teemana:
Jokien ja purojen vedenlaadun jatkuvatoiminen seuranta

Jatkuvatoiminen seuranta havaitsee nopeita muutoksia

Jokien ja purojen vedenlaatu voi muuttua nopeasti. Nopeita vaihteluita aiheuttavat esimerkiksi sateet, sulamisvedet tai valuma-alueelta tulevat kuormituspiikit. Jatkuvatoiminen seuranta auttaa havaitsemaan nopeita muutoksia. Siitä saadaan tärkeää lisätietoa, joka täydentää vesinäytteiden ottoon ja analysointiin perustuvaa perinteistä seurantaa.

Jatkuvatoimisen mittauksen avulla nähdään, miten vedenlaatu vaihtelee päivän, vuodenaikojen ja erilaisten virtaamatilanteiden mukana. Tämä auttaa ymmärtämään paremmin, millainen on oman joen tai puron tila ja kuinka paljon aineita kulkeutuu veden mukana alavirtaan. Jatkuvatoiminen seuranta antaa myös paremmat edellytykset yhdistää paikalliset havainnot koko valuma-aluetta koskevaksi tiedoksi. Kun kuormituslähteet tarkentuvat, voidaan valuma-alueelta tulevaa kuormitusta hallita paremmin ja hoitaa vesiä tehokkaammin.

Mitä on jatkuvatoiminen seuranta?

Jatkuvatoimisella vedenlaadun seurannalla tarkoitetaan yleensä sensoreilla tehtäviä veden laadun ja määrän mittauksia. Sensorit voidaan asentaa suoraan vesistöön tekemään mittauksia halutulla aikavälillä. Vaihtoehtoisesti mittausasemaan voidaan liittää erillinen näyteveden pumppausjärjestelmä, jolloin sensorit sijoitetaan erilliseen tilaan.

Mittausväli valitaan kohteen mukaan. Pienissä virtavesissä, joissa muutokset ovat nopeita, voidaan mitata melko tiheästi, esimerkiksi kymmenen minuutin välein. Suuremmissa joissa mittauksia kannattaa tehdä vaikkapa tunnin välein tai harvemmin. Mittausväli vaikuttaa paitsi myöhemmin käsiteltävän datan määrään, myös mittausaseman virrankulutukseen.

Jatkuvatoimisilla sensoreilla mitataan yleisesti muun muassa seuraavia muuttujia:

  • lämpötila
  • pH-arvo
  • happipitoisuus
  • sähkönjohtavuus
  • sameus
  • nitraattityppipitoisuus
  • liuenneen orgaanisen hiilen pitoisuus (DOC)

Näistä niin sanotuista perusmuuttujista voidaan edelleen johtaa muita muuttujia. Esimerkiksi sameusarvo kertoo veden mukana kulkevan kiintoaineen pitoisuudesta, mutta erityisesti savisilla valuma-alueilla sitä käytetään myös fosforipitoisuuden määrittämiseen. Fosfori sitoutuu tyypillisesti hienoihin savihiukkasiin, joten mitä sameampaa vesi on, sitä enemmän se yleensä sisältää fosforia. Nitraattipitoisuudesta voidaan monesti johtaa typen kokonaispitoisuus eli kokonaistyppi.

Virtaaman eli uomassa kulkevan veden määrän mittaaminen on niin ikään tärkeää. Kun vedenlaatutietoon yhdistetään virtaamatieto, voidaan arvioida, kuinka paljon ravinteita, kiintoainetta ja muuta ainesta joki kuljettaa eteenpäin. Tätä tietoa tarvitaan muun muassa vesienhoidossa ja piste- ja hajakuormituksen seurannassa sekä vesiensuojelutoimien vaikutusten arvioinnissa.

Jatkuvalla mittaamisella saavutetaan monia etuja:

  • Vedenlaadun todellisesta vaihtelusta saadaan tietoa.
  • Kuormitusarviot saadaan tarkemmiksi.
  • Vedenlaadussa ja kuormituksessa tapahtuvat muutokset voidaan tunnistaa.
  • Vesinäytteenotto voidaan ajoittaa haluttuun tilanteeseen.
  • Poikkeustilanteista, kuten päästöistä, voidaan saada varoituksia.
  • Maankäytön ja vesiensuojelutoimien vaikutuksia voidaan seurata ja arvioida.

Vedenlaadun seuranta joki–rannikko–meri-jatkumossa

Vedenlaatua seurataan joissa, rannikolla ja meressä, mutta eri näkökulmista. Vaikka mitattavat asiat ovat osin samoja, mittaamisen tarkoitukset ja tiedon käyttötarve vaihtelevat. Koko seurantaketju, joesta avomerelle, antaa kokonaiskäsityksen vesissä tapahtuvista muutoksista ja niiden syistä: mistä muutokset johtuvat, miten ne etenevät vesistössä ja miten ne vaikuttavat eri alueilla.

