LakeLoadResponse(LLR)-työkalun esittely 11.2.2008 Niina Kotamäki, Anita Pätynen, Olli Malve, Timo Huttula, Kai Rasmus 

Esitys aiheesta: "LakeLoadResponse(LLR)-työkalun esittely 11.2.2008 Niina Kotamäki, Anita Pätynen, Olli Malve, Timo Huttula, Kai Rasmus "— Esityksen transkriptio:

1 LakeLoadResponse(LLR)-työkalun esittely 11.2.2008 Niina Kotamäki, Anita Pätynen, Olli Malve, Timo Huttula, Kai Rasmus  http://coherens/~tht_kr/lakestate/ http://coherens/~tht_kr/lakestate/

2 LLR:n rakenne  5 erilaista mahdollisuutta ajaa malleja 1. Tavoitekuormien laskeminen fosforin Hyvän/tyydyttävän luokkarajan avulla 2. Tavoitekuormien laskeminen typen Hyvän/tyydyttävän luokkarajan avulla 3. Tavoitekuormien laskeminen sekä typen että fosforin H/T luokkarajojen perusteella 4. Tavoitekuormien laskeminen eo. lisäksi myös klorofylli a:n H/T luokkarajan avulla 5. (Tavoitekuormien laskeminen biomassan H/T luokkarajan avulla )

3 Tavoitekuormien laskeminen  Hyvän ja tyydyttävän (H/T) vedenlaadun luokkarajalle on määritetty järvityyppikohtaiset pitoisuusarvot *) • Kokonaisfosforille (TotP, µg/l) • Kokonaistypelle (TotN, µg/l) • Klorofylli a:lle (Chla, µg/l) • Kasviplanktonbiomassalle (mg/l) *) Suomen ympäristökeskus, Riista- ja kalatalouden tutkimuslaitos. Pintavesien ekologisen luokittelun vertailuolot ja luokan määrittäminen. 22.1.2008

4 Tavoitekuormien laskeminen  LLR:llä voidaan laskea kokonaisfosforin ja -typen tavoitekuormat eri muuttujien H/T – luokkarajojen mukaan  Esim. voidaan laskea millaisella järveen tulevalla kokonaisfosforikuormalla saavutetaan järven hyvää tilaa vastaava järviveden kokonaisfosforipitoisuus

5 Esimerkkitapaus: Hiidenvesi  Tutustutaan LLR:n käyttöön esimerkkikohteen avulla:  Hiidenvesi on Länsi-Uudellamaalla, Karjaanjoen valuma-alueella sijaitseva keskisuuri järvi  Muodoltaan hyvin monimutkainen • Tarkastellaan vain syvänneosia

6 Hiidenvesi Väänteenjoki Olkkalanjoki Karjaanjoki (Vanjoki)

7 Hiidenvesi Keskisyvyys5.2 m Pinta-ala25.8 km2 Tilavuus193900000 m3 Valuma-alueen pinta-ala658 km2 Järvityyppi4 Teoreettinen viipymä365 vrk

8 LLR etusivu http://coherens/~tht_kr/lakestate/ http://coherens/~tht_kr/lakestate/

9 Tavoitekuormien laskeminen  Tarkastellaan esimerkkinä vaihtoehtoa 4: Laske tavoitekuorma Chl-a H/T luokkarajan perusteella • Vaihtoehdossa yhdistyvät kaikki edeltävät vaihtoehdot • Vaihtoehto 5 on vastaava, mutta perustuu kasviplanktonbiomassan H/T -luokkarajaan  Klikkaamalla painiketta siirrytään seuraavalle sivulle antamaan laskemiseen tarvittavia järvitietoja

10 LLR tietojensyöttösivu

11 Järven tiedot  Jos järvi löytyy järjestelmästä saadaan syöttötietokenttiin automaattisesti järven • Tilavuus • Keskisyvyys • Järvityyppi • Chla- ja ravinnehavainnot • väriluku  Jos järveä ei löydy, kaikki tiedot on syötettävä itse. • Chla- ja ravinnetietojen syöttö käydään läpi jäljempänä

12 Järven etsiminen järjestelmästä  Klikataan Etsi järvi järvitaulukosta  Avautuvaan kenttään kirjoitetaan järven nimi tai nimen osa (esim. ”Pyhäjärvi” tai ”Pyhä”) ja klikataan Submit  Hakusanalla ”järvi” saa näkyviin kaikki järjestelmässä olevat järvet  Näyttöön ilmestyvät taulukoituna hakua vastaavat järvet (tai ilmoitus ettei hakusanoja vastaavia järviä löydy)  Jos oikea järvi löytyy taulukosta, valitaan se klikkaamalla Valitse

13 Hiidenveden tiedot

14 Ennustetodennäköisyys (oletus)  Käyttäjä ei voi muuttaa, aina 50  Ennustetodennäköisyyden ollessa 50, mallien antamilla tavoitekuormilla voidaan saavuttaa esim. järviveden H/T – luokkarajaa vastaava klorofylli a-pitoisuus, mutta 50 % todennäköisyydellä lopullinen pitoisuus voi olla tavoiteltua suurempikin

