Vesiyhdistys, vesistöjaosto Pohjoismainen hydrologinen yhdistys, Suomen jaosto Suomen ympäristökeskus HYDROLOGIA VUOROVAIKUTTEISESSA TUTKIMUSKENTÄSSÄ Seminaari Suomen ympäristökeskuksen auditoriossa 10.10.2000 Vesiyhdistyksen vesistöjaosto ja Pohjoismaisen hydrologiayhdistyksen Suomen jaosto (NHFiF) järjestivät Suomen ympäristökeskuksessa 10.10.2000 seminaarin AHydrologia vuorovaikutteisessa tutkimuskentässä@. Tilaisuuden tavoitteena oli tarkastella hydrologian roolia tutkimuksen kentässä ja selkeyttää hydrologisen toiminnan tulevia suuntaviivoja. Seminaari toteutettiin pääosin kolmen paneelikeskustelun muodossa. Tilaisuuden puheenjohtajana toimi tutkimuspäällikkö Pertti Seuna. Avaus ja keynote -puheenvuorot Seuna toivotti osanottajat tervetulleeksi ja muistutti hydrologian pitkistä perinteistä Suomessa: alan tutkimuslaitoksen perustamisesta on kulunut yli 90 vuotta ja pisimmät yhtäjaksoiset havaintosarjat alkavat 1840 -luvulta. Viime vuosina uudet tärkeät tieteenalat ovat vaatineet resurssien kohdentamista, mikä on johtanut vanhojen tieteenalojen, kuten hydrologian, resurssien niukentumiseen ja pirstaloitumiseen monissa maissa. Kehitys on suuntautunut monitieteellisyyteen ja myös eksperimentaalisen tutkimuksen tarvetta on korostettu kansainvälisissä yhteyksissä. Tämä asetelma edellyttää vanhoilta tieteenaloilta uusia lähestymistapoja ja on osaltaan johtanut tämän seminaarin järjestämiseen. Suomen ympäristökeskuksen (SYKE) tutkimusjohtaja Juha Kämäri totesi puheenvuorossaan, että hydrologia on perinteisesti määritelty laajaksi vesiä tutkivaksi tieteeksi. SYKEssä hydrologisen toiminnan painopiste on vesivarojen seurannassa ja arvioinnissa varsinaisen tutkimuksen osuuden ollessa tällä hetkellä suppea. Kämäri katsoi, että hydrologista tutkimusta on kehitettävä poikkitieteelliseltä pohjalta yhteistyössä suomalaisen ja kansainvälisen tiedeyhteisön kanssa. Näin hydrologia voi luoda uusia yhteyksiä ja saada osansa tutkimusrahoituksesta, mikä on välttämätöntä tutkimuslaitosten ja korkeakoulujen oman perusrahoituksen täydentämiseksi. Kämäri piti hydrologisen tutkijakoulun käynnistymistä tärkeänä tavoitteena. Seminaarin kansainvälinen keynote -esitelmöitsijä oli Islannin hydrologisen laitoksen johtaja Dr. Arni Snorrason. Hänen esityksensä otsikko oli AHydrological research in a transition@. Snorrason käsitteli institutionaalisia rakenteita tutkimusta ohjaavana laajana kokonaisuutena (lainsäädäntö, ohjeistot, organisaatiot). Hän muistutti myös mm. integraation monista tasoista (esim. politiikka ja strategia, tavoitteet ja taktiikka, johtaminen, maantieteellinen alueellisuus, tutkimusaihe, mittaustekniikka, tietokannat ja informaatiotekniikka ) ja niiden kautta saavutettavista eduista, joita ovat hyvän kokonaiskuvan saaminen, uusien ideoiden ja ratkaisujen löytäminen sekä kasvava kustannustehokkuus. Lopuksi Snorrason esitti seuraavat johtopäätökset: (1) institutionaalisissa rakenteissa tapahtuu merkittäviä muutoksia, (2) tästä seuraa tarve tehtävien ja vastuun jaon entistä tarkempaan määrittelyyn, (3) uusi informaatioteknologia avaa mahdollisuuksia monitieteiseen toimintaan, (4) nämä muutokset tukevat riippumattomien, integroituja toimintatapoja käyttävien hydrologisten laitosten mahdollisuuksia. Korkeakoulujen edustajien paneeli Paneelin jäsenet olivat professori Matti Leppäranta (Helsingin Yliopisto, Geofysiikan laitos), professori Pertti Eloranta (Helsingin Yliopisto, Limnologian ja ympäristönsuojelun laitos), professori Veli-Pekka Salonen (Turun Yliopisto, Maaperägeologia), TkL Riitta Kamula (Oulun Yliopisto, Vesi- ja ympäristötekniikan osasto) ja professori Pertti Vakkilainen (Teknillinen Korkeakoulu, Vesitalouden ja vesirakennuksen laboratorio.
