Metsät ja vesi

Metsät peittävät yli 80 % Suomen pinta-alasta ja leimaavat siten vesiluontoamme voimakkaasti. Metsäalueiden vesien tutkimus tuottaa laaja-alaista tietoa maa- ja pintavesistämme.

Veden kiertoon ja laatuun metsäalueilla vaikuttavat monet valuma-alueiden sisäiset ja ulkoiset tekijät, kuten metsätaloustoimenpiteet ja ilmasto-olosuhteet. Luonnontilaiset metsäalueet muodostavat vertailukohdan niin muille metsäalueille kuin kokonaan muille maankäyttömuodoillekin.

Valunnan muodostumiseen ja aineiden kulkeutumiseen ympäristössä vaikuttavat maankäyttö, maa- ja kallioperän ominaisuudet sekä ilmasto-olosuhteet. Veden liikkeiden ja aineiden kulkeutumisen havainnointi ja mallintaminen metsäalueilla on keskeinen osa vesitalouden tutkimusta. Valtaosa Suomen pinta-alasta on metsää ja metsäalueilla sijaitsevat Suomen suurimmat maa- ja pintavesivarannot. Metsäalueet vaikuttavat olennaisesti vesistöjemme tilaan.

Metsäalueiden vesien tutkimuksen yleistavoite on tuottaa tietoa metsäalueiden maa- ja pintavesivaroista. Tutkimus perustuu vesi- ja ainevarastojen sekä veden virtaus- ja aineidenkulkeutumisprosessien havainnointiin ja matemaattiseen mallintamiseen. Tutkimus auttaa selvittämään, miten valunta ja ainekuormitus metsissä muodostuu ja miten vesien tila voidaan säilyttää hyvänä.

Simulointimallit ovat keskeinen työkalu tutkittaessa vesien liikkeitä ja aineiden kulkeutumista metsäalueilla. Viimeaikainen tutkimuksemme on keskittynyt erityisesti valuma-alueiden sisäisten virtaus- ja kulkeutumisprosessien fysikaaliseen mallintamiseen. Ryhmässämme on kehitetty edistyksellinen, täysin kolmiulotteinen, ns. kahden huokoston simulointimalli, joka kuvaa veden liikettä ja siihen liuenneiden aineiden kulkua metsämaaperässä hyvin yksityiskohtaisesti ja todenmukaisesti.

Toisen painopistealueemme muodostaa ojitettujen alueiden hydrologia ja kiintoaineprosessien erityiskysymykset. Sekä kokeellisia että laskennallisiä menetelmiä kehitetään ojaeroosion määrittämiseen maastossa sekä yksittäisen ojan että kokonaisen valuma-alueen mittakaavassa.

Metsäalueiden vesiä tutkitaan yhteistyössä monien kansallisten ja kansainvälisten toimijoiden kanssa. Keskeisimmät yhteistyökumppanimme ovat Metsäntutkimuslaitos, Geologian tutkimuskeskus, Helsingin yliopisto, Oulun yliopisto, Suomen ympäristökeskus ja WaterHope.

Tutkimusteeman vastuuhenkilö: TkT Hanne Laine-Kaulio

 

Meneillään olevat hankkeet

Eroosio ja kiintoaineen kulkeutumismekanismit ojitetuilla metsäalueilla

Kunnostusojituksen on arvioitu olevan merkittävin kiintoainekuormitusta lisäävä tekijä metsätalousalueilla. Tutkimuksen tavoitteena on selvittää, millaisia eroosioon ja kiintoaineen kulkeutumiseen liittyviä prosesseja metsäojitusalueella tapahtuu kunnostusojituksen jälkeen ja mitkä näistä prosesseista ovat kiintoainekuormituksen kannalta olennaisimpia. Tutkimuksen puitteissa kerätään kokeellista aineistoa, jonka pohjalta pyritään selvittämään, kuinka paljon ja missä eroosiota tapahtuu ojaverkon sisällä ja mihin kiintoaine päätyy. Kokeellista aineistoa hyödynnetään myös matemaattiseen mallinnukseen. Tuloksia voidaan jatkossa käyttää mm. ojaverkon kunnostusta koskevien päätöksenteon tueksi tarkoitettujen menetelmien kehittämisessä.

