Kaija Karhunen, Joni Kosamo och Ronja Kuorikoski, Oulu Yrkeshögskola

Målet med undersökningen var att utreda lämpligheten av kontinuerligt mätande mätutrustning för installation i reglerat dräneringssystem med reglerbrunn. Avsikten med mätutrustningen är att följa med förändringen av vattenkvaliteten på ett åkerskifte med det förutnämnda täckdikningssystemet. Parametrarna som skulle mätas är vattnets pH, temperatur, ledningsförmåga, fasta partiklar, grumlighet samt nitrat- och ammoniumkväve. Den huvudsakliga perioden för mätningarna var 16.6. – 31.9.2016.

Mätutrustningen installerades i två reglerbrunnar anslutna till täckdikningssystemen på yrkesinstitutet Oulun seudun ammattiopiston (OSAO) Muhoksen yksikön opetusmaatilalla (undervisningsgård). “Den norra brunnen” (kaivo 1, d.v.s.brunn 1) samlar upp avrinningsvattnet från det 10,56 ha stora skiftet. Den “Södra brunnen” (kaivo 2, d.v.s brunn 2) samlar in avrinningsvattnet från det 8,93 ha stora skiftet. Den reglerade dräningen är installerad på området under hösten 2015 (karta 1). Odlingsväxter på området var korn runt brunn 1 (kaivo 1) och betesmark runt brunn 2 (kaivo 2). Jordart på hela området är GMo (Grov mo)

Karta 1. Försöksskiftenas och reglerbrunnarnas lägen på OSAO Muhos åkerskiften. (Lantmäteriverket 2017)

Montering av automatiska mätsystem för vattenkvalitet
I destinationen har använts två typer av mätsystem för vattenkvalitet. ”OAMK2”-mätsystemet (södra brunnen, kaivo(brunn) 2) som består av en givarmodul, fyra givare, två batterier, en datalogg, regulator och solpanel (bild 1). De uppmätta parametrarna för vattenkvaliteten vid den södra brunnen är vattnets pH, temperatur, elektrisk konduktivitet d.v.s.ledningstal, grumlighet samt fasta partiklar.

Bild 1.  Södra brunnens givare. (Bild: Kaija Karhunen)

”OAMK (LABRAKÄYTÖSSÄ)”–mätsystemet (norra brunnen, bild 2) består av givarmodulen, fyra givare, två batterier, en datalogg, och solpanel (bilder 2 och 3). De uppmätta parametrarna för vattenkvalitet vid den norra brunnen är vattnets pH, temperatur, ledningstal, grumlighet och ammonium- och nitratkväve (båda i samma givare).

Givarmodulen, skärmmodulen och givarna är tillverkade av Hach Lange och levererade av Hyxo Oy. Datalogger, skyddsfodral, datatjänster samt strömkällor har levererats av EHP- tekniikka Ltd.

Bild 2. Installering av givare för mätning i norra brunnen sommaren 2016. (Kaija Karhunen)

Bild 3. Norra brunnens mätsystem. (Kaija Karhunen)

Genom EHP-tekniikka Ltd:s producerade datatjänst kan mätresultaten följas upp t.ex. dagligen eller per vecka. Från tjänsten går det även att följa med batteriernas laddningsnivåer. Om batteriernas laddningsnivåer sjunker för lågt (under 12 V), skickar tjänsten ett alarmmeddelande till telefonen eller e-posten, så att  laddningsnivåerna går att korrigera. Genom tjänsten går det även att modifiera mätningstätheten. Dessutom går det genom tjänsten att definiera gränsvärden för mätresultaten.

Vattenprovtagning och laboratorieanalyser
Vid servicebesök togs vattenprover manuellt för jämförelse. Proverna analyserades vid OSAO:n Muhos enhets utrymmen med yrkeshögskolan Oulun ammattikorkeakoulu (Oamk) kemilaboratoriums instrument. Under mätperioden gjordes med några veckors intervall analyser av  pH och ledningstal samt grumlighet från vattenproven. Proven togs i rengjorda plastflaskor och analyserades så fort som möjligt.

