Veden virtauksen, eroosion ja lämmön sekä aineiden kulkeutumisen kuvaaminen rakenteellisissa maissa FLUSH-mallilla

Transkriptio

1 Veden virtauksen, eroosion ja lämmön sekä aineiden kulkeutumisen kuvaaminen rakenteellisissa maissa FLUSH-mallilla Lassi Warsta, Heidi Salo, Kersti Haahti ja Mika Turunen Suomen hydrologian yhdistyksen Hydrologian iltapäivä, , Suomen ympäristökeskus, Helsinki.

2 Johdanto Talvioloja ja makrohuokonen (M. Paasonen-Kivekäs).. Kuivaa ja märkää savimaata. Kiintoainetta salaojavesissä ja eroosiota pellon pinnalla. Ojitettua suometsää ja eroosioherkkä kunnostettu metsäoja Warsta, L., Salo, H., Haahti, K. ja Turunen, M. 2 / 13

3 FLUSH-malli: virtaus- ja lumiprosessit Veden virtaus. Lumi ja lämmönkulkeutuminen. Warsta, L., Salo, H., Haahti, K. ja Turunen, M. 3 / 13

4 FLUSH-malli: lämmön, kiintoaineen ja aineiden kulkeutumisprosessit Kiintoaineen kulkeutuminen. Aineiden kulkeutuminen. Warsta, L., Salo, H., Haahti, K. ja Turunen, M. 4 / 13

5 Pintavirtailu ja eroosio Hovin pellolla Simuloidut pintavirtailusuunnat ja vesisyvyydet sadetapahtuman jälkeen lokakuussa (sademäärä 15 mm h -1 ). Simuloitu nettoeroosio simulaatioperiodin jälkeen (toukokuu-lokakuu). Warsta, L., Salo, H., Haahti, K. ja Turunen, M. 5 / 13

6 Kokonaisvaltainen peltomittakaavan vesitaseiden tarkastelu Nummelan koekenttällä mitattiin PVO- ja PVO2-hankkeissa vuosina Savipelto (~14 ha), jonka ojaväli on 6-16 m ojitustoimenpiteiden jälkeen 3D vesitasetarkastelu mallilla kasvukausina ja niitä seuraavina syksyinä Lohkot yhteydessä toisiinsa pohjavesivalunnan kautta, prosessilla iso rooli myös vesitaseessa Salaojavalunnan dynamiikassa eroja eri menetelmillä ojitettujen alueiden välillä Koekentän kartta ja 3D kuvaus mallissa. Warsta, L., Salo, H., Haahti, K. ja Turunen, M. 6 / 13

7 Ympärivuotisen vesitaseen muodostuminen Gårdskulla Gårdin koepellolla (PVO ja PVO2) Alue 1 (kaltevuus 1%) -1 % -1 % 10 % Alue 2 (kaltevuus 5%) 0 % -1 % 21 % 32 % 54 % 27 % 47 % 2 % 4 % Varaston muutos Evapotranspiraatio Pintakerrosvalunta Salaojavalunta Pohjavesivalunta Massatasevirhe Keskimääräiset vuotuiset vesitaseen komponentit peltolohkoilla. Discharge [mm h -1 ] (a) Drain, simulated Drain, measured Precipitation Precipitation [mm h- 1 ] Tunnittainen mitattu (punainen) ja mallinnettu (sininen) salaojavalunta lohkolla 1 sekä sadanta (musta). Warsta, L., Salo, H., Haahti, K. ja Turunen, M. 7 / 13

8 Typen prosessien kuvaaminen salaojitetulla savipellolla syyskuukausina Kulkeutumiskomponenttia sovellettiin typen prosesseihin ja kulkeutumiseen. Typpimallia käytettiin 1D-laskentaverkossa Nummelan koepellon aineistolle. Simulointituloksien avulla voitiin tunnistaa typen huuhtoutumisen kannalta tärkeimpiä tekijöitä. Typen varastojen koon arvioinnilla kasvukauden lopussa oli tärkeä merkitys syksyn huuhtoumiin. Warsta, L., Salo, H., Haahti, K. ja Turunen, M. 8 / 13

