Pohjaveden purkautuminen metsäojiin Rokuan harjualueella ja ojan kunnostus padottamalla

Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Vesi- ja ympäristötekniikan laboratorio Diplomityö Pohjaveden purkautuminen metsäojiin Rokuan harjualueella ja ojan kunnostus padottamalla Oulussa 18.11.2010 Tekijä: Virve Kupiainen Työn valvoja: Bjørn Kløve Professori Työn ohjaaja: Pekka Rossi Diplomi-insinööri

OULUN YLIOPISTO Teknillinen tiedekunta Osasto Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Tekijä Kupiainen, Virve Helena Tiivistelmä opinnäytetyöstä Laboratorio Vesi- ja ympäristötekniikan laboratorio Työn valvoja Kløve, B. professori Työn nimi Pohjaveden purkautuminen metsäojiin Rokuan harjualueella ja ojan kunnostus padottamalla Oppiaine Työn laji Aika Sivumäärä Vesi- ja geoympäristötekniikka Diplomityö Marraskuu 2010 68 s., 3 liitettä Tiivistelmä Turvemaiden ojitus on mahdollinen syy Rokuan järvien pinnankorkeuden vaihteluihin. Tämän työn tavoitteena oli tarkentaa millä mekanismeilla pohjavettä purkaa metsäojiin Rokuan harjualueella, ja alueella sijaitsevan metsäojan koekunnostuksella määritettiin, voidaanko ojiin purkautuvaa pohjaveden määrää vähentää. Tutkimuksen aineisto kerättiin osana Oulun yliopiston vesi- ja ympäristötekniikan laboratorion ja Geotieteiden laitoksen hanketta Rokuan harjun vesitalouden selvittäminen matkailullisten edellytysten turvaamiseksi. Tutkimuksessa seurattiin ojitusalueen hydrologiaa, pohjavedenpintoja harjulta tutkitulle ojitusalueelle sekä alueen sadantaa. Hydrologisia havaintoja tuettiin vedenlaatuanalyyseilla. Tutkimuksessa varmistettiin, että pohjavettä purkautuu hiekkakerrokseen saakka kaivetuissa ojissa suotautumalla hiekan läpi sekä paksun turvekerroksen kohdilla tehdyissä ojissa turpeen läpi kovertuneiden aukkojen kautta. Havaintojen perusteella pohjavettä purkautui aukkojen kautta merkittävä määrä pintavaluntaan nähden. Suurimpien purkuaukkojen kohdalla hiekkakerroksen pohjavesi oli selvästi vapaata ojavedenpintaa korkeammassa painekorkeudessa ja akfiveri oli paineellinen. Tuloksia varmistettiin mallintamalla hiekkakerroksen pohjavesi MODFLOW - koodilla. Koekunnostuskohteessa syvä ja erodoitunut oja padotettiin, jolloin ojaveden ja pohjaveden hydraulisten painekorkeuksien ero tasoittui. Patojen ydinosana käytettiin mursketta ja tiivisteosana kuormauspeitettä, joten padottaminen oli kustannuksiltaan edullinen ja toteutukseltaan yksinkertainen. Kunnostusalueen ala- ja yläpuolelle sijoitetuilta mittapadoilta saatiin virtaamaaineisto, joka analysoitiin matemaattisella pohjavalunnan määrän erottavalla algoritmilla. Pohjavalunta pieneni noin 500 m 3 /d alapuolen mittapadolla kunnostuksen jälkeen. Kunnostusalueen laitaan sijoitetun hiekkakerroksen pohjavesiputken pinnankorkeus nousi 20 cm. Ojitusalueen latvaalueilla, lähellä harjua, ojaverkoston pohjalle kertyi lisää hiekkaa ja pohjavesivaikutteinen kasvillisuus voimistui. Kunnostuksen jälkeen pohjavedelle muotoutui uusia virtausreittejä. Pienetkin gradienttieron muutokset näkyivät tuloksissa. Kunnostusmenetelmänä padottaminen vaatii ojitusalueella riittäävää kaltevuutta ja ojasyvyyttä, mikäli metsän kuivatusta ei haluta häiritä. Pitkiä ja matalia hiekkaan kaivettuja ojia ei ole järkevää kunnostaa padotuksella, vaan tällaiset ojitusalueet voi joutua ennallistamaan. Työn perusteella harjun reuna-alueiden maankäyttö ja erityisesti metsäojitus voi vaikuttaa pohjaveden purkautumiseen. Vaikka pohjavesialueiden sisäpuolelle tehtyjä ojia ei kunnostusojiteta, eivät alueiden luontotyypit palaudu, sillä pohjavesi voi pitää yllä tasaista virtaamaa ojissa joita pitkin se virtaa. Säilytyspaikka Oulun yliopisto, tiedekirjasto Tellus Muita tietoja

UNIVERSITY OF OULU Faculty of technology Department Department of Process And Environmental Engineering Author Kupiainen, Virve Helena Abstract of thesis Laboratory Water Resources And Environmental Engineering Laboratory Supervisor Kløve, B. Professor Name of the thesis Groundwater discharge to forest ditches at Rokua esker area and restoration by ditch dams Subject Level of studies Date Number of pages Water and environmental engineering Master thesis November 2010 68 p., 3 appendices Abstract Peatland drainage is a possible cause for Rokua esker lake level fluctuations. The objective of this study was to clarify the mechanisms of groundwater discharge into forest ditches at Rokua esker ridge area. This study also replies to the research question: can the amount of groundwater discharge be reduced with restoration? Data for the study was collected as a part of the University of Oulu project "Determining hydrogeology of Rokua esker formation to ensure tourism in the area". The study included monitoring drainage network hydrology, groundwater levels and the regional precipitation. Hydrologic observations were supported with water quality analyzes to determine water flow paths. Land use and forest drainage in particular, affect the discharge of groundwater. The study verified that the groundwater exfiltrates through the ditch bed when cut into the sand layer. With ditches in peat groundwater discharges through the spring-like channels. Discharge of groundwater through these openings can be significant from the confined groundwater. Results were verified by modeling the sand-peat groundwater system with the MODFLOW code. The main collector ditch was restored by constracting dams. As a consequence, the difference between pressure heads of ditchwater and groundwater were leveled. Dams were made of gravel and stone, making the dam cost-efficient and easy to implement. Above and below of restoration area v-notch weirs were installed. Flow rate data was analyzed with a recursive digital filter used in base flow analysis. The amount of groundwater discharge was reduced approximately by 500 m 3 /d at the downstream measuring weir after the restoration. Groundwater level in the confined sand layer increased 20 cm. In ditched headwater areas in the vicinity of the ridge, the ditch bed peat was covered with new sand and vegetation preferring subirrigation growth increased. This shows that after the restoration the groundwater found new flow routes. Even small changes in the ditchwater level were seen in groundwater. The used restoration method requires sufficient slope and ditch depth if the forest ditches should remain in function. Long, shallow ditches dug into the sand may require an alternative restoration method. Those ditches may require complete rehabilitation of the drainage areas. Self restoration is not likely as large amount of groundwater maintain erosion and prevent vegetation to establish. Library location University of Oulu, Science Library Tellus Additional information

Alkusanat Tämä diplomityö tehtiin Oulun yliopiston vesi- ja ympäristötekniikan laboratoriossa 1.4. 22.11.2010. Aineisto työhön kerättiin osana Oulun yliopiston Vesi- ja ympäristötekniikan laboratorion ja Geotieteiden laitoksen hanketta Rokuan harjun vesitalouden selvittäminen matkailullisten edellytysten turvaamiseksi, jonka rahoittajina toimivat Euroopan unionin aluekehitysrahasto sekä Vaalan, Utajärven ja Muhoksen kunnat. Työn rahoittamisesta kiitos myös Maa- ja vesitekniikan tuki ry:lle. Kiitos Aarne Askoselle. Kiitos työn ohjaamisesta Bjørn Kløvelle ja Pekka Rossille. Suuret ja vilpittömät kiitokset korvaamattomista vinkeistä ja väsymättömästä kenttätyöpanoksesta Pertti Alaaholle. Kiitos hauskoista maastoreissuista myös Riku Eskeliselle. Kiitos Vesi- ja ympäristötekniikan laboratorion mukavalle henkilökunnalle. Kiitos Pasi Mertaniemelle. Lopuksi haluan kiittää ystäviä, jotka ovat tehneet opiskeluajastani ikimuistoisen ja aivan liian lyhyeltä tuntuvan. Erityiskiitokset Kaisalle ja Liinulle kestämisestä ja jatkuvasta tuesta. Kiitos myös perheelle ja Keijolle kannustuksesta. Oulussa 18.11.2010 Virve Kupiainen

Sisällysluettelo Tiivistelmä Abstract Alkusanat Lyhenteet ja merkinnät 1 Johdanto... 8 2 Pohjavesi Rokuan harjualueella... 9 2.1 Metsäojitus ja pohjavesi... 12 2.2 Rokuan tutkimuskohde... 13 3 Tutkimusmenetelmät... 20 3.1 Hydrologia... 20 3.1.1 Pohjaveden seuranta... 23 3.1.2 Virtaamien seuranta... 26 3.1.3 Vedenlaadun seuranta... 34 3.2. Kunnostus... 36 3.2.1 Padotuksen suunnittelu... 37 3.2.2 Padotuksen toteutus ja vaihtoehtoiset padotustavat... 41 3.3 Mallinnus... 43 4 Tulokset ja niiden tarkastelu... 48 4.1 Hydrologia ja vedenlaatu... 48 4.2 Kunnostuksen vaikutukset lähiympäristöön... 56 4.3 Mallinnus ja pohjavedenpinnat... 58 5 Johtopäätökset... 60 6 Yhteenveto... 63

Lähdeluettelo... 65 Liitteet: Liite 1. Tutkimusojan vaaitustulokset Liite 2. Mittapatojen toteutus ja asennus Liite 3. Vedenlaatuanalyysien tulokset

Lyhenteet ja merkinnät A purkuaukon pinta-ala BFI base flow index eli pohjavaluntakerroin, joka kertoo pohjaveden määrän kokonaisvirtaamasta b i b tot b β g h h p I I K K x K y n Q q i Q tot R R n S S r S y T x h t pohjavalunta mittausjakson pohjavalunta kerrospaksuus suodatusvakio maan vetovoima veden korkeus patoaukon pohjasta, hydraulinen korkeus vapaasta vesipinnasta katsottuna padotuskorkeus hydraulinen gradientti ojan kaltevuus vedenjohtavuus horisontaalinen vedenjohtavuus vertikaalinen vedenjohtavuus kokonaishuokoisuus virtaama välitön valunta mittausjakson virtaama infiltraatio suotautuva vesimäärä ominaisvarastoitumiskerroin ominaispidättäytyminen ominaisantoisuus transmissiviteetti padotusmatka pohjavedenpinnan muutos mittausjakso µ purkautumiskerroin anisotrooppisuuskerroin

1 Johdanto Tässä työssä tutkittiin Rokuan harjualueen reunalla metsäojiin purkautuvaa pohjavettä. Harjualueen pohjavedestä riippuvaisissa järvissä on esiintynyt merkittävää vedenpinnan vaihtelua, mikä on heikentänyt alueen virkistyskäyttöarvoa. Harjua ympäröivien turvemaiden ojitus on mahdollinen syy pohjaveden pinnan laskuun. Rokuan harju on osa Hailuodosta Ilomantsiin yltävää harjujaksoa. Harjun pinta-ala on 90 km 2 ja pohjavesialue noin 140 km 2. Rokualla aiemmin tehdyissä tutkimuksissa on selvitetty harjualueen hydrologiaa, geologiaa ja ilmaston vaikutusta pohjavedenpinnan vaihteluihin. Tässä työssä keskityttiin alueen maankäytön ja erityisesti metsäojitusten mahdollisiin vaikutuksiin pohjavesialueella. Harjualuetta ympäröi laajat, suurelta osin ojitetut suoalueet. Osa ympäröivien suoalueiden ojituksista on syöpynyt syvemmäksi ja joissain ojissa on havaittavissa pohjaveden purkaumia. Työssä varmistettiin purkautumisen mekanismeja ja määritettiin voidaanko purkautuvan pohjaveden määrää vähentää tai palauttaa luontaisille lähteikköalueille. Kunnostusmenetelmä perustui pohjaveden ja ojaveden hydraulisen gradienttieron pienentämiseen, ja kunnostus toteutettiin turvekerroksen kuivatusta häiritsemättä. Kunnostuksen vaikutuksia tutkittiin pohjaveden pintoja sekä ojia pitkin kulkevan veden virtaamia seuraamalla. Ojavirtaamia analysoitiin pohjavalunta-analyysilla, jossa hyödynnettiin matemaattista algoritmia. Hydrologisia havaintoja varmennettiin vedenlaatuanalyyseilla. Tutkimusalueella on luontotyypiltään ympäristöstään poikkeavia alueita, joiden palautumista lähteiksi tai tihkuiksi seurattiin muun muassa pohjavesivaikutteisen kasvillisuuden avulla. Alueen pohjaveden liikkeitä mallinnettiin GMS -mallinnusohjelmalla, joka käyttää MODFLOW -koodia. 8

2 Pohjavesi Rokuan harjualueella Pohjavesi on maaperän kyllästyneessä vyöhykkeessä olevaa vettä, ja sen pinta määritellään siksi korkeustasoksi, jossa maaveteen kohdistuva paine vastaa ilmanpainetta. Vedenpinta asettuu tähän tasoon pohjavesiputkissa. Harjulla eli pohjavesiesiintymän muodostumisalueella sadevesi suotautuu ja virtaa pohjavedeksi. Koska sadanta on pohjaveden muodostumisen päätekijä, voidaan pohjavedenpinnoissa erottaa kaksi merkittävää nousuvaihetta kevätsulannan ja syyssateiden aikaan. (Mälkki 1986, 101 103) Kun pohjavettä varastoituu riittävästi ja se uusiutuu verraten nopeasti, puhutaan pohjavesiesiintymästä eli akfiverista. Vapaapintaisessa akfiverissa pohjavedenpinta muodostaa esiintymän yläreunan. Näin ollen harjun alla ja rinteessä akviferi on vapaa. Harjun alle muodostuva pohjavesi liikkuu kohti pienempää energiatilaa, harjulta poispäin alavampiin kohtiin. Veden virtausta kyllästyneessä maassa kuvaa Darcyn laki (1), jossa veden virtaama saadaan virtaussuuntaa kohtisuorassa olevan pinta-alan ja tarkasteltavalla matkalla tunnetun hydraulisen korkeuseron eli gradientin avulla. Maaperän kykyä kuljettaa vettä kuvaa transmissiviteetti (2), joka on pohjavesiesiintymän paksuuden ja hydraulisen johtavuuden tulo. (Mälkki 1986, 106 107 ja 109 111. Domenico 1998, 33 34 ) missä = (1) Q = veden virtaama [m 3 /d] K = vedenjohtavuus [m/d] I = h/l = hydraulinen gradientti, joka saadaan vesipatsaiden korkeuserojen ja tarkasteltavan matkan avulla. missä = (2) T = transmissiviteetti [m 2 /d] K = vedenjohtavuus [m/d] b = kerrospaksuus [m] 9

Akviferi on paineellinen, mikäli se sijaitsee kahden vettä läpäisemättömän kerroksen välissä. Tällöin vedenpinta nousee pohjavesiputkessa vedenpintaa rajoittavan kerroksen yläpuolelle. Huonosti vettä johtava paksu turvekerros voi luoda harjun reuna-alueelle paineellisen akviferin. Turve on painavaa vettyneenä ja voi osaltaan lisätä alla olevan hiekkakerroksen painetta. Turvekerroksen kyllästyminen luo turpeeseen oman maavesikerroksensa, joka reagoi selkeästi sateisiin ja haihduntaan. Havainnekuvassa 1 on esitetty hiekkakerrokseen ja turvekerrokseen asennettujen pohjavesiputkien vedenpinnat. Hiekkakerroksen akfiveri on paineellinen ja turvekerroksessa on oma pohjavesikerroksensa. (Mälkki 1999, 67 68, Mälkki 1986, 106) pv-pinta hiekka pv-pinta turve Turve Hiekka Kuva 1. Paineellinen akviferi hiekkakerroksessa. Paineellisen akfiverin kohdalla tehdyt ojitukset ovat vaikuttaneet hiekkakerroksen ja turvekerroksen pohjavesitasapainoon, ja turvekerrosta kuivattavien valumavesien lisäksi ojiin pääsee purkautumaan pohjavettä. Ojitus vaikuttaa esimerkiksi maan huokoisuuteen. Huokostilavuutta, jossa vesi virtaa, kuvataan tehoisalla huokoisuudella. Painovoiman vaikutuksesta huokostilasta poistuvan veden määrä ilmaisee maamateriaalin ominaisantoisuutta S y ja huokostilaan jäljelle jäävä vesimäärä ominaispidättäytymistä S r. Ominaisvarastoitumiskerroin S ilmaisee kuinka paljon pohjaveden pinta nousee tai laskee (3) kun vettä lisätään tai poistetaan maasta. (Kløve, Rossi 2009, luento 1-3. Mälkki 1986, 101) 10

missä h= h = pohjaveden pinnan muutos R n = suotautuva vesimäärä S = ominaisvarastoitumiskerroin (3) Ominaisvarastoitumiskertoimen S arvo on karkeilla maalajeilla lähellä kokonaishuokoisuutta n. Hienojakoisissa maalajeissa vesi on sitoutunutta. Lisäksi pohjavesiesiintymään vaikuttaa maalajin homogeenisyys eli se miten tasainen laatu maalajilla on, ja esiintyykö maalajissa esimerkiksi suurta vaihtelevuutta raekoon suhteen sekä maalajin isotrooppisuus (4), joka kuvaa sitä onko hydraulisen johtavuuden suuruus yhtä suuri eri virtaussuunnissa. Homogeenisessä hiekassa vedenjohtavuus ei siis riipu suunnasta (K y =K x ). Tällöin anisotrooppisuuskerroin saa arvon 1. (Domenico 1998, 39 41, Ala-aho 2010, 16) = (4) missä = anisotrooppisuuskerroin K x = horisontaalinen vedenjohtavuus K y = vertikaalinen vedenjohtavuus Pohjavesi purkautuu harjuvyöhykkeiden reunoilla tavallisesti pieninä lähteinä tai tihkuina. Huomattavat purkautumispaikat sijaitsevat painanteissa kuten joki- ja purouomien leikkauksissa tai harjujen juuriosien vesistöissä. Yleensä lähteistä ja tihkuista purkautuva vesimäärä on vähemmän kuin 250 m 3 /d. Yksittäisten purkautumispisteiden virtaaman ollessa 240 1000 m 3 /d, lähde on antoisuudeltaan suuri. Pohjaveden muodostuminen ja haihdunta ovat jaksottaisia, mutta pohjaveden purkautuminen on jatkuvaa. Muodostuvan ja purkautuvan pohjaveden määrän oletetaan olevan tasapainossa pitkällä aikavälillä. (Mälkki 1999, 75. Mälkki 1986, 107) Suomessa on 1059 vedenhankinnan kannalta tärkeää pohjavesialuetta eli alueluokkaan I kuuluvaa esiintymää, jonka muodostumisalue on Rokuan pohjavesialueen tapaan harju. Näistä 32:ssa on arvioitu muodostuva pohjavesimäärä suuremmaksi kuin 10 000 m 3 /d. Rokuan pohjavesialue sijaitsee Utajärven, Muhoksen ja Vaalan alueella Oulun läänissä. Muodostumisalueen pinta-alan ja maaperän perusteella tehty karkea arvio muodostuvasta pohjavedestä on Rokuan alueella 61 000 m 3 /d. Pohjavesialue on 11

antikliininen eli pohjavettä ympäröiville alueille purkava, ja pohjaveden laatu on arvioitu hyväksi. Maa-aines harjussa on pääosin hiekkaa. Pohjavettä purkautuu alueen reunoilta runsaasti suoalueille etenkin harjun länsiosassa ja pohjoisosassa. Runsas suoja metsäojitus edesauttavat purkautumista. Rokualla on pumpattu pohjavettä 2000 - luvulla keskimäärin 155 m 3 /d. (Ympäristöhallinnon OIVA -palvelu 2010, Muhoksen ja Utajärven kunnat 2009) 2.1 Metsäojitus ja pohjavesi Suomen luonnosta noin kolmasosa on ollut suota. Soita on ojitettu maatalouden, metsätalouden ja turvetuotannon käyttöön yli puolet alkuperäisestä pinta-alastaan. Metsätaloudellinen uudisojitus oli runsainta 60 70 -luvuilla ja nykyään on koko ajan kasvava tarve kunnostusojituksille. (Pajula & Järvenpää 2007, 19 20 ja 23 25) Kunnostusojitusten tarve johtuu kasvillisuuden lisäksi turpeen painumisesta eli ojat ovat mataloituneet ja ojaseinämiä on romahtanut. Kunnostusojitus voidaan toteuttaa sarkaojia perkaamalla tai kaivamalla uusia ojia sarkaojien väliin. Kunnostusojitukset toteutetaan usein hakkuiden yhteydessä. Vaikka aluetta ei ojiteta, hydrologia palautuu hitaasti ennalleen, sillä turpeen ominaisuudet kuten maatuminen ja vedenpidätyskyky ovat muuttuneet ojitusten yhteydessä. Umpeen kasvaessaan ojaverkosto siis edelleen kuivattaa ympäröivää metsää, mutta ojien kuivatusteho on voinut alentua ja puusto kasvaa ainoastaan ojien reunoilla. (Haapalehto ym. 2006, 11 12. Mustonen ym. 1979, 307 308, 326. Tuukkanen 2010, 18 22) Metsähallitus ohjeistaa välttämään ojitusta tärkeillä pohjavesialueilla. Luokan I- ja II pohjavesialueilla suositellaan jätettäväksi 30-60 metriä leveä käsittelemätön reunavyöhyke pohjavesialueen ympärille. Tällä pyritään välttämään pohjaveden purkautumista. Rokuan harjun reuna-alueet, joista osa on pohjavesialueen rajojen sisäpuolella, ovat suurelta osilta ojitettuja. (Hanski 2010, 88) Ojituksista pohjavesialueilla ei ole suoranaista lakia tai asetusta. Kuitenkin kaivojen rakentamista voidaan rajoittaa vesilain 1 luvun 17 a mukaan, joka kieltää pohjaveden muuttamisen ilman ympäristölupaviraston lupaa. Lisäksi vesilain 9 luvun 7 kieltää yli 12

250 m 3 /d vedenoton ilman lupaa. Vesilain luvussa 1 17a kielletään luonnontilaisen lähteen muuttaminen. Säännös on kuitenkin tulkinnanvarainen. Pohjaveden laatua koskeva pilaaminen on käsitelty ympäristönsuojelulaissa ja pohjaveden määrään liittyvät säännökset vesilaissa. Näin ollen pohjaveden alenemiseen johtava ojitus vastaa vesilaissa kiellettyä pohjaveden määrällistä vähentämistä. (Seppälä [viitattu 30.10.2010]. L 264/1961. L 86/2000) 2.2 Rokuan tutkimuskohde Tutkimuskohde sijaitsee harjualueen keskivaiheilla, missä harjun reuna-alue on profiililtaan selkeä, joten alueelle oli mielenkiintoa asentaa pohjaveden pinnankorkeuden seurantalinja. ELY -keskuksen tekemissä maastokartoituksissa oli törmätty ojitusalueeseen, johon purki selkeästi pohjavettä. Kesällä 2009 Oulun yliopisto kartoitti harjun ympäristöä ojiin pohjavettä purkavien paikkojen löytämiseksi. Siirasojaan laskeva metsäoja osoittautui kaikkein selkeimmäksi purkautumisalueeksi. Pohjaveden purkautuminen ojiin, ja purkautumisen mekanismit haluttiin varmentaa. Kohteen ojat oli myös kaivettu syviksi mikä tarjosi hyvät mahdollisuudet koekunnostukselle. Tutkimus- ja koekunnostuskohteeksi valittu metsäoja sijaitsee Rokuan harjualueen pohjoispuolella. Harjua ympäröivät suot ovat enimmäkseen ojitettuja, ja pohjaveden purkua metsäojiin on havaittu alueella, missä harjun reuna on topografialtaan jyrkkä ja alueen turvekerros on paksu. Havaitut, selkeät purkuaukot sijaitsevat harjun puoleisissa ojaseinämissä. Ojia ei ole kaivettu mineraalimaahan saakka, mutta ojaan purkautuva pohjavesimäärä on huomattava. Pohjavesialueen raja kulkee tutkimusalueen (kuva 2) kohdalla Siirasojan pohjoispuolella ja tarkasteltu ojitusalue sijaitsee pohjavesialueella. 13

Kuva 2. Rokuan harju ja Siirasojan tutkimusalue. Tutkimusalue (kuva 3) kuvaa alueen maankäyttöä ja luontotyyppejä monipuolisesti. Alueelta tavataan muun muassa suota, eri-ikäistä mänty- ja koivumetsää, hakkuuaukeaa sekä korpimaisia alueita. Harjun reuna-alue on topografialtaan jyrkkä ja alueen turvepaksuudet tunnetaan. Ojitusalueen sarkaojat ovat alkaneet umpeutua. Ojat, joiden kautta kulkee pohjavettä, ovat nähtävissä muun muassa ojiin kulkeutuneen hiekan sekä ympärivuotisen sulana pysymisen vuoksi. Pohjavalunta on tutkimusalueella mahdollista erottaa selkeästi kokonaisvalunnasta. Suuret, ojien harjunpuoleisissa seinämissä havaitut pohjaveden purkuaukot soveltuvat hyvin koekunnostuksen kohteeksi, sillä niiden purkama vesimäärä on huomattava ja mahdolliset muutokset alueen vesitaseessa pystytään näin havaitsemaan. 14

Kuva 3. Harjun reuna-alueen ojitusta ja pohjavettä kuljettava tutkimusoja. (Kuvat Pekka Rossi, kesä 2008.) Tutkimusaluetta kartoitettiin kesällä 2009 selkeiden pohjaveden purkuaukkojen ja - paikkojen, pohjavesitihkujen, ojien virtausreittien ja alueen muiden erityispiirteiden selvittämiseksi. Purkuaukot on kartoitettu mittaamalla aukon ja ojan veden lämpötilaeroa sekä tarkkailemalla sedimentti- ja kasvillisuuseroja purkuaukon jälkeen. Kartoituksissa havaittiin, että Siirassuota kuivattava ojaverkosto on muuttunut muodoltaan ja virtausoloiltaan vuosien kuluessa. Alueen vesistä merkittävä osa laskee Siirasojaan tutkimusojan kautta. Koekunnostuskohteeksi valittu oja on kaivettu muita alueen ojia syvemmäksi, sillä ojasta nostettua turvetta on käytetty metsäuran pohjana. Virtausverkostossa (kuva 4) tumman sinisellä esitetyt, selkeän virtaaman ojat ovat syöpyneet syvemmiksi ja leveämmiksi, ja niissä on havaittu erodoitumista. Kartoituksien perusteella pääteltiin, että kyseisten ojien vesi on enimmäkseen pohjavettä eli kirkasta ja kesäisinkin kylmää. Nämä ojat pysyvät myös talvisin sulana ja ojaveden virtausnopeus on verrattain suuri. Ojiin on kulkeutunut pohjaveden mukana hiekkaa. Ojaverkoston sarkaojat eli virtausverkoston seisovan veden ja pienen virtaaman uomat ovat matalia ja alkaneet sammaloitua. Niiden vesi on havaintojen perusteella turvekerroksen kuivatusvettä. Virtausverkosto koostuu neljästä valumaalueesta, joiden Siirasojaan purkavat kokoojaojat on numeroitu (1-4). 15

Kuva 4. Siirassuon ojitusalueiden virtausverkostot heinäkuussa 2009 ja ympyröity koekunnostuskohde. Virtausverkoston vesimääriä on arvioitu siivikkomittauksella heinäkuussa 2009. Tällöin mitatut virtaamat on esitetty taulukossa 1. Eniten vettä Siirasojaan laskee tutkimuskohteen kautta. Taulukko 1. Siivikkomittauksella arvioidut kokoojaojien virtaamat, valuma-alueet ja yksikkövalunnat. Kokoojaoja Virtaama [m 3 /d] Valuma-alue [ha] Valunta [m 3 /d ha] 1 1300 41 32 2 700 29 24 3 2000 21 95 4 1400 14 100 Kokoojaojan 1 valuma-alueella harjulta päin tulevissa selkeän virtaaman uomissa on havaittu äkillisiä kasvillisuusmuutoksia ja kokoojaojassa turpeen päälle on kulkeutunut hiekkaa. Selkeitä, suuria pohjaveden purkuaukkoja alueella ei kuitenkaan ole havaittu. Kokoojaojan 2 alueella pienen virtaaman ojiin tulee hieman pohjavettä tihkuista, jotka on havaittu sedimenttieron avulla. Kokoojaojan 4 valuma-alueella ei myöskään ole 16

selkeitä aukkoja, mutta harjun läheisyydessä ojat on kaivettu mineraalimaahan saakka, joten pohjavettä suotautuu ojan pohjasta. Alueen ojiin on kulkeutunut hiekkaa. Valumaalueella 3, koekunnostuskohteen sisäpuolella on selkeimmät ja suurimmat purkuaukot. Valuma-alueen latvaosissa ei ole selkeitä aukkoja, vaan purkukohdat on havaittu hiekan, kasvillisuuden, lämpötilaerojen ja silmämääräisen virtaaman kasvun perusteella. Kuvassa 5 on esitetty kartoituksissa havaitut pohjaveden oletetut purkumekanismit. Kuva 5. Pohjaveden purkumekanismit (kuva Pertti Ala-aho, Oulun yliopisto, kuvaa muokattu). Maastokartoituksissa tehtyjen havaintojen perusteella pääteltiin, että hiekkakerroksen pohjaveden painekorkeus on turvekerroksen ja ojaveden painekorkeuksia suurempi, ja pohjavesi purkautuu kohti pienintä painekorkeutta hakeutuen ojaan. Turvekerroksen alaosa on tiivis ja vettä heikosti läpäisevä, joten pintavalunta tapahtuu turvekerroksen ylimmissä kerroksissa. Hiekan vedenjohtavuus on suurempi kuin turpeen, mutta ojassa vesi pääsee virtaamaan vapaasti. Näin ollen myös pintaveden virtausreitit päätyvät ojiin. Alueen turvepaksuuksia on selvitetty maatutkalla (Mikko Mali, Oulun yliopisto), pistokairalla, ja lisäksi GTK on tehnyt alueella turvepaksuuden kartoituksia. Näiden aineistojen turvepaksuustiedoista on interpoloitu nearest-neighbour -menetelmällä turvepaksuuskartta, joka on esitetty kuvassa 6 yhdessä maastokartoituksissa havaittujen pohjaveden purkupaikkojen kanssa. Alueella havaitut selkeät ja suuret pohjaveden purkuaukot sijoittuvat paksuimman turvekerroksen ympäristöön. 17

Kuva 6. Tutkimusalueen turvepaksuudet ja pohjaveden purkupaikat. Kesän 2009 kartoitusten perusteella havaittiin, että purkuaukkojen kokoa on vaikea määrittää silmämääräisesti ja metsäojiin purkavaa vesimäärää ei ole selvitetty luotettavasti. Paksun turvekerroksen lisäksi syväksi kaivetut ojat voivat edesauttaa purkuaukkojen syntyä. Toisaalta purkuaukot kasvattavat ojan virtaamaa ja näin edesauttavat erodoitumista. Lähimpänä harjua sijaitsevat purkupaikat ovat potentiaalisia, purkumäärältään pieniä tihkuja. Harjun vieressä turvetta on ohuesti ja valuma-alueiden latva-alueilta löytyy luontotyypiltään ympäristöstään poikkeavia alueita, jotka ovat mahdollisesti olleet ennen tihkuja tai lähteikköjä. Luontaisista purkupaikoista ja siitä, mistä vesi on tihkunut suolle ennen ojituksia, ei kartoitusten perusteella voinut olla varma. Virtaamaltaan ja kooltaan suurimmat aukot sijoittuvat ympyröidylle koekunnostusalueelle (kuva 6). Koekunnostuskohteessa syvienkin ojien alla on paksu, jopa kolmimetrinen turvekerros, jonka päälle on kulkeutunut hiekkaa. Ympyröidyn tutkimuskohteen itäisin purkuaukko on esitetty kuvassa 7. 18

Kuva 7. Pohjaveden purkuaukko tutkimusalueella. (Kuva 14.7.2010.) 19

3 Tutkimusmenetelmät Tässä tutkimuksessa varmistettiin pohjaveden purkumekanismeja ja määritettiin voidaanko ojiin purkautuvaa pohjavesimäärää vähentää tai purkautumista palauttaa luontaisille lähteikköalueille. Näin ollen tutkimusalueen hydrologia ja hydrogeologia tuli tuntea. Tutkimuksessa keskityttiin alueen hydrologian selvittämiseen seuraamalla muun muassa pohjavedenpintoja harjun ja koekunnostuskohteen välissä sekä ojavirtaamia pohjavalunnan erottamiseksi. Päätelmiä alueen hydrologiasta varmistettiin vedenlaatuanalyysien avulla. Kunnostus toteutettiin padottamalla syväksi kaivetun metsäojan vettä. Purkautuvan pohjaveden mahdollinen väheneminen perustuu pohjaveden ja ojaveden painekorkeuseron pienentämiseen. Koekunnostuksen vaikutuksia voidaan mitata esimerkiksi purkautuvan pohjaveden määrän vähenemisellä, pohjaveden pintojen nousulla tai pohjaveden purkautumispaikkojen muutoksilla. Näiden selvittäminen oli siis tutkimuksen kannalta merkittävää ja vaati tilastollista varmentamista. Pohjaveden käyttäytymistä harjun reuna-alueella haluttiin ymmärtää syvällisemmin, joten pohjaveden liikettä mallinnettiin MODFLOW -koodin avulla. Mallinnuksessa keskityttiin hiekkakerroksen pohjaveden liikkeisiin. 3.1 Hydrologia Pohjavesialueen hydrologiaa tutkiessa seurattiin pohjaveden pinnankorkeuksia, arvioitiin purkautuvia pohjavesimääriä erottamalla pohjavalunta ojavirtaamista sekä mitattiin alueellista sadantaa. Pohjaveden pinnankorkeuksia seuraamalla selvitettiin alueen akviferityyppejä sekä hiekka- ja turvekerroksen pohjaveden vuorovaikutusta. Paineellisen ja vapaan akfiverin erot ovat merkittävät erityisesti mallintamisen kannalta. Alueelle sijoitettiin kaksi mittapatoa koekunnostusalueen ala- ja yläpuolelle virtaamien tarkan seurannan mahdollistamiseksi. Virtaamia analysoitiin residuaalisen digitaalisen suodatuksen avulla, jotta alueen pohjavaluntaa saatiin arvioitua luotettavasti ja mahdolliset muutokset purkautuvan pohjaveden määrässä saatiin selville. Suodatus 20

perustuu matemaattisen algoritmin käyttöön. Mittausdatan matemaattinen muokkaus on käsitelty kappaleessa 3.1.2. Purkautuvan pohjaveden määrää tarkasteltiin tilastollisten työkalujen kuten pienimmän neliösumman menetelmällä määritettyjen trendien avulla. Alueellinen sadekertymä määritettiin, jotta sadannan osuus pohjavedenpinnan ja ojavirtaamien vaihteluista saataisiin selville. Sadannan tarkastelu auttaa myös ymmärtämään valuma-alueen luonnetta. Valuntadatasta arvioitiin valuma-alueen vedenpidätyskykyä ja sitä miten vesi virtaa eri ojien kesken. Tutkimusalueen maasto on vaihtelevaa ja metsäojitusalueen hydrologiaan vaikuttaa turpeen ominaisuudet. Turpeen vesivarasto on pieni ja maatuminen hidastunut ojituksen jäljiltä. Haihdunta suon pinnasta on ojitusta edeltävää tilannetta pienempi, mutta alueilla, joilla puusto kasvaa hyvin, haihduntakin on suurempi. Tämä vaikuttaa turpeen painoon sekä turvekerroksen ja hiekkakerroksen vuorovaikutukseen. (Haapalehto ym. 2006, 11 12. Tuukkanen 2010, 18 22) Veden imeytyminen maahan riippuu muun muassa sateen intensiteetistä, mutta sadekertymän avulla saadaan yleiskäsitys siitä, mikä osuus sateesta tulee suoraan ojiin ja mikä merkitys pinta- ja pintakerrosvalunnalla on. On myös mahdollista, että valuntadatassa näkyy selkeä pohjaveden purkautumisesta johtuva pulssi välittömän valunnan jälkeen, sillä purkuaukoista purkava vesimäärä on huomattava. (Hyvärinen 1986, 152 154) Tutkimusalueen turpeen vedenjohtavuusarvoja on määritettiin muuttuvapaineisella infiltrometrilla. Koemenetelmässä vettä johdettiin maahan tunnetulta painekorkeudelta ja veden alenema säiliössä mitattiin. Turpeeseen purkautuva vesimäärä on verrannollinen vesisäiliön pinta-alaan ja hydrauliseen potentiaaliin. Vedenpinnan korkeuden lasku ajan funktiona piirretään puolilogaritmiseen koordinaatistoon ja suoran kulmakerroin luetaan. Tällöin hydraulinen johtavuus saadaan laskettua kaavalla (5). (Päkkilä 2008, 61 64) 21

missä = (5) r = vesisäiliön säde f = pietsometrinen korjauskerroin, käytetään arvoa 8,3 (määritetty laitteistolle turpeessa). a = vedenpinnan korkeuden lasku ajan funktiona -suoran kulmakerroin Turpeen vedenjohtavuudet vaihtelivat kerroksittain ja eri mittauskohteissa. Tutkimusalueella kahdessa kohdassa tehdyt mittaukset varmistivat, että syvemmällä turpeessa on vettä heikosti läpäiseviä, tiiviitä kerroksia, ja pintavalunta tapahtuu turpeen ylimmissä kerroksissa. Infiltrometrilla ei päästy mittaamaan vedenjohtavuuksia syvimmistä kerroksista, sillä mittalaitteiston upottaminen tiiviissä turpeessa onnistui vain metriin. Vedenjohtavuuksien arvot ovat syvemmissä kerroksissa arvioita, sillä kokeet keskeytettiin kun säiliön vesi ei vähentynyt ja todelliset arvot ovat mitattuja pienempiä. Kuvassa 8 on esitetty tutkimusalueen turvekerroksen mitattuja vedenjohtavuuksia. 20 cm 40 cm 60 cm 80 cm 100 cm 8,37 m/d 0,10 m/d 0,05 m/d 3,66 m/d < 0,005 m/d 2,62 m/d 0,52 m/d 0,52 m/d < 0,1 m/d tiivis, hyvin heikosti vettä läpäisevä turvekerros Kuva 8. Turpeen vedenjohtavuusarvoja tutkimusalueella Kokonaisvirtaaman synty on esitetty kuvassa 9. Pintavalunta on metsässä hyvin pientä, joten pintavalunnaksi voidaan alivirtaamakautena lukea lähinnä se vesi, joka sataa suoraan vesistöihin. Jos maanpinta läpäisee huonosti vettä esimerkiksi roudan vuoksi, pintavalunta kasvaa merkittävästi. Pintavalunnan merkitys kasvaa myös silloin, kun infiltraatio on vähäistä aikaisempien voimakkaiden sateiden vuoksi. Siinä tapauksessa maan huokostila on valmiiksi veden kyllästämä. Pintakerrosvalunta syntyy kun maahan imeytynyt vesi liikkuu gravitaation ja kapillaaristen voimien ansiosta. 22

Pintakerrosvalunnan osuus virtaamasta on suuri, jos maanpinta läpäisee hyvin vettä, mutta pinnan alla on läpäisemätön kerros. Jaottelu on kuitenkin teoreettinen, sillä maanpäällinen valunta muuttuu nopeasti pintakerrosvalunnaksi. (Hyvärinen 1986 s. 152 155) Sadanta Infiltraatio Evapotranspiraatio Pintavalunta Pintakerrosvalunta Pohjavesivalunta Välitön valunta Pohjavalunta Kuva 9. Kokonaisvirtaaman muodostuminen valunnan eri osista. (muokattu Hyvärinen 1986 s. 153) Kokonaisvirtaama 3.1.1 Pohjaveden seuranta Harjun pohjoispuolella on kaksi pohjaveden seurantalinjaa. Harjun päällä, harjun rinteessä sekä harjua ympäröivällä suoalueella hiekassa ja turpeessa on pohjavesiputket. Toinen pohjavesiputkilinjoista, Siirasoja 1, päättyy tutkimusalueelle. Kuvassa 10 on esitetty havainnekuva pohjavesiputkien sijoittelusta. 23

Kuva 10. Pohjaveden seuranta. Kuva Pekka Rossi, Oulun yliopisto, kuvaa muokattu. Siirasoja 1 -pohjavesiputkilinjaa seurattiin koekunnostuksen aiheuttamien mahdollisten muutoksien havaitsemiseksi, sillä linjan läheisyydessä on runsaasti purkuaukkoja. Mahdolliset muutokset varmistettiin vertaamalla tuloksia Siirasoja 2 -pohjavesiputkilinjaan, joka toimi vertailualueena. Siirasoja 1 -linjalle asennettiin mineraalimaahan ulottuva ylimääräinen pohjavesiputki rinteen sekä suoalueen väliin, jotta pohjavesigradientin mahdollisia muutoksia kunnostuksen jälkeen olisi saatu seurattua tarkemmin. Kuvassa 11 on esitetty pohjavesiputkien sijainti tutkimusalueella. 24

Kuva 11. Pohjavesiputkilinjat Siirasoja 1 vasemmalla ja vertailualue Siirasoja 2 oikealla. Pohjavesiputkien vedenpinnan korkeuksia seurattiin pohjavesiputkiin asennetuilla loggereilla. Solinst Levelogger Gold Model 3001 pinnankorkeusmittari mittaa absoluuttista painetta. Mittausdatasta kompensoitiin ilmanpainedata, jolloin vesipatsaan korkeuden muutoksen aiheuttama paineenvaihtelu voitiin rinnastaa vedenpinnan korkeuden vaihteluun (Ala-aho 2010, 70). Pohjavedenpinnan tasot tarkastettiin säännöllisesti myös manuaalisella mittarilla, jotta loggereiden tulokset saatiin varmennettua (kuva 12). 25

Kuva 12. Pohjaveden pinnankorkeuden manuaalinen mittaus huhtikuu 2010. (Kuva Pertti Ala-aho 28.4.2010) 3.1.2 Virtaamien seuranta Tutkimusalueen ojavirtaamia seurattiin mahdollisimman tarkasti ja jatkuvatoimisesti. Kunnostusalueen ala- ja yläpuolelle ojiin mitoitettiin ja asennettiin kaksi mittapatoa. Patomittaukset mahdollistivat pohjavalunnan erottamisen virtaamista, ja näin pystyttiin arvioimaan purkautuvaa pohjavesimäärää. Luotettavimmat mittaustulokset saadaan alivirtaamakausina, kun pintavesien osuus virtaavasta vedestä on pieni. Kun vesi purkautuu puroon tai ojaan, Suomessa virtaaman mittaamiseen käytetään yleisesti V-aukkoista Thompsonin mittapatoa, kun virtaama on alle 1500 m 3 /d. Kolmiopadoilla voi mitata jopa 4000 m 3 /d virtaamia, mutta suuremmilla virtaamilla käytetään myös puolisuunnikasaukkoista Cipollet n mittapatoa tai siivikkomittausta. (Korkka-Niemi & Salonen 1996, 103 ja Mälkki 1999, 258) Tutkimuskohteesta on otettu mitoitusvirtaama siivikkomittauksella ja valuma-alue on pieni, joten suuria tulvahuippuja ei oleteta esiintyvän. Näin ollen virtaaman mittaamisessa käytettiin kolmiomittapatoa, jonka kärkikulma on 90 astetta. Aukon 26

koko mitoitettiin odotettavissa olevien virtaamavaihteluiden perusteella. Kolmiopadon syöksyaukko on esitetty kuvassa 13. Mittapatojen toteutus vaikuttaa virtaamadatan luotettavuuteen ja siihen, että patojen antamat virtaamat ovat keskenään vertailukelpoisia. Purkautumisaukko viistetään alavirtaan päin 45 kulmaan. Terävä aukon reuna ei aiheuta virtausprofiiliin häiriötä ja taipumista kuten tasainen kynnys aiheuttaisi. Mittapadon toimintaan virheitä aiheuttaa yleisimmin patoaukon jäätyminen, esteiden kulkeutuminen patoaukkoon, patoaltaan liettyminen sekä ohivuoto. (Mustonen ym. 1982, 58) Kuva 13. V-mittapadon alavirtaan päin viistetty patoaukko. (Kuva Pekka Rossi 26.5.2010) Mittapadon rakentaminen edellyttää uomalta riittävää kaltevuutta, joka sallii padotusta. Riittävänä kaltevuutena pidetään metrin putousta 100 metrin matkalla. Tällöin varmistetaan veden vapaa ylisyöksy kaikkina aikoina, ja alapuolista padotusta ei tapahdu esim. kevättulvien aikaan. Vapaan ylisyöksyn lisäksi kiinnitetään huomiota virtauksen lähestymisnopeuteen, patoseinien riittävään ulottuvuuteen uoman seinämiin sekä alapuoliseen eroosiosuojaan. (Reuna ym. 1984, 48) 27

Mittapatojen paikat valittiin rajaamalla tutkimuskohdetta suurimpien purkuaukkojen ojaosuudelle. Yläpuolen mittapadon paikka haluttiin mahdollisimman etäälle koekunnostusalueesta. Valitun sijoituspaikan kautta kulkee valuma-alueen selkeiden virtaamien uomaosuuksien vedet. Näin nähdään myös mahdolliset muutokset lähempänä harjua olevissa, pienemmissä purkuaukoissa. Paikka soveltuu hyvin padotukseen, sillä selkeän virtaaman uoma laskee tutkimusojaan usean kynnyksen kautta. Näin padotusta tapahtuu vain syvimmässä uomassa, ja metsän kuivatusta ei häiritä (kuva 14). Alajuoksun mittapadon paikka valittiin siten, että padotusta ei tule purkuaukkoiselle, koekunnostettavalle ojaosuudelle, jotta mittapadoilla saadaan häiriintymätöntä virtaamadataa myös kunnostustoimenpiteiden jälkeen. Kauempana alajuoksulla turvekerros on ohut ja mittapatoa ei asenneta mineraalimaahan. Mittapadon paikaksi valittiin etäisyyksiltään sopiva kohta. Kuva 14. Selkeän virtaaman uoma, joka johtaa vesiä harjulta päin ennen ja jälkeen v- mittapatojen asennuksen. (Kuvat 27.4.2010 ja 19.5.2010.) Mittapatojen suunnittelua varten oja vaaitettiin ja ojan varrelle laitettiin merkkipaalut 20 metrin välein (kuva 15) padotusmatkojen havaitsemiseksi ja vaaitustulosten käsittelyn helpottamiseksi. Paalut numeroitiin yhdestä kolmeentoista alajuoksun mittapadolta 28

lukien. Ojasta tehtiin mittapatojen kohdalta poikkileikkausprofiilit ja määritettiin mitoitusvirtaamat siivikkomittauksella. Vaaituksen tulokset on esitetty liitteessä 1. Kuva 15. Mittapatojen paikat sekä purkuaukot koekunnostusalueella. Vaaitustulosten avulla laskettiin teoreettinen padotusmatka ja mahdolliset padotuskorkeudet. Padotus suunniteltiin sellaiseksi, että mittapadot eivät häiritse metsän kuivatusta, mutta riittävä padotus turvaa vapaan ylisyöksyn ja riittävän pienen veden lähestymisnopeuden. Suositeltu padotus on noin 70 80 cm:ä patoaukon alimpaan kohtaan. Tästä voidaan kuitenkin tinkiä hyvin pienissä uomissa 20 30 cm:ä. (Mustonen ym. 1982, 58 ja Reuna ym. 1984, 48) Ojakaltevuudet I eri ojaosuuksille laskettiin jakamalla vaaitettu putous tarkastellulla matkalla, jolloin saadaan dimensioton kaltevuus. Padotusmatkat (6) ja korkeudet voidaan laskea sen jälkeen trigonometrisilla funktioilla. missä = x = padotusmatka [m] h p = padotuskorkeus [m] I = ojakaltevuus (6) 29

Esimerkiksi paalujen 1-3 välissä ojan kaltevuus on suuri, I = 0,031, joten teoreettisesti padotusmatka olisi 60 cm:n padotuksella 25,8 metriä. Kuvassa 16 on esitetty havainnekuva mittapadon aiheuttamasta padotusmatkasta. Teoreettisten padotusmatkojen perusteella mittapadot voidaan mitoittaa ja suunnitella valituille paikoille. Kuva 16. Teoreettinen padotusmatka alapuolen mittapadolla. Ylemmän mittapadon patolevyn dimensiot [cm] ja sen sijoittelu ojaprofiiliin nähden on esitetty kuvassa 17. Patolevy uppoaa ojan pohjalle ja reunoille, jolloin padotus on tiivis. Kuvassa 18 on toiminnassa oleva yläjuoksun mittapato. Alapuolen eroosiosuojana on käytetty suojakangasta ja isoja kiviä. Mittapatojen asennus on kuvattu liitteessä 2. Kuva 17. Yläjuoksun mittapato ja ojaprofiili. 30

Kuva 18. Yläjuoksun mittapato (Kuva 19.5.2010) Patoihin asetettiin anturikoteloihin Solinst Levelogger mittaamaan vedenkorkeuksia tunnin välein. Pinnan korkeus aukosta varmistettiin manuaalisesti säännöllisesti, jotta antureiden pinnankorkeusvaihtelut saatiin varmistettua ja data muunnettua patoaukon pohjasta mitatuksi vedenkorkeudeksi h, jonka jälkeen virtaamat laskettiin kaavalla (7). (Mustonen ym. 1982, 58 ja Reuna ym. 1984, 49) =0,0236 h (7) missä Q = virtaama [l/s] µ = purkautumiskerroin α = purkautumisaukon kulma (90 ) h = veden korkeus patoaukon pohjasta [cm] 31

Purkautumiskerroin µ saa arvon 0,60 silloin kun lähestymisnopeus aukkoon 0,3 m/s. Kun purkautumiskertoimen lisäksi purkautumisaukon kulma on määritelty 90 suuruiseksi, kaava sieventyy muotoon (8). =0,01416 h (8) Teoreettisten purkautumiskäyrien mukaan purkautumiskerroin µ saa arvon 0,585 silloin, kun vedenkorkeus patoaukon pohjasta on välillä 15 ja 20 cm. Tällöin kaava (8) saisi kertoimen 0,01381. Teoreettiset purkautumiskertoimet ovat kuitenkin hieman käytännön arvoja pienempiä, sillä virtauksella on aina alkunopeutta ennen ylisyöksyä. Näin ollen laskuissa käytettiin kertoimena kaavassa (8) esitettyä arvoa. (Mustonen ym. 1982, 58 ja Reuna ym. 1984, 49) Kaavalla (8) lasketut virtaamat muunnettiin yksikköön m 3 /d, jonka jälkeen virtaamadatasta erotettiin pohjavalunta (base flow). Pohjavalunta voidaan erottaa virtaamadatasta useilla menetelmillä. Tutkimuksen aikajaksolle sijoittui useita erilaisia sadantajaksoja, joten pintavalunnan, pintakerrosvalunnan ja pohjavesivalunnan erottaminen graafisesti ei ole järkevää. Pohjavalunnan määrittämisessä käytettiin rekursiivista digitaalista suodatinta (recursive digital filter), jonka kehittivät Lyne ja Hollick vuonna 1979 signaalien analysointiin. Matemaattinen algoritmi on esitetty kaavassa (9). missä = + (9) q = välitön valunta [m 3 /d] β = suodatusvakio Q = mitattu virtaama [m 3 /d] Rieger ja Olive (1986) esittivät algoritmiin tarkennuksia, jotta q ei saisi negatiivisia arvoja ja lasketut arvot eivät siirtyisi mitatun datan edelle. Negatiivisia arvoja ei esiinny kun q i 0. Sadantahuippujen siirtyminen estetään suodattamalla data vuorotellen aikajärjestyksessä sekä käänteisessä aikajärjestyksessä, siten että viimeinen suodatus tapahtuu aikajärjestyksessä. Kun data suodatetaan taaksepäin, tulee kaavaan (9) aikaaskelten (i-1) tilalle (i+1). (Rieger ym. 1986, Arnold ym. 1995) 32

Nathan ja McMahon esittivät 1990 algoritmin käyttöä virtaamadatan suodattamiseen. Pintavalunta vastaa korkean taajuuden signaaleja ja pohjavalunta matalan taajuuden signaaleja. Näin menetelmä toimii myös virtaamadatan analysoinnissa, vaikka menetelmällä ei olekaan varsinaisesti fysikaalista pohjaa. Nathan ja McMahon suosittelevat suodattamaan datan kolmesti (aikajärjestyksessä - käänteisessä aikajärjestyksessä - aikajärjestyksessä) käyttäen suodatusvakiona arvoa 0,925. (Rosenberry 2010, Arnold ym. 1995, Nathan & McMahon 1990) Pohjavalunta lasketaan kaavalla (10). = (10) Kun aikajakson pohjavalunta tiedetään, pystytään tilastollisesti tutkimaan ja vertailemaan esimerkiksi kunnostusta edeltävän ja seuraavan aikajakson tapahtumia paremmin. Pohjavalunnan osuus (11) virtaavasta vedestä määritetään pohjavaluntakertoimen (base flow index, BFI) avulla. Virtaamadataa on aikajaksolta 21.5.2010 klo 12 31.8.2010 klo 23 eli 102,5 vuorokauden ajanjaksolta. (Rosenberry 2010) missä = / (11) = = = = t = tarkasteltava ajanjakso [d] Vaikka pohjavalunta määritetään algoritmilla, on tärkeää vertailla sadantadataa virtaamadataan. Näin nähdään miten valunta reagoi sateisiin. Virtaaman vähenemistä tarkasteltiin esimerkiksi virtaaman trendejä tutkimalla. Trendien luomisessa käytettiin pienimmän neliösumman menetelmää. Virtaaman määrää ennen ja jälkeen kunnostuksen tutkittiin muun muassa pohjavalunnan keskiarvojen avulla. 33

3.1.3 Vedenlaadun seuranta Alueelta otettiin vesinäytteitä (sähkönjohtavuus, ph, nitriitti-nitraatti typpenä, fosfaatti fosforina, kloridi, piidioksidi ja kalsium) ennen ja jälkeen kunnostustoimenpiteiden. Vedenlaatuanalyyseilla tuettiin muita hydrologisia havaintoja, sillä veden kemiallisen koostumuksen avulla pystytään päättelemään sen pinta- ja pohjaveden suhdetta. Vesinäytteet otettiin viidestä kohteesta (kuva 19); molemmilta mittapadoilta, patojen välistä, padotuksen yläpuolelta sekä pohjavettä kuljettavan selkeän virtaaman uomasta rinteen ja kunnostusalueen välistä. Vedenlaatuanalyysien tulokset on esitetty liitteessä 3. Kuva 19. Vesinäytteiden ottopaikat. Sadeveden ja pohjaveden kemiallisella tilalla on sitä parempi vastaavuus mitä huokoisemman materiaalin läpi pohjavesi suotautuu. Pohjaveden kemiaan vaikuttaa ilmasto, geologia, merellisyys ja ihmistoiminta. Ilmaston ja ihmistoiminnan vaikutusta voidaan arvioida esimerkiksi nitraatin ja kloorin (NO 3, Cl) ja geologista rapautumista kalsiumin ja piidioksidin (Ca, SiO 2 ) avulla. Lisäksi nitraatti, sähkönjohtavuus ja kalsium voivat kertoa pohjaveden likaisuudesta ja suolaisuudesta. 34

Turvekerros vaikuttaa pohjaveteen vaikka vettä ei suotautuisi sen läpi merkittäviä määriä hiekkakerrokseen. Turvekerroksen eristävä vaikutus kuluttaa pohjavedestä hapen ja veteen liuenneiden yhdisteiden pitoisuudet voivat olla moninkertaiset vapaisiin pohjavesiesiintymiin nähden. Myös pohjaveden liikkeen nopeus vaikuttaa huomattavasti hydrogeokemialliseen tilaan. Yhdisteiden ainesmäärät ovat pienimmät lähteissä, joiden vesi vaihtuu nopeasti ja antoisuus on hyvä. Ojitus kasvattaa mm. nitraatti-, ammonium-, fosfaatti sekä kalsiumionien (NO - 3, NH + 3-4, PO 4 ja Ca - ) pitoisuuksia vedessä. Vapaata nitraattia on enemmän. Humus alentaa ojavesien ph:ta, mutta ojiin purkavalla pohjavedellä on päinvastainen vaikutus siihen liuenneiden emäskationeiden ja vetykarbonaattien takia. (Lahermo ym. 1990 ja 1996, Kvalheim 1967, 122 125) Fosfaattifosforilla tarkoitetaan liuennutta epäorgaanista fosforia ja levät käyttävät sitä. Sen pitoisuudet ovatkin erittäin pieniä levän tuotantokaudella. Mikäli levätuotanto on vähäistä pitoisuudet voivat karuissa vesissä olla 5-10 µg/l ja rehevissä vesissä 20-50 µg/l. Nitriitti ei ole pysyvä yhdiste, joten sen pitoisuudet ovat hyvin pieniä. Nitraatti on levien käytössä, ja sen pitoisuudet ovat levien tuotantokaudella pieniä. Karun veden nitraatti-nitriitti typpenä on alle 10 µg/l ja rehevän vesistön arvot ulottuvat yleisesti muutamasta kymmenestä muutamaan sataan µg/l:aan. (Oravainen 1999, 19-21) Tutkimusalueen ojavedestä on niin suuri osa pohjavettä, että veden kemiallista laatua vertailtiin sekä tyypillisiin lähteiden että purojen pitoisuuksiin (taulukko 2), jotka on esitetty Suomen geokemian atlaksessa (Lahermo 1990 ja 1996). Lisäksi vedenlaatua verrattiin Siirasoja 1 -seurantalinjan pohjavesiputkien vedenlaatuun. Taulukko 2. Lähteiden ja purojen tyypillisiä pitoisuuksia. lähteet purot happamuus ph 6,2 6,6 5,8 6,0 sähkönjohtavuus EC [ms/m] 3-4 4,4 6,9 nitriitti-nitraatti NO 3 -N typpenä NO 2 -N [µg/l] 1-100 fosfaatti fosforina PO 4 -P [µg/l] 5-50 kloridi Cl- [mg/l] 1-2 1,5 2,1 piidioksidi SiO 2 [mg/l] 11 14 kalsium Ca [mg/l] 3,0 6-8,4 35

3.2. Kunnostus Ojan kunnostuksen tavoitteena oli vähentää purkautuvan pohjaveden määrää. Metsän kuivatusta ei tutkimuksessa ollut tarkoitus häiritä, joten koko ojan täyttö turpeella ja alueen ennallistaminen suoksi ei ollut vaihtoehtona. Ojan täyttö ei myöskään välttämättä poistaisi ongelmaa, sillä turpeen ominaisuudet ovat muuttuneet kun suota on alettu kuivattaa, ja purkautuvan pohjaveden määrä voisi täytöstä huolimatta pysyä merkittävänä. Ojan täyttö osittain taas olisi vaikeaa, sillä virtaus ojassa on suuri. Sopiva täyttömassa voisi tulla kalliiksi, sillä täyttömaata tarvittaisiin ainakin sadan metrin matkalle nostamaan ojan pohjaa jopa metriä nykyistä korkeammalle. Ojitusten aikana nostettu turve on tiivistynyt ja kasvittunut, joten sitä ei pystyisi hyödyntämään täyttömassana. Purkuaukkojen eristäminen ja tukkiminen esimerkiksi bentoniitilla ei auttaisi tutkimuskohteessa, sillä paineellinen vesi löytäisi uudet purkautumisreitit entisten vierestä. Koko ojan eristäminen bentoniitilla olisi kallista ja vaatisi täyttömassaa bentoniitin päälle. Toteutukseltaan monimutkaista ja kallista menetelmää olisi vaikea soveltaa laajoilla alueilla, joihin on vaikea päästä. Kunnostusmenetelmäksi valittiin ojan vedenpinnan nosto, sillä syväksi kaivettu oja sallii padotusta metsän kuivatusta häiritsemättä. Vedenpintaa nostettiin murskeesta tehdyillä pohjapadoilla, jotka ovat yksinkertaisia ja halpoja toteuttaa. Pohjaveden ja ojaveden painekorkeuksien tasoittumisen oletettiin hillitsevän purkautuvan pohjaveden määrää. Näin on, jos pohjaveden purkautuminen aukoista rinnastetaan Torricellin ideaalinesteen purkautumiskaavaan (12), jossa ajavana voimana on painekorkeus vapaasta vesipinnasta katsottuna. (Mustonen ym. 1982, 172 173) = 2 h (12) missä Q = aukosta purkautuva vesimäärä [m 3 /s] µ = ulosvirtauskerroin A = purkuaukon pinta-ala [m 2 ] g = maan vetovoima [m/s 2 ] h = hydraulinen korkeus vapaasta vesipinnasta katsottuna [m] 36

Jos purkuaukon halkaisija olisi esimerkiksi 5 cm, purkautumiskertoimena käytettäisiin pyöristetyn aukon arvoa 0,95 ja purkautuvan pohjaveden hydraulinen korkeus olisi 1,5 metriä vapaata vesipintaa korkeammalla ennen kunnostusta ja 0,5 metriä korkeammalla kunnostuksen jälkeen, saadaan kaavalla (12) laskettua purkautuvalle vedelle määrät 8,74 m 3 /d ja 5,05 m 3 /d. Ojaveden eli vapaan vedenpinnan nostolla voidaan siis teoreettisesti vähentää purkautuvan veden määrää. 3.2.1 Padotuksen suunnittelu Patojen suunnittelun lähtökohtana oli tutkimusalueen suurimpien purkuaukkojen sijainti, jotka ovat lähellä toisiaan. Ojaveden ja pohjaveden hydraulisten gradienttien ero tunnettiin aukkojen kohdalla karkeasti, sillä pohjavesiputki Siirasoja 1 hiekka sijaitsee aukkojen vieressä. Näin ollen padotuksen vaikutus purkuaukkoihin voitiin havaita, vaikka tutkimusalue on rajattu. Patojen lukumäärä riippuu padotuksesta. Alin pato sijoitettiin paalujen 3 ja 4 väliin, jolloin ojan hydraulinen gradientti nousee läheisen purkuaukon kohdalla. Ojan kaltevuus paalun 5 ja alimman padon välissä on huomattava, I = 0,011, joten padotus ei ulotu pitkälle. Näin ollen toisella padolla nostettiin hydraulista gradienttia paalun 5 kohdalla ennen seuraavia purkuaukkoja. Teoreettista padotusmatkaa (6) tarkastelemalla varmistettiin, ettei kolmatta patoa tarvita ja padotus ei ulotu ylemmälle mittapadolle. Pohjaveden ja ojaveden hydraulisten gradienttien ero pohjapadon 2 kohdalla on noin 1,5 metriä. Jotta oja säilyttää kuivatusominaisuutensa ja vettä ei padoteta sarkaojiin, padotus voidaan toteuttaa noin metrin korkuisena. Tällöin myös kokoojaojassa vesipinta on vähintään kuivatuksen turvaavan 40 cm:n syvyydellä, ja vesien johtaminen Siirasojaan ei häiriinny (Pajula & Järvenpää 2007, 25). Patojen suunnittelua ja mitoitusta rajoittaa ojan painuva turvepohja. Turpeen kantavuutta on vaikeaa arvioida ja patojen suunnittelussa varauduttiin painumiseen jättämällä rakenteeseen korotusvaraa. Turve tiivistyy painuessaan ja sen kantavuus lisääntyy. Turvepaksuus ojan pohjalta mineraalimaahan patojen kohdalla on arviolta 2,0 2,5 metriä. Turpeen lujuus pienenee usein syvyyden kasvaessa, sillä turpeen kuitumaisuus vähenee ja amorfisuus lisääntyy. Se miten alla oleva mineraalimaa 37

vaikuttaa turpeen kantavuuteen on vaikeasti ennustettavissa (Munro & MacCulloch 2006, 8). Patomateriaalien ja -rakenteiden valintaan tuo rajoitteita lisäksi painavien massojen tuonti ja käyttö paikalla, metsäuran kantavuus sekä kesällä vallitsevat sääolosuhteet. Ojaan rakennettu pohjapato estää ojaseinämien sortumista ja kiintoaineksen kulkeutumista. Alemman pohjapadon eroosiosuojaus, alapuolinen kiviluiska, tehtiin riittävän loivaksi, jotta ojaveden gradientin lasku ei ole liian äkillinen ja aiheuta ohivirtauksia sekä turpeen syöpymistä. Ylemmän pohjapadon rakenne voitiin suunnitella jyrkemmäksi alapuolisen padotuksen ansiosta. Padot suunniteltiin sellaisiksi, että vesi virtaa niiden yli hallitusti, eikä liikuta verhoilukiviä. Padon yläpuolelle kerääntyvä kiintoaine lisää kasvillisuutta, joka voi lisätä padotusta. Näin ollen padotuskorkeutta täytyy tarkkailla, sillä se voi pienentyä painumisen seurauksena tai kasvaa roskittumisen ja kasvillisuuden vuoksi. (Jormola ym. 1998, 34 ja Järvelä 1998, 42). Teoreettista padotusmatkaa tarkastelemalla varmistettiin, että ojaan tarvittiin kaksi pohjapatoa. Ojan kaltevuuksiin perustuva padotusmatka metrin padotuskorkeudella on esitetty kuvassa 20. Taulukossa 3 on ilmoitettu teoreettiset ja toteutuneet padotuskorkeudet. Ojan kaltevuudet ja vaaitustulokset on esitetty liitteessä 1. Kuva 20. Laskettu padotus. 38

Taulukko 3. Lasketut ja toteutuneet padotuskorkeudet. Paikka Laskettu padotus [m] Toteutunut padotus [m] huomioita paalu 3-4 1,00 0,95 Pato 1 paalu 5 0,66 0,70 Pato 2 1,00 0,95 Padon jälkeen paalu 6 0,74 0,78 paalu 8 0,51 0,55 5 m ennen paalua paalu 11-12 0,24 0,31 lännen purkuaukko paalu 13 0,07 - yläjuoksun mittapato Yläjuoksun mittapadolle ei synny alapuolista padotusta. Todellinen padotusmatka oli teoreettista lyhyempi. Periaatteessa pato 1 nostaa vedenpintaa metrillä, jolloin padolla 2, 30 metrin etäisyydellä, on alapuolista padotusta 0,66 metriä. Suurimmat purkuaukot ovat padon 1 ja paalun 6 välissä. Paalulla 6 olisi laskettuna 0,74 metriä vettä. Läntisin purkuaukko on paalujen 11 ja 12 välissä. Kahdella padolla pystyttiin siis vaikuttamaan tutkimusalueen kaikkiin purkuaukkoihin lännen purkuaukkoa lukuun ottamatta. Padot asennettiin vasta kun mittapadoilla oli mitattu useampi sadejakso. Näin dataa analysoimalla saatiin erotettua valuma-alueen kuivatusvedet purkuaukkojen vesistä. Patojen rakenteen suunnittelua rajoitti painavien massojen kuljetus tutkimusalueelle, materiaalikustannukset ja turpeen painuminen. Patojen rakenne täytyi suunnitella sellaiseksi, että asennus kohteeseen, jossa virtaa paljon vettä, oli mahdollisimman helppoa. Rakenne ja materiaalit puolestaan suunniteltiin sellaisiksi, että vesi pääsee virtaamaan padon yli vapaasti. Patojen ytimen tuli olla painava, jotta se kestäisi patoa vasten tulevan veden paineen. Padoilla voidaan nostaa vedenpintaa korkeintaan metrillä, jotta metsän kuivatusta ei häiritä ja vesi ei nouse sarkaojiin. Painuvalle pohjalle perustettava pato suunniteltiin sellaiseksi, että patoa on mahdollista korottaa tarvittaessa. Suunnitelmassa mukaillaan maarakenteista pohjapatotyyppiä, jossa on käytetty tiivisteosaa, suodatinkangasta ja tukiosassa karkeaa materiaalia sekä eroosiosuojauksessa kiveä. (Maijala ym. 1985, 107) Padon 1 rakenne sivusta katsottuna on esitetty kuvassa 21. Padotuspuolen kaltevuus on 2:1 kun taas eroosiosuojauksen toteutuksen helpottamiseksi alapuolinen kaltevuus on 1:1. Itse eroosiosuojaus tehtiin riittävän loivaksi asennusvaiheessa. Massoja varattiin riittävästi, jotta on mahdollista saavuttaa kaltevuus 1:5. 39

Kuva 21. Padon 1 leikkausprofiili sivusta. Jotta painavaa tuki- ja kiviverhoilumateriaalia tarvitsee tuoda paikalle mahdollisimman vähän, rakennetaan puusta ja metalliverkosta ojan pohjalle asetettava häkki. Kun tukiosan materiaali asetetaan häkin sisään, haluttu padotuskorkeus saavutetaan pienemmillä massamäärillä. Tukiosan tilavuus mitoitettiin sellaiseksi, että tukimassa kestää patoa vasten tulevan kuormituksen. Pato 2 on esitetty kuvassa 22. Padon luiskat ovat jyrkemmät kuin padossa 1, sillä alapuolinen padotus tukee rakennetta ja pato toteutetaan molemmilta puolilta kaltevuudessa 2:1. Kuva 22. Padon 2 tukiosan rakenne mukailee ojaprofiilia ja on sivusta katsottuna kaltevuudessa 2:1. (Kuva 16.8.2010) 40

3.2.2 Padotuksen toteutus ja vaihtoehtoiset padotustavat Padon materiaaleiksi valittiin tiivisteosaan kuormauspeite, joka on helppo kiinnittää haluttuun padotuskorkeuteen asennusvaiheessa. Kuormauspeite, suodatinkangas sekä metalliverkko niitattiin puiseen kehikkoon. Metalliverkoksi valittiin pistehitsattu teräksinen rappausverkko, jonka silmäkoko on 19 19 mm. Tukimateriaaliksi valittiin helposti lapioitava, 16 31 mm:n murske. Padon 1 eroosiosuojaksi tuli kiviverhoilu isoista luonnonkivistä. Vesi saa virrata padon läpi asennusvaiheessa. Mursketta varattiin kahteen patoon noin 5 m 3 ja kiviä eroosiosuojaukseen noin 2 m 3. Patojen asennus aloitettiin ylemmästä padosta. Ilman eroosiosuojausta toteutettava pato pyrittiin asentamaan veden virratessa rakenteen läpi. Häkin sisälle lapioitu murske ja alaosastaan kiinnitetty kuormauspeite mahdollistivat hitaan ja hallitun patoaltaan täyttymisen. Padotuskorkeus asetettiin noin 95 cm:iin ja vesi virtasi padon yli toivotulla tavalla. Eroosiosuojauksen puute ja jyrkkä alapuoli mahdollistivat kuitenkin, että vesi syövytti reitin padon ohi maatumattoman ja maatuneen turpeen väliseen kerrokseen. Padotuskorkeus laski 80 cm:iin ja ohisyöksykanava oli pieni. Alapuolisen padon asennus aloitettiin tekemällä osittainen eroosiosuojaus. Näin varmistettiin, että vesi ei syövytä reittejä padon ohi. Myös yläpuolisen padon ohisyöksy hidastui alapuolisen padotuksen saavuttaessa patoa. Ohisyöksy estettiin myös tukkimalla reitti suodatinkankaalla ja kivillä. Alapuolisen padon asennuksen alkuvaihe on esitetty kuvassa 23. 41

Kuva 23. Pato ja eroosiosuojaus asennusvaiheessa. (Kuva 15.7.2010.) Padotuskorkeus asetettiin molemmissa padoissa noin 95 cm:iin, jotta verkon roskittuminen tai rankkasateet eivät nosta padotusta yli metrin. Padotus ulottui paalujen 11 ja 12 väliin. Toteutuneet padotuskorkeudet on esitetty taulukossa 3. Toteutuneet padotuskorkeudet ovat hieman teoreettisia korkeampia, sillä teoreettisissa laskelmissa oli huomioitu vain ojan kaltevuudet eikä ojan pohjan vesipatsasta. Vesi ei noussut alueen sarkaojiin. Valmiit padot on esitetty kuvassa 24. Molemmissa häkeissä on korotusvaraa, mikäli padotuskorkeus laskee ajan kuluessa. Patojen yli virtaavaa vettä ohjattiin keskelle patoja elokuussa häkkeihin tehtyjen aukkojen avulla. Näin reunoille ei pääse syntymään ohivirtauskanavia. Tästä aiheutuva padotuksen lasku huomioitiin tuloksia tarkastellessa. 42

Kuva 24. Patojen etäisyys toisistaan on 30 metriä. (Kuva 15.7.2010.) Padotus tuli edulliseksi valituilla materiaaleilla. Materiaalit maksoivat patoa kohden noin 293 euroa. Töineen patoaminen maksoi noin 660 euroa patoa kohti. Edullisuuden lisäksi valittu padotustapa oli asennukseltaan yksinkertainen ja nopea. Jos kunnostuksia toteuttaisi pienemmällä padotuskorkeudella ja paikoissa, jossa virtaamat eivät olisi tutkimusalueen suuruisia, padotusmateriaaleina voitaisiin käyttää esimerkiksi olkipaaleja, padotusalueelta löytyviä maamassoja tai puupalkkeja. 3.3 Mallinnus Mallinnuksessa varmistettiin hiekkakerroksen pohjaveden liikkeitä. Harjualueen reuna on topografialtaan jyrkkä ja pohjavedenpintaa ja pohjaveden gradienttia tarkasteltiin harjulta Siirasojalle saakka. Mallinnuksella varmistettiin oletukset paineellisen ja vapaan akviferin sijainneista. Ojitus vaikutti pohjaveteen ja mallinnuksella nähdään muutokset pohjavedenpinnan tasossa. Pohjavesimallin laatimisessa käytetään 43

MODFLOW -koodia, ja mallinnus toteutetaan GMS -käyttöliittymällä. Mallinnus toteutetaan Ympäristöopas 121:n ja GMS 7.0 Tutorials materiaaleissa esitettyjen ohjeiden mukaisesti. (Seppälä ym. 2005, Aquaveo TM 2010) Maastotutkimuksilla kartoitettiin yleisesti alueen ominaisuuksia kuten ojien ja kartografisten kohteiden paikkansapitävyyksiä. Mallinnuksessa huomioitiin vain ojat, jossa virtaa huomattavasti pohjavettä. Mallinnusta varten tarvittiin useita geologisia ja hydrologisia lähtötietoja, joita on selvitetty tutkimuksen aikana ja sitä ennen. Alueen kerrosominaisuuksia kartoitettiin muun muassa maatutkamittauksilla. Alueen hiekan ja turpeen tunnetut kerrospaksuudet muutettiin kolmiulotteiseksi aineistoksi. Maanmittauslaitoksen korkeusrasteriaineiston ja turvepaksuusrasteriaineiston avulla saatiin GIS ja GMS -ohjelmilla luotua mallinnettava 3D-hilaikko. Kallion taso määritettiin kesällä 2009 tehtyjen harjun syväkairausten tuloksista. Mallinnettavan alueen koordinaatistot siirrettiin paikkatieto -ohjelmasta (ArcGIS) GMS:ään. Harjun pohjavesiputkien asennuksessa saadut kairausnäytteet olivat pohjana hiekkakerroksen ominaisuuksien selvittämisessä. Kuvassa 25 on esitetty mallinnushilaikko. N - 120 N60-100 N60 Kuva 25. Rinteen profiili. Solukoko 20 metriä. - 77 N60 44

Mallia varten seurattiin alueen pohjavedenpintoja ja ojien hydrologiaa. MODFLOW olettaa, että ojiin purkautuu vettä silloin, kun pohjaveden pinta on ojasolussa korkeammalla kuin ojan pohja. MODFLOW laskee purkautuvan vesimäärän ojasoluun kertomalla pohjaveden ja ojaveden gradienttieron ojanpohjan vedenjohtavuudella sekä ojan pituudella kyseisessä solussa. Eri kerrosten vedenjohtokyky K määritettiin lähtötietoina ja MODFLOW laski transmissiviteetin kaavalla (2). Tehokas huokoisuus oletettiin mallinnuksessa olevan hiekalle yleinen 0,3. Mallinnuksessa kerrostyyppi voi olla kumpi tahansa, vapaa tai paineellinen. Näin saadaan mallinnuksella varmistettua oletukset akviferin luonteesta. K:n arvot hiekkakerrokselle arvioitiin Siiras 1 harju -putken kairauksissa saatujen maanäytteiden raekokoanalyysien avulla. Hiekkakerros jaettiin kahteen kerrokseen mallinnuksen helpottamiseksi. Kuvan 26 perusteella harjun hiekka on raekooltaan noin 0,06-0,6 mm. Tällöin likimääräinen vedenjohtavuus on 5 10-5 -1 10-3 m/s eli 4,3 85 m/d. (Mälkki 1986, 112) Lajitteen määrä [%] 120 100 80 60 40 20,1-21,1 m 60-61 m D50 20 0 0,0625 0,125 0,25 0,5 1 2 4 Raekoko [mm] kuva 26. Hiekan raekokojakauma. Turvekerroksen K:n arvona käytetään infiltrometrimittauksissa Siirasoja 1 hiekka - putken läheisyydestä metrin syvyydestä mitattua johtavuutta. Arvo vastaa parhaiten paksun turvekerroksen alempien kerrosten vedenjohtavuutta. Turvekerroksen pinta, joka 45

johtaa hyvin vettä vaikuttaa sadeveden imeytymiseen, mutta mallinnuksen kannalta on tärkeää turvekerroksen suhde hiekkakerrokseen ja tiiviin vettä heikosti läpäisevän kerroksen aiheuttama paine hiekkakerroksen vedelle. Mallinnuksessa käytetyt vedenjohtavuusarvot on esitetty taulukossa 4. Taulukko 4. Mallinnettujen kerrosten vedenjohtavuusarvot. kerros maa-aines syvyys [N60] vedenjohtavuus K [m/d] 1 turve 0,005 2 hiekka ~100 120 8 3 hiekka 77 100 8 Hiekkakerros on homogeeninen ja isotrooppinen, joten mallinnuksessa vertikaalinen anisotropia saa arvon 1. Imeytymisen arvo on arvioitu vuotuisen sadannan ja haihdunnan perusteella, jolloin se on noin 300 mm/a = 0,00082 m/d. Imeytymispaikat rajattiin harjulle, sillä turvekerrokseen imeytyvää vettä ei työssä erikseen mallinnettu. Turvekerroksen pohjavesisysteemi on mallinnuksen kannalta monimutkainen, sillä pintakerrokset johtavat vettä, kun taas tiivis turpeen alaosa eristää hiekkakerroksen vettä. Mallinnuksessa turvekerrosta ei jaettu osiin, joten mallinnuksessa huomioitiin vain sen eristävä vaikutus. Mallinnettava alue rajattiin ojitusalueiden mukaan, jolloin reunoille määritettiin ei virtausta -tilanne reunaehdoksi. Tiedetään että vesi virtaa ojitusalueiden reunalla hilaikon suuntaisesti. Siirasoja oletetaan vakiovedenkorkeustasoksi (constant head), sillä Siirasojan vedenpinta pysyy suhteellisen tasaisena ja alueen voidaan olettaa olevan vedenkorkeudelle alisteinen. Kallion pinta rajaa mallille pohjan tasossa 77 N60. Kuvassa 27 on esitetty mallinnusalueen rajat. 46

Siiras 1 hk Siiras 1 hk 2 Siiras rinne Siiras harju N Kuva 27. Mallinnushilaikko. Ylhäällä Siirasoja, pisteillä pohjavesiputket. Ympyröitynä tutkimuskohde. Solukoko 20 20 metriä. Mallinnus tehtiin steady-state tilanteessa. Tämä vastannee hyvin todellistakin tilannetta, sillä pohjaveden korkeudet vaihtelivat suhteellisen vähän ja tasojen keskinäinen gradienttiero pysyi samana. Mallin kalibroinnissa käytettiin havaintokaivojen arvoja. Mallia muokattiin siten, että pohjavedenpinnat vastaavat pohjavesiputkissa mitattuja arvoja. 47

4 Tulokset ja niiden tarkastelu Pohjavedenpinta nousi padotusalueen vieressä hiekkakerroksessa kunnostuksen jälkeen 20 cm. Patojen alapuolella ojissa virtaava pohjavesimäärä väheni kunnostuksen jälkeen noin 500 m 3 /d. Vedenlaatuanalyysit tukivat päätelmiä pohjaveden purkautumisesta ojiin. Pohjaveden virtausreitit muuttuivat kunnostuksen jälkeen ojitusverkoston latvaalueilla, missä havaittiin mm. kulkeutunutta hiekkaa ja pohjavesivaikutteisen kasvillisuuden voimistumista. Mallinnuksella varmistettiin pohjaveden akviferityypit tutkimusalueella. 4.1 Hydrologia ja vedenlaatu Pohjavedenpinnan vaihteluihin tutkimusalueella vaikutti putkien sijainti ja sääolot (kuva 28). Pohjavedenpinta myötäilee maaston muotoja siten, että akviferin pinta on korkeimmalla harjun alla. Pohjavesi virtaa harjulta kohti pienempää gradienttia. Hiekkakerrokseen asennettujen pohjavesiputkien tasot ovat pysyneet tasaisina tarkastelujakson aikana. Turvekerroksen pohjavedessä (tv) on nähtävissä selvästi talvien tasaisen pohjavedenpinnan jaksot, keväiden lumensulanta sekä kesien ja syksyjen pohjavedenpintaa nostattavat sadejaksot. Myös hiekkakerroksen pohjavedet nousevat hieman lumen sulannan ja sateiden vuoksi. Patojen vieressä, hiekassa sijaitsevan pohjavesiputken (Siiras 1 hk 1) vedenpinnan taso nousi huomattavasti padotuksen seurauksena. Samaan aikaan vertailualueella Siirasoja 2 -seurantalinjan (kuva 29) turpeen alle hiekkaan asennetun pohjavesiputken vedenpinta laskee sateettoman jakson aikana. Patojen asennuspäivät on ympyröity kuvissa 28 ja 29. Siirasoja 2 hiekka -putken pohjavedenpinta reagoi sadantaan ja haihduntaan selkeämmin kuin Siirasoja 1 hiekka -putken pohjavedenpinta, sillä Siiras 1 hiekka - putken päällä on paksumpi turvekerros eristämässä. 48

131,0 130,0 Metriä merenpinnasta N60 129,0 128,0 127,0 126,0 125,0 124,0 Siiras 1 harju Siiras 1 rinne Siiras 1 hk 2 Siiras 1 hk 1 Siiras 1 tv 123,0 122,0 28.11.08 30.1.09 3.4.09 5.6.09 7.8.09 9.10.09 11.12.09 12.2.10 16.4.10 18.6.10 20.8.10 Päivämäärä Kuva 28. Siirasoja 1 -seurantalinjan pohjavesiputkien vedenpinta sekä sijainti havainnekuvassa. Ympyröitynä patojen asennuspäivät. Metriä merenpinnasta N60 133,0 131,0 129,0 127,0 125,0 123,0 121,0 119,0 117,0 Siiras 2 harju Siiras 2 rinne Siiras 2 hk 115,0 28.11.08 30.1.09 3.4.09 5.6.09 7.8.09 9.10.09 11.12.09 12.2.10 16.4.10 18.6.10 20.8.10 Päivämäärä Kuva 29. Vertailualueen Siirasoja 2 -pohjavesiputkilinjan pohjaveden pinnat. Putket Siiras 2 harju, Siiras 2 rinne sekä Siiras 2 hiekka sijaitsevat tutkimusalueesta itään (kuva 11) ja putket myötäilevät harjun profiilia kuten Siirasoja 1 -seurantalinjan putket. 49

Tutkimuksen aikana 1.5. 31.8.2010 havaittiin patojen viereisessä Siiras 1 hiekka - pohjavesiputkessa kolme alueen hydrologiasta ja patojen asennuksesta poikkeavaa pohjavedenpinnan muutosta (kuva 30). Siirasoja 1 hiekka -putken pohjaveden pinnankorkeuksia verrattiin Siirasoja 2 rinne -putken pohjaveden pinnankorkeuteen. Kunnostuksella ei oleteta olevan vaikutusta Siirasoja 2 rinne -putken käyttäytymiseen etäisyyden vuoksi. Koekunnostus toteutettiin asentamalla 14.7. ja 15.7. padot tutkimusojaan (laatikko 1). Padotus nosti pohjavedenpintaa tutkimusalueen alla olevassa hiekkakerroksessa noin 20 cm. Pohjaveden pinta jatkoi nousua (laatikko 2), sillä padon eteen kertyneet roskat nostivat padotuskorkeutta. Roskat poistettiin 6.8., jolloin padotuskorkeus laski noin 10 cm:llä vaikuttaen pohjaveden pintaan (laatikko 3). Patojen verkkoihin tehtiin 16.8. keskelle virtausaukot, jotta roskittuminen ei lisää padotusta. Padotuskorkeus laski noin 10-15 cm ja pohjavedenpinta laski noin 5 cm (laatikko 4). 124,40 124,30 Siiras 2 rinne Siiras 1 hk 1 3 4 Metriä merenpinnasta N60 124,20 124,10 124,00 123,90 2 123,80 123,70 1.5.10 15.5.10 29.5.10 12.6.10 26.6.10 10.7.10 24.7.10 7.8.10 21.8.10 Kuva 30. Siirasoja 1 hiekka putken pohjaveden pinta verrattuna Siirasoja 2 rinne putken pinnankorkeuteen tutkimusaikana 1.5. 31.8.2010. Padotuksesta johtuvat pohjavedenpinnan muutokset merkitty laatikoilla 1-4. Padotuksen vaikutusmatkaa harjulle päin tutkittiin vertailemalla Siirasoja 1 seurantalinjan pohjavedenpinnan tasoja (kuva 31). Padotuksen vaikutusmatka on ainakin 180 metriä, sillä Siirasoja 1 hiekka 2 -putken pohjavedenpinta nousee noin 1-1,5 cm. 50

124,40 125,90 124,30 y = -0,0014x + 179 125,80 Metriä merenpinnasta N60 124,20 124,10 124,00 Siiras 1 rinne Siiras 1 hk 1 (vasen akseli) Siiras 1 hk 2 (oikea akseli) y = 8E-05x + 123 125,70 125,60 125,50 Metriä merenpinnasta N60 123,90 125,40 123,80 125,30 5.7.10 7.7.10 9.7.10 11.7.10 13.7.10 15.7.10 17.7.10 19.7.10 21.7.10 Päivämäärä Kuva 31. Siiras 1 rinne, hiekka 1 sekä hiekka 2 -pohjavesiputkien vedenpinnankorkeudet 5.7. 21.7.2010. Kuvassa merkittynä patojen asentaminen. Siiras 1 rinne -putken pohjavedenpinta reagoi vuorokausittaiseen haihduntaan selkeämmin kuin hiekka -putkien pohjavedenpinnat, sillä rinneputken kohdalla eristävää turvekerrosta ei ole. Pinnankorkeudet ovat päivällä hieman matalammat, kun haihdunta on voimakkainta. Vuorokausittaiset pinnankorkeushuiput sijoittuvat aamuyöhön. Kuvassa 32 on tarkasteltu miten kunnostusaluetta lähimpänä olevat Siiras 1 hiekka ja Siiras 1 turve -putkien pohjavedenpinnat reagoivat sadantaan. Padotuksella ei ollut vaikutusta turvekerroksen pohjaveteen. Turvekerros ei siis vettynyt ja ojitusalueen kuivatus toimii padotuksesta huolimatta. Turvekerros vettyy selkeimmin silloin kun sateen intensiteetti on suuri tai sadantajakso on pitkä. Tällöin turvekerroksen paino kasvaa ja tämä voi osaltaan nostaa hiekkakerroksen painekorkeutta ja näin pohjavedenpintoja. Tämä on nähtävillä erityisesti elokuun 8.-10. päivän rankkojen sateiden aikaan. Aluksi turvekerroksen vesi reagoi sateeseen viiveellä hitaan vedenjohtavuuden vuoksi, mutta vettynyt turve reagoi sateisiin ilman viivettä. 51

124,20 124,00 1 2 3 30 25 Metriä merenpinnasta N60 123,80 123,60 123,40 Sadanta Siiras 1 hk Siiras 1 tv 20 15 10 Sadanta [mm] 123,20 5 123,00 1.5.10 15.5.10 29.5.10 12.6.10 26.6.10 10.7.10 24.7.10 7.8.10 21.8.10 Päivämäärä 0 Kuva 32. Siiras 1 hiekka ja turve -pohjavesiputkien pinnankorkeudet ja alueellinen sadanta. Kuvassa merkittynä patojen asentaminen (laatikko 1) ja roskien poisto (ympyrät 2 ja 3). Mittapadoilta loggereista saadut vedenpinnankorkeudet kompensoitiin vastaaman vesipatsaan korkeutta patoaukon pohjasta pintaan, jonka jälkeen mittapatojen virtaamat laskettiin kaavalla (8). Virtaama-aineistosta on kompensoitu pois esimerkiksi patojen roskien poistosta aiheutuneet selvät, lyhytkestoiset virtaamapiikit. Virtaamien pohjavalunnat laskettiin kaavalla (10). Kuvassa 33 on esitetty mittapadoilta mitatut virtaamat sekä laskettu pohjavalunta. Pohjavalunta-algoritmi tasoitti sadepulssit, ja pohjavalunta-arvoista voidaan arvioida virtaamien suuntia luotettavammin kuin mitatusta aineistosta. Mittapatojen virtaamien ero on selkeästi pienempi padotuksen jälkeen. Jos pohjavaluntojen keskiarvoja tarkastellaan molemmilla padoilla ennen ja jälkeen kunnostuksen, havaitaan, että yläpuolen mittapadon pohjavalunta on samansuuruinen ennen ja jälkeen kunnostuksen kun taas alapuolen pohjavalunta pienenee 500 m 3 /d. Virtaaman vähenemistä tutkitaan pohjavalunnan avulla, jotta esimerkiksi elokuun rankkojen sateiden vaikutus ei olisi niin merkittävä, ja arvio kertoo nimenomaan pohjaveden määrän vähentymisestä. Vähenemä on merkittävä jos verrataan, että harjun pohjaveden otto 2000-luvulla on ollut noin 155 m 3 /d. Pohjavaluntojen välinen erotus (kuva 34) osoittaa alapuolen mittapadon virtaaman pienentymisen kunnostuksen jälkeen. 52

7000 6000 5000 Q_ylä Q_ala b_ylä b_ala sadanta 350 300 250 Virtaama [m 3 /d] 4000 3000 y = -8,8x + 358193 200 150 Sadekertymä [mm] 2000 100 1000 50 y = -0,2x + 7801 0 0 20.5.10 3.6.10 17.6.10 1.7.10 15.7.10 29.7.10 12.8.10 26.8.10 Päivämäärä Kuva 33. Virtaaman väheneminen padotuksen seurauksena. Padotusalueen yläpuolisen ja alapuolisen mittapadon virtaamien ero ennen kunnostusta on tasainen. Kunnostuksen jälkeen padotusalueen alapuolen mittapadolla virtaa aiempaa vähemmän pohjavettä. Tämä näkyy myös pohjavalunnan trendeissä. Kuvassa ympyröitynä patojen asennus. 2000 Virtaama [m 3 /d] 1500 1000 500 0 20.5.10 3.6.10 17.6.10 1.7.10 15.7.10 29.7.10 Päivämäärä 12.8.10 26.8.10 Kuva 34. Kunnostusalueen ylä- ja alapuolisen pohjavalunnan välinen erotus. Ympyröitynä kunnostus. Pohjaveden pinnoissa havaittu vuorokausivaihtelu näkyy erityisen selkeästi virtaamaaineistossa. Yöllä vettä haihtuu vähemmän, jolloin turve on painavampaa. Se kasvattaa osaltaan hiekkakerroksen pohjaveden painetta. Näin pohjavettä purkaa enemmän ojaan yöllä ja virtaamadatan vuorokausittaiset huiput ovat aamuyöllä klo 5:00. Ennen 53

alapuolen mittapatoa oja on leveämpi ja siinä virtaa enemmän vettä. Näin haihdunta vaikuttaa virtaamadataan myös suoraan selkeämmin alapuolen kuin yläpuolen mittapadolla. Tutkimus on suoritettu alivirtaamakaudella, jolloin virtaamasta merkittävä osuus on pohjavettä. Pohjaveden osuutta tutkitaan laskemalla aineistolle pohjavaluntakerroin kaavalla (11). Koko jakson pohjavaluntaindeksi molemmilla padoilla oli yli 90 %, joten suurin osa tutkimusojassa virtaavasta vedestä on pohjavettä. Vaikka virtaama ei kasvanutkaan tutkimusaikana tilastollisesti merkittävästi yläpuolen mittapadolla, voi virtaama vielä tutkimusjakson jälkeen kasvaa, kun virtausreitit muokkautuvat ja lähempänä rinnettä purkaa mahdollisesti aikaisempaa enemmän pohjavettä. Taulukossa 5 on esitetty pohjavaluntakertoimet. Kunnostusalueella olevat suuret purkuaukot vaikuttaisivat ojaveden pohjaveden osuuteen nostavasti pohjavaluntakertoimien perusteella Taulukko 5. Pohjavaluntakertoimet ennen kunnostusta kunnostuksen jälkeen koko aikajakso Yläpuolen mittapato 0,91 0,89 0,91 Alapuolen mittapato 0,94 0,91 0,93 Pohjavaluntaindeksit eivät ole absoluuttisia, sillä esimerkiksi elokuun rankkasade muuttaa kunnostuksen jälkeistä arvoa huomattavasti ja laskee pohjaveden osuutta. Näin ollen pohjaveden osuuden vähenemistä ojassa ei voida todistaa ainoastaan pohjavaluntaanalyysillä. Pohjaveden osuutta ojassa arvioitiin myös vedenlaatuanalyysien avulla. ph Tutkimusojan vesi oli vertailuna käytettyjä puroveden arvoja neutraalimpi ennen kunnostusta. Siirasoja 1 hiekka -putken veden ph oli korkein (8,0) mitatuista happamuuksista. Ojiin siis purkaa huomattava määrä pohjavettä. ph arvon lasku kunnostuksen jälkeen kunnostusalueella johtuu padotuksesta, joka lisää pintaveden määrää ja pohjaveden kontaktia turpeen kanssa. Kunnostuksen jälkeenkään ojavesi ei ole yhtä hapanta kuin turvekerroksesta otettu näyte. 54

EC eli sähkönjohtavuus ennen kunnostusta lähellä harjua vastaa lähdearvoja ja kunnostusalueella taas puroarvoja. Ennen kunnostusta sähkönjohtavuus kasvaa tasaisesti mitä pidemmälle alajuoksua mennään. Kunnostuksen jälkeen alajuoksun sähkönjohtavuuden arvot ovat pienentyneet. N Typen arvot pienentyvät huomattavasti. Kunnostuksen jälkeen arvot vastaavat karun veden ja pohjaveden arvoja. Turveveden pitoisuus on korkeampi. P Fosforipitoisuudet ovat pienentyneet kunnostusalueella. Pitoisuudet ovat turvekerroksen pitoisuuksia matalampia. Cl - Tutkimusalueella pitoisuudet pysyivät lähteiden ja pohjavesinäytteiden arvoja vastaavina. Turveputkesta otetussa vedessä kloridipitoisuus oli korkeampi kuin ojavedessä. SiO 2 Tutkimusalueella piidioksidin arvot pysyivät lähdearvoja ja Siirasoja hiekka putken arvoja vastaavina. Turveveden piidioksidi oli huomattavasti pienempi. Tämän perusteella voidaan sanoa, että turvekerroksessa on oma vesikerroksensa. Ca Kunnostuksen jälkeen arvot kasvoivat pohjavettä kuljettavan virtausverkoston latva-alueella ja pienentyivät kunnostusalueella. Pitoisuudet vastasivat lähteiden arvoja yläjuoksulla ja puroarvoja kunnostusalueella. Vedenlaatuanalyysien perusteella ojaverkoston latva-alueilla pohjaveden osuus olisi hieman lisääntynyt. Kunnostusalueella ja sen alapuolella pohjaveden osuus ojavedestä olisi vähentynyt. Ojavedestä on kunnostuksen jälkeenkin suuri osa pohjavettä, joten päätelmiä ei voi tehdä yksin vedenlaadun perusteella. Siirasoja 1 -linjan vertailunäytteistä hiekka 1 -putken vesi vastaa parhaiten koskematonta pohjavettä, sillä paksu, eristävä turvekerros estää sen sekoittumisen sadeveteen. Vedenlaatuanalyysien tulokset ovat liitteessä 3. Näytteistä Siiras koekohde 1 on alajuoksun mittapadolta ja Siiras koekohde 5 yläjuoksulta. Vertailunäytteet pohjavesiputkista on otettu kunnostuksen jälkeen. 55

4.2 Kunnostuksen vaikutukset lähiympäristöön Kunnostuksen jälkeen pohjavettä kuljettava virtausreitti on muuttunut kesän 2009 tilanteesta (Kuva 35). Pohjavettä kuljettavat ojat ovat virtaamaltaan selkeitä. Ojitusalueen latva-alueella turvekerroksen päälle, ojan pohjalle kulkeutunut hiekka on myös lisääntynyt. Kuvassa esitetyn violetin alueen sisällä pohjavesivaikutteinen kasvillisuus on voimistunut. Harjun suuntainen niskaoja valuma-alueen 3 latva-alueella on kaivettu hiekkaan saakka. Kuitenkin kesällä 2009 oja oli sammaloitunut ja sen vesi ei virrannut. Kunnostuksen jälkeen ojan pohjalta on alkanut tihkua pohjavettä. Kuva 35. Virtausverkosto kunnostuksen jälkeen. Vaikka valuma-alueen 3 latva-alueilla ojaverkosto on muuttunut, ylemmän mittapadon virtaama ei ole kasvanut ainakaan merkittävästi kunnostuksen jälkeen. Myöskään selkeän virtaaman ojan varrelta löytyneitä pohjaveden purkupaikkoja ei ollut syksyllä 2010 enää selkeästi nähtävissä. Pohjavesivaikutteinen kasvillisuus, kuten sarat kirjokorte, vuoriloiko, virpapaju ja tietyt sammalet viihtyvät selkeän virtaaman ojan varrella. Kasveja ei ole tavattu ojista, joiden pintaveden osuus on suurempi. Violetilla alueella katajien latvaversojen vuosikasvu kesällä 2010 on myös aikaisempia vuosia 56

pidempi. Alueelta on löydetty myös esimerkiksi maahan kaatunut raita, jonka rungosta on alkanut kasvaa uusia vesoja. Harjun ja kunnostusalueen väliin on muotoutunut uusia pohjaveden virtausreittejä sen jälkeen kun alueen hydraulista tasapainoa muutettiin kunnostuksella. Tämän osoittaa latva-alueiden lisääntyneen hiekan lisäksi kunnostusalueen läntisin purkuaukko. Kunnostuksen jälkeen sen eteen alkoi kasautua hiekkaa. Kuvassa 36 näkyvä hiekkakerros kerääntyi kahdessa viikossa kunnostuksen jälkeen. Kuva 36. Kunnostusalueen läntisimmän purkuaukon eteen on kertynyt uusi hiekkakerrostuma. (Kuva 16.8.2010.) Ojitusalueen latva-ojissa vettä ei pura pelkästään ojiin, vaan luontotyypiltään erikoiset alueet (esimerkiksi korven keskellä heinikko) ovat alkaneet vettyä, kohdissa missä turvekerros on ohuin. Pohjaveden tihkuminen on luontaista ja ylläpitää muun muassa korpimaisia alueita. Rinteen vieressä on todennäköisesti ollut hetteikköjä ja purolähteitä ennen ojituksia. Kunnostusalueen takaisessa metsikössä suoritettiin myös puustoseurannat, jotta varmistetaan se, ettei metsä ole vettynyt. 57

4.3 Mallinnus ja pohjavedenpinnat Mallinnuksella saavutettiin hiekkakerroksen pohjavedenpinnan tasot, jotka vastaavat hyvin pohjavesiputkien arvoja. Eniten mallinnettu pohjavedenpinnan korkeus poikkeaa Siirasoja 1 hiekka -putken havaintoarvojen kanssa. Poikkeama johtuu putken vieressä olevan tutkimusojan mallinnuksen epätarkkuudesta. Mallinnus osoittaa kuitenkin ojan vaikutuksen pohjavedenpintaan, joka jatkuisi muuten tasaisena kohti luontaista purkualuetta Siirasojassa. Rinteen vieressä, jossa turvekerros on ohut, mallinnus osoittaa purkualueita. Purkualueita on havaittu myös maastotarkasteluissa. Mallinnus varmisti myös, että harjulla ja rinteessä akviferi on vapaapintainen ja paksun turvekerroksen kohdalla taas paineellinen. Kauempana harjusta Siirasojan luona akviferi on jälleen vapaapintainen. Vapaapintaisen akviferin purkautuminen ei ole yhtä voimakasta kuin paineellisen pohjaveden. Kuvissa 38 ja 39 on poikkileikkaukset tutkimusojan ja alapuolen mittapadon kohdilta (kuva 37). kuva 38 ja 39 poikkileikkaukset N Kuva 37. Poikkileikkaukset tutkimusalueeseen nähden. 58

N Kuva 38. Hiekkakerroksen pohjavedenpinnan tasot patojen kohdalla. N Kuva 39. Hiekkakerroksen pohjavedenpinnan tasot alapuolen mittapadon kohdilta. 59

5 Johtopäätökset Tulokset varmistivat pohjaveden purkautumisen mekanismit tutkimusalueella. Lähempänä rinnettä, jossa turvekerros on ohut, vettä suotautuu hiekan läpi ojiin. Suotautumisnopeus hiekan läpi ei ole todennäköisesti kovin suuri, sillä alueen hiekkakerroksen pohjavedenpinta on vapaapintainen. Toisaalta hiekan läpi suotautuessaan vettä saattaa purkautua laajoillakin alueilla, jolloin purkautuva vesimäärä kasvaa. Tällainen tilanne havaittiin kappaleessa 2.2 esitetyn kