University of Oulu

Järveen purkautuvan pohjaveden laadun ja määrän vaikutus Puruveden lahtien vedenlaatuun ja vesitaseeseen

Saved in:
Author: Uusitalo, Janne1
Organizations: 1University of Oulu, Faculty of Technology, Environmental Engineering
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 12.7 MB)
Pages: 142
Persistent link: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-201903011266
Language: Finnish
Published: Oulu : J. Uusitalo, 2019
Publish Date: 2019-03-07
Thesis type: Master's thesis (tech)
Tutor: Ronkanen, Anna-Kaisa
Ala-Aho, Pertti
Reviewer: Ronkanen, Anna-Kaisa
Ala-Aho, Pertti
Description:

Tiivistelmä

Tämän diplomityön tarkoituksena oli tutkia purkautuvan pohjaveden vaikutuksia Puruveden lahtialueiden vedenlaatuun ja vesitaseeseen. Puruvesi on Saimaaseen kuuluva oligotrofinen ja pohjavesivaikutteinen suuri järvi, jolle on tyypillistä poikkeuksellinen veden kirkkaus. Puruveden pääaltaan vedenlaatu on todettu pitkäkestoisessa seurannassa erinomaiseksi ja tilanne muuttumattomaksi. Useiden lahtialueiden tila on kuitenkin heikentynyt viime vuosikymmenien aikana. Tämän vuoksi Puruvesi on valittu yhdeksi kohdealueeksi Freshabit LIFE IP -hankkeeseen. Hankkeeseen määritetyt Puruveden pohjavesivaikutteisuuden tutkimukset toteutettiin tämän diplomityön muodossa.

Diplomityön kohdealueiksi valikoituivat Enanlahti, Mehtolanlahti, Ristilahti ja Aittolahti. Jokaiselle lahdelle muodostettiin näytteenottolinja, josta vesinäytteitä kerättiin neljä kertaa kesän 2018 aikana. Kukin linja sisälsi järvivesien, huokosvesien sekä pohjavesien havaintopaikkoja. Lahtien ja pohjaveden vuorovaikutteisuutta tutkittiin pääasiassa luonnollisten merkkiaineiden eli veden stabiilien isotooppien (¹⁸O ja ²H) sekä piidioksidin, kalsiumin ja magnesiumin avulla. Pohjaveden vaikutuksia lahtien vedenlaatuun selvitettiin vertailemalla vedenlaatua pohja-, huokos- ja järviveden välillä. Veden laadun parametreina käytettiin muuan muassa fosforin ja typen laajoja analyyseja sekä happea ja rautaa. Purkautuvan pohjaveden vaikutusta vesitaseeseen arvioitiin vain Ristilahdella. Arviointia varten Ristilahdella tehtiin suotautumismittauksia sekä tulouomien virtausmittauksia. Tutkimusten yhteydessä kartoitettiin lisäksi pohjaveden purkautumisalueita koko Puruveden alueella.

Enanlahdella ja Mehtolanlahdella pohja- ja huokosvedet olivat hyvälaatuisia, joten vaikutus lahtien vedenlaatuun oli nykyisellään positiivinen ja puhdistava. Punkaharjun vanhalla kaatopaikalla ei havaittu olevan nykyisellään merkittävää rehevöittävää vaikutusta läheisiin lahtiin. Enanlahden valuma-alueella olevan uudemman kaatopaikan vaikutuksia ei puolestaan ole juurikaan tutkittu. Ristilahdella havaittiin kohonneita ravinnepitoisuuksia maatalousalueiden lähistöllä pohja- ja huokosvesistä. Fosforin ja typen havaittiin kulkeutuvan läheisiltä pelloilta lahteen suojavyöhykkeestä huolimatta. Havainnon voi yleistää muihinkin vesistön välittömässä läheisyydessä sijaitseviin peltoihin ja metsähakkuualueisiin, jotka sijaitsevat myös karkearakeisien maalajien alueilla. Ristilahden havaittiin olevan tutkimuskohteista selkeästi pohjavesivaikutteisin, mutta myös vedenlaadultaan huonoin. Aittolahdella pohja- ja huokosvesien vedenlaatu tulisi määrittää kattavammin johtopäätöksiä varten.

Suotautumismittausten ja teoreettisten suotautumisvyöhykkeiden skenaarioiden perusteella purkautuvan pohjaveden osuuden arvioitiin olevan pieni Ristilahden vesitaseessa (G index noin 2–10 %). Ristilahden korostuva pohjavesivaikutteisuus johtui pääosin pohjavesivaikutteisten tulouomien välittämistä vesistä. Purkautuvan pohjaveden aiheuttama kuormitus on korkeintaan vain muutaman prosentin luokkaa Ristilahden tulovirtaamien kokonaiskuormituksesta. Hapettomana purkautuvalla pohjavedellä saattaa kuitenkin olla vaikutusta lahden sisäiseen kuormitukseen, sillä sedimentin fosforivarastot ovat mittavat ja pieniä redoxpotentiaalien arvoja on mitattu sedimenttitutkimusten yhteydessä.

Tutkimuksen perusteella pohjaveden laatu ei ole heikentynyt laajamittaisesti Puruveden alueella. Ravinnepitoisempia pohjavesiä on havaittu vain hyvin paikallisesti maatalous- ja metsähakkuualueiden lähistöllä. Pohjaveden vaikutus Puruveteen on siten valtaosin puhdistava. Pohjaveden puhdistava vaikutus on heikentynyt tai muuttunut rehevöittäväksi vain paikallisesti tietyillä alueilla riippuen ihmistoiminnasta, pohjaveden purkautumisen voimakkuudesta ja vallitsevista happiolosuhteista. Diplomityöstä saatuja tuloksia ja tietoja voidaan käyttää esimerkiksi tulevissa pohjavesimallinnuksissa, vesiensuojelun suunnittelussa valuma-alueilla, yleisinä vedenlaatuaineistoina sekä pohjavesialueiden E-luokituksen perustana. Lisäksi kattava isotooppihydrologian analyysi tarjoaa laajan aineiston ja luotettavan vertailukohdan muille Suomessa tehtäville tutkimuksille.

The impacts of quality and magnitude of groundwater discharge into the water quality and water budget of selected gulfs at lake Puruvesi

Abstract

The aim of this study was to investigate the impacts of groundwater discharge into the water quality and water budget of the selected gulf areas of Lake Puruvesi. Puruvesi is an oligotrophic and groundwater dependent great lake which belongs to the Saimaa water system. Exceptional water clearness is typical for Puruvesi. In the long-term monitoring, the water quality of major lake basin has been established excellent and situation as stabile. However, the status in several gulf areas has been weakened during the last decades. Therefore, Puruvesi has been chosen as a one target area for Freshabit LIFE IP -project. The studies of groundwater – surface water interactions in lake Puruvesi, that was determined as one task in original project plan, was implemented by this master’s thesis.

Enanlahti, Mehtolanlahti, Ristilahti ja Aittolahti were chosen as a target gulf area for this study. So called sampling line was formed for each gulf. Water samples were taken from lake water, groundwater and pore water inside the lake bed in each sampling line. Sampling was repeated four times during the summer 2018. Groundwater – surface water interactions were investigated mainly by natural environmental tracers. Water stable isotopes (¹⁸O ja ²H), silicon dioxide, calsium and magnesium were used as a tracer in this study. The impacts of groundwater discharge into the water quality of these gulfs was investigated by comparing the water quality between lake water, groundwater and pore water. Wide analysis of phosphorus and nitrogen as well as oxygen and iron were the main analytics for this comparison. The impacts of groundwater discharge into a water budget was evaluated only in Ristilahti. Seepage measurements through the lake bed and flow measurements from incoming channels were executed for water budget evaluation in Ristilahti. Furthermore, groundwater discharge zones were surveyed at the whole Puruvesi area duringthis study.

In Enanlahti and Mehtolanlahti study sites, groundwaters and pore waters were of good quality without any high concentrations of nutrients. Therefore, the impacts into the lake water were clearly positive at present state in those study sites. Besides, the Punkaharju’s old landfill site was not found to have any significant eutrophic effect on nearby gulfs. On the other hand, the impacts of newer Punkaharju landfill area, that is in the Enanlahti catchment, has not been investigated at all so far. Raised concentrations of nutrients were observed from pore and groundwaters near the Ristilahti where agriculture areas are located nearby shoreline. Phosphorus and nitrogen were observed to drift from adjacent fields to the gulf despite the narrow protection zone. That observation can be generalized to all other regions where agriculture and clearcutting areas are in the immediate vicinity of the water bodies with the presence of coarse-grained land. Ristilahti was observed to be the most groundwater dependent target area of this study. On the other hand, water quality of Ristilahti was the worse of study sites. In Aittolahti, groundwater and pore water quality should be determined more comprehensively to make reliable conclusions.

In a water budget of Ristilahti, the groundwater discharge was evaluated to have only a small portion of all incoming inflows based on the seepage measurements and theoretical seepage zones (G index only approximately 2–10%). The highlighted groundwater dependency of Ristilahti was mainly derived from groundwater dependent streams. The nutrient load from direct groundwater discharge to the gulf was estimated to be only a few percent of total incoming nutrient load. However, groundwater discharging with very low consentration of oxygen may have an impact on the internal load of the gulf. The phosphorus storage of the sediment has been established to be massive and small redox potential values have been observed during the sediment research.

Based on this study, groundwater quality has not weakened extensively in the Puruvesi area. More nutrient-rich groundwaters has been observed only very locally in the vicinity of agricultural and forest clearcutting areas. Therefore, the impact of groundwater into a Puruvesi is predominantly positive and detergent. This detergent effect has become weaker or changed to negative only locally in particular regions depending the human activity, the magnitude of groundwater discharge and existing oxygen conditions. The results and knowledge obtained from this thesis can be used for instance in the design of water protection in catchment areas, as general water quality materials and as the basis for groundwater E-classification. Besides, comprehensive analysis of isotopic hydrology provides extensive material and reliable reference point for other studies in Finland.

see all

Subjects:
Copyright information: © Janne Uusitalo, 2019. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.