Search

Väitekirja elektrooniline versioon ei sisalda publikatsioone, Põllumajanduslik reostus põhjustab jätkuvalt magevee kvaliteedi üleilmset halvenemist. Tõhusate veemajandamise meetmete väljatöötamisel on oluline osa veekvaliteedi modelleerimisel. Veekvaliteedi laialdaseks modelleerimiseks on aga vajalik hea ruumilise katvusega lähteandmete olemasolu. Töö eesmärk oli parandada ja harmoniseerida veekvaliteedi modelleerimiseks vajalikke andmestikke ning arendada välja masinõppe raamistik, mida saaks kasutada riigiüleseks veekvaliteedi modelleerimiseks. Töö üheks väljundiks on Eesti mullastikuandmebaas EstSoil-EH. EstSoil-EH atribuudid olid sisendiks masinõppe mudelile, mida kasutasin mulla orgaanilise süsiniku sisalduse prognoosimiseks. Selgus, et proovivõtukohtade keskkonnatingimused mõjutasid mudeli prognoosi täpsust. Globaalse veekvaliteedi andmete parandamiseks loodi viie andmestiku põhjal andmebaas Global River Water Quality Archive (GRQA). Mullasüsiniku mudeli loomise käigus õpitu põhjal arendati välja raamistik üle-eestiliseks veekvaliteedi modelleerimiseks. Mudel prognoosis toitainete kontsentratsioone 242 Eesti jõe valglas. Saadud mudelite täpsus on võrreldav Baltimaades varem rakendatud mudelitega. Mudelite täpsust mõjutas valglate suurus, kuna prognoosid olid üldjuhul ebatäpsemad väiksemates valglates. Seejuures piisas rahuldava täpsuse saavutamiseks vähem kui pooltest tunnustest, mis näitab, et tunnuste arvust olulisem on nende kirjeldusvõime. Seega on loodud masinõppe mudelid rakendatavad piirkondades, kus tunnuste tuletamiseks vajalike lähteandmete katvus on piiratud., The state of freshwater quality continues to deteriorate worldwide due to agricultural pollution. In order to combat these issues effectively, water quality modeling could be used to better manage water resources. However, large-scale water quality models depend on input datasets with good spatial coverage. The aim of the thesis was to improve and harmonize datasets for water quality modeling purposes and create a machine learning framework for national-scale modeling. We created EstSoil-EH as a new numerical soil database for Estonia by converting the text-based soil properties in the Estonian Soil Map to machine-readable values. We used it to predict soil organic carbon content using the random forest machine learning method and found that the conditions of sampling locations affected prediction accuracy. We improved the global coverage of water quality data by producing the Global River Water Quality Archive (GRQA), which was compiled from five existing large-scale datasets. The compilation involved harmonizing the corresponding metadata, flagging outliers, calculating time series characteristics and detecting duplicate observations. We developed a framework suitable for national-scale water quality modeling based on lessons learnt from predicting soil carbon content. We used 82 environmental variables, including soil properties from EstSoil-EH as features to predict nutrient concentrations in 242 river catchments. The resulting models achieved accuracy comparable to the ones used previously in the Baltic region. We found that the size of the catchment influenced accuracy, since predictions were less accurate in smaller catchments. The models maintained reasonable accuracy even when the number of features was reduced by half, which shows that the relevance of features is more important than the amount. This flexibility makes our models applicable in areas that are otherwise lacking in the input data needed for extracting features., https://www.ester.ee/record=b5520677

Väitekirja elektrooniline versioon ei sisalda publikatsioone, Kõrge nitraadi (NO3) sisaldus pinna- ja põhjavees on suuresti seotud intensiivse põllumajandusega. Kõrge NO3 sisaldus joogivees võib olla inimestele ohtlik, põhjustades näiteks methemoglobineemiat või seedetrakti vähki. Seetõttu on oluline leida erinevaid lahendusi, et NO3 seotud reostust vähendada. Üks protsess, mille käigus NO3 on võimalik eemaldada on denitrifikatsioon. Selle protsessi käigus kasutavad mikroorganismid NO3 elektronakseptorina, just nagu inimesed kasutavad hingamiseks hapniku. Põhja- või pinnavees on denitrifikatsioon aga takistatud, kuna elektrondoonorite, näiteks orgaaniliste süsinikühendite, kontsentratsioon on väike. Väitekirja põhieesmärk oli hinnata, kas mikrobioloogilist elektrosünteesi reaktorit (MESR) on võimalik kasutada NO3 redutseerimise tõhustamiseks, madala elektrondoonorite kontsentratsiooni korral. MESR-i elektroodidele rakendatakse elektrivoolu, et muuta elektronid mikroorganismidele kättesaadavaks ja seeläbi toetada denitrifikatsiooni. Katsete läbiviimiseks valmistati kahe-kambriline MESR ja jälgiti selles toimuvaid protsesse 38 päeva jooksul. Tulemustest selgus, et MESR-i kasutamisel suurenes NO3 redutseerimiskiirus kaks korda, saavutades ärastuskiiruse 1,4 mgN-NO3/(L×päevas) ning samal ajal vähenes ka kasvuhoonegaaside emissioon. Kuna kahe-kambrilise MESR-i kasutamine põhjustas kõrvalekallet neutraalsest pH-st, siis otsustati teostada teine katsete seeria ühekambrilise MESR-ga. Teine katse kestis kokku 612 päeva ja selle käigus prooviti läbi erinevaid tööelektroodi potentsiaale ning optimaalse potentsiaali juures saavutati NO3 redutseerimiskiirus 3,8±1,2 mgN-NO3/(L×päevas). Seejuures jäi ka lahuse pH neutraalseks. Erinevate tööelektroodi potentsiaalide proovimisel leiti, et MESR-i võib kasutada ka teiste lämmastikuringega seotud protsesside, näiteks dissimilatoorse nitraadi redutseerimine ammooniumiks või nitrifikatsiooni, läbiviimiseks. Tulemuste põhjal võib väita, et MESR on paljutõotav tehnoloogia erinevate mikroobsete protsesside toetamiseks ning seetõttu on MESR-i võimalik kasutada väga erinevatel viisidel., High nitrate (NO3) concentration in surface water and groundwater is related mainly to intensive agricultural practices. A high level of NO3 in drinking water can be harmful to humans, causing methemoglobinemia or digestive tract cancer. Therefore, it is necessary to find solutions to reduce NO3 pollution. One process by which NO3 can be removed is denitrification. In this process, microorganisms use NO3 as an electron acceptor, just as humans use oxygen for breathing. However, denitrification is hindered in the ground- or surface water as the concentration of electron donors, i.e., organic compounds, is low. The main goal of the dissertation was to evaluate if the microbial electrosynthesis reactor (MESR) can be used to enhance NO3 removal at low electron donor concentrations. An electric current is applied to the MESR electrodes to make the electrons available to the microorganisms and thereby support denitrification. For experiments, a two-chamber MESR was constructed and operated for 38 days. During the investigation, the MESR was able to increase the NO3 removal rate twice to 1.4 mgN-NO3/(L×day) while lowering the greenhouse gas emissions. However, the two-chamber MESR caused pH to shift, so an experiment with single chamber MESR was conducted. Different working electrode potentials were tested during the second experiment, which lasted for 612 days. The MESR was able to reduce 3.8±1.2 mgN-NO3/(L×day), and the pH of the solution also remained neutral on the optimal potential. While trying different working electrode potentials, it was found that the MESR can also be used to enforce other nitrogen-cycle-related processes, i.e., dissimilatory nitrate reduction to ammonium or nitrification. The results show that the MESR is a promising technology to support different microbial processes and the field of application of MESR is diverse., https://www.ester.ee/record=b5507451