Genom att utföra laboratoriemätningar kunde mätresultatens riktighet från de automatiska givarna uppföljas. I början och slutet av mätperioden jämfördes resultaten från Oamk:s laboratorium med resultaten från Ahmat ympäristö Oy:s laboratorium. Dessutom analyserades det från de 19.9 tagna proven ammonium- och nitratkväve under studerandes kemikurs vid Oamk laboratorium.

Service av givare i automatiskt mätningssystem av vattenkvalitet
Servicen av de automatiska givarna i mätningssystemetut fördes i medeltal ett par gånger i månaden under mätperioden. Till de praktiska arbetena i servicen hörde rengöring av givarna, observation av givarnas funktion via skärmmodulen samt eventuell kalibrering. Av den norra brunnens givare kunde endast pH- och ledningstalsgivarna  samt grumlighetsgivaren göras service på. Under sommaren gjordes inte en enda gång service på ammonium- och nitratkvävegivarna. Det beslöts att servicen skulle utelämnas på grund av instrumenttillverkarens principer, för enligt tillverkarens och EHP Ltd:s användningserfarenheter behöver givaren väldigt minimalt med service under mätningarna.

Rengöringen av givarna utfördes genom att de först lyftes upp ur vattnet, varefter deras mätsonder rengjordes lätt med mjuk pensel och utspädd klorit. Givarnas skaft rengjordes med mjuk duk. Serviceintervallen var aningen för lång vid destinationen och en del av givarna hann bli för smutsiga. Detta orsakade att mätresultaten tydligt blev högre än i verkligheten. Dessutom märktes att speciellt grumlighets- och fastämnesmätarens mätresultat ofta gick upp till maximinivå varpå instrumentet inte gav tillförlitliga resultat.

Resultatexempel och analys
Mätresultat av vattnets kvalitet kunde erhållas under mätperioden under sommaren 2016 tack vare mätutrustning med kontinuerlig mätning av vattenkvaliteten samt genom laboratorieanalyser. Av resultaten från uppföljningsperioden 16.6. – 31.9. har ritats figurer som grafer, mätningsstationens resultat syns med blått. Laboratorieanalysernas resultat motsvaras av det märkt med rött. I endel figurer är det med rött märkta draget från en mättidpunkt till en annan för att visa trendutvecklingen. Dessutom är mätstationernas resultat utmärkt i graferna med blått i ett fält markerat med rött, Ahmat Oy:s resultat är i fältet märkt med grönt samt Oamk:s laboratoriums resultat med rött. I övre kanten av tabellen står utskrivet antingen Oamk (”labrakäytössä”) –markering, vilket betyder den norra brunnen (brunn 1) eller markeringen OAMK 2 som betyder de södra brunnen (brunn 2).

Referensmätningar och rengöringsarbeten gjordes vid följande tidpunkter:6.7., 29.7., 16.-17.8., 23.-24.8., 7.9. samt 19.9. Dessa tidpunkter är märkta i graferna med röda pilar och resultaten bredvid dem i ett fält inramat med rött. Givarnas resultat från den ifrågavarande dagen är ett medeltal (avvikelserna tagna i beaktande och vid behov avlägsnade).

Som exempel på framställning av  grafiska resultat till följande resultaten av mätningarna av vattnets pH-värde samt ammonium- och nitratkväve från den norra brunnen. Alla mätresultat och granskiningen av dem publiceras vid en senare tidpunkt.

I bild 4 kan ses hur pH-resultatens nivå förändras efter servicerengöringen i de två första och de två sista servicerengöringspunkterna, men i mittskedet av mätningsperioden märks inte detta. Resultaten är i alla avseenden bra för givarnas resultat. I mitten av mätningsperioden är skillnaderna i mätningarna stora. Skillnader finns inte i referensmätvärdena, knappt inte heller i givarnas resultat jämfört med referensmätvärdena.

Bild 4. pH-resultaten från norra brunnen.