Yhteyshenkilö: DI Leena Stenberg

Veden liikkeen ja aineiden kulkeutumisen tutkiminen suomalaisilla metsäalueilla kahden huokoston mallin avulla

Perinteiset geohydrologiset mallit kuvaavat maaperässä olevaa vettä ja sen liikettä yhdessä, maaperän huokosten muodostamassa vesivarastossa. Maaperä koostuu kuitenkin todellisuudessa monenlaisista huokostiloista, jotka tarjoavat erilaisia varastoja ja kulkureittejä vedelle ja siihen liuenneille aineille. Veden liike on hidasta maaperän pienimmissä huokosissa, kun taas oikovirtausreittejä muodostavat suuret huokoset mahdollistavat hyvin nopean virtauksen ja aineiden kulkeutumisen. Erilaisten huokostilojen sisällyttäminen simulointimalleihin on ensiarvoisen tärkeää. Tässä hankkeessa tutkitaan veden liikettä ja aineiden kulkeutumista erilaisilla metsäalueilla kahden huokoston mallilla, jolla voidaan simuloida maanalaisten vesien liikettä mahdollisimman todenmukaisesti. Tutkimus tuottaa tietoa mm. maanalaisista virtausnopeuksista sekä aineiden kulkeutumispotentiaalista erilaisissa olosuhteissa. Keskeinen osa tutkimustyötä on myös kahden huokoston mallin jatkokehitys ja testaus. Hanketta rahoittaa Maa- ja vesitekniikan tuki ry.

Vastaava tutkija: TkT Hanne Laine-Kaulio

Ojitettujen suometsien vesitalouden ja kiintoaineprosessien mallinnus

Puuntuotannon edistämiseksi ojitetut suoalueet peittävät suuren osan Suomen pinta-alasta (4,7 milj. ha). Ojitetut suometsäalueet ovat tiheiden ojaverkostojen halkomia ja verkostoilla on merkittävä rooli alueiden hydrologisissa prosesseissa ja kiintoainekuorman muodostamisessa. Suometsien mallinnuksessa onkin tärkeää yhdistää metsämaa-alueiden hydrologia ja ojaverkoston hydrauliikka kuvaamaan vesitaloutta kokonaisvaltaisesti. Tutkimuksessa maatalousalueille sovellettua FLUSH-mallia kehitetään kuvaamaan suometsien vesien liikkeitä tuomalla siihen ojien virtausta simuloiva uomaverkostomalli. Veden virtauksen lisäksi mallilla pyritään kuvaamaan eroosiota ja kiintoaineen kulkeutumista, jotka ovat kiinteästi sidottuja ojaverkoston hydraulisiin prosesseihin ja merkittävässä asemassa kunnostusojituksen jälkeisinä vuosina. Hankkeen tavoitteena on matemaattisen mallinnuksen avulla selvittää suometsien ennallistamiseen ja kunnostusojitukseen kiintoainekuormiin liittyviä kysymyksiä. Tulosten odotetaan lisävään tietoa ennallistamistoimenpiteiden vaikutuksista soiden vesitaseeseen ja vesiensuojelumenetelmien tehokkaasta käytöstä kunnostusojituksen yhteydessä. Tutkimuksessa tehdään yhteistyötä UCDavisin, Metsäntutkimuslaitoksen ja Oulun yliopiston kanssa. Tutkimushanketta rahoittaa Maa- ja vesitekniikan tuki ry.

Tohtorikoulutettava: DI Kersti Haahti

 

Sivusta vastaa: | Viimeksi päivitetty: 22.01.2016.