Search

The main objective of the H2020 funded project Water Quality Emergency Monitoring Service (wqems.eu/) is to provide operational water quality information to environmental authorities and water utilities industry in relation to the quality of the ‘water we drink’. To reach this goal, the project focuses its activities on monitoring of lakes using a variety of information sources.This work focuses on Lake Pien-Saimaa which is a medium-size lake in southeastern Finland. It is an important source of fresh water for the City of Lappeenranta with water intake located in the southern part of the lake.

Raportissa kuvataan nykyiset SYKEn ylläpitämät ja koordinoimat meren kuormitus- ja tilaseurannat ja esitetään tavoitteita seurantojen kehittämiselle ja seurantatiedon käytön tehostamiselle vuoteen 2026 mennessä. Työ perustuu vuonna 2016 tehtyyn meriseurantojen toteutusta ja niiden kehittämistarvetta koskeneeseen kyselyyn, joka lähetettiin n. 30 seurantojen ja kehittämishankkeiden vastuuhenkilölle SYKEssä. Vastausten perusteella koottiin tiekartan alustava luonnos, jota on vuosina 2018-2019 päivitetty ja tarkistettu yhteistyössä seurantojen ja kehittämishankkeiden vastuuhenkilöiden kanssa. Nyt raportoitava versio antaa ajantasaisen kuvan SYKEn ylläpitämistä ja koordinoimista meren tilaseurannoista ja niiden kehittämisestä heinäkuussa 2020 alkaneen merenhoidon toisen seurantakauden kynnyksellä. Työ jakautuu aihealueisiin, joita ovat manuaaliseen näytteenottoon perustuva seuranta, automaatio, kaukokartoitus, kansalaishavainnointi, seurannan tietojärjestelmät, mallinnus ja sen tietotarpeet, seurantojen optimointi ja aineistojen yhteiskäyttö sekä merenhoidon ja HELCOM -työn tietotarpeet. Lisäksi tarkastellaan seuranta-aineistojen käyttöä. Seurantojen kehittämiselle esitetään välittömät tavoitteet (vastikään valmistunut tai valmistumassa oleva kehittämistyö) sekä tavoitteet vuoden 2020 aikana ja vuoteen 2026 mennessä.

Perinteinen, näytteenottoon ja laboratorioanalyyseihin perustuva seuranta ei pysty kaikilta osin tuottamaan kokonaisvaltaista tietoa vedenlaadun vaihteluista. Sitä täydentämään tarvitaan intensiiviasemia: automaattisia jatkuvatoimisia mittausjärjestelmiä sekä yhdistettyä ympäristödataa monesta eri lähteestä. Automaattisilla mittausjärjestelmillä saadaan luotettavaa ja reaaliaikaista tietoa vedenlaadusta, jos laadunvarmistuksesta on huolehdittu. Tässä JatkuvaLaatu -hankkeen loppuraportissa hahmoteltavan vedenlaadun jatkuvatoimisten mittausten verkoston tavoitteena on täyttää sekä ympäristönseurannan että -tutkimuksen tarpeita. Lisäksi tavoitteena on parantaa kansalaisten ympäristötiedon saantia, edistää MONITOR2020 –kehitystyötä, sekä uuden ympäristötiedon tuottamista ja hyödyntämistä. Verkoston tavoitteena on tuottaa laatutarkastettuja ja yhdisteltäviä aineistoja, joita voidaan käyttää useisiin eri tarkoituksiin. Raportissa tarkastellaan kriteerejä mittausasemien valinnaksi joki-, järvi- ja meriympäristössä. Ehdotetaan ainevirtaama-asemia tärkeiden vesistöalueiden jokisysteemeihin, sekä automaattisia