  1. Joki

    Joki

    Jokiveden laatua seurataan vesinäytteillä ja jokivarteen sijoitetuilla pysyvillä jatkuvatoimisilla vedenlaatuasemilla. Seurannan avulla saadaan tietoa valuma-alueelta tulevista paineista, kuten maatalouden aiheuttamasta ravinnekuormituksesta, metsätalouden ja muun maankäytön vaikutuksista sekä yhdyskuntien ja teollisuuden jätevesipäästöistä. Mittaaminen keskittyy ravinnepitoisuuksiin, kiintoaineeseen, orgaaniseen hiileen ja happipitoisuuteen. Aineisto auttaa muun muassa kohdentamaan maatalouden vesiensuojelutoimia ja arvioimaan pistekuormituksen vaikutuksia.

  2. Rannikko

    Rannikko

    Rannikolla seurataan rannikkovesien tilaa alueella, jossa makea jokivesi ja suolainen merivesi kohtaavat. Seurannassa yhdistetään satelliittihavaintoja, vedenlaatumittauksia, mallinnusta ja liikkuvia mittausalustoja. Toisin kuin joissa, rannikoilla on vain vähän jatkuvasti samalla paikalla mittaavia vedenlaatuasemia. Sen sijaan seurannassa hyödynnetään esimerkiksi Syken TIETO I -mittausvenettä, joka mittaa vedenlaatua liikkuessaan ja tuottaa yksityiskohtaista tietoa vedenlaadun alueellisesta vaihtelusta. Näin voidaan muodostaa kattava kuva rannikkovesien tilasta ja tunnistaa alueita, joihin jokien kuormitus tai muut ympäristötekijät vaikuttavat voimakkaimmin.

  3. Meri

    Meri

    Merialueilla tehtävä seuranta auttaa arvioimaan jokien mukana tulevan aineksen laajempia vaikutuksia veden laatuun ja ekosysteemiin. Mittauksissa korostuvat suolaisuus, lämpötila, veden kerrostuneisuus, happitilanne, levämäärä ja hiileen liittyvät muuttujat. Jatkuvatoimista havainnointia tehdään esimerkiksi kauppalaivoihin asennetuilla mittalaitteilla, poijuilla ja pinta-asemilla. Avomeriseurantaa tehdään lisäksi tutkimusalus Arandan säännöllisillä mittaus- ja näytteenottomatkoilla neljä kertaa vuodessa. Meriseuranta tuottaa tietoa Itämeren tilan arviointiin ja merenhoidon suunnitteluun.

Mittaustekniikat ja -periaatteet virtavesien vedenlaadun seurannassa

Tärkeimpiä jatkuvatoimisesti mitattavia suureita ovat sameus, nitraattityppi, orgaaninen aine, sähkönjohtavuus, pH, liuennut happi ja lämpötila. Mittaukset tehdään optisilla tai sähkökemiallisilla antureilla. Kaikkia vedenlaadun tärkeitä muuttujia ei kuitenkaan voida mitata suoraan antureilla. Niiden seurantaa varten mittaukset on kalibroitava vesinäytteistä tehtyjen laboratorioanalyysien avulla. Kalibroinnissa selvitetään, miten suoraan mitattavat suureet suhteutuvat tavoiteltuihin suureisiin, kuten fosfori- ja kiintoainepitoisuuteen. Muodostetun yhtälön avulla mittaustuloksista voidaan laskea arviot näille pitoisuuksille. Mittausdata tallennetaan ja siirretään automaattisesti käyttäen mobiiliverkkoja ja pilvipalveluja. Näin tietoja voidaan seurata lähes reaaliajassa.

Veden laadun eri suureiden mittaustekniikat ja -periaatteet

Mitattava suureMittausperiaateKäyttötarkoitus ja merkitys
SameusValon sirontaan tai vaimenemiseen perustuva optinen mittausKuvaa vedessä olevien partikkelien määrää ja veden kirkkautta. Savisameissa vesissä korreloi usein fosforin kanssa, mikä mahdollistaa kuormituksen seurannan.
NitraattityppiSpektrin tulkintaan perustuva optinen mittausTärkein suoraan mitattava ravinne. Mittaustuloksia käytetään kuormituksen laskentaan.
Orgaaninen aineSpektrin tulkintaan tai fluoresenssiin perustuva optinen mittausValuma-alueella tapahtuvien prosessien ja hiilen kierron tärkeä kuvaaja. Vaikuttaa myös ravinteiden kulkeutumiseen ja veden väriin.
SähkönjohtavuusResistanssin mittausKertoo ionien määrästä vedessä. Puhdas vesi johtaa huonosti sähköä.
pHSähkökemiallinen mittausVesistön happamuutta tai emäksisyyttä kuvaava parametri. Vesieliöstölle sopivana pidetään yleensä pH-arvoa 6,5–9.
Liuennut happiOptinen tai sähkökemiallinen mittausRiittävä happipitoisuus on kriittinen vesieliöille. Rehevöityminen voi johtaa hapettomiin oloihin varsinkin hitaasti liikkuvissa vesistöissä.
LämpötilaResistanssin mittaus lämpötilariippuvaisella vastuksella (termistori)Veden lämpötilaa käytetään monen muun parametrin tulosten korjaamiseen ja vakiointiin.
Vedenpinnan korkeus / virtaamaPaine- tai ultraäänimittausTarvitaan veden määrän ja sitä kautta kuormituksen laskentaan. Myös vedenlaatu korreloi usein virtaaman kanssa.