9 Veden virtausreitit eri salaojitusmenetelmillä toteutetuissa kaivannoissa Tutkimus kuuluu TOSKA projektiin, joka on jatkoa PVO- ja PVO2-projekteille. Tarkoituksena tutkia erilaisten salaojitusmenetelmien toimivuutta kasvintuotannossa. Keskitytään pellon kuivatustarpeeseen, erityisesti keväällä ja syksyllä Erilaisten kaivantojen toimivuus erilaisissa maaperissä Savimaissa kutistumisen ja paisumisen vaikutusta veden virtausreitteihin kaivannoissa ja niiden läheisyydessä FLUSH-mallilla voidaan tarkastella veden virtausta korkearesoluutioisella laskentaverkolla, johon voidaan parametrisoida erilaisilla salaojitusmenetelmillä toteutettuja kaivantoja. arvioida salaojien toimivuuden kannalta tärkeimpiä mitoitusparametreja sekä suunnitteluun vaikuttavia tekijöitä. Warsta, L., Salo, H., Haahti, K. ja Turunen, M. 9 / 13

10 Virtaus ojissa - metsäojitetut suot Hydrologia FEMMA-mallilla Uomaverkostomallin vesisyvyyden vertaaminen mitattuun vesisyvyyteen Ojaverkosto vaikuttaa suometsien hydrologiaan ja kiintoainekuormaan Keinotekoisesti rajattu 5.2 ha:n valuma-alue Virtausnopeus ojissa kertoo eroosioriskistä Warsta, L., Salo, H., Haahti, K. ja Turunen, M. 10 / 13

11 FLUSH + ojat Pintavalunta Maavesi Ojavedenpinta toimii reunaehtona Ojavedenpinta Ojanpohja Maa- ja pohjavesivalunta (FLUSH) Virtausnopeus ojassa (m/s) Pintavirtailu (FLUSH) Warsta, L., Salo, H., Haahti, K. ja Turunen, M. 11 / 13

12 Johtopäätökset FLUSH-malli sopii sekä rakenteellisille (esim. savi ja turve) että rakenteettomille (esim. hiekka ja hieta) maille Talviprosessit mahdollistavat ympärivuotiset simulaatiot Mallilla voi kuvata eroosiota pellon pinnalla ja kiintoaineen kulkeutumista makrohuokosissa salaojiin Aineiden kulkeutumismallilla on mahdollista kuvata myös muita kuin typen prosesseja Uomaverkostokuvaukset mahdollistavat FLUSH-mallin soveltamisen suuremmille alueilla Warsta, L., Salo, H., Haahti, K. ja Turunen, M. 12 / 13

13 Kiitos! Kysymyksiä? Tutkimusta ovat rahoittaneet Maa- ja vesitekniikan tuki ry., Suomen Akatemia, maa- ja metsätalousministeriö, Salaojituksen tukisäätiö ry. sekä Sven Hallinin tutkimussäätiö CSC Tieteen tietotekniikan keskus on antanut laskentaresurssejaan tutkimuksen käyttöön Tämän vuonna julkaistuja/hyväksyttyjä artikkeleita: Haahti K, Younis BA, Stenberg L & Koivusalo H Unsteady flow simulation and erosion assessment in a ditch network of a drained peatland forest catchment in Eastern Finland. Water Resour Manag, 28(14): , DOI: /s x. Salo, H., Warsta, L., Turunen, M., Paasonen-Kivekäs, M., Nurminen, J., Koivusalo, H., Development and application of a solute transport model to describe field scale nitrogen processes during autumn rains. Acta Agr Scand B S P (Manuscript accepted 29 Sep 2014). Turunen, M., Warsta, L., Paasonen-Kivekäs, M., Nurminen, J., Koivusalo, H., (2014) Simulating water balance and evapotranspiration in a subsurface drained clayey agricultural field in high latitude conditions. Acta Agr Scand B S P (Manuscript accepted 6 Oct 2014). Warsta, L., Taskinen, A., Paasonen-Kivekäs, M., Karvonen, T., Koivusalo, H Spatially distributed simulation of water balance and sediment transport in an agricultural field. Soil Till Res, 143: Warsta, L., Salo, H., Haahti, K. ja Turunen, M. 13 / 13