JultikaUniversity of Oulu repository

Tiivistelmä

Tämän diplomityön päätavoitteena oli selvittää pohjavesivaikutteisuutta Lapväärtin-Isojoessa sekä Heikkilänjoessa, joka on yksi sen suurimmista sivujoista. Tämä liittyi ELY-keskusten vuonna 2016 aloittamaan pohjavesialueiden uudelleen rajaamiseen ja luokitteluun, jossa määritellään uudelleen myös aiemmin inventoidut pohjavesialueet. Uuteen luokitteluun tuli vedenoton mukaan määräytyvien luokkien 1 ja 2 lisäksi mukaan myös uusi ekosysteemeihin perustuva luokka E. E-luokitus annetaan pohjavesialueille, joiden vedestä jokin luonnontilainen tai luonnontilaisen kaltainen, muun lainsäädännön perusteella suojeltu merkittävä pintavesi- tai maaekosysteemi on suoraan riippuvainen. Työssä selvitettiin pohjaveden purkautumista pohjavesialueilta jokiin, jonka oli tarkoitus palvella Etelä-Pohjanmaan ELY-keskuksen tekemää pohjavesialueiden uudelleenluokittelua E-luokituksen osalta, sillä Lapväärtin-Isojoki ja Heikkilänjoki kuuluvat Natura 2000-suojelualueisiin niissä elävien meritaimen- ja jokihelmisimpukkakantojen vuoksi. Pohjavesivaikutteisuuden lisäksi tutkittiin jokien vedenlaatua, jota oli tarkoitus hyödyntää osana Lapväärtin-Isojoelle tehtävää valuma-aluesuunnitelmaa.

Pohjaveden purkautumista tutkittiin pääasiassa veden stabiilien isotooppien ¹⁸O ja ²H avulla. Lisäksi tutkimusten tukena käytettiin veden piidioksidipitoisuutta, lämpötilaa sekä virtaamia. Vesien laatua tutkittiin analysoimalla vesinäytteistä väriluku, pH, alkaliniteetti, happipitoisuus, hapen kyllästysprosentti, CODMn, nitraattityppi, ammoniumtyppi, fosfaattifosfori, mangaani sekä rauta.

Työhön kuului kenttämittausjakso, joka toteutettiin 7.8.–18.8.2018 alivirtaamakauden aikaan. Jokivesistä otettujen näytteiden ja virtaamamittausten lisäksi näytteitä otettiin Lapväärtin-Isojoen valuma-alueen pohjavesistä, järvivesistä sekä sadevesistä. Lisäksi analysoitiin veden stabiilit isotoopit Vaasassa vuosina 2016 ja 2017 kerätyistä kuukausisadantanäytteistä. Pitkän ajan virtaamadataa saatiin Peruksen havaintoasemalta.

Käytettyjen pohjavesi-indikaattorien perusteella Lapväärtin-Isojoen ja Heikkilänjoen pääuomissa pohjavesisignaalit olivat korkeat koko näytteenottomatkalta. Heikkilänjoessa pohjaveden osuus oli Lapväärtin-Isojokea suurempi. Pohjavesialueilta, joiden läpi Lapväärtin-Isojoki kulkee, havaittiin pohjavesisignaalin nousua erityisesti Kortesmäen, Hurttakankaan, Rimpikankaan sekä Jätinmäen ja Ristikankaan kohdalla. Lisäksi uomaan näytti tulosten perusteella purkautuvan pohjavettä kahdessa kohdassa, joissa ei luokiteltuja pohjavesialueita sijainnut sekä muutaman sivu-uoman kautta.

Lapväärtin-Isojoen ravinnepitoisuudet kasvoivat merkittävästi yläjuoksulla, jossa sijaitsi myös suurin osa tarkastelluista pohjavesialueista. Heikkilänjoen ravinnepitoisuudet olivat selvästi Lapväärtin-Isojoen pitoisuuksia matalammat ja sen laskettua Lapväärtin-Isojokeen, ravinnepitoisuudet myös Lapväärtin-Isojoessa laimenivat nopeasti. Koska pohjavesialueilla ja ravinnepitoisuuksien nousulla havaittiin yhteys, voidaan olettaa, että pohjavesivirtauksen mukana kulkeutui ravinteita uomaan varsinkin nitraattitypen osalta. Tätä johtopäätöstä tukee se, että osassa pohjavesialueilta mitatuissa vesinäytteissä oli huomattavasti korkeammat nitraattityppipitoisuudet kuin uomassa. Pääasiallisia ravinnekuormittajia ovat todennäköisesti valuma-alueella tapahtuva peltoviljely, metsätalous ja ojitukset. Typen osalta yksi suurimmista pistekuormittajista oli mahdollisesti Isojoen jätevedenpuhdistamo, jonka kohdalla Lapväärtin-Isojoen typpipitoisuudet selvästi kasvoivat.

