Kaija Karhunen, Joni Kosamo och Ronja Kuorikoski, Uleåborg Yrkeshögskola

Mätningarna fortsattes i samma täckdikningsbrunnar som under sommaren 2016. Odlingsväxterna var år  2017 betesvall (området kring den norra brunnen) och havre (området kring den södra brunnen). Avrinningsområdenas storlek är: till den norra brunnen rinner från skiftet Korpi 4A d.v.s. 8,93 ha (år 2017 havre). Utgående från detta går det att precisera avrinningen för brunnarna 1 och 2:s andel.

De parametrar som uppmättes under år 2017 var vattnets pH, syrehalt, ammonium- och nitratkväve, grumlighet, flöde och ytavrinning. Mätningsbrunnarna för ytavrinning installerades invid täckdikningsbrunnarna. Mätningsperioden för år 2017 inleddes 1.6. och avslutades 27.11. Mätningsgivarna kontrollerades och rengjordes med två veckors intervall. Vattenprover togs från brunnarna 31.5.2017 och 5.10.2017. Proverna analyserades i Ahma ympäristö Oy:ssä. Analysresultaten från år 2016 och 2017 är samlade i nedanstående tabell.

Tabell 1. Analysresultat fastställda från vattenprover tagna från täckdikningsbrunnarna 2016 och 2017.

Analysresultat
I proverna tagna i den norra brunnen är fastämne, grumlighet, kväve, fosfor och järn helt klart på en högre nivå än i den norra brunnens prover. Orsaken till detta är svår att hitta då områdena till sin jordmån och järnhalt är väldigt enhetliga. Växtföljden och gödslingen är även mycket motsvarande på skiftena. På skiftena har odlats sädesslag eller de har varit som betesmark. Den höga järnhalten i vattenproverna berättar om jordmånens höga järnhalt, vilket är ett vanligt fenomen vid kusttrakterna i Norra Österbotten. De högsta järnhalterna uppmättes för båda brunnarna hösten 2016.

Bild 1. Vänstra bilden: Norra brunnens mätutrustning. Högra bilden: Södra brunnens mätutrustning och väderleksstation. (Bild: Kaija Karhunen)

Bild 2. Vänstra bilden: De av järn missfärgade mätargivarna i norra brunnen i november 2017. Högra bilden: Vattenprov från södra brunnen i oktober 2017. (Bild: Kaija Karhunen)

Vid vattnets ammonium- och nitratkvävemätningar använda givare
I en jonselektiv elektrod används ett specialmembran, som endast en speciell typ av joner kan fästa vid. Till följd av detta bildas på membranets yta en jonspecifik spänning. För mätning av spänningsskillnaden behövs ett referenssystem , på vilket provet som skall mätas inte inverkar.

CARTICALM-tekniken  minskar interferens genom att kalibrera de enskilda elektroderna och mätelektroderna tillsammans med mätkompensationselektroderna och referensen. Detta görs redan vid fabriken. Referenssystemet är utvecklat för att använda sig av differential pHD-teknik, och är därför synnerligen stabil vad det gäller förskjutning och kontamination.

I AN-ISE sc-givaren används en jonselektiv elektrod för mätningen av ammonium- (NH4+) och nitrat-jonerna (NO3–) i vattenproven.

Störningar orsakade av kalium( vid mätning av ammonium), klorid (vid mätning av nitrat) och temperaturer kompenseras med för ändamålet lämpliga fasta elektroder. (Hach Lange, Käyttöopas, DOC023.63.90137, AN-ISE sc –anturi,10/2012, painos 4A). Den andra brunnens elektroder införskaffades  2013 och togs i bruk 2016 (jonselektiva huvudet förnyat).

Sensor använd till mätning av vattnets lösliga syreinnehåll
LDO är en optisk  luminiscens syregivare för mätning av löst syre. Givaren är kopplad till en mätstation. Givaren är införskaffad 2017. Mätningen av lösligt syre baserar sig på optisk teknik. Där mäts tiden det tar för ljusstrålen att förflytta sig från ljuskällan till membranet och tillbaka. Tiden ljusstrålen använder för  att förflytta sig beror på mängden löst syre i vattnet. Optisk mätning eliminerar alla yttre störningsmoment vid mätningen, så den fungerar tillförlitligare än elektrokemiska mätningsmetoder. (Hyxo 2017.)

Bild 3. Optisk syremätningssensor. (Hyxon 2017)

Optisk mätteknik garanterar ett väldigt noggrant och tillförlitligt resultat även på ett längre tidsperspektiv. LDO-givaren behöver ingen kalibrering eller tidskrävande service. Den enda utbytbara delen på givaren är givarens luminiscensmembran, som går att byta snabbt och enkelt. (Hyxo)

Mätutrustning för mätning av vattenflödet
Våren 2017 byggdes anslutning till båda brunnarna en brunn för mätning av flödesvattnet. Mätningsbrunnen EHP-600MS för kontinuerlig mätning av flödet. Utrustningen består av EHP-600M mätningsbrunnen, som består av PE-plast och är konstruerad med dubbla väggar. Utrustningens höjd är 2000 mm och diametern är 600 mm. Utrustningen inne i brunnen, med vilken mätningen görs, består av Thomsonöverfallet (med 45° vinkelspets, V-formad fördämningsskiva av PE-plast, förstärkt och överfallet är avfasat till 60 graders vinkel). Lösningen lämpar sig för mätning av små flöden(med början från 0,01 l/s). Nivågivaren mäter nivåskillnaderna på ytan vid V-öppningen.

Mätningsgivaren använd för mätning av vattenytans nivå är STS PTM/N,mätområde 0-1 mVp. Givaren lämpar sig för installation i V-överfall eller i mätbrunnar med v-överfall. Noggrannhet 0≤ 0,25 % av mätområdet. Informationen om ytnivån kombineras med kalkylen för v-överfallet i EHP-Datatjänsten så att kunden kan se destinationens flödesinformation (t.ex. l/s) och vid behov avrinningen (l/s/km2), förutsatt att destinationens yta meddelats till EHP-Teknik. Givarens kalibrering sker i EHP-Datatjänsten via EHP-Teknik utgående från de ytnivåuppgifter uppgifter kunden lämnat för en specifik tidpunkt, eller automatiskt vid installation eller service gjord av EHP-Teknik. En kalibrering av givaren rekommenderas två gånger om året. Service: givaren sköljs med rent vatten (tryckmembranet får ej vidröras!) och ytan torkas med papper. Givaren är förenad med EHP-teknikens datalogger.

I brunnen finns dessutom värmeisolerat lock, lyfthandtag, ventilationsrör, mellanlock med servicelucka. Mellanlocket är 500 mm nedanom locket. Måttbrunnen ger en ca. 20-30 cm hög fördämning. Mellanlocket har en inspektionslucka 300 x 300 mm, som lämpar sig för t.ex. Vattenprovtagning. Inne i brunnen finns en mätskala för manuella mätningar av vattenytans höjd. Tryckgivarens nedföringsstav är fast monterad i brunnen. Mätningsbrunnen är lätt, så den är relativt lätt att avlägsna från destinationen (kräver dock en grävmaskin). Mätningsbrunnen är värmeeffektiv och är planerad för flödesmätning under hela året. Dess mellanlock är patenterat av EHP-Teknik. Mätningsbrunnen installerad av EHP-Teknik fungerar även på vintern så att vattnet inte lätt kan frysa. Om vattnet fryser under extrema förhållanden (i så fall flöde 0 l/s), så är givarna placerade så att de hålls i ofruset vatten och funktionsdugliga.

Bild 4. Utrustningen som använts att mäta vattenflöde och avrinning. (EHP-tekniikka 2017)

Dataloggern och modemet i figuren är inte belägna i flödesmätningsstationen utan de är kopplade till samma datalogger-modem-solpanelapparat som de andra mätande givarna.(EHP-tekniikka Ltd)

Mätresultat från sensorerna år 2017
Vad gäller givarnas resultat från pH-mätningarna skiljer de sig från referensmätningarna. Från september och framåt är mätaravläsningarna bättre i linje med givarnas resultat. Resultaten från utloppsrörets mynning är även lika som givarnas resultat.

Bild 5. pH-resultaten från norra brunnen. De röda prickarna är sensorernas skötseltidpunkter. De orangefärgade prickarna är OAMK:s referensmätningar från brunnsprov. De ljusgröna prickarna OAMK:s referensprover tagna utanför brunnen från utloppsröret.

Bild 6. pH-resultaten från södra brunnen. De röda punkterna betecknar servicetidpunkter. De orange punkterna  är resultat från OAMK:s referensmätningar. Gällande givarmätningarnas resultat för pH så avviker de från referensmätningarna. Från och med september är mätresultaten bättre i linje med givarnas resultat.

Bild 7. Resultaten av ledningsförmågan (konduktivitet) från södra brunnen. De röda prickarna anger servicetidpunkterna. De orange prickarna anger OAMK:s referensmätningar från brunnsprov. De ljusgröna prickarna är från referensprover tagna från utsläppsrörets mynning utanför brunnen.

Större delen av periodens referensmätningar skiljer sig från de av givarna uppmätta resultaten. Mot hösten (från augusti framåt) ser proverna för givarnas del ut att vara närmare referensmätvärdena.