Leppäranta esitteli Geofysiikan laitoksen toimintaa ja totesi nykyisten painopisteiden olevan järvitutkimuksessa sekä lumen ja jään tutkimuksessa. Uusi lumen ja jään aihepiiriin rajoittuva tutkijakoulu on käynnistynyt lupaavasti. Kehittyvä kansainvälinen yhteistyö ja yhteistoiminta ekologien kanssa ovat myös myönteisiä kehityspiirteitä. Lähitulevaisuuden uhkakuva on laitoksen liittäminen Helsingin Yliopiston Fysiikan laitokseen, mikä voisi heikentää mm. geofysiikan ympäristöpainotteista lähestymistapaa. Eloranta totesi limnologian ja hydrologian kiinteän yhteyden. Limnologeja kiinnostavat mm. valumat ja virtavesien virtaamat sekä järvien fysikaaliset prosessit. Helsingin Yliopiston laitosten keskittäminen Kumpulan ja Viikin alueelle tullee lisäämään limnologien yhteistyötä mm. geofyysikkojen ja hydrobiologien kanssa. Limnologian ja ympäristönsuojelun laitos haluaisi käyttää SYKEn hydrologista tietokantaa nykyistä tehokkaammin hyväksi opetustyössään, mikä aktivoisi yhteyksiä limnologian ja hydrologian välillä. Salonen totesi, että hänen edustamansa maaperägeologia liittyy hydrologiseen tutkimukseen erityisesti pohjavesikysymysten myötä. Pohjavesimallinnuksen kehittäminen on käynnissä oleva yhteistyöhanke. Hän otti esille myös veden kiertoon liittyvän tärkeän näkökohdan: vesi esiintyy yleensä suurina molekyyleinä ja koostumukseen vaikuttaa fraktioituminen stabiilien isotooppien mukaan. Tämä vesien Aerilaistuminen@ tarjoaa monia käytännön sovellus- ja yhteistyömahdollisuuksia, esimerkkinä Turun vedenhankintaa palveleva Kokemäenjoen tekopohjavesiprojekti. Myös Salosen laitoksella toimii tutkijakoulu. Kamula kertoi, että Oulun Yliopistossa vesitekniikan laboratorio siirtyy rakentamistekniikan laitoksen lopettamispäätöksen vuoksi prosessitekniikan osastolle. Hydrologia ja hydrauliikka tulevat jatkossakin olemaan opetuksen taustatieteiden roolissa. Suuria hydrologiaan liittyviä tutkimuskokonaisuuksia ei ole näköpiirissä. Hydrologia esiintyy vahvimmin turvetuotannon vaikutustutkimuksissa. Vakkilainen pohti aluksi vesitalouden ja hydrologian käsitteitä. Vesitalouden ja vesirakennuksen laboratorio tutkii tällä hetkellä ihmisen vaikutuksia veden kiertokulkuun, globaalimuutoksia, hydrologista ennustamista, päätöksentekojärjestelmiä sekä vesistöjen käyttöä ja hoitoa. Myös valuma-alueiden vesitalouden hallinta sekä vesi ja ravinnon tuotanto ovat keskeisiä teemoja. Vakkilainen painotti kansainvälisen ja kansallisen yhteistyön merkitystä hydrologisessa tutkimuksessa. Edellä mainittujen teemojen lisäksi hän piti tärkeänä havaintotoimintaa, prosessien tutkimista (sadanta, haihdunta, varastoituminen maahan, valunta) sekä kaukokartoituksen ja paikkatietoalan menetelmällistä kehitystä. Keskustelussa käsiteltiin monia aiheita. Keskeisiä aihepiirejä olivat hydrologiseen tutkimukseen liittyvät eri tason yhteistyöhankkeet, tutkimuksen ohjelmakokonaisuudet (mukaan lukien tutkijakoulutus), havaintotoiminnan ja mallinnuksen suhde sekä datan saatavuus (tekniset järjestelyt ja hintapolitiikka) sekä isotooppihydrologian lisäämis-ja yhteistyömahdollisuudet. Tutkimuslaitosten ja teollisuuden edustajien paneeli Paneelin jäsenet olivat tutkimusjohtaja Mikko Alestalo (Ilmatieteen