15 Ennustetodennäköisyys2 ja Ennustetodennäköisyys3  Käyttäjä voi valita  Esim. antamalla arvon 80, klorofylli a – pitoisuuden ylittymisen todennäköisyys mallin antamilla tavoitekuormilla on enää 20%  Voit vertailla miten tavoitekuormat muuttuvat, kun ennustetta tarkennetaan

16 Havaintotaulukko  Seuraavaksi tarvitaan havaintotaulukko  Taulukkoon kootaan viipymäajalle laskettuina keskiarvoina: • Kokonaisfosforikuorma (kg/d) • Kokonaistyppikuorma (kg/d) • Kokonaisfosforipitoisuus (µg/l) • Kokonaistyppipitoisuus (µg/l) • pitoisuudet järven (keskeisimmästä) syvänteestä saatujen havaintojen (mielellään syvyyspainotettuina) keskiarvoina • Luusuan virtaama (m 3 /s)

17 Havaintotaulukko  Havainnot etsitään mahdollisimman pitkältä ajanjaksolta  Jos havaintoja ei ole, klikataan Minulla ei ole havaintoja :(  Tavoitekuormat voidaan laskea vaihtoehtoisesti kuormitusarvon ja virtaaman avulla (tästä lisää myöhemmin)

18 Havaintotaulukon kokoaminen  Järven viipymä (vuorokausissa) lasketaan kaavalla missä V = tilavuus Q = virtaama  Viipymä pyöristetään ylöspäin vuosiksi

19 Havaintotaulukon kokoaminen  Jos viipymä on esim. yksi vuosi, otetaan kaikki vuoden aikana saadut näytteenottotulokset ja lasketaan niiden keskiarvo = viipymäajan keskiarvo  Jos näytteenottoväli on pidempi kuin järven viipymä, voidaan taulukkoon merkitä suoraan näytteenottojen tulokset • tulosten edustavuutta arvioitava tarkoin !

20 Havaintotaulukon kokoaminen  Viipymäaikojen keskiarvot kootaan Excel- taulukkoon, joka tallennetaan csv-muodossa  Sarakkeet nimetään (huom. isot ja pienet kirjaimet!) : LN = kokonaistyppikuorma (kg/d) LP = kokonaisfosforikuorma (kg/d) TotN = kokonaistyppipitoisuus (µg/l) TotP = kokonaisfosforipitoisuus (µg/l) Q = luusuan virtaama (m 3 /s) A BCDE 1LNLPTotNTotPQ

21 Havaintotaulukko: Hiidenvesi

22 Havaintotaulukko  Kun taulukko on valmis ja tallennettu  Palataan LLR tietojensyöttösivulle  Klikataan havaintotaulukkorivin painiketta Browse  etsitään taulukkotiedosto hakemistosta ja klikataan Open

23 Chla- ja ravinnetiedot  Pitää taulukoida ja hakea, jos järvi ei löydy järjestelmästä  Taulukkoon kootaan eri vuosilta kaikki (keskeisimmän) syvänteen heinä-elokuun näytteenottokertojen määritystiedot kokonaisfosforista, kokonaistypestä ja klorofylli a:sta. (Ei keskiarvoja!)

24 Chla ja ravinnetiedot  Tiedot kootaan Exel-taulukkoon, joka tallennetaan csv-muodossa  Sarakkeet nimetään (huom. pienet kirjaimet!) : totp = kokonaisfosfori (µg/l) totn = kokonaistyppi (µg/l) chla = klorofylli a (µg/l) ABC 1totptotnchla

25 Chla ja ravinnetiedot  Kun taulukko on valmis ja tallennettu  Palataan LLR tietojensyöttösivulle  Klikataan Chla ja –ravinnetiedot -rivin painiketta Browse  Haetaan taulukkotiedosto hakemistosta ja klikataan Open

26 Tavoitekuormien laskeminen  Kun kaikki tiedot ovat valmiina taulukossa, klikataan Laske tavoitekuormat  LLR tekee laskelmat ja siirtyy tulossivulle

27 Tulosten tulkinta  Ensimmäisenä on laskentatietotaulukko ja ilmoitus siitä, onko tiedot syötetty oikein.  Sitten kuvaajat  Lopussa taulukko

28 Kuvaajasta näet miten hyvin mallin antamat arvot vastaavat järvessä havaittuja pitoisuuksia • havaittu pitoisuus │ 90 %:n luottamusraja +―+ mallilla laskettu ennuste Kuvaajista näet miten järven kokonaisfosforipitoisuus eri mallien mukaan muuttuu, kun järveen tuleva kokonaisfosfo- rin pintakuorma muuttuu. Vaakaviivat näyttävät järven eri tilojen luokkarajat kokonaisfosforipi- toisuuksille. Tärkein on Hyvä/Tyydyttävä – raja, jonka alapuolelle jäävät pitoisuudet ovat vesipuitedirektiivin vaatimusten mukaisia. Ohjelma laskee tavoitekuormalle kolmen eri mallin antamat ennusteet. Mallit perustuvat erilaisiin järviaineistoihin. Lisätietoja malleista saat Kuvaajista näet miten Chapran järvikohtaiseen aineistoon perustuvan mallin ennustama tavoitekuorma muuttuu eri ennustetodennäköisyyk- sillä

