Landscape geomorphic assessment in estimating groundwater discharge into rivers in Hannukainen, Northern Finland

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201905242121
Title: Landscape geomorphic assessment in estimating groundwater discharge into rivers in Hannukainen, Northern Finland
Author: Lindgren, Vilma
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2019
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201905242121
http://hdl.handle.net/10138/302119
Thesis level: master's thesis
Discipline: Geologia
Abstract: Hannukaisisissa, Suomen Kolarin kunnassa sijaitsee kolme jokea vanhan kaivosalueen läheisyydessä, jossa on suunnitteilla toiminnan uudelleenaloitus lähivuosina. Näissä joissa elää elinympäristön muutoksille herkkiä taimen- ja lohikalakantoja. Jokien vedestä merkittävä osuus koostuu aiempiin alueella tehtyihin tutkimuksiin perustuen jokiin purkautuvasta pohjavedestä, jonka purkupaikat voivat olla tärkeitä kaloille. Tässä tutkimuksessa käytettiin kahta alueelta kerättyä infrapunakuvausaineistoa pohjaveden purkupaikkojen ja niihin vaikuttavien maaston geomorfologisten muotojen yhteyksien löytämiseen: 2016 miehittämättömällä lennokilla (Unmanned Aerial Vehicle UAV) kerätty aineisto ja vuosilta 2012–2013 oleva aineisto alueelta löydetyistä pohjaveden purkupaikoista. UAV-datan prosessointi kuvattiin yksityiskohtaisesti ja pohjaveden purkupaikat etsittiin manuaalisesti paikkatieto-ohjelmassa. Löydetyt purkupaikat luokiteltiin neljään luokkaan: lähde, laaja-alainen tihkupinta, vanha jokikanava ja sivujoen aiheuttama pluumi. Jokien lämpötilamuutosten tarkastelua varten tehtiin pitkittäiset profiilit. Pohjaveden purkupaikat aiheuttivat vain vähäisiä muutoksia lämpötiloihin, ja maaston geomorfologialla vaikutti olevan suurempi vaikutus. 2012–2013 purkupaikkadatasta ja avoimesta paikkatietodatasta laskettiin neljä maastoa kuvaavaa indikaattorimuuttujaa: kanavan mutkaisuus, gradientti, rinteen jyrkkyys ja entrenchment ratio (ER), joka on suhdeluku kanavan ja tulvalaakson leveyksistä. Muuttujat korreloitiin tilastollisesti pohjaveden purkupaikkojen sijaintien kanssa, joista vain ER:llä todettiin tilastollisesti merkittävä yhteys purkupaikkojen ilmenemisiin ja määriin. Tilastollinen tarkkuus oli huono käytetyssä mallissa, joten muuttujat eivät selitä purkupaikkoihin vaikuttavista tekijöistä paljoakaan. ER:n ja purkupaikkojen välillä oli heikko positiivinen korrelaatio, mikä tarkoittaa sitä, että mitä avoimempi jokilaakso kyseessä, sitä todennäköisemmin siellä esiintyy pohjaveden purkupaikkoja. Koska korrelaatio on heikko, luultavasti suurelta osin purkupaikkojen määrään vaikuttavat muut jokiprosessit. Tulokset ovat ainakin osittain yhteneviä samankaltaisissa indikaattorimuuttujatutkimuksissa. Maastomuuttujien käyttäminen tulevissa tutkimuksissa samalla tavalla kuin tässä tutkimuksessa olisi hankalaa ja tulosten luotettavuutta vaikea arvioida. Muuttujien valintaan, laskemiseen ja korrelaatioon tarvittaisiin vakiintuneita metodeja. Lisäksi saatavilla olisi hyvä olla vertailukohtana käytettäviä muuttuja-arvoja, jotka edustaisivat todennäköisimpiä pohjaveden purkupaikkojen kohtia jokiympäristöissä.Three rivers in Hannukainen, in the Kolari municipality in Finland lie in the vicinity of an old mining site planned to be re-opened for mining activities. The rivers are known to have considerable inputs of groundwater (GW) due to earlier studies, and vulnerable natural salmonid populations. Two thermal infrared (TIR) datasets were used in this study from the Hannukainen area to find GW discharge locations and the landscape geomorphological factors affecting their occurrence; a TIR set collected in 2016 with an unmanned aerial vehicle (UAV) and a TIR set from 2012–2013 containing classified GW discharge site information. The processing of the UAV data was described in detail and GW discharge sites were located manually in GIS. Discovered GW sites were classified into four categories: spring, diffuse seepage, relict channel and tributary confluence plume. Temperature profiles were created to examine the temperature changes along the rivers. The GW sites mostly caused only minor fluxes to the stream temperature, the main effect being on the landscape morphological features. Four landscape metrics were calculated from the GW discharge site TIR data 2012–2013 and open GIS data: channel sinuosity, gradient, terrain slope and entrenchment ratio (ER). The metrics were then statistically correlated with the GW discharge site locations. After the correlations ER was the only statistically significant metric indicating connections to the discharge site occurrences and counts. Low statistic model accuracy values and correlation coefficients were attained suggesting that a large part of the variance in the data remains unexplained by the metrics. There was a weak positive linear relationship between ER and the discharge site occurrences and counts, which means that more open valleys are more prone to having an increased amount of GW discharge sites. As the correlation is weak, a large part of the effects on the discharge amounts come likely from other riverine processes. The results partly agree and partly differ from the few studies that used similar metrics. As used in this study the use of landscape metrics to predict the locations of GW discharge sites would be challenging and the reliability of results would be hard to ensure. More established methods for choosing, calculating and correlating the metrics are suggested. Also an inventory for metric values or value combinations representing the probable locations of GW discharge sites would be helpful in future studies.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Lindgren_Vilma_Pro_gradu_2018.pdf 2.679Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record