laitos), tutkimusprofessori Reijo Salminen (Geologian tutkimuskeskus), erikoistutkija Martti Rask (Riista- ja kalatalouden tutkimuslaitos), ympäristöpäällikkö Jukka Muotka (Fortum) ja ylijohtaja Risto Kuittinen (Geodeettinen laitos). Alestalo totesi, että WMO:n puitteissa käsitellään sekä meteorologiaa että hydrologiaa ja että tämä järjestö yhdistää laajasti näitä ammattikuntia. IL:n tutkimuksessa sateella ja sen mittaamisella on tärkeä rooli, joskin myös mm. vesivarojen ja maa- ja metsätalouden vuorovaikutuksia on selvitetty. IL määrittää myös useiden vesitaseen komponenttien alueellisia jakaumia ja seuraa niiden pitkäaikaisia vaihteluja. Kaikissa näissä kysymyksissä tehdään yhteistyötä hydrologien kanssa. Mallinnuksessa ovat uutta kytketyt mallit, joissa mm. haihdunnalla ja maaperän kosteudella on tärkeä rooli. Yhteistyötä voidaan kanavoida eri tyyppisiin ohjelmiin, esim. Baltex-projekti tarjoaa tähän mahdollisuuden.
Salminen korosti geologian osuutta hydrologisessa kierrossa muistuttaen geologian monista vaikutuksista veden laatuun. Myös ainetaseet riippuvat pitkälti geologisista tekijöistä kuten liukenemis- ja saostumisreaktioista. Tulevassa tutkimuksessa monitieteisyys ja yhteiskunnan tarpeet ovat tärkeä lähtökohta. Kerätyn ja kerättävän datan hyväksikäyttöön on kiinnitettävä huomiota. Salminen suositti teemapäivää tutkimuksen sisällöstä. Rask totesi, että RKTL:n toimintakentässä hydrologinen tietämys on tärkeää erityisesti kalakantojen ja - vesien hoidossa. Tietoja tarvitaan mm. vesistöjen virtaamista, vedenkorkeuksista ja lämpötiloista sekä niiden säänöstelystä. Hän painotti valuma-aluekohtaista lähestymistapaa sekä eri alan asiantuntijoiden yhteistyötä. Rask piti tästä onnistuneina esimerkkeinä suuria ympäristöohjelmia kuten HAPROa, SILMUa ja METVEä. Tällä hetkellä ajankohtaisia ovat mm. EU:n vesipolitiikan puitedirektiivin valmisteluun tähtäävät ohjelmat. Muotka toi aluksi esille hydrologian ja voimalaitossektorin perinteiset yhteistyöalueet: lämpövoiman tuotannon vedenkäyttöselvitykset, vesioikeudelliset lupavelvoitteet, vesistöjen säännöstelyihin liittyvät kehittämishankkeet sekä vesivoimalaitosten perusparannuksen. Uusina tai vahvistuvina tutkimus- ja kehittämisaiheina hän näki vesistömallit ja -ennusteet, automaattisen tiedon keruun, vesistökartoitukset, vesistöjen virkistyskäytön ja kalastuksen sekä biologisten tekijöiden mallinnuksen. Kuittinen toi esille tarkkojen mittausten tarpeen ja sitä kautta geodesian ja hydrologian kosketuspinnat. Painovoimakentän muutosten seuraamisella voi olla sovellusmahdollisuuksia pohjavesi-, sade- ja lumitutkimuksessa. Uudet satelliitit mittaavat painovoimakenttää, mikä voi mahdollistaa vesivaroissa tapahtuvien muutosten globaalin arvioinnin. Tarkkuus on parantunut huomattavasti. Kaukokartoituksen kehittymiseen ylipäätään liittyy paljon hydrologian vesivarojen tutkimusmahdollisuuksia. Esim. lumen kaukokartoituksessa tarvitaan yhteistyötä hydrologien kanssa. Koordinaattijärjestelmien ylläpito ja satelliittipaikannus liittyvät hydrologiaan ja moniin muihin tieteenaloihin. Keskustelussa käsiteltiin mm. vesistöjen laatu- ja käyttökelpoisuusluokituksia ja siihen liittyen EU:n vesipolitiikan puitedirektiiviä, ilmastonmuutostutkimusta