Inimtegevuse tagajärjel rikastuvad veekogud toiteainetega, mis toob endaga kaasa primaarproduktsiooni tõusu ning vee kvaliteedi halvenemise. Eutrofeerunud järvede vee kvaliteedi parandamine on praegusel ajal veekaitse üks peamisi ülesandeid kogu maailmas. Järvede tervendamine on kriitilise tähtsusega veeressursi säästliku majandamise seisukohalt. Tervendamiseks peetakse tegevust, mille tagajärjel saab veekogu hea seisundi. Seda eristatakse tavaliselt taastamisest (põhjalik järvesängi muutmine), korrastamisest (välisilme muutmine, mis ei pruugi parandada vee kvaliteeti), rehabiliteerimisest (Ott ja Timm, 2020). Järvi on vaja tervendada ka selleks, et vastata kehtivate veekaitseliste regulatsioonide (nt EL Veepoliitika raamdirektiiv) nõuetele. Värskeimate, 2020. a., andmete põhjal pole ligi 78% seirega kaetud Eesti seisuveekogumitest heas seisundis (Keskkonnaagentuur, 2021). Eriti murettekitav on aastail 2012-2020 jälgitav tendents, mille järgi heast kehvemas seisundis olevate järvede osakaalu on koguni suurenenud. Säärane statistika rõhutab vajadust üle vaadata seniseid järvede tervendamise praktikaid. Käesolevas töös pakutakse võimaliku lahendusena tervendamist jätkusuutlikul moel. Käesolevad juhised on välja töötatud 2020. a. augustis KIK toel valminud projekti „Jätkusuutlik väikejärve tervendamine sette eemaldamise ja selle toiteainete taaskasutuse teel“ jätkuprojekti raames. Meetodid on suunatud peamiselt väikejärvede tervendamiseks ning on toeks veemajandajatele. Keskkonnainvesteeringute Keskus

Väitekirja elektrooniline versioon ei sisalda publikatsioone, Inimestele on meeldinud ajast aega elada seal, kus maa ja vesi kohtuvad. Mistõttu on järvede, jõgede ja rannikualade lähedal inimtegevuse mõju suurenenud, mis omakorda põhjustab veekogude seisundi muutumist ning loob vajaduse veekogude operatiivseks seireks. Enamasti põhinevad veekogude seireprogrammid veekogudes teostatud punktmõõtmistel. See meetod aga ei suuda kajastada kogu veekogu kiiresti muutuvaid omadusi ja reaalset seisundit. Seetõttu on oluline lisaks punktmõõtmistele rakendada veekeskkonna operatiivse jälgimise meetodeid, millest kaugseire on üks võimsamaid. Kaugseire pakub tõhusaid viise veekvaliteedi ruumiliste ja ajaliste erinevuste jälgimiseks. Euroopa Liidu ja Euroopa Kosmoseagentuuri Copernicus programmi raames loodud Sentinel-2 ja Sentinel-3 seeria satelliitide hea ruumilise, ajalise ja spektraalse lahutusega andmete tasuta kättesaadavus on loonud reaalse võimaluse sise- ja rannikuvete seires operatiivselt kasutada täiendavalt satelliitandmeid. Need andmed võimaldavad jälgida kogu veekogu ajalist ja ruumilist muutlikkust ning seirata ka raskesti ligipääsetavaid veekogusid. Sise- ja rannikuveed on optiliselt keerukad, sest vee optilised omadused on mõjutatud sõltumatult erinevate optiliselt aktiivsete ainete poolt. Seetõttu standardsed kaugseire algoritmid veekvaliteedi hindamiseks neis veekogudes tihti ei tööta. Doktoritöö tulemusena tutvustati optiliste veetüüpide põhist lähenemist sise- ja rannikuvete veekvaliteedi parameetrite hindamiseks kaugseireandmete põhjal. Eelnimetatud meetod võtab arvesse vee optilisi omadusi ega piiritle ennast konkreetse veekoguga, seetõttu on tulemused rakendatavad kõigil sarnaste optiliste omadustega veekogudel üle maailma., Humans have long enjoyed living where land and water meet. At the same time, the impact of human activities close to lakes, rivers, and coastal areas has increased, which has caused the deterioration of water bodies. Therefore, the state of a water body requires constant monitoring to assess the magnitude of the impact of human activity and to respond when needed. Traditional water monitoring programs are mainly based on in situ measurements; however, considering that water bodies are dynamic in nature, this method may not reflect the status of the whole water body. Therefore, in addition to traditional monitoring, it is important to implement methods that allow more operative monitoring of the aquatic environment. Remote sensing offers effective ways to observe spatial and temporal variations in water quality. The free availability of data with high spatial, temporal and spectral resolution from the Sentinel-2 and Sentinel-3 family satellites launched under the European Union and the European Space Agency Copernicus programme has created a real opportunity for satellite data being used operationally for additional water quality monitoring for inland and coastal waters. Such waters are optically complex, as they are independently influenced by different optically significant constituents. Therefore, standard remote sensing algorithms to estimate water quality often fail in these waters. As a result of the thesis, an optical water type guided approach to estimate water quality in inland and coastal waters using remote sensing data was presented. The method considers the optical properties of water but does not limit itself to a particular water body. So, results are applicable to all the water bodies with similar optical properties of water., https://www.ester.ee/record=b5340220

Euroopa Liidu Veepoliitika Raamdirektiiv (VRD) reguleerib vee kasutamise ja selle hea seisundi säilitamisega seotud seaduseid ning regulatsioone liikmesriikides. Vesi on hindamatu ressurss, mistõttu nõuab dokument liikmesriikidelt pingutusi ja tegevusi, et saavutada pinnavete hea keemiline ja ökoloogiline seisund. Pullijärv1 on pehme ja heleda veega eutrofeerunud oligotroofne järv ning siin elavad mitmed haruldased looduskaitsealused liigid. Lisaks on järv olulise rekreatsioonilise väärtusega kohalike seas. Viimaste uuringute käigus on järve ökoloogiline seisund olnud kesine ja mitmed kvaliteedinäitajad on oluliselt halvenenud. Seetõttu on vajalik uurida “mittehea” seisundi põhjuseid ja töötada välja tõhusad meetmed järve seisundi parandamiseks. Eesti Maaülikool esitas Keskkonnainvesteeringute Keskuse (KIK) poolt läbiviidud taotlusvooru projekti nr 14705 “Järvede seisundi parandamiseks vajalike uuringute teostamine ja meetmekavade väljatöötamine” taotluse, mis rahastati pooles mahus. Läbirääkimiste tulemusel kooskõlastati uus lähteülesanne Keskkonnaameti poolt 28.09.2018. a (nr 7-18/18/3808-6). Uus lähteülesanne keskendub Pullijärve (VEE2155200) mittehea seisundi põhjuste väljaselgitamisele. Uuringute käigus selgitati olemasolevate andmete alusel Pullijärve seisundi dünaamikat alates 1950. aastatest tänapäevani, uuriti sise- ja väliskoormust ning pakuti välja meetmed järve seisundi parandamiseks. Uurimismeetodid, mida kasutati hüdrokeemilistel analüüsidel ja elustiku uuringutel, on standardiseeritud või interkalibreeritud ja vastavad seadustes äratoodud nõuetele ning nendega on võimalik tutvuda põhjalikumalt töö metoodika peatükkides. Parameetrite seisundi klassipiirid pärinevad keskkonnaministri määrusest nr 44 (Pinnaveekogumite…, 2009). Töö eesmärk on välja töötada meetme- ja tegevuskava Pullijärve hea ökoloogilise seisundi saavutamiseks järgmise veemajanduskava perioodi jooksul (2020-2027). Uuringu lõpparuanne koosneb kahest osast: Esimeses osas (järve seisundi dünaamika) antakse ülevaade Pullijärve funktsioneerimisest ja kvaliteedielementide dünaamikast. Esitatakse välis- ja sisekoormuse uuringute tulemused. Teises osas (meetme- ja tegevuskava) kirjeldatakse kliima mõju pehme- ja heledaveelisele järvele, antakse ülevaade ökosüsteemiteenustest ning pakutakse välja meetme- ja tegevuskava koos ajakavaga. Uuringut viisid läbi ja aruande koostasid Eesti Maaülikooli Põllumajandus- ja keskkonnainstituudi Hüdrobioloogia ja kalanduse õppetooli teadlased: prof. Ingmar Ott, Ph.D. (vastutav täitja), M.Sc. Ronald Laarmaa, M.Sc. Kairi Maileht, Ph.D. Sirje Vilbaste, Ph.D. Margot Sepp, M.Sc. Katrin Saar, Ph.D Henn Timm, M.Sc. Anu Palm ja Katrin Ott.