Koska kesä 2018 oli poikkeuksellisen lämmin ja vähäsateinen, valuma-alueelta tuleva vesistökuormitus jäi normaalia vähäisemmäksi ja jätevesien ja muiden pistekuormitusten merkitys kasvoi. Myös pohjaveden korkeuden havaittiin olevan keskimääräistä matalampi. Diplomityön puitteissa kerätyt tulokset eivät välttämättä vastaa keskimääräisiä arvoja alueelta. Tulokset ovat kuitenkin käyttökelpoisia valuma-aluetarkastelun sekä pohjavesialueiden luokittelun kannalta.

Role of the groundwater in the Lapväärtin-Isojoki river and variation in its water quality

Abstract

The main aim of this thesis was to study the interactions of groundwater and surface water in the rivers of Lapväärtin-Isojoki and Heikkilänjoki. At the time of writing the thesis, there were the process of redefining and classifying groundwater areas in Finland by the ELY Centres. In addition to categories 1 and 2 based on water supply, the new classification also includes a new category of E which is based on ecosystems. E-rating is given to groundwater areas, which water some natural state significant surface system or terrestrial ecosystem which is also protected by law is depended on. In this study was investigated discharges of groundwater from the groundwater areas into the studied rivers. The aim of this was to serve the reclassification of groundwater areas made by South Ostrobothnia ELY Center for E-classification, because the rivers of Lapväärtin-Isojoki and Heikkilänjoki are Natural 2000 protected areas due to their populations of sea trout and freshwater pearl mussels. In addition to the groundwater impact, the water quality of the Lapväärtin-Isojoki and Heikkilänjoki rivers was studied, which was to be used a part of the river drainage basin studies for the Lapväärtin-Isojoki river.

Groundwater discharge was mainly investigated by the stable isotopes of water ¹⁸O and ²H. In addition, the water content, temperature and flowrate were used to support the studies. Water quality was estimated by analyzing color number, pH, alkalinity, oxygen concentration, oxygen saturation percentage, CODMn, NO₃₋N, NO₄₋N, PO₄₋P, manganese and iron of water samples.

The work included a field measurement period 7.8.–18.8.2018 during the low flow season. In addition to river samples and flow measurements, the samples were taken from the groundwaters, lakes and rainwater of the Lapväärtin-Isojoki drainage basin. Stable isotopes of water were also analyzed from monthly rain samples collected in Vaasa in 2016–2017. Long-term discharge data for the River Lapväärtinjoki was collected at the Perus Station.

Based on the groundwater indicators used, the groundwater signals of both rivers were generally high. In Heikkilänjoki, groundwater signal was stronger than in the Lapväärtin-Isojoki. In groundwater areas which the river of Lapväärtin-Isojoki passes through, an increase in groundwater signal in river was observed especially when it passed the groundwater areas of Kortesmäki, Hurttakangas, Rimpikangas, Jätinmäki and Ristikangas. The results showed also that the groundwater was discharged at two locations where no classified groundwater areas were located, and through a few tributary streams.

The nutrient concentrations of the Lapväärtin-Isojoki river increased significantly in the upstream, where is located most of the investigated groundwater areas. The nutrient concentrations in the river of Heikkilänjoki were lower than those in the Lapväärtin-Isojoki and after Heikkilänjoki joined Lapväärtin-Isojoki, the nutrient concentrations also decreased rapidly in the Lapväärtin-Isojoki river. Some of the groundwater areas had significantly high concentrations of NO₃₋N and according to observations it can be assumed that nutrients, especially NO₃₋N, were transported to the river by groundwater flow. The main nutrient loads are likely to come from farming, forestry and drainage in the drainage basin. One of the major point sources of nitrogen was also possibly the Isojoki Wastewater Treatment Plant.

Due to the exceptionally warm weather and low rainfall in summer 2018, the discharge of water from the drainage basin was lower than normal and the importance of wastewater and other point loads increased. Groundwater levels were also found to be below average. That’s why the results collected in the thesis may not correspond to the average values of the area. However, the results are useful for the river basin survey and the classification of the groundwater areas.