sekä kaukokartoituksen hydrologisia sovelluksia. Merentutkimuslaitoksen edustaja (professori Launiainen) käsitteli laajassa puheenvuorossaan BALTEX -ohjelmaa, ilmastonmuutostutkimusta sekä muita hydrologian ja merentutkimuksen yhteyksiä. Ympäristöhallinnon asiantuntijoiden paneeli Paneelin jäsenet olivat johtaja Marketta Ahtiainen (Pohjois-Karjalan ympäristökeskus), erikoistutkija Esa Rönkä (SYKE), erikoistutkija Martin Forsius (SYKE), erikoistutkija Yrjö Sucksdorff (SYKE), vanhempi tutkija Krister Karttunen (SYKE) ja hydrologi Bertel Vehviläinen (SYKE). Ahtiainen käsitteli laajasti ihmistoiminnan ja erityisesti metsätalouden vaikutusten arviointia. Hän korosti mm. valuma-aluenäkökulmaa ja vaikutuksia vesien tilaan. Hydrologiset ja yhdennetyt seurantaohjelmat ovat tässä suhteessa tärkeitä. Nurmes -tutkimus ja sitä varten perustetut koealueet ovat antaneet paljon lisätietoa. Tutkimustarpeet liittyvät myös maaperän vesitalouteen ja pohjavesien tilaan. Yhteisvaikutusten arviointeja on voitava tehdä vesistömittakaavassa. Havaintoja ja mallinnusta on kehitettävä tasapainoisesti. Havaintotoiminnassa on pystyttävä ennakoimaan paikallisia ja hankekohtaisia tarpeita. Rönkä käsitteli pohjavesien tutkimusta. Siihen liittyvää työnjakoa selvitellään parhaillaan SYKEn ja GTK:n kesken.tutkimustarpeet liittyvät mm. pohjaveden muodostumiseen, vedenhankintaan, kuormituksen vaikutuksiin ja vesivarojen kartoitukseen. Pohjavesien seuranta tulee esille myös EU:n vesipolitiikan puitedirektiivissä. Forsius tarkasteli hydrologiaa SYKEn ilmansuojelun painopistealueen näkökulmasta. Tällöin tulevat esille ilmaston muutosten vaikutukset hydrologisiin prosesseihin. Toisen keskeisen aihepiirin muodostavat aineiden kierto, ainetaseet ja hajakuormitus, jotka liittyvät hydrologiseen kiertoon. Kolmantena
kokonaisuutena Forsius mainitsi ympäristömuutosten yhteisvaikutusten mallintamisen. Malleja on käytettävä yhteisessä kehikossa, johon kuuluvat mm. vesistömallit ja laskeumamallit sekä maankäyttöä koskevat paikkatiedot. Sucksdorff keskittyi puheenvuorossaan ohjelman mukaisesti kaukokartoitukseen ja totesi paikkatiedoista lyhyesti, että niiden käsittely jää seminaarissa vähäiseksi. Kaukokartoitus on tuomassa hydrologiselle seurannalla operatiivisiä välineitä mm. lumipeitteen sekä vesistöjen lämpötilan ja jäätilanteen havainnointiin. Valuma-alueiden fysiografiaa ja korkeussuhteita koskeva kartoitus ovat hyvin tärkeitä. Tulosten käyttöä voidaan tehostaa yhdistämällä niitä hydrologisiin malleihin, jolloin tulvaennusteita (myös tulvatilanteen seurantaa) ja energiatasetta voidaan mallintaa entistä peremmin. SYKEssä on operatiivisessä käytössä lumen alueellisen esiintymisen sekä vesialueiden pintalämpötilan kaukokartoitussovellukset ja kehitteillä on uusia lumipeitteen kartoitusmenetelmiä. Jatkossa tulisi tehdä tarpeiden priorisointi nykyisen tietämyksen pohjalta, kehittää operatiivisyyteen tähtäävä tutkimusyhteistyötä, ottaa paikkatietoaineistot laajasti käyttöön ja keskittää voimia kansallisesti. Osallistuminen kansainvälisiin ohjelmiin on luonnollisesti tärkeää. Karttunen kertoi arvioivansa hydrologista tutkimustarvetta biologin näkökulmasta. EU:n vesipolitiikan puitedirektiivi