mittauspoijuja (ns. älypoijuja) sijoitettuna valittuihin järvikohteisiin ja rannikkovesiin. Lisäksi ehdotetaan mittausketjuja Kokemäenjoen, Eurajoen ja Vantaanjoen vesistöalueille. Ketjuissa olevista mittausasemista saadaan tarkennettua tietämystä ravinteiden huuhtoutumis- ja pidättymisprosesseista, ainevirroista, sekä valuma-alue – järvi -vuorovaikutuksesta, ja edelleen ravinteiden ja orgaanisen hiilen kuormituksesta ja vaikutuksista rannikkovesiin. Ehdotettava uusi ympäristöhallinnon koordinoima havaintoverkko pohjautuu olemassa olevaan, laajaan kokemukseen eri toimijoiden T&K -hankkeissa. Tavoitteena on hyvä tiedonkulku projekteista ja infrahankkeista uuteen havaintoverkkoon. Laadunvarmennusasioita tarkastellaan lähemmin samaan aikaan julkaistavassa laatukäsikirjassa (Tattari ym. 2019). Lisäksi tarkastellaan tiedon saatavuutta ja sen edistämistä sekä tiedon käyttömahdollisuuksia. Yhtenä esimerkkinä on web-pohjainen käyttöliittymä, Vesimittari, jota ehdotetaan laajennettavaksi. Samoin hankeryhmä ehdottaa luvussa 5 konkreettisia jatkotoimenpiteitä uuden havaintoverkon perustamiseksi.

Laatukäsikirjan kirjoittaminen jatkuvatoimisille vedenlaadunmittauksille lähti tarpeesta saada yhdenmukaisempia käytäntöjä ja toimintamalleja koko ajan lisääntyvälle mittaustoiminnalle. Laatukäsikirjassa keskitytään jatkuvatoimisten mittausten laatuun vaikuttaviin yleisiin asioihin, jotta esitettävät toimenpiteet sopisivat useimmille vedenlaatua mittaaville laitteille ja olisivat käytettävissä eri vesiympäristöissä. Ohjeistusta ei ole kuitenkaan tarkoitettu ns. kenttämittareille, joita käytetään hetkellisten mittausten tekemiseen, ja joita ei jätetä maastoon pidemmäksi aikaa mittaamaan. Kirjassa käsitellään ensin yleisesti kaikkia vesiympäristöjä koskevia asioita, jonka jälkeen virtavesiä, järviä ja merialuetta koskevia asioita käsitellään erikseen, mikäli toimet poikkeavat eri ympäristöissä. Virtavesiä koskevia ohjeita voidaan soveltaa eri kokoisissa uomissa tehtäviin mittauksiin. Laatukäsikirja jatkuvatoimisille vedenlaadun mittauksille on tarkoitettu: - jatkuvatoimisia mittauksia suunnitteleville, toteuttaville ja niistä vastaaville henkilöille - laitetoimittajille, konsulteille - mittaustulosten käyttäjille Laatukäsikirjalla pyritään parantamaan ja yhtenäistämään mittausten laatua mittaustoiminnan kaikissa vaiheissa. Laadunvarmistus käsittää toimivan ketjun vesiympäristöön sopivan laitteen valinnasta, validoinnista, asennuksesta, huollosta, kalibroinnista, laadukkaista laboratorioanalyyseistä sekä ammattitaitoisesta mittausaineistojen laadunvarmistuksesta. Huolellinen toiminta ketjun kaikissa vaiheissa takaa mittausten onnistumisen ja aineistojen korkean laadun, mikä lisää olennaisesti myös aineistojen hyödyntämismahdollisuuksia. Laatukäsikirja on toteutettu ”Jatkuvatoimisten vedenlaatuasemien valtakunnallisen verkoston toteuttamissuunnitelma - JatkuvaLaatu” -hankkeessa vuonna 2018. Hankkeen toteutuksesta vastasi Suomen ympäristökeskus (SYKE) yhdessä Varsinais- Suomen ELY-keskuksen kanssa. Hanketta rahoitti ympäristöministeriö.

