Yhteenveto: Maatalouden aiheuttama vesistönkuormitus ja sen vähentäminen

We investigated how hydro-climatological changes would affect fluvial forces and inundated area during a typical high-flow situation (MHQ, mean high discharge), and how adaptive regulation could attenuate the climate change impacts in a low-relief river of the Southern Boreal climate area. We used hydrologically modeled data as input for 2D hydraulic modeling. Our results show that, even though the MHQ will increase in the future (2050–2079), the erosional power of the flow will decrease on the study area. This can be attributed to the change of timing in floods from spring to autumn and winter, when the sea levels during flood peaks is higher, causing backwater effect. Even though the mean depth will not increase notably (from 1.14 m to 1.25 m) during MHQ, compared to the control period (1985–2014), the inundated area will expand by 15% due to the flat terrain. The increase in flooding may be restrained by adaptive regulations: strategies favoring ecologically sustainable and recreationally desirable lake water levels were modeled. The demands of environment, society, and hydropower are not necessarily contradictory in terms of climate change adaptation, and regulation could provide an adaptive practice in the areas of increased flooding.

Hiekkarannat ja dyynit ovat lajirikkaita elinympäristöjä. Niillä elää lukuisia joukko kovakuoriaisia, luteita, perhosia, hämähäkkieläimiä, kasveja ja lintuja. Monet lajeista ovat nykyisin uhanalaisia. Hiekkarantoja, dyynejä ja niillä eläviä eliöitä uhkaavat muiden muassa Itämeren rehevöityminen, joka näkyy rannoilla levän kertymisenä ja umpeenkasvuna. Myös rakentaminen ja virkistyskäytöstä johtuva kuluminen heikentävät hiekkarantojen lajien elinmahdollisuuksia. Vieraslaji kurtturuusu leviää myös kovaa vauhtia etenkin Suomenlahden rannikolla. Tässä oppaassa kerrotaan hiekkarantojen ja dyynien monimuotoisesta elämästä. Itämeren tilan parantaminen on ensisijaista rantojen eliölajiston hyvinvoinnin kannalta. Meren elpyminen on kuitenkin hidasta ja sitä odotellessa meistä jokainen voi auttaa rantojen erikoistunutta eliölajistoa pienilläkin teoilla.

Polyakryyliamidille, maailman käytetyimmälle maan stabilointiaineelle, on vuosien ajan pyritty löytämään korvaava biopolymeerivalmiste. Tässä tutkimuksessa tutkittiin UPM:n tuottamien anionisen, kationisen sekä kemiallisesti muokkaamattoman koivuperäisen mikrofibrilloidun selluloosan (MFS) stabilointi- ja flokkulointiominaisuuksia. Tuloksia verrattiin Kemiran tuottamien anionisen tai kationisen polyakryyliamidin (PAM) stabilointi- ja flokkulointikykyyn. Kokeet aloitettiin esikokeilla, joilla hiottiin varsinaisten stabilointi- ja flokkulointikokeiden menetelmiä. Esikokeiden perusteella varsinaisten stabilointikokeiden murukooksi valittiin 1-2 mm murut. Stabilointikokeita (45 tai 90 kg/ha) tehtiin myös hienojakoisille 0,06-0,2 mm ja 0,2-1 mm seulotuille kahdelle hiesusavimaalle. Esikokeet hienojakoisella maalla kertoivat, että MFS-valmisteet toimivat PAM:ia heikommin testatuissa olosuhteissa. Suspensiokokeiden esikokeissa testattiin ulkopuolisen kalsiumlähteen vaikutusta polymeerivalmisteiden flokkauskykyyn. Kalsiumin voimakkaan flokkaavan vaikutuksen vuoksi tämä jätettiin pois varsinaisista kokeista. Myös anioniset polymeerivalmisteet jätettiin pois varsinaisista suspensiokokeista heikon tehon vuoksi. Varsinaisissa aggregaattikokeissa ilmakuivia 1-2 mm:n kokoluokkaan seulottuja hiesusavi- ja hiesumuruja käsiteltiin esikokeissa käytetyillä MFS-valmisteilla sekä anionisella PAM:lla (45 tai 90 kg/ha), minkä jälkeen muruja kuivatettiin 3 vuorokauden ajan +21 °C tasalämpöhuoneessa. Kuivatuksen jälkeen maamurujen kestävyys äkillistä kostumista vastaan testattiin muruanalysaattorilla. Maanäytteet ajettiin laitteella kahdesti siten, että murut ehtivät kuivua kahden vuorokauden ajan huoneenlämmössä. Maanäytteet testattiin myös mekaanisen rasituksen kestävyyden suhteen 10 minuutin kuivaseulonnalla. Kationisoitu ja kemiallisesti muokkaamaton MFS soveltuivat biopolymeereistä parhaiten murujen mekaanisen rasituksen kestävöittäjiksi. Kationisoitu ja anionisoitu MFS suojasivat muruja parhaiten veden dispergoivalta vaikutukselta. Suspensiokokeissa 0,1 g ilmakuivaa <0,06 mm:n ja 0,06-0,2 mm:n kokoluokkiin seulottuja kahta hiesusavi- ja yhtä hiesumaata suspendoitiin 30 ml:aan deionisoitua vettä. Suspensioon lisättiin MFSvalmisteita sekä kationista PAM:ia siten, että suspension polymeerikonsentraatioksi saatiin 2 tai 6 mg/l. Suspension sameutta seurattiin 10 minuutin ajan ja viimeisen kerran vuorokauden jälkeen turbidimetrin avulla. MFS-valmisteista parhaiten toimi flokkulanttina kationinen valmiste, joka kirkasti suspensiota lähes yhtä tehokkaasti kuin PAM.