Avrinnings- och flödesmätningar samt nederbörd
Vattenflödet och avrinningen av ytvatten var vid mätstationerna (t.ex. OAMK2) nästan kontinuerligt över mätningskapaciteten under hösten. Nederbördsmängderna uppföljdes från en väderstation som är bredvid den södra brunnen (väderstationen levererad av EHP).

Bild 8. Avrinning från södra brunnen (“OAMK2”).

Bild 9. Vattenflödet i södra brunnen.

Tabell 2. Nederbörd (mm) juni-oktober 2017 Muhos, mätstationernas område. Förklaringar till tabellen:

• Medeltal – Vägda genomsnittliga medeltalet för mätperioden
• Summa – Mätningar, utan tidsenhet, t.ex. nederbörd (mm).
• Ackumulering – Mätningar, med tidsenhet, t.ex flöde (l/s).

Konklusioner
Servicerengöringarnas effekt vad gäller pH och ledningsförmåga är tydligt märkbar för funktionen på givarna. Resultaten grupperar sig alltid på nytt efter utförd rengöring. De börjar omedelbart krypa neråt för pH och ledningsförmågan uppåt, även om det för pH:s del är små förändringar. Om serviceintervallerna var längre för pH:s och ledningsförmågans del, skulle krypningen av värdena vara ett problem.

Givarnas resultat för ledningsförmågan är redan i utgångsläget tämligen höga jämfört med resultaten från referensmätningarna. Av någon anledning är resultaten uppmätta efter augusti närmare resultaten från referensmätningarna. Vad gäller resultaten för pH är utgångsläget bra,  för i förhållande till referensmätningarnas värden var de förhållandevis nära varandra, men genast efter det börjar skillnaden växa. I medlet av september börjar de avlästa värdena vara nära varandra och vid den sista punkten den 3 oktober är de samma.

Av någon anledning är de här två givarnas resultat jämfört med referensmätningarna bättre på hösten. Vilken förändring sker i vattnet? Under oktober månad utfördes inte en enda service på givarna vilket syns särskilt i pH-värdenas resultat (ingen nivåförändring i figurerna), men resultatet är nära referensmätningen, vilket inte händer under mätningarna gjorda under sommaren. På hösten är även resultaten för ledningsförmågan nästan samma i referensmätningarna.

För nitrat- och ammoniumkvävets del går det inte med säkerhet att uttala sig om givarnas funktion i destinationen, då referensmätningarna var bristfälliga för att de till utomstående laboratorium sända proverna och givarnas mätningstidpunkt sammanföll inte. Dessutom var inte referenslaboratoriumets resultat jämförbara med givarnas resultat, då de inte mätte riktigt samma sak. Meningen var även att på hösten mäta referensvärden under en kurs för studerande, men mätningarna lyckades inte p.g.a. tekniska problem med utrustningen.

Gällande mätningen av flöden och ytavrinning var det problem under hösten på grund av att det rann över då v-överfallets kapacitet inte räckte till för att mäta vattenmängderna som förekom. Sommaren ser ut att ha gått bra och ytavrinningen var på en sådan nivå , att resultaten kan användas. I fortsättningen behöver flödesbrunnarna uppföljas pg.a. överflödning och för säkerställande av att öppningen i v-fördämningen är tillräckligt hög, för nu på hösten hade var den helt täckt av vatten. I början av sommaren grävdes diken för att förbättra vattenflödet, men flödet förbättrades inte tillräckligt. En delorsak är markerna som är i användning, på grund av den jämna terrängen borde dikena grävts djupare även på grannarnas sida.

Efter juni och juli ökar nederbördsmängden avsevärt i augusti. Det ökade vattenflödet kan ha påverkat fenomenet , då givarna på hösten (från augusti) för mätningsresultatens del börjar vara samstämmigare.

Syrehalterna var under hela mätningsperioden vid noll. Referensmätningar gjordes inte för syrets del, men resultatet är logiskt, då jordmånens mikrobverksamhet troligen förbrukar syret från vattnet.

Det finns orsak att göra tillräckligt med referensmätningar i en sådan destination. För referensmätningarnas del kunde Ahmat Ympäristö Oy:s resultat inte användas fullt i sin helhet på grund av  problem med tajmingen. Däremot var referensmätningarna gjorda av OAMK huvudsakligen tillräckliga för uppföljningen.

Bild 10. Heikki Leppävuori, Elsi Pellikainen och Joni Kosamo utför servicearbeten vid mätstationen i maj 2017. (Bild: Kaija Karhunen)

Källor
EHP-tekniikka Ltd. (2017). EHP-tekniikan tarjous tuotteista Oamk Oy:lle.
Ahma ympäristö Oy. (2017) Analysointituloksia.
Hyxo Oy (2017). Haettu osoitteesta http://hyxo.fi
Maanmittauslaitos. (2017). Kartta Muhos.