Julkisten tietovarantojen mahdollisimman tehokkaan käytön on katsottu tuottavan uutta tietoa ja palveluita sekä lisäävän hyvinvointia. Kerätyn ympäristötiedon heikko hyödyntäminen yritystoiminnassa on kuitenkin jo pitkään tiedossa ollut ongelma. Syitä tähän voi etsiä ympäristötiedon epäkaupallisesta luonteesta, sen keräämistavoista ja saatavuudesta tai esimerkiksi julkisen sektorin vahvasta roolista toimialalla. Järvien vedenlaatupalvelu -hankkeessa (Tekes, 2009-2012) haluttiin edistää julkisen tiedon hyödyntämistä yksityisellä sektorilla sekä kehittää yhteistyötä eri toimijoiden välillä. Lähtökohtana oli paikallisen tutkimusinfrastruktuurin kehittäminen niin, että eri lähteistä kerätty vedenlaadun mittaustieto olisi tietokannan kautta helposti yritysten käytettävissä. Lisäksi hankkeessa tutkittiin eri käyttäjien tarpeita vedenlaatutiedolle, kehitettiin menetelmiä tiedon tarkkuuden parantamiseksi sekä luotiin muun muassa lyhyen aikavälin ennustemalleja. Konkreettinen tulos oli myös uuden “jokamiehen” vedenlaadun mittalaitteen kehittäminen. Tämä esimerkiksi matkapuhelimen kameran käyttöön perustuva mittalaite tuo uusia mahdollisuuksia edullisen vedenlaatutiedon keräämiseen, kansalaishavainnointiin ja samalla myös erilaiseen liiketoimintaan. Julkiseen ympäristötietoon perustuvaa liiketoimintaa pohdittiin kahdessa työpajassa. Työpajoissa keskusteltiin siihen liittyvistä haasteista ja mahdollisuuksista sekä myös ideoitiin uusia julkiseen ympäristötietoon perustuvia liiketoimintamahdollisuuksia. Tässä julkaisussa pohditaan julkisen ja yksityisen sektorin yhteistyön mahdollisuuksia Järvien vedenlaatupalvelu -hankkeen tulosten pohjalta.

In lake-rich regions, the gathering of information about water quality is challenging because only a small proportion of the lakes can be assessed each year by conventional methods. One of the techniques for improving the spatial and temporal representativeness of lake monitoring is remote sensing from satellites and aircrafts. The experimental material included detailed optical measurements in 11 lakes, air- and spaceborne remote sensing measurements with concurrent field sampling, automatic raft measurements and a national dataset of routine water quality measurements from over 1100 lakes. The analyses of the spatially high-resolution airborne remote sensing data from eutrophic and mesotrophic lakes showed that one or a few discrete water quality observations using conventional monitoring can yield a clear over- or underestimation of the overall water quality in a lake. The use of TM-type satellite instruments in addition to routine monitoring results substantially increases the number of lakes for which water quality information can be obtained. The preliminary results indicated that coloured dissolved organic matter (CDOM) can be estimated with TM-type satellite instruments, which could possibly be utilised as an aid in estimating the role of lakes in global carbon budgets. Based on the results of reflectance modelling and experimental data, MERIS satellite instrument has optimal or near-optimal channels for the estimation of turbidity, chlorophyll a and CDOM in Finnish lakes. MERIS images with a 300 m spatial resolution can provide water quality information in different parts of large and medium-sized lakes, and in filling in the gaps resulting from conventional monitoring. Algorithms that would not require simultaneous field data for algorithm training would increase the amount of remote sensing-based information available for lake monitoring. The MERIS Boreal Lakes processor, trained with the optical data and concentration ranges provided by this study, enabled turbidity estimations with