A large number of rivers are frozen annually and the river ice cover has an influence on the geomorphological processes. These processes in cohesive sediment rivers are not fully understood. Therefore, this paper demonstrates the impact of river ice cover on sediment transport, i.e. turbidity, suspended sediment loads and erosion potential, compared with a river with ice-free flow conditions. The present sediment transportation conditions during the annual cycle are analysed, and the implications of climate change on wintertime geomorphological processes are estimated. A one-dimensional hydrodynamic model has been applied to the Kokemäenjoki River in SW Finland. The shear stress forces directed to the river bed are simulated with present and projected hydro-climatic conditions. The results of shear stress simulations indicate that a thermally formed smooth ice cover diminishes river bed erosion, compared with an ice-free river with similar discharges. Based on long-term field data, the river ice cover reduces turbidity statistically significantly. Furthermore, suspended sediment concentrations measured in ice-free and ice-covered river water reveal a diminishing effect of ice cover on riverine sediment load. The hydrodynamic simulations suggest that the influence of rippled ice cover on shear stress is varying. Climate change is projected to increase the winter discharges by 27–77 % on average by 2070–2099. Thus, the increasing winter discharges and possible diminishing ice cover periods both increase the erosion potential of the river bed. Hence, the wintertime sediment load of the river is expected to become larger in the future.

CREAMS-mallin soveltuvuudesta maatalouden ravinnekuormituksen arvioinnissa Suomessa

Päijät-Hämeessä Artjärven kunnassa sijaitseva Villikkalanjärvi sijaitsee Salpausselkien eteläpuolisella savikkoalueella. Järven valuma-alue on hyvin maatalousvaltaista ja maatalouden aiheuttama kuormitus alueen vesistöihin on suurta. Maaperä on myös eroosioherkkää ja jokiuomien ja valtaojien sortumia on alueella paljon. Villikkalanjärvi on matala, savisamea ja erittäin rehevä järvi, joka on kärsinyt vuosittaisista sinileväongelmista. Järven ongelmina on voimakas sisäinen ja ulkoinen kuormitus ja järven happitaloudessa on myös ongelmia. Savisameudesta johtuen Villikkalanjärven näkösyvyys on vain joitakin kymmeniä senttimetrejä. Villikkalanjärveen laskee kolme jokea: Lanskinjoki, Litinjoki ja Haltia-Köylinjoki. Joet virtaavat paikoin syviksi syöpyneissä uomissa ja kuljettavat mukanaan pelloilta valuvaa kiintoainesta ja ravinteita. Jokien vedenkorkeuden vaihtelut ja virtaamien vaihtelut ovat suuria. Jokiuomat ja alueen valtaojat ovat myös hyvin eroosioherkkiä. Artjärvellä toteutettiin v. 2003–2006 Villikkalanjärven Joet -projekti, jossa on kunnostettu Villikkalanjärveen laskevia jokia. Projektin aikana rakennettiin jokiuomiin useita pohjapatoja, laskeutusaltaita, tulvatasanteita sekä tehtiin eroosiokorjauksia ja suoritettiin ruoppausta. Lisäksi kunnostettiin jokiin laskevien ojien suuosia pahimmissa paikoissa. Projektin tavoitteena oli vedenlaadun parantaminen ja ulkoisen kuormituksen vähentäminen Villikkalanjärveen. Muita tavoitteita olivat myös maiseman elävöittäminen ja virkistyskäyttömahdollisuuksien parantaminen, jätevesijärjestelmien kartoittaminen ja suojavyöhykkeiden perustamiseen kannustaminen. Tässä raportissa on esitetty projektin vaiheet v. 2003–2006, tiedot kunnostuskohteiden rakentamisesta ja kustannuksista sekä projektin aikana saadut tulokset.