suoloihin, kuten ammoniumtyppi sekä nitraatti- ja nitriittityppi. Typen kiertokulku vesistöissä poikkeaa jonkin verran fosforin kiertokulusta. Typpeä joutuu vesistöihin huuhtoutu- malla valuma-alueelta, sadannasta, kuivalaskeumasta, orgaanisen aineksen hajotuksesta, lannoit- teista ym. Typpeä myös vapautuu suotuisissa olosuhteissa vedestä ilmakehään ja toisaalta myös sitoutuu veteen. Typpi on usein turvevaltaisten valuma-alueiden jokien rehevöittävä tekijä, koska se lisää detrituksesta ravinteensa ottavien bakteerien ja sienten ravinnetarjontaa. Kokonaistypen pitoisuutta voidaan johtaa jatkuvatoimisten mittausten nitraattitypen tulosten perusteella, mutta menetelmä tarvit-see vielä kehittelyä metsäisillä valuma-alueilla. Nitraattitypen osuus kokonaistypestä kasvaa valuma-alueen maatalousmaan osuuden nousun myötä (Vuorenmaa ym. 2002). Nitraattitypen mittaaminen onnistuu jatkuvatoimisesti, mutta vaa- tii menetelmä kehittelyä metsäisillä valuma-alueilla. Jatkuvatoimisilla mittauksilla maatalousval- taisella alueella korkeat hiilen pitoisuudet yhdessä sameuden kanssa aiheuttivat hankaluuksia nit- raatin mittaukselle (Kaitaranta 2009). Ammoniumtyppeä on luonnonvesissä yleensä vähän. Turvesoiden valumavesissä saattaa ammo- niumtyppeä olla poikkeuksellisen paljon. Ammoniumia joutuu vesiin typpipitoisten orgaanisten aineiden hajoamistuotteena, lannoitteista sekä teollisuuden ja asutuksen jätevesien mukana. Ve- sistössä ammoniumtyppi hapettuu nitraatiksi; talvella hitaammin, kesällä nopeammin. Ammo- niumtypen määrittämiseen tarvittaville mittaustarkkuuksille ei jatkuvatoimisilla mittauslaitteilla vielä pääse. Kemiallinen hapenkulutus, COD, kuvaa veden sisältämien kemiallisesti hapettuvien orgaanisten aineiden määrää, eli vedessä olevaa eloperäistä ainetta, joka metsäpuroissa on yleensä humusta. Kemiallista hapenkulutusta ja väriä käytetään usein käytännön vesianalytiikassa mittaamaan hu- muspitoisuutta. Kemiallista hapenkulutusta voidaan mitata jatkuvatoimisesti spektrofotometrisesti. Menetelmä eroaa laboratoriossa tehtävästä hapenkulutukseen perustuvasta määrityksestä. Jatkuvatoimisen mittaukset kalibroidaan aina laboratoriotuloksia vastaan. Antureita valittaessa tulee huomioida mittausalue, jotta ne soveltuvat mitattavalle vedelle. Liuennut orgaaninen hiili, DOC, kertoo veden humusmäärästä kemiallista hapenkulutusta tar- kemmin. Sen käyttö on lisääntynyt humuspitoisuuden määrityksessä. Vesinäytteestä suodatetaan ennen analyysia pois orgaaniset hiukkaset. Vesistöjen liuenneen hiilen määrä riippuu valuma- alueen olosuhteista. Pienissä puroissa liuennen hiilen osuus voi olla jopa 90 % kokonaishiilestä. Partikkelimaisen hiilen osuus kasvaa virtaaman ja uoman koon kasvaessa. Liukoisen hiilen mit- taaminen jatkuvatoimisilla mittareilla on mahdollista. Anturia valittaessa tulee huomioida, että mittausalue ja -tarkkuus ovat sopivat mitattavalle vedelle. Kaikille antureille ei ole tarkkuutta määritetty, koska veden muiden tekijöiden vaihtelulla voi olla vaikutusta mittaukseen. Kokonaishiili, TOC, sisältää orgaanisen liukoisen hiilen ohessa myös partikkeleihin sitoutuneen orgaanisen hiilen. Partikkelimaisen hiilen osuus on näytteissä usein korkea, joten se antaa vain Metlan työraportteja 245 http://www.met