Väitekirja elektrooniline versioon ei sisalda publikatsioone, Kambrium-Vendi (Cm-V) põhjaveekiht on üks peamisi joogiveeallikaid Põhja-Eestis. Uraani- ja tooriumirikka kristalse aluskorra peal asuv Cm-V on kurikuulus oma kõrge radionukliidide sisalduse poolest. 2009. a hinnangute põhjal tarbib ligi 18% Eesti elanikkonnast (230 000 inimest) joogivett, mille radioloogilised näitajad ületavad määruses kehtestatud viitetaset. Kui nõuded joogivee radioloogiliste näitajate kohta Eesti seadusandlusesse üle võeti, oli Eestis vähe võimalusi radioloogiliste parameetrite määramiseks veeproovides. Lünga täitmiseks arendati ja valideeriti käesoleva töö raames metoodikaid raadiumi mõõtmiseks. Akrediteeriti gammaspektromeetriline analüüs Ra-226 ja Ra-228 määramiseks, mis võimaldab nüüd pakkuda usaldusväärselt analüüsiteenust. Veebruaris 2012 avati Viimsis esimene veepuhastusjaam Eestis, mis kasutab spetsiaalselt raadiumi eemaldamiseks mõeldud tehnoloogiat. Kolme aasta jooksul kogutud seiretulemused näitavad, et Cm-V põhjavee kasutamise puhul on väga keeruline vältida NORM-jäätmete (Naturally Occurring Radioactive Material) teket. Kuigi põhjavees tekitavad kiirguskaitse seisukohast muret vaid Ra-226 ja Ra-228, tuleb vee töötlemise protsessis tähelepanu pöörata ka radoonile (Rn-222) ja tooriumile (Th-228), mis tekivad filtermaterjalides Ra-226 ja Ra-228 radioaktiivsel lagunemisel. Viimsis kasutatav tehnoloogia on tänaseni suutnud tagada vastavuse joogivee kvaliteedinõuetega, kuid intensiivne põhjavee kasutus võib kutsuda esile muutusi sisendvee kvaliteedis. Võtmenäitajateks Cm-V põhjavee kvaliteedi jälgimisel osutusid kloriidid ja Ra. Intensiivse veevõtu tulemusel võib põhjavee Cl-sisaldus muutuda kas merevee sissetungi tagajärjel või kristalses aluskorras sisalduva kõrge soolsuse vee sissetungi tõttu, millega kaasneb meteoorse vee sissetung läbi uhtorgude. Ra-sisalduse kasvu taga võib olla kas raadiumirikka vee sissetung või muutused põhjaveekihi geokeemilistes tingimustes, mis põhjustavad Ra lahustumist setete pinnalt põhjavette. Doktoritöö tulemused näitavad, et sotsiaalministri määrusega „Joogivee kvaliteedi- ja kontrollinõuded ning analüüsimeetodid“ kehtestatud seiresagedus radioloogilistele näitajatele – kord 10 aasta jooksul – ei Cm-V põhajvee puhul piisav., One of the most important public water supplies in North-Estonia, the Cambrian-Vendian (Cm-V) aquifer system, lays on the uranium and thorium rich crystalline basement rock and is known to be contaminated with naturally occurring radionuclides. It has been estimated that ca. 18 % of Estonian inhabitants (230 000 peoole) consume drinking water where radiological parameters exceed parametric values given by regulations. The capacity to conduct radiological analysis of water in Estonia was very limited when the requirements for radiological parameters in drinking water where adopted into local legislation. To fill the gap, analytical procedures for radium measurements were developed and validated. As a part of this thesis, procedures based on simultaneous determination of Ra-226 and Ra-228 by gamma spectrometry were accredited. This now enable to offer a reliable measurement service. In February 2012, the first Estonian water treatment plant specially designed for radium removal started operation in Viimsi. The facility was monitored for three years. The thesis demonstrated clearly that NORM (naturally occurring radioactive material) generation is difficult to avoid when Cm-V groundwater is used for drinking water production. In addition to Ra isotopes, which are the only radionuclides of concern in groundwater, radon-222) and thorium-228) become of interest in the treatment process because they are generated by the decay of Ra-226 and Ra-228 in the filter material. As for now, the treatment facility has been able to provide water compliant with the drinking water requirements. Yet the intensive use of groundwater brings about changes in its quality. Cl and Ra are critical parameters to monitor for sustainable management of the Cm-V groundwater. Possible explanations for the increase of Cl are intrusion of sea water into the aquifer or inflow of highly saline water from the crystalline basement accompanied by inflow of meteoric water. Ra concentration may rise either because of migration of Ra into the system or by changes in geochemical conditions that may lead to desorption of Ra from sediment surface. The present study proved that the monitoring frequency set for radiological parameters in local regulation is not sufficient for ensuring stable drinking water quality in case of aquifer systems as sensitive as Cm-V., https://www.ester.ee/record=b5252147~S1

Magistritöö Vesiehituse ja veekaitse õppekaval Eestis on suured põhjavee varud ning vee kvaliteet on üldjoones hea. Ühisveevärgi vesi peab olema puhastatud sedavõrd, et oleks kaitstud inimeste tervis. See, mil määral tuleb vett töödelda kodumasinatele ja kütteseadmetele sobivaks, jääb iga tarbija enda otsustada. Veetöötlustehnoloogiatest ülevaate saamiseks projekteeriti ja ehitati Eesti Maaülikoolis Maaehituse ja veemajanduse õppetoolis veetöötlusstend, mis nimetati ’’veeköögiks’’. Stendil olevad veetöötlusseadmed on kompaktsed ja kiirliitmike abil ühendatavad ning seda on võimalik käitada nii ühisveevärgi- kui kanistrivee toitel. Töö eesmärk on katsetada stendil olevate mahtfiltrite puhastusvõimet, koostada kasutusjuhend ja anda soovitusi stendi kasutamiseks õppevahendina. Puhastusvõime katsetamisel kasutati kahte vett: karedat ühisveevärgivett ja rauarikast toorvett. Veepehmendamise katsetamisel saadud tulemused olid ligilähedased arvutuslikult saadud tulemustega. Stendil olev veepehmendusseade ammendub 250 l juures. Rauaärastuse katsetamisel ammendub täielikult liivafilter 85 l juures, aktiivsöe filter 279 l juures. Õppevahendina kasutamiseks testiti stendi messidel ja festivalidel. Tulevikus on stendil võimalik uurida uudseid filtermaterjale ja erinevaid voolurežiime ning kasutada õppestendi nii vesiehituse ja veekaitse eriala õppekavas kui ka gümnaasiumi ja põhikooli õppetöös. There are large groundwater reserves in Estonia and water quality is generally good. The quality of public water supply has to meet the demands of human health. The extent to which water is further treated to meet the requirements of household appliances and heating equipment is left to each customer. To get an overview of the water treatment technologies, a water treatment stand which was called ‘the water kitchen', was designed and built at the Estonian University of Life Sciences, Chair of Rural Building and Water Management. The water treatment devices on the stand are compact, transparent and connected with quick couplings. The stand is easily transportable and can be operated on both public water supply and on transported water. The aim of the work was to test the purification capacity of filters, to draw up a user manual and to make recommendations for the use of the stand as a teaching tool. Two waters were used in experiments: hard water from public waterworks and raw groundwater with high iron content. The results of the tests were close to the calculated ones. The iron removal using sand filter was exhausted after passing 85 l, using activated carbon after 279 l and the water softener was exhausted after 250 l. The stand was exposed at trade fairs and festivals. Based on these public activities, the instructions were composed to use it as a teaching tool. In the future, it is possible to study any novel filter media and test various hydraulic regimes: Also, it is recommended to use a stand in the curriculum in the field of water engineering and water protection; as well as in the study programs of upper and lower secondary schools.