Gällande ammoniumkväve är referensmätningarna sinsemellan nästan samma (bild 5). Ahmat ympäristö Oy:s totalkväveresultat är samma som ammonium. Av detta går det att dra slutsatsen att det i vattnet nästan inte finns nitrat det vill säga resultatet är nära nollnivån, vilket går att utläsa av grafen. Givarens resultat avviker något, men inte mycket. Automatmätningens funktionalitet går inte att bekräfta utgående från ett mätresultat.

Givaren har påbörjat mätningarna först den 26.7. och givarens mätsond var ny, alldeles nyligen införskaffad. EHP och instrumenttillverkaren gav instruktioner om att givaren är underhållsfri och fungerar längre perioder utan behov av rengöring. Dessutom hade givaren varit svår att lösgöra från brunnens vägg. Därför gjordes inte en enda servicerengöring av givaren under sommaren.

Bild 5. Resultaten av Ammonium- och nitratkväve  från norra brunnen.

Konklusioner
Driften av det automatiska vattenmätningssystemet följdes upp under sommaren 2016 undervisningsgården OSAO:n Muhoksen yksikön opetusmaatila. Därtill utfördes serviceåtgärder på givarna  i dräneringssystemets reglerbrunn samt referensmätningar genom att analysera vattenprover i laboratorium. Under mätningsperioden erhölls rikligt med erfarenheter om faktorer som inverkar på kontinuerliga mätningssystem, behandling av mätningsresultat samt service- och övervakningsbehov i ett nytt krävande målområde. Från resultaten gick att utläsa många avvikelser jämfört med referensmätningarna och en tydlig trend att värdena tendera “krypa” uppåt samt en del mätningars olämplighet för målområdet.

Halvvägs in i mätperioden kunde ammonium- och nitratkvävegivaren fås i funktion. Från den perioden gjordes endast en referensmätning och dess resultat för ammoniumets del var god. Även för nitratkvävets del verkade resultatet vara det som kunde läsas ut av referensmätningen. På grund av de fåreferensmätningarna går det inte att vara helt säker på resultaten från givarens resultat från mätningsperioden. Det verkar som om givaren nästan inte behöver servicerengöring  och att den kunde fungera i detta målområde.

Vid pH-mätningarna går det att skönja en tydlig “krypning” av värden mellan rengöringstillfällen. Krypningen börjar omedelbart och en rengöringsintervall på två veckor är för lång. Med en kortare rengöringsintervall kunde krypningen kontrolleras bättre. I båda brunnarna var resultaten  för pH:s del, förutom under några korta tidpunkter, ändå på rimlig nivå jämfört med referensmätningarna.

Värdena för ledningstalsresultaten växlade ibland avsevärt jämfört med referensmätvärdena. Värdena är egentligen inte exakta vid någon tidpunkt av mätperioden, förutom vid den södra brunnen under begynnelsedagen av mätningarna. Någon eller några faktorer stör uppenbarligen avsevärt mätningen av ledningsförmågan i brunnen. Kan det vara så att mätningarna av ledningsförmågan störs av av att brunnen är så liten eller av att de andra givarna är i närheten?

Gällande grumlighet och fasta partiklar verkar det som om det finns störande faktorer i destinationen. Faktorerna inverkar mycket på givarnas funktion. Inte ens det att rengöringsbehovet ökades förklarade de avvikande resultaten. Utgående från referensmätningarna och observationerna var resultaten inte pålitliga.

Gällande grumlighet och fasta partiklar baserade sig givarnas mätteknik på en annorlunda metod än de i laboratorium använda referensmetoderna( officiella referensmetoder). Detta ger sina egna utmaningar gällande riktigheten i tolkningen av resultaten.

Mätningsgivarna var i dräneringssystemens reglerbrunnar som hade byggts föregående höst. Regleringen av vattennivån orsakade nya utmaningar för undervisningsgården, då den reglerbara dräneringen och reglerbara brunnarna därför var endast första sommaren i bruk. Variationerna i vattennivåerna  samt den ansenliga järnhalten i jordmånen och vattnet kunde för sin del ha stört mätningsgivarnas funktion. Trots många utmaningar kan genom automatisk mätfunktion erhållas användbar information om vattnets kvalitet och de förändringar som sker i vattnet. Därmed lönar det sig att fortsätta utveckla mätfunktionerna.