 

Mittausten epävarmuuden ja laadunvarmennuksen merkitys​

Jatkuvatoiminen mittaus tuottaa parhaimmillaan tarkkaa tietoa vesistössä tapahtuvista nopeistakin muutoksista. Mittausten automatisointi tuo kuitenkin mukanaan uusia epävarmuustekijöitä. Epävarmuudet pitää tunnistaa ja hallita, jotta saadaan luotettavia ja vertailukelpoisia tuloksia.

Tärkeimmät epävarmuuden lähteet ja niihin liittyvät laadunvarmistustoimet

Mittausepävarmuus voi syntyä useista tekijöistä:

  • Mittalaitteiden valinta ja validointi: Mittalaitteen tulee soveltua mittausoloihin, ja laitteen mittausalueen ja suorituskyvyn pitää olla tarkoitukseen sopivat.
  • Mittauspaikan valinta, asennustapa ja ylläpito: Asennus tulee toteuttaa soveltuvaan paikkaan niin, että mittalaitteet pysyvät turvassa, niiden huoltaminen on helppoa ja häiriötekijät on minimoitu. Ylläpidon tulee olla niin säännöllistä, että mittaustulokset eivät havaittavasti muutu puhdistuksen jälkeen.
  • Kalibrointi: Mittalaitteiden sisäinen kalibrointi tulee tarkistaa, jotta estetään mittausarvojen vaeltaminen. Useat parametrit, kuten ravinteet ja orgaaninen aine, vaativat lisäksi paikkakohtaisen kalibroinnin laboratoriotulosten perusteella, jotta tulokset ovat vertailukelpoisia.
  • Datan käsittely ja ongelmatilanteet: Jatkuvatoimista mittausta voivat ajoittain häiritä virheelliset mittaustulokset, datakatkokset ja laiterikot. Automaattiset hälytykset poikkeavista tai puuttuvista tuloksista auttavat minimoimaan katkoja. Virheelliset tulokset voidaan suodattaa pois automaattisessa tai manuaalisessa laadunvarmistuksessa.

Oikein valituilla, asennetuilla, kalibroiduilla ja ylläpidetyillä mittalaitteilla saadaan arvokasta tietoa vesienhoidolle, tutkimukselle ja päätöksenteolle. Tulosten yhteydessä tulisi raportoida myös mittauksen epävarmuus ja erotella mahdolliset ongelmia sisältävät tulokset esimerkiksi liputtamalla.

Mittausepävarmuus: Arvio niistä rajoista, joiden sisällä mittaustulos pysyy tietyllä todennäköisyydellä, kun systemaattiset ja satunnaiset virheet on otettu huomioon. Mittaustulos ei ole koskaan täysin oikea, vaan se sisältää aina epävarmuutta.

Validointi: Validointi on analyysimenetelmän tai laitteen luotettavuuden ja pätevyysominaisuuksien testaamista. Validoinnilla varmistetaan ja osoitetaan systemaattisesti, että menetelmä soveltuu siihen, mihin se on tarkoitettu, ja saadaan tietoa siitä, millä varmuudella määritys voidaan suorittaa.

Kalibrointi: Kalibroinnissa määritetään pitoisuudeltaan ja epävarmuudeltaan tunnettujen kalibrointinäytteiden avulla kalibrointiyhtälö. Yhtälö määrittää, mitä tuloksen lukuarvoa sensorin tuottama sähköinen signaali vastaa.

Mittausarvojen vaeltaminen: Mittalaitteen näyttämän tuloksen hidas muutos.

Toiminnassa olevia seurantaverkostoja

Jatkuvatoimisia vedenlaatumittareita on asennettu erityisesti Varsinais-Suomen ja Pohjois-Pohjanmaan jokivesistöihin. Muualla Suomessa vedenlaatumittareita on toistaiseksi vähemmän, ja ne palvelevat usein tiettyä tutkimushanketta tai muuta eritystarvetta.