Väitekirja elektrooniline versioon ei sisalda publikatsioone., Järved ja rannikuveed pakuvad olulisi ökosüsteemi teenuseid. Tagamaks veekeskkondade seire ja ökoloogilise seisundi hindamise on Euroopa Liidus loodud mitmeid direktiive ja regionaalseid konventsioone. Kuna vee kvaliteet võib olla muutlik nii sesoonselt kui ruumiliselt võimaldab kaugseire efektiivset seire meetodit, mille abil saab hinnata vee kvaliteedi hetkeolukorda, muutusi võrreldes varasema seisundiga ning seda ka veekogudes, mis ei ole kaetud tavaseireprogrammide raames. Käesolevas töös uuriti esimese spetsiaalselt optilistelt keerukate vete seireks loodud satelliitsensori MERIS/ENVISAT andmete kasutamisvõimalusi viie Põhja Euroopa järve ja kahe Läänemere rannikuala bio-optiliste andmete alusel. Olemasolevate MERIS standardalgoritmide õigsuse hinnang näitas, et need ei anna täpseid tulemusi veekogudes, kus on kõrge lahustunud orgaanilise aine ja klorofüll a hulk. Fütoplanktoni parameetrite (klorofüll a, sinivetikate biomass, fütoplanktoni biomass) hindamiseks kasutati punases ja lähisinfrapunases spektriosas töötavat spektraalset indeksit, mis kalibreeriti kohalikesse oludesse. Kuna indeks on rakendatav MERIS L1b andmetele, lubab see kvantitatiivselt hinnata vee kvaliteedi parameetreid sinivetika õitsengute korral, mille puhul MERIS standardalgoritmid ei tööta. Hindamaks kaugseire andmetest veealust valgusvälja, millest sõltub veealuste organismide elutegevus, loodi kaalufunktsioonidel põhinev kombineeritud kanalisuhte algoritm, mis selgemate vete puhul kasutab kanalite 490/709 suhet ning sogasemate puhul 560/70 ning hindab edukalt valguse difuusset nõrgenemiskoefitsienti, Kd(490), satelliidiandmetest. Secchi sügavuse hindamiseks andis parimaid tulemusi algoritm, mis võttis pikselhaaval sisendiks satellidiandmetest arvutatud diffusse ja summaarse nõrgenemiskoefitsiendi ning peegeldusteguri väärtused üle nähtava laineala. Töös arendatud algoritmid rakendati MERIS arhiivi 2002–2011 andmetele hindamaks erinevate järvede ökoloogilist seisundit nii nagu on nõutud EL veepoliitika raamdirektiivi poolt. Tulemused näitasid, et kaugseire andmeid saab kasutada täiendava infoallikana ökoloogilise seisundi hindamisel. Väljatöötatud algoritmid ja rakendused on kohandatavad 2016. aasta veebruaris tööd alustanud Sentinel-3/OLCI andmetele, mille abil on optiliselt keerukate vete seire kosmosest võimalik vähemalt aastani 2029., Lakes and coastal areas provide a wide range of essential ecosystem services. Various directives and regional conventions have been established to ensure the monitoring and assessment of the ecological status of the aquatic ecosystems. Since water quality can have rapid changes in temporal and spatial scale, remote sensing can provide a cost-effective approach to assess the current and derive historic water quality information also for waterbodies that have not been part of conventional monitoring programmes. This thesis presents research about applications for MERIS/ENVISAT data in order to monitor optically-complex aquatic environment such as inland and coastal waters on the basis of bio-optical data from five North European lakes and two Baltic Sea coastal sites. The validation of MERIS standard water quality products indicated their unsuitability for waters with high amounts of chlorophyll a and humic substances. To map the phytoplankton parameters (CHL, cyanobacterial biomass, phytoplankton biomass) a spectral index which operates on red and near-infrared bands was used and calibrated to local conditions. So, this index allows derivation of the water quality parameters quantitatively in case of highly scattering cyanobacterial blooms, which is not possible with standard algorithms. To estimate underwater light field via transparency, an empirical combined band ratio algorithm was developed which switches from various band ratios based on the water transparency and determines the diffuse attenuation coefficient Kd(490) with high accuracy. Additionally, Secchi depth can be also estimated reliably via satellite derived inputs of diffuse and total beam attenuation coefficients and reflectance over visible wavelengths. The developed algorithms were applied on the MERIS archive from 2002 to 2011 to estimate the ecological status in lakes as required by the EU Water Framework Directive which showed that remote sensing products could be used as an additional source of information for assessment and reporting purposes. Despite the study in this thesis is based on the MERIS/ENVISAT data, the developed algorithms and methods can be applied on new Sentinel3/OLCI data that will provide EO data over optically complex waters at least until 2029.