29 Kuvaajista näet miten järven kokonaistyppipitoisuus eri mallien mukaan muuttuu, kun järveen tuleva kokonaistypen pintakuorma muuttuu. Kuvaajasta näet miten hyvin mallin antamat arvot vastaavat järvessä havaittuja pitoisuuksia Vaakaviivat näyttävät järven eri tilojen luokkarajat kokonaistyppipitoi- suuksille. Tärkein on Hyvä/Tyydyttävä –raja, jonka alapuolelle jäävät pitoisuudet ovat vesipuitedirektiivin vaatimusten mukaisia. Ohjelma laskee tavoitekuormalle kolmen eri mallin antamat ennusteet. Mallit perustuvat erilaisiin järviaineistoihin. Lisätietoja malleista saat • havaittu pitoisuus │ 90 %:n luottamusraja +―+ mallilla laskettu ennuste Kuvaajista näet miten Chapran järvikohtaiseen aineistoon perustuvan mallin ennustama tavoitekuorma muuttuu eri ennustetodennäköisyyk- sillä

30 Nuolet näyttävät mikä on mallin mukaan järven klorofylli a - pitoisuus kuormituksen nykytasolla. (Mallin antaman pitoisuuden ylittymismahdollisuus on 50 %.) Kuvaajista näet, millaisilla kokonaisfosforin ja kokonaistypen pintakuormilla järviveden klorofylli a -pitoisuus saadaan alle Hyvä/Tyydyttävä - luokkarajan Klorofylli a-ennuste on laskettu Chapran mallia, jonka tarkemman kuvauksen löydät Prosenttiluvut tarkoittavat eri ennustetodennäköisyyksiä. Voidaan siis tarkastella, miten erilaiset ennustetodennäköisyydet vaikuttavat tavoitekuormiin

31 Kuvaajista näet, millaisilla kokonaisfosforin ja kokonaistypen pintakuormilla järviveden klorofylli a -pitoisuus saadaan alle Hyvä/Tyydyttävä - luokkarajan Klorofylli a-ennuste on laskettu Dillon&Riglerin mallilla, jonka tarkemman kuvauksen löydät Prosenttiluvut tarkoittavat eri ennustetodennäköisyyksiä. Voidaan siis tarkastella, miten erilaiset ennustetodennäköisyydet vaikuttavat tavoitekuormiin Nuolet näyttävät mikä on mallin mukaan järven klorofylli a - pitoisuus kuormituksen nykytasolla. (Mallin antaman pitoisuuden ylittymismahdollisuus on 50 %.)

32 Tavoitekuorman laskeminen ilman järvihavaintoja  Kuormitusarvon saa tarvittaessa haettua VEPSistä  Tavoitekuormien laskeminen tulisi kuitenkin aina jos vain mahdollista, tehdä järvihavaintoihin perustuen!

33 Tavoitekuorman laskeminen ilman järvihavaintoja  Jos havaintoja ei ole, klikataan Minulla ei ole havaintoja :(  Tietojensyöttötaulukko muuttuu, ja havaintotaulukkokohdan tilalle saadaan syöttötietokentät kuormitusarvolle (kg/d) ja virtaamalle (m 3 /s)

34 LLR tietojensyöttösivu – ei havaintoja

35 Kuvaajasta näet miten järven kokonaisfosforipitoisuus eri mallien mukaan muuttuu, kun järveen tuleva kokonaisfosforin pintakuorma muuttuu Vaakaviivat näyttävät järven eri tilojen luokkarajat kokonaisfosforipi- toisuuksille. Tärkein on Hyvä/Tyydyttävä – raja, jonka alapuolelle jäävät pitoisuudet ovat vesipuitedirektiivin vaatimusten mukaisia. Ohjelma laskee tavoitekuormalle kahden eri mallin antamat ennusteet. Mallit perustuvat erilaisiin järviaineistoihin. Lisätietoja malleista saat

36 Kaaviokuva LLR- ympäristöstä LLR/internet •syöttötiedot Linux •tiedot vastaan •tallennus R-Linuxissa •tilastolliset analyysit •kuvien muodotaminen LinBUGS •Bayes-estimointi •MCMC:llä Parametrien estimaatit pääasiassa täältä, mallien ajot Kuvat, tiedot taulukoihin Internet-työkalun näkymä ja toiminnallisuus PERL, HTML, Java R/S-Plus OpenBUGS /LinBUGS

37 LLR:ään tulossa lähiaikoina (testauksessa)  Jos käyttäjällä ei ole havaintoja järvestä, voidaan typen ja fosforin kokonaiskuorma sekä virtaama arvioida  Biomassaraja-arvon avulla lasketaan tavoite  Internetiin  Herttaan ja VEPSiin kytkeminen  Järjestelmässä olevien järvien tarkemmat sijaintitiedot sekä klorofylli- ja ravinnehavainnot  Uusien havaintojen syöttö chla-malliin