good accuracy without the need for algorithm correction with field measurements, while chlorophyll a and CDOM estimations require further development of the processor. The accuracy of interpreting chlorophyll a via semi empirical algorithms can be improved by classifying lakes prior to interpretation according to their CDOM level and trophic status. Optical modelling indicated that the spectral diffuse attenuation coefficient can be estimated with reasonable accuracy from the measured water quality concentrations. This provides more detailed information on light attenuation from routine monitoring measurements than is available through the Secchi disk transparency. The results of this study improve the interpretation of lake water quality by remote sensing and encourage the use of remote sensing in lake monitoring. Kaukokartoituksella saadaan alueellisesti ja ajallisesti kattavaa tietoa järvistä ja niiden vedenlaadusta. Tämän kaltaiselle tiedolle on erityistä tarvetta runsasjärvisillä alueilla, joilla vain pientä osaa järvistä pystytään vuosittain seuraamaan perinteisin menetelmin. Tässä väitöskirjatyössä selvitettiin eri tulkintamenetelmien ja kaukokartoitusinstrumenttien soveltuvuutta Suomen järvien vedenlaadun arvioimiseksi sekä menetelmiä valon tunkeutumissyvyyden määrittämiseksi. Kaukokartoitus soveltuu instrumentin ominaisuuksista riippuen sameuden, rehevyystason, humuksen ja näkösyvyyden arviointiin. Väitöskirjassa osoitettiin, että boreaalisille järville kehitetyn prosessorin avulla tulkitut MERIS satelliittikuvat arvioivat sameutta hyvällä tarkkuudella ilman kuvakohtaista kalibrointia. Prosessorin opettamiseen käytettiin Suomen järvien optisia ominaisuuksia ja vedenlaadun vaihtelua. Menetelmät, jotka eivät vaadi kenttähavaintoja algoritmien kalibrointiin, lisäävät huomattavasti käyttökelpoisten kaukokartoitusarvioiden määrää. Alueellisesti tarkkojen TM-tyyppisten satelliittikuvien ilmakehäkorjaus ei riittävästi korjannut kuvien välistä vaihtelua. Näin ollen näiden kuvien käyttö järvien seurantaan edellyttää ylilennon kanssa samanaikaisia kenttämittauksia tulkinnan avuksi. Suomessa yleiset humusjärvet ovat kaukokartoituksen kannalta haasteellisia, koska niistä heijastuvan valon määrä on alhainen. Kenttämittaukset ja mallinnustulokset osoittivat, että humuspitoisuuden arviointi onnistuu näissäkin järvissä, mutta satelliittikuvista korkeiden humuspitoisuuksien tulkinta riippuu pitkälti ilmakehäkorjauksen onnistumisesta ja instrumentin ominaisuuksista. Korkea humuspitoisuus voi häiritä a-klorofyllin arviointia, mutta tulkintaa voidaan parantaa luokittelemalla järvet humuspitoisuuden perusteella. Tarkan alueellisen resoluution lentokonekuvat osoittivat, että rehevissä järvissä a-klorofylli vaihtelee huomattavasti alueellisesti. Perinteisillä menetelmillä saatava arvio voi poiketa jopa 50 % järven todellisesta a-klorofyllipitoisuudesta. Tutkimuksen aineistot koostuivat tarkoista optisista mittauksista eri puolella Suomea, satelliitti- ja lentokonekuvista Etelä-Suomesta yhdessä samanaikaisten kenttähavaintojen kanssa ja automaattisen järviaseman mittauksista. Lisäksi työssä hyödynnettiin yli 1100 järven rutiiniseurannan tuloksia koko Suomesta. Väitöskirjan tulokset parantavat vedenlaadun tulkintaa kaukokartoitusaineistoista ja tukevat kaukokartoituksen käyttöönottoa järvien seurannassa. MERIS satelliittikuvia (erotuskyky 300 m) voidaan käyttää suurten ja keskisuurten järvien eri osien tilan arvioinnissa sekä arvioitaessa niitä tämän kokoluokan järviä, jotka eivät kuulu seurantaohjelmiin. Pienempiä järviä voidaan seurata TM-tyyppisillä satelliitti-instrumenteilla, mutta tämä edellyttää kenttämittauksia tulkinnan tueksi.