Vaata ka EMU DSpace'is „Järvede haldamine vesikondade veemajanduskavade raames : tegevuskava“ Tartu, 2014. Puhas vesi, mitmekesised maastikud, liigiline mitmekesisus nii kalade, veetaimede kui selgrootute tasandil ning inimene osana sellest looduskeskkonnast –kes meist ei sooviks sellist idüllilähedast olukorda Eesti järvemaastikele. Kahjuks on ühel või teisel põhjusel mitmed järved oma järvetüübi siseselt kehvas seisundis –olgu selle tunnuseks siis hooajati kõrgele kerkiv pH, nihkes röövkalade ja lepiskalade suhe või sinivetikate õitsengud. Ning kuna pahatihti on eelnev toimunud inimmõju tulemusena, oleks vale jääda käed rüpes ootama, millal loodus ise meie tekitatud kahjustused likvideerida jõuab. Iga järve saatuseks on ühel hetkel saada nii vanaks, et järve eksistentsi lõpetab kinnikasvamine. Kaasaegne järveteadus on arenenud tasemeni, mis võimaldab järvede toitelisust vähendada ja kinnikasvamise protsesse pidurdada või neid isegi noorendada või taastada. Mis on järve tervendamine?Järve tervendamine on protsess, kus füüsikalis-keemiliste ja/või bioloogiliste meetodite abil vähendatakse järve toitelisust ning parandatakse järve ökoloogilist seisundit. Kasvab ka järve virgestuslik ning majanduslik väärtus. Tervendamisel püütakse saavutada järve võimalikult looduslähedane tasakaaluline seisund, kus oleks tagatud ökoloogiline terviklikkus. Tervendamine on reeglina põhjendatud juhul, kui veeökosüsteemi looduslik paranemine on võimatu või liiga aeglane selleks, et tagada väärtusliku elustiku säilimist. Euroopa Liidu veepoliitika raamdirektiiv seadiseesmärgiks saavutada kõigi Euroopa pinnavete hea ökoloogiline ja keemiline seisund aastaks 2015. Eesmärgi saavutamiseks koostativesikondade veemajanduskavad, mida ajakohastatakse iga kuue aasta järel. Veekogude puhul, kus 2015. aastaks püstitatud eesmärki ei olnudvõimalik täita, kehtib nn pikendatud eesmärk, st meetmed nende seisundi parandamiseks planeeritakse järgmisse veemajanduskavade perioodi. Eesti on jagatud kolmeks vesikonnaks: Ida-Eesti vesikond, Lääne-Eesti vesikond ja Koiva vesikond. Hetkel kehtivad veemajanduskavad on koostatud perioodiks 2015-2021. Veemajanduskavade rakendamiseks koostatakse pinna-ja põhjavee ning kaitset vajavate alade keskkonnaeesmärkide saavutamiseks meetmeprogramm, kus esitatakse vee kasutamise ja kaitse meetmed, mida tuleb arvestada kohaliku omavalitsusüksuse üld-ja detailplaneeringute ning ühisveevärgi ja -kanalisatsiooni arendamise kava koostamisel, uuesti läbi vaatamisel ja muutmisel.Meetmeprogrammi raames koostatakse tervendamise meetmekavad veemajanduskavades nimetud kesises või halvas ökoloogilises seisus olevate järvede seisundi parandamiseks. Euroopa Liidu territoriaalse koostöö programmi INTERREG IVC projekti LakeAdmin (lakeadmin.savonia.fija http://pk.emu.ee/struktuur/limnoloogiakeskus/teadustoo/projektid/lakeadmin/) toel valminudHarku järve,Verevi järve, Veisjärve ja Viitna Pikkjärve meetmekavad kuuluvaduue perioodi (2015-2021) veemajanduskavadejuurde. Igaühel neist järvedest on oma probleemid ja erisused. Kavade koostamisel ei piirdu koostajad vaid iseendi teadmiste ja tehtud töödega, hädavajalik on arvestada võimalikult kõigi asjassepuutuvate huvigruppidega, nii omavalitsustega, keskkonnakaitseorganisatsioonidegakui ka kohalike huvigruppidega. Harku järve meetmekava koostamisele on kaasa aidanudkas aruteludes osalemise kaudu, info jagajana või versioonide kommenteerimise kaudu:Keskkonnaministeerium (Peep Siim, projektide büroo nõunik; Irja Truumaa, veeosakonna peaspetsialist), Keskkonnaamet(Rein Kalle, Harju-Järva-Rapla regiooni keskkonnakasutuse juhtivspetsialisti ülesannetes; Merilin Kraun, veespetsialist), Harku vallavalitsus(Ergo Eesmaa,veespetsialist; Lembe Reiman, keskkonnaspetsialist), Tallinna Keskkonnaamet (Silver Riige, veekaitse juhtivspetsialist; Märt Holtsmann, keskkonnahoiu osakonna juhataja; Tõnu Laasi, looduskaitse juhtivspetsialist).Ka info ja kogemuste vahetamine teiste LakeAdmin projekti partneritega andisvärskeid ideid ja tuge, millest võib meie järvede haldamisel palju kasu olla.

Vaata ka EMU DSpace'is „Järvede haldamine vesikondade veemajanduskavade raames : tegevuskava“ Tartu, 2014. Puhas vesi, mitmekesised maastikud, liigiline mitmekesisus nii kalade, veetaimede kui selgrootute tasandil ning inimene osana sellest looduskeskkonnast – kes meist ei sooviks sellist idüllilähedast olukorda Eesti järvemaastikele. Kahjuks on ühel või teisel põhjusel mitmed järved oma järvetüübi siseselt kehvas seisundis – olgu selle tunnuseks siis hooajati kõrgele kerkiv pH, nihkes röövkalade-lepiskalade suhe või sinivetikate õitsengud. Ning kuna pahatihti on eelnev toimunud inimmõju tulemusena, oleks vale jääda käed rüpes ootama, millal loodus ise meie tekitatud kahjustused likvideerida jõuab. Iga järve saatuseks on ühel hetkel saada nii vanaks, et järve eksistentsi lõpetab kinnikasvamine. Kaasaegne järveteadus on arenenud tasemeni, mis võimaldab järvede toitelisust vähendada ja kinnikasvamise protsesse pidurdada või neid isegi noorendada või taastada. Mis on järve tervendamine? Järve tervendamine on protsess, kus füüsikalis-keemiliste ja/või bioloogiliste meetodite abil vähendatakse järve toitelisust ning parandatakse järve ökoloogilist seisundit. Kasvab ka järve virgestuslik ning majanduslik väärtus. Tervendamisel püütakse saavutada järve võimalikult looduslähedane tasakaaluline seisund, kus oleks tagatud ökoloogiline terviklikkus. Tervendamine on reeglina põhjendatud juhul, kui veeökosüsteemi looduslik paranemine on võimatu või liiga aeglane selleks, et tagada väärtusliku elustiku säilimist. Euroopa Liidu veepoliitika raamdirektiiv seadis eesmärgiks saavutada kõigi Euroopa pinnavete hea ökoloogiline ja keemiline seisund aastaks 2015. Eesmärgi saavutamiseks on koostatud vesikondade veemajanduskavad, mida ajakohastatakse iga kuue aasta järel. Veekogude puhul, kus 2015. aastaks püstitatud eesmärki ei olnud võimalik täita, kehtib nn pikendatud eesmärk, st meetmed nende seisundi parandamiseks on planeeritud järgmisse veemajanduskavade perioodi. Eesti on jagatud kolmeks vesikonnaks: Ida-Eesti vesikond, Lääne-Eesti vesikond ja Koiva vesikond. Hetkel kehtivad veemajanduskavad on koostatud perioodiks 2015-2021. Veemajanduskavade rakendamiseks koostatakse pinna- ja põhjavee ning kaitset vajavate alade keskkonnaeesmärkide saavutamiseks meetmeprogramm, kus esitatakse vee kasutamise ja kaitse meetmed, mida tuleb arvestada kohaliku omavalitsusüksuse üld- ja detailplaneeringute ning ühisveevärgi ja -kanalisatsiooni arendamise kava koostamisel, uuesti läbivaatamisel ja muutmisel. Meetmeprogrammi raames koostatakse tervendamise meetmekavad veemajanduskavades nimetud kesises või halvas ökoloogilises seisus olevate järvede seisundi parandamiseks. Euroopa Liidu territoriaalse koostöö programmi INTERREG IVC projekti LakeAdmin (lakeadmin.savonia.fi ja http://pk.emu.ee/struktuur/limnoloogiakeskus/teadustoo/projektid/lakeadmin/ ) toel valminud Harku järve, Verevi järve, Veisjärve ja Viitna Pikkjärve meetmekavad on osaks uue perioodi (2015-2021) veemajanduskavadest. Igaühel neist järvedest on oma probleemid ja erisused. Kavade koostamisel ei piirdu koostajad vaid iseendi teadmiste ja tehtud töödega, hädavajalik oli arvestada võimalikult kõigi asjassepuutuvate huvigruppidega, nii omavalitsustega, keskkonnakaitseorganisatsioonidega kui ka kohalike huvigruppidega. Verevi järve meetmekava koostamisele on kaasa aidanud kas aruteludes osalemise kaudu, info jagajana või versioonide kommenteerimise kaudu: Keskkonnaministeerium (Peep Siim, projektide büroo nõunik; Irja Truumaa, veeosakonna peaspetsialist), Keskkonnaameti Jõgeva-Tartu regioon (Kaili Viilma, looduskaitse juhtivspetsialist; Aimar Rakko, vee-elustiku spetsialist), Elva Linnavalitsus (Priit Värnomasing, linnamajanduse osakonna juhataja), AS Emajõe Veevärk (Andres Aruhein, juhataja), Eesti Maaülikooli Põllumajandus- ja keskkonnainstituudi Limnoloogiakeskus (Prof. Ingmar Ott; MSc Toomas Kõiv; PhD Helle Mäemets, doktorandid Margot Sepp, Katrin Saar, Ronald Laarma). Ka info ja kogemuste vahetamine teiste LakeAdmin projekti partneritega annab värskeid ideid ja tuge, millest võib meie järvede haldamisel palju kasu olla.