Varsinais-Suomen jokivesistöissä on tehty jatkuvatoimista vedenlaadun mittausta suunnitelmallisesti ja aluetasolla ensimmäisenä Suomessa. Toiminnassa olevia asemia on nyt 11, joskin niitä on välillä ollut enemmän. Vanhimmat asemat ovat tuottaneet seurantatietoa vuodesta 2009. Asemat on sijoitettu alueen suurimpiin jokiin, ja niiden tuottamaa tietoa käytetään ensisijaisesti ravinnekuormitustilanteen seuraamiseen. Osa asemista kuuluu maa- ja metsätalouden kuormituksen ja sen vesistövaikutusten seurantaohjelmaan (MaaMet-seurantaohjelma), jota maa- ja metsätalousministeriö rahoittaa.

Asemilla mitataan puolen tunnin välein sameutta ja nitraattityppipitoisuutta sekä Eurajoen Kuurnamäen asemalla myös happipitoisuutta. Näistä arvoista tuotetaan laskennallisesti arvio kokonaisfosfori-, kokonaistyppi- ja kiintoainepitoisuuksista. Vesimittari-palvelusta voi katsoa asemien tuottamia havaintoja sekä niistä laskettuja ravinnekuormituksia lähes reaaliajassa.

Siirry Vesimittari-palveluun

Perämereen laskevien jokien kuormitusta on mitattu jatkuvatoimisesti osana laajapohjaista Visio-hanketta (Kestävää kasvua Pohjois-Pohjanmaalle – vihreän siirtymän seurantajärjestelmä). Hankkeen tavoitteena on ollut kehittää alueellista ilmasto- ja vesistövaikutusten seurantaa ja mahdollistaa uusien mittaustekniikoiden käyttöönotto tutkimuksessa, opetuksessa ja elinkeinoelämässä. Mittauksia varten Siikajokeen, Kiiminkijokeen ja Kuivajokeen on perustettu seuranta-asemat, jotka ovat tuottaneet mittaustietoa heinäkuusta 2025 lähtien. Asemat ovat valtakunnallisia vedenkorkeusasemia, joten niiltä saadaan myös luotettavaa tietoa jokien veden virtaamasta.

Seuranta-asemilla mitataan puolen tunnin välein muun muassa lämpötilaa, sameutta, sähkönjohtavuutta, nitraattityppeä ja orgaanista ainetta. Sensorimittausten lisäksi käytetään vesinäytteisiin perustuvia muuntoyhtälöitä, joiden avulla arvioidaan esimerkiksi fosfori- ja kiintoainepitoisuuksia. Kun vedenlaatutieto yhdistetään virtaamatietoon, voidaan seurata kuinka paljon ravinteita, hiiltä ja kiintoainetta kulkeutuu jokien mukana Perämereen.

Rannikkojokien lisäksi vedenlaatua mitataan jatkuvatoimisesti Turvesuo-Miehonsuon entisellä turvetuotantoalueella, Sukerijoella ja Oulankajoella. Entisellä turvetuotantoalueella seurataan vesistöön päätyvää kuormitusta alueen ennallistamisen jälkeen. Kuusamon Sukerijoen ja Oulankajoen mittausasemat sen sijaan toimivat referenssialueina eli kohteina, jotka edustavat melko luonnontilaisia valuma-alueita. Tällä tavalla asemaverkostot muodostavat kokonaisuuden Pohjois-Pohjanmaan alueella.

Jatkuvatoimisten mittausten tulokset kootaan alkusyksyllä 2026 valmistuvaan karttapalveluun, jossa aineistoon voi tutustua ja sitä voi ladata jatkokäyttöä varten.

Pohjois-Pohjanmaan seurantaverkoston rahoittajien logot: Pohjois-Pohjanmaa, Euroopan unioni, Just Transition Finland ja Oulun innovaatioallianssi

Maatalouden vesistökuormituksen seurantaverkosto (Agrimon) on useiden toimijoiden yhteistyöverkosto, jota Suomen ympäristökeskus koordinoi. Vuoden 2024 alussa perustettuun verkostoon kuuluu nyt 13 maatalousvaltaista valuma-aluetta eri puolilta Suomea. Kahdeksassa kohteessa on automaattinen vedenlaadun mittausasema.

Agrimonin tavoitteena on tuottaa aiempaa tarkempaa ja luotettavampaa tietoa maatalousalueiden kuormituksesta ja sen lähteistä sekä siitä, miten valuma-alueilla tehtävät toimet vaikuttavat kuormitukseen. Verkosto jatkaa ja laajentaa MaaMet-ohjelmassa (Maa- ja metsätalouden kuormituksen ja sen vesistövaikutusten seurantaohjelma) vuodesta 2007 lähtien tehtyä seurantaa.