edellyttää laajaa yhteistyötä erityisesti pintavesien tilan arvioinnissa. Vedenkorkeus ja sen vaihtelut, jokien virtaama sekä vesistöjen lämpötila- ja jääolot ovat kaikki tärkeitä. Mallien käytössä valumilla ja viipymillä on suuri merkitys. Hydromorfologiset perustiedot ovat tärkeitä monessa suhteessa. Puitedirektiivi edellyttää mallinnuksen kehittämistä, missä hydrologisten ja hydraulisten mallien osuus on keskeinen. Karttunen arveli, että edellä kuvattujen tarpeiden näkökulmasta nykyiset hydrologiset seurantaverkot eivät ole riittävän laajoja. Vehviläinen arvioi tulevia tarpeita vesistömallien kehittämisen mutta myös yleisemmän hydrologisen tutkimuksen näkökulmasta. Näistä lähtökohdista hän viittasi Vakkilaisen aikaisemmin esittämään luetteloon tärkeistä tekijöistä. Havainnot ovat edelleen lähtökohta monessa toiminnassa, esim. mallien kahittämisessä. Prosessien ymmärtäminen on myös keskeistä ja tämän vuoksi on tarve jatkaa mm. sadannan ja lumipeitteen tutkimista. Yhteistyö meteorologien kanssa on monin tavoin tärkeää, samoin kaukokartoituksen ja paikkatietojen hyväksikäyttö. Ilmaston muutokseen liittyvällä tutkimuksella tulee olemaan suuri merkitys, samalla saadaan mm. tulvantorjunnan ja patoturvallisuuden kannalta tärkeää tietoa. Vesistömallien avulla on tuotettu joukko karttoja hydrometeorologisten ja hydrologisten suureiden alueellisesta vaihtelusta (reaaliaikainen tilanne ja ennusteet). Nämä kuvaukset ovat hyvä pohja tiedon hallinnan kehittämisessä. Keskustelussa käsiteltiin uudelleen havaintojen ja mallien suhdetta ja siihen liittyen tiedon keruun edustavuutta ja kattavuutta, paikkatietoja ja kaukokartoitusta sekä niihin liittyen alueellistamista, havaintojen virheitä ja tiedon keruun laatuvaatimuksia, havaintojen satunnaistamista (muita kuin kiinteitä seurantajärjestelmiä), vesistöjen syvyystietoja, suunnitteilla olevaa uomarekisteriä, uomien hydrauliikkaa ja virtauksia sekä järvihaihduntaa. Päätöskeskustelu Lyhyessä yleiskeskustelussa käsiteltiin tilaisuuden antia ja mahdollisia jatkotoimenpiteitä. Todettiin, että seminaari antoi erittäin hyvän läpileikkauksen hydrologisen tutkimuksen nykytilasta ja eri toimijoiden tavoitteista. Katsottiin, että jatkotoimenpiteinä voidaan esimerkiksi valmistella eri laitosten yhteisiä esityksiä tutkimusohjelmiksi ja - hankkeiksi. Nyt pidetyn kaltaisia poikkitieteellisiä tilaisuuksia pidettiin hyödyllisinä ja tarvetta todettiin olevan myös suppeampien, teemakohtaisten yhteistyökokousten järjestämiseen. Puheenjohtaja listasi eräitä keskusteluissa paljon esillä olleita teemoja: kansallisen ja kansainvälisen yhteistyön lisääminen, hydrologian tutkijakoulu, ilmastonmuutosten hydrologiset vaikutukset, hydrologiset analyysit ja aikasarjatarkastelut, alueellistaminen, hydrologisten mittausten laajempi hyväksikäyttö, virtavesien hydrauliikka ja lämpötilat, pienten järvien vedenkorkeuden seuranta,
isotooppien hyväksikäyttö hydrologiassa, maankosteus, mittauksiin liittyvä metadata sekä BALTEX - projektin hydrologinen osuus. Lopuksi Seuna kiitti osallistujia onnistuneesta seminaarista ja päätti tilaisuuden. Pertti Seuna Markku Puupponen Aija-Riitta Elo Tilaisuuden puheenjohtaja tilaisuuden sihteri tilaisuuden sihteri