Talven sääolosuhteiden vaikutus valuma-alueen ravinnekuormaan : Tarkastelussa Uskelanjoki

Abstract

Suomen sisä- ja rannikkovesien ravinnekuormitus on voimistunut merkittävästi 1950-luvulta lähtien. Tärkeimmät vesiä rehevöittävät ravinteet ovat fosfori ja typpi, joiden merkittävimmät päästölähteet aiheutuvat ihmistoiminnasta. Erityisesti fosforipitoisuus vesistöissä on lisääntynyt 1990-luvulta alkaen voimakkaasti, jonka seurauksena erityisesti Suomenlahti ja Saaristomeri kärsivät rehevöitymisestä. Ennustetut ilmastonmuutoksen vaikutukset tulevat pahentamaan Itämeren rehevöitymistilannetta, kun muuttuvat ilmasto-olosuhteet vaikuttavat ravinteita kuljettavien jokien prosesseihin. Hydrologiset muutokset tulevat olemaan jo lähivuosikymmeninä selkeitä maan eteläosassa. Ilmaston lämpeneminen vaikuttaa jokidynamiikkaan etenkin talvisin, jolloin lämpötilat tulevat olemaan yhä useammin nollan asteen yläpuolella. Tässä työssä tarkastellaankin erilaisten talven sääolosuhteiden vaikutusta valuma-alueen ravinnekuormitukseen käyttämällä Varsinais-Suomessa sijaitsevan Uskelanjoen yhtäjaksoisia havaintoaineistoja kahden erilaisen talven ajalta. Tutkimuksen tavoitteena on tarkastella kahden talven (2019–2020 ja 2023–2024) vedenlaatu-, virtaus- ja sääolosuhteita Uskelanjoen valuma-alueella, sekä vertailla niitä keskenään. Tarkoituksena on päätellä, miten talven sääolosuhteet vaikuttavat talviaikaiseen fosforikuormitukseen. Kahden talven olosuhteita verrataan viimeisen 20 vuoden vastaaviin havaintoihin Uskelanjoen alueella. Aineistot koostuvat ELY-keskuksen vesimittaridatasta, sekä Ilmatieteen laitoksen ja yksityisen sääaseman säähavainnoista. Aineistoista laskettujen tunnuslukujen avulla havaintoja voidaan vertailla, ja korrelaatiokertoimen avulla arvioidaan havaintojen välisiä tilastollisia yhteyksiä. Tutkimuksen tuloksena voidaan todeta, että kahden tarkasteltavan talven välillä vedenlaatu-, virtaus- ja sääolosuhteet vaihtelivat runsaasti. Talvi 2019–2020 oli lämmin ja sateinen, ja silloin virtaamat ja fosforipitoisuus olivat keskimääräistä suurempia. Talvi 2023–2024 oli keskimääräistä kylmempi, kuivempi, lumisempi, sekä hitaampi virtaamaltaan ja fosforipitoisuus oli keskimääräistä alhaisempi. Lämpimän ja sateisen talven aikana jokien virtaamat olivat suurempia kuin kylminä talvina, jolloin niiden mukana kulkeutuu enemmän kiintoainesta ja ravinteita. Tässä tutkimuksessa käytetyn korrelaatiokertoimen perusteella kokonaisfosforin ja ilman keskilämpötilan välillä oli voimakas korrelaatio, joka tukee hypoteesia vesistöjen ravinnekuormituksen lisääntymisestä ilmaston lämpenemisen myötä. Lämpenevä ilmasto vaikuttaa voimakkaasti talven sääolosuhteisiin Etelä-Suomessa, jolloin valuma-alueelta tuleva kuormitus lisääntyy. Lumen määrän muuttuminen on yksi keskeisimpiä ilmastonmuutoksen vaikutuksia Suomessa. Lumen määrä vähenee koko maassa, mutta eniten Etelä-Suomessa, kun lumipeitteen kesto lyhenee ja runsaslumisten talvien määrä vähenee. Jokien virtaaman kasvaessa talviaikaan myös niiden mukana kulkeutuvien ravinteiden ja kiintoaineksen määrä kasvaa. Lämpenevän ilmaston myötä Uskelanjoen kaltaisilla Etelä-Suomen valuma-alueilla vetenä tulevat sateet kasvattavat talviaikaista virtaamaa ja ravinnekuormaa sulasta maanpinnasta. Vettynyt maa ja jäätymis-sulamissyklit lisäävät eroosiota ja tulevat ilmastonmuutoksen myötä yleistymään

Since the 1950s, nutrient load in Finland’s inland and coastal waters has increased significantly. The primary nutrients contributing to eutrophication are phosphorus and nitrogen, with the most significant sources being human activities. Particularly the concentration of phosphorus has risen sharply since the early 1990s, resulting in severe eutrophication in areas such as the Gulf of Finland and the Archipelago Sea. The predicted impacts of climate change are expected to worsen the eutrophication of the Baltic Sea, as changing climate conditions influence the processes of rivers that transport nutrients. Hydrological changes are expected to become apparent in southern Finland within the next decades. Climate warming will particularly affect river dynamics during the winter, as temperatures are increasingly expected to remain above freezing. This study examines the impact of varying winter weather conditions on nutrient loading in a catchment area by using continuous observation data from two different types of winters in the Uskelanjoki River, located in Southwest Finland. The aim of this study is to examine the water quality, flow and weather conditions during two winters (2019-2020 and 2023-2024) in the Uskelanjoki River drainage basin and to compare them with each other. The goal is to determine how winter weather conditions affect phosphorus loading during the winter season. The conditions of the two winters are also compared with corresponding observations from the past 20 years in the Uskelanjoki area. The data consists of water flow measurements from the ELY Centre (The Centre for Economic Development, Transport and the Environment), as well as weather observations from the Finnish Meteorological Institute and a private weather station. By calculating statistical indicators from the datasets, the observations can be compared, and the correlation coefficient is used to assess statistical relationships between the variables. The results of the study indicate that there were significant variations in water quality, flow, and weather conditions between the two winters examined. The winter of 2019-2020 was warm and rainy, with above-average flow rates and phosphorus concentrations. In contrast, the winter of 2023-2024 was colder, drier, snowier and characterized by slower flow rates and lower-than-average phosphorus concentrations. During warm and rainy winters, river flows tend to be higher than during colder winters, which leads to increased transport of suspended solids and nutrients. Based on the correlation coefficient used in this study, there was a strong correlation between total phosphorus and average air temperature, supporting the hypothesis that nutrient loading in water bodies invreases with climate warming. A warming climate strongly influences winter weather conditions in southern Finland, leading to increased runoff and nutrient load from catchment areas. Changes in snow coner are among the most significant impacts of climate change in Finland. Snow amounts are decreasing nationwide, most notably in southern Finland, as snow cover duration shortens, and the frequency of snow-rich winters declines. As river flows increase during the winter, so does the amount of nutrients and suspended solids they transport. With a warming climate, rainfall – rather than snowfall – on catchment areas like Uskelanjoki increases winter flow and nutrient load from unfrozen ground surfaces. Saturated soils and frequent freeze-thaw cycles enhance erosion, and these conditions are expected to become more common as the climate continues to change.