Vaata ka EMU DSpace'is „Järvede haldamine vesikondade veemajanduskavade raames : tegevuskava“ Tartu, 2014. Puhas vesi, mitmekesised maastikud, liigiline mitmekesisus nii kalade, veetaimede kui selgrootute tasandil ning inimene osana sellest looduskeskkonnast – kes meist ei sooviks sellist idüllilähedast olukorda Eesti järvemaastikele. Kahjuks on ühel või teisel põhjusel mitmed järved oma järvetüübi siseselt kehvas seisundis – olgu selle tunnuseks siis hooajati kõrgele kerkiv pH, nihkes röövkalade-lepiskalade suhe või sinivetikate õitsengud. Ning kuna pahatihti on eelnev toimunud inimmõju tulemusena, oleks vale jääda käed rüpes ootama, millal loodus ise meie tekitatud kahjustused likvideerida jõuab. Iga järve saatuseks on ühel hetkel saada nii vanaks, et järve eksistentsi lõpetab kinnikasvamine. Kaasaegne järveteadus on arenenud tasemeni, mil teadlikult tegutsedes on võimalik mõjutada järvedes toimuvaid protsesse ning juhtida neid endale sobilikus suunas. Nii on võimalik lükata edasi rohketoitelisuse ja kinnikasvamise protsesse ning läbi viia järvede „noorendamine“ ja „tervendamine“. Mis on järve tervendamine? Järve tervendamine on protsess, kus füüsikalis-keemiliste ja/või bioloogiliste meetodite abil vähendatakse järve toitelisust ning parandatakse järve ökoloogilist seisundit. Kasvab ka järve virgestuslik ning majanduslik väärtus. Tervendamisel püütakse saavutada järve võimalikult looduslähedane tasakaaluline seisund, kus oleks tagatud ökoloogiline terviklikkus. Tervendamine on reeglina põhjendatud juhul, kui veeökosüsteemi looduslik paranemine on võimatu või liiga aeglane selleks, et tagada väärtusliku elustiku säilimist. Euroopa Liidu territoriaalse koostöö programmi INTERREG IVC projekt LakeAdmin (2012-2014) andis suurepärase võimaluse koostada neljale Eesti järvele meetmekava, mille abil on võimalik „kesises“ või „halvas“ seisundis järvede olukorda parandada või paranemisele kaasa aidata. Need neli järve on Harku, Verevi, Viitna Pikkjärv ja Veisjärv. Igaühel neist oma probleemid ja erisused. Kavade koostamisel ei piirdu koostajad vaid iseendi teadmistest ja tehtud töödega, hädavajalik on arvestada võimalikult kõigi asjassepuutuvate huvigruppidega, nii omavalitsustega, keskkonnakaitseorganisatsioonidega kui ka kohalike huvigruppidega. Veisjärve meetmekava koostamisele on kaasa aidanud kas aruteludes osalemise kaudu, info jagajana või versioonide kommenteerimise kaudu: Keskkonnaministeerium (Peep Siim, projektide büroo nõunik; Reeda Kaal projektide büroost; Reet Ulm veeosakonnast; Irja Truumaa, veeosakonna peaspetsialist), Keskkonnaameti Pärnu-Viljandi regioon (Kadri Hänni, looduskaitse juhtivspetsialist; Tuuli Teppo, vee-elustiku spetsialist), Keskkonnaagentuur (Adreas Porman, hüdroloogia spetsialist, veetaseme tõstmise stsenaariumid). Ka info ja kogemuste vahetamine teiste LakeAdmin projekti partneritega annab värskeid ideid ja tuge, millest võib meie järvede haldamisel palju kasu olla. Euroopa Liidu Veepoliitika raamdirektiiv seadis eesmärgiks saavutada kõigi Euroopa pinnavete hea ökoloogiline ja keemiline seisund aastaks 2015. See oli liikmesriikidele suur väljakutse, mis eeldas piirkondlikku, rahvuslikku ja rahvusvahelist koostööd. Seniste kogemuste ja teadmiste vahetamine ja võimalikult lai levitamine oli LakeAdmin peamine eesmärk – see aitas tõsta veekogude tervendamise kvaliteeti ja majanduslikku efektiivsust ka neis riikides, kus sellele seni vähe tähelepanu on pööratud. Veemajanduskavad ajakohastatakse ja koostatakse iga vesikonna kohta kuueks aastaks. Eesti on jagatud kolmeks vesikonnaks: Ida-Eesti vesikond, Lääne-Eesti vesikond ja Koiva vesikond. Hetkel kehtivad veemajanduskavad on koostatud perioodiks 2015-2021. Veemajanduskavade rakendamiseks koostatakse pinna- ja põhjavee ning kaitset vajavate alade kaitse keskkonnaeesmärkide saavutamiseks meetmeprogramm, kus esitatakse vee kasutamise ja kaitse meetmed, mida tuleb arvestada kohaliku omavalitsusüksuse üld- ja detailplaneeringute ning ühisveevärgi ja -kanalisatsiooni arendamise kava koostamisel, uuesti läbi vaatamisel ja muutmisel. Veekogude puhul, kus 2015. aastaks püstitatud eesmärki polnud võimalik täita, kehtib nn pikendatud eesmärk, st meetmed nende seisundi parandamiseks planeeriti järgmisse veemajanduskavade perioodi. Projekti LakeAdmin tulemusena valminud meetmekavad saavad osaks uue perioodi (2015-2021) veemajanduskavadest. Veemajanduskavade lisana esitatavad meetmekavad panevad loodetavasti aluse sihipärasele Eesti järvede tervendamisele.

Vaata ka EMU DSpace'is „Järvede haldamine vesikondade veemajanduskavade raames : tegevuskava“ Tartu, 2014. Puhas vesi, mitmekesised maastikud, liigiline mitmekesisus nii kalade, veetaimede kui selgrootute tasandil ning inimene osana sellest looduskeskkonnast – kes meist ei sooviks sellist idüllilähedast olukorda Eesti järvemaastikele. Kahjuks on ühel või teisel põhjusel mitmed järved oma järvetüübi siseselt kehvas seisundis – olgu selle tunnuseks siis hooajati kõrgele kerkiv pH, nihkes röövkalade-lepiskalade suhe või sinivetikate õitsengud. Ning kuna pahatihti on eelnev toimunud inimmõju tulemusena, oleks vale jääda käed rüpes ootama, millal loodus ise meie tekitatud kahjustused likvideerida jõuab. Iga järve saatuseks on ühel hetkel saada nii vanaks, et järve eksistentsi lõpetab kinnikasvamine. Kaasaegne järveteadus on arenenud tasemeni, mil teadlikult tegutsedes on võimalik mõjutada järvedes toimuvaid protsesse ning juhtida neid endale sobilikus suunas. Nii on võimalik lükata edasi rohketoitelisuse ja kinnikasvamise protsesse ning läbi viia järvede „noorendamine“ ja „tervendamine“. Mis on järve tervendamine? Järve tervendamine on protsess, kus füüsikalis-keemiliste ja/või bioloogiliste meetodite abil vähendatakse järve toitelisust ning parandatakse järve ökoloogilist seisundit. Kasvab ka järve virgestuslik ning majanduslik väärtus. Tervendamisel püütakse saavutada järve võimalikult looduslähedane tasakaaluline seisund, kus oleks tagatud ökoloogiline terviklikkus. Tervendamine on reeglina põhjendatud juhul, kui veeökosüsteemi looduslik paranemine on võimatu või liiga aeglane selleks, et tagada väärtusliku elustiku säilimist. Euroopa Liidu territoriaalse koostöö programmi INTERREG IVC projekt LakeAdmin (2012-2014) andis suurepärase võimaluse koostada neljale Eesti järvele meetmekava, mille abil on võimalik „kesises“ või „halvas“ seisundis järvede olukorda parandada või paranemisele kaasa aidata. Need neli järve on Harku, Verevi, Viitna Pikkjärv ja Veisjärv. Igaühel neist oma probleemid ja erisused. Kavade koostamisel ei piirdunud koostajad vaid iseendi teadmiste ja tehtud töödega, hädavajalik oli arvestada võimalikult kõigi asjassepuutuvate huvigruppidega, nii omavalitsustega, keskkonnakaitseorganisatsioonidega kui ka kohalike huvigruppidega. Viitna Pikkjärve meetmekava koostamisele on kaasa aidanud kas aruteludes osalemise kaudu, info jagajana või versioonide kommenteerimise kaudu: Keskkonnaministeerium (Peep Siim, projektide büroo nõunik; Irja Truumaa, veeosakonna peaspetsialist), Keskkonnaameti Viru regioon (Maret Vildak, looduskaitse juhtivspetsialist; Imbi Mets, kaitse planeerimise spetsialist; Katrin Jürgens, looduskaitse bioloog; Riina Kotter, kaitse planeerimise peaspetsialist), Riigimetsa Majandamise Keskus (Jaak Neljandik, Põhja-Eesti piirkonna juhataja; Kerli Karoles-Viia, planeerimise spetsialist), Eesti Maaülikooli Põllumajandus- ja keskkonnainstituudi Limnoloogiakeskus (Prof. Ingmar Ott; Helle Mäemets, teadur). Ka info ja kogemuste vahetamine teiste LakeAdmin projekti partneritega andis värskeid ideid ja tuge, millest võib meie järvede haldamisel palju kasu olla. Euroopa Liidu Veepoliitika raamdirektiiv seadis eesmärgiks saavutada kõigi Euroopa pinnavete hea ökoloogiline ja keemiline seisund aastaks 2015. See oli liikmesriikidele suur väljakutse, mis eeldas piirkondlikku, rahvuslikku ja rahvusvahelist koostööd. Seniste kogemuste ja teadmiste vahetamine ja võimalikult lai levitamine oli LakeAdmin peamine eesmärk – see aitab tõsta veekogude tervendamise kvaliteeti ja majanduslikku efektiivsust ka neis riikides, kus sellele seni vähe tähelepanu on pööratud. Veemajanduskavad ajakohastatakse ja koostatakse iga vesikonna kohta kuueks aastaks. Eesti on jagatud kolmeks vesikonnaks: Ida-Eesti vesikond, Lääne-Eesti vesikond ja Koiva vesikond. Hetkel kehtivad veemajanduskavad on koostatud perioodiks 2009-2015. Veemajanduskavade rakendamiseks koostatakse pinna- ja põhjavee ning kaitset vajavate alade kaitse keskkonnaeesmärkide saavutamiseks meetmeprogramm, kus esitatakse vee kasutamise ja kaitse meetmed, mida tuleb arvestada kohaliku omavalitsusüksuse üld- ja detailplaneeringute ning ühisveevärgi ja -kanalisatsiooni arendamise kava koostamisel, uuesti läbi vaatamisel ja muutmisel. Veekogude puhul, kus 2015. aastaks püstitatud eesmärki ei olnud võimalik täita, kehtib nn pikendatud eesmärk, st meetmed nende seisundi parandamiseks planeeritakse järgmisse veemajanduskavade perioodi. Projekti LakeAdmin tulemusena valminud meetmekavad on osaks uue perioodi (2015-2021) veemajanduskavadest. Veemajanduskavade lisana esitatud meetmekavad panevad loodetavasti aluse sihipärasele Eesti järvede tervendamisele.

Väitekirja elektrooniline versioon ei sisalda publikatsioone., Käesolevas töös pakutakse välja metodoloogiline „tööriistakomplekt“ veekvaliteedi monitoorimiseks. Loodud on tarkvara mõõtemääramatuse hindamiseks nn Nordtest’i metodoloogia (Nordtest TR 537) abil, samuti abivahend reaalajas toimuvate sensor-mõõtmiste mõõtemääramatuse hindamiseks. „Tööriistakastis“ on ka näited konkreetsetes analüüsiolukordades tulemuste usaldusväärsuse tõstmise kohta kasutades kvaliteedikontrolli protseduure: lahustunud hapniku sisalduse määramiseks on välja pakutud vee küllastamisel põhinev referentsmaterjal, elavhõbeda määramiseks on välja pakutud 196Hg isotoobil põhinev sisestandard ning kasutavate klaasnõude pinna silüleerimine. Pädevuskatsed on väga olulised mõõtetulemuste kvaliteedi tagamisel. Töös on uuritud nende korraldamise parimaid mooduseid. Üks tuleviku jaoks olulisi lähenemisi monitoorimisel on nn „crowdsourcing”, mis põhineb kodanike kaasamisel keskkonnamonitooringusse. Seda trendi edendab käesoleva töö raames välja arendatud innovatiivne hägususe mõõtesüsteem. Välja pakutud „tööriistad“ on konkreetsed ja mitmed neist on lihtsasti kasutatavad, võimaldades nii uudseid andmekogumise mooduseid kui ka keskkonnamonitooringus kasutatavate analüüsitulemuste kvaliteedi tõusu., This work introduces a set of new tools for enhancing quality of analytical results in water monitoring. These include tutorial computer software aimed for chemical laboratories for estimation of measurement uncertainty mainly based on the approach described in Nordtest TR 537. Also a novel tool for a real-time uncertainty estimation procedure of a field sensor on-line measurement is presented. The toolbox includes also individual examples of improving the reliability of analytical results by enhanced quality control procedures. These include an application of “in-house” reference material for DO measurement. For mercury, enriched stable 196Hg isotope is applied for monitoring the stability of total mercury in water samples. A glass surface silylation procedure is applied for minimising mercury losses and contamination. Also proper organisation of proficiency tests for field sensor measurements of selected inorganic parameters is investigated. One of the tools for future water quality monitoring is based on crowdsourcing, where citizens’ observations are applied. This trend is promoted by validating an innovative measuring system for water turbidity field measurements. The presented tools are concrete and many of them are fairly easy to apply at same time enabling new ways to produce monitoring data and raising the level of quality of environmental monitoring.

An understanding of the factors that drive the water quality of large lakes is critical to the protection of such waterbodies. In the present study, the contributions made by riverine nutrient loading, sediment resuspension and weather factors to the water quality of large shallow Lake Peipsi were ascertained. High P concentration has been thought to be the main reason for the degradation of the water quality in this lake. It has hitherto been assumed that large shallow lakes are particularly influenced by sediment resuspension. However, there has been a lack of empirical studies that show this, because of the complexity of taking field-measurements. The in-field measurements of sediment resuspension taken for this study are the first ever to carried out in Lake Peipsi. Consequently, these data contribute to the overall knowledge on the unique ecosystems of large and shallow lakes. The Enonselkä basin of the large and shallow Lake Vesijärvi had been suffering from eutrophication, but the lake was successfully restored in the 1990s by reducing the external nutrient loading and also by efficiently removing fish. Since then however, signs of a recurrence in the deterioration of the water quality triggered further investigations of the gross sedimentation and sediment resuspension activities in that lake. The core findings of the studies carried out for this thesis are listed below. 1) Only a small decrease in P loading from the Estonian part of the catchment followed the dramatic reductions in the use of fertilizers, the downturn in livestock production and the improvement in wastewater treatment. Moreover, no significant long-term changes in TP concentrations in Lake Peipsi s.s. occurred, specifically since the 1990s. The annual in-lake TP concentrations were insensitive to the changes in TP loading through the major inflow. The hysteresis in the P dynamics of Lake Peipsi can be due to high P levels in its catchment soils, unchanged external loading from shared parts of its catchment, to internal P loading, and from changes in weather. 2) Sediment resuspension constituted the majority of the gross sedimentation in both Lake Peipsi and in Enonselkä. The spatial differences of the sediment resuspension were determined by the lake’s morphometry. Resuspension-mediated internal loading of TP dominated over the external loading in Lake Peipsi. Therefore, the present study provided the first empirical evidence for the high potential for recycling of P, which was originally brought into the lake by external loading. Sediment resuspension controlled the water quality through its significant influence on the loading of SS, turbidity, the concentrations of TP, and Chl a. Moreover, the results obtained from Enonselkä indicated that sediment fluxes from the shallow areas may govern the water quality of that whole lake. Resuspension, particularly in the shallow areas, triggered the internal loading of SS, which resulted in high water turbidity in the Enonselkä basin. This may be associated with the signs of recurring deterioration of the ecosystem exhibited since the late 1990s following the successful restoration in the 1990s. Macrophyte-based management of the shallow areas could contribute to the restoration of the whole basin. 3) The study of the long-term series of TP measurements revealed the significant contributions to the TP anomalies made by water temperature, water level, photosynthetically active radiation and wind speed. The variability of all these weather factors causes unexpected temporal and geographical deviations of the TP dynamics. Our quantitative estimations of the impacts of different weather variables on TP will help to predict changes in the water quality under different scenarios of climate change. Highly anomalous wind events were the main cause for TP changes. Extensive resuspension measurements in Lake Peipsi demonstrated that the wind affected TP concentration in the water column through the mechanism of sediment resuspension. As a higher frequency of extreme wind events can be expected in the future due to the climate change, severe implications on the lake ecosystems may follow due to the increase of internal P loading. Järvede vee kvaliteet kujuneb paljude looduslike ja inimtekkeliste survetegurite koosmõjul ning nende faktorite mõju selgitamine on esmatähtis keskkonnakaitselisest seisukohast. Käesolevas töös uuriti jõgede reostuskoormuse, setete resuspensiooni ning ilmastiku mõju järvevee kvaliteedi muutlikkusele. Peamiseks uurimisobjektiks oli Peipsi järv, kus tähtsaimaks keskkonnaprobleemiks peetakse vee kõrget fosfori (P) sisaldust. Kvantitatiivselt hinnati P kontsentratsiooni tundlikkust ilmastikutegurite suhtes, mida on siiani vähe uuritud. Esmakordselt uuriti Peipsil katseliselt (settelõksude abil) setete resuspensiooni. Kuigi suuri madalaid järvi peetakse eriti mõjustatuks setete tuuletekkelise resuspensiooni poolt, jäävad empiirilised andmed tihti puudulikeks keeruliste uurimistingimuste tõttu. Võrdluseks uuriti tugevalt eutrofeerunud Vesijärve osa, Enonselkä (Soomes), mille vee kvaliteet paranes 1990. aastatel tänu toiteainete väliskoormuse alandamisele ning kalade väljapüügile. 2000. aastatel täheldati seal taas vee kvaliteedi halvenemist, mis ajendas settimise ja setete resuspensiooni kui selle potentsiaalse põhjuse uurimist. 1) Täheldati vaid vähest Eesti-poolsete jõgede P-koormuse muutust põllumajandustegevuse vähenemise järel 1990. aastate alguses, ning Peipsi Suurjärve vee P kontsentratsioon alates 1990., pikemaajalise perioodi keskmisena, ei muutunud oluliselt. Aastakeskmine järve vee P kontsentratsioon ei reageerinud aastast-aastasse muutuvale P reostuskoormusele. Seoseid võisid mõjutada valgla pinnases ja pinnaveekogudes akumuleerunud P (sisekoormus), muutused ilmastikus ja P sissevoolus uurimata valglalt. 2) Nii Peipsis kui Enonselkäs moodustas setete resuspensioon valdava osa kogu settimisvoost. Uuritud järvedes sõltus setete resuspensiooni (ja settimisvoo) ruumiline varieeruvus peamiselt järve morfomeetriast. Ajaline dünaamika oli seotud põhiliselt tuule mõjuga (tugevate tuulte esinemissagedus; tuule suund). Setete resuspensiooni tekitatud üldfosfori (TP) sisekoormus ületas tunduvalt väliskoormuse väärtust. Seega valglalt pärit P taasringluse potentsiaal Peipsis on väga kõrge. Setete resuspensioon reguleeris Peipsi vee kvaliteeti, mõjutades hõljuvaine (SS), TP ja klorofüll a kontsentratsiooni. Setete resuspensiooni uuringud Enonselkäs näitasid, et järve madalamates piirkondades resuspendeeritud setete ümberpaiknemine võib kontrollida kogu järve vee kvaliteeti. Madalate alade setete resuspensioon oli SS sisevoogude ning suurenenud veehägususe põhjuseks. Antud nähtust võib seostada Enonselkäs ka vee kvaliteedi halvenemisega alates 1990. lõpust. 3) Uuritud ilmastikunäitajad (veetase ja vee temperatuur, päevakeskmine ja maksimaalne tuule kiirus, fotosünteetiliselt aktiivne kiirgus) osutusid olulisteks Peipsi vee kvaliteeti määrajateks. TP kontsentratsiooni muutused olid eriti tundlikud tuule kiiruse muutuste suhtes. Ulatuslikud resuspensiooni mõõtmised, mida tehti Peipsis esmakordselt, näitasid, et tuule mõju vee kvaliteedile avaldub just setete resuspensiooni kaudu. Vastavalt saadud uuringutulemustele võivad kliimamuutuste tagajärjed vee ökosüsteemidele olla dramaatilised. Ekstreemselt kõrge tuulekiiruse juhtude sagenemine, mida prognoositakse seoses kliimamuutustega, võib esile kutsuda P sisekoormuse suurenemist tulevikus. Käesoleva töö tulemused rõhutavad eelkõige väliskoormuse piiramise vajalikkust, mis võimaldaks vähendada primaarproduktsiooni ning teiselt poolt vältida uute toiteainete akumuleerumist setetesse. The doctoral studies and the publication of the current thesis were supported by the Doctoral School of Earth Sciences and Ecology created under the auspices of European Social Fund.

https://www.ester.ee/record=b5466107*est

https://www.ester.ee/record=b5464727*est

https://www.ester.ee/record=b5464444*est

https://www.ester.ee/record=b5466566*est

https://www.ester.ee/record=b5471421*est

https://www.ester.ee/record=b5459606*est

https://www.ester.ee/record=b4301007*est

https://www.ester.ee/record=b4318084*est

https://www.ester.ee/record=b5462378*est

http://www.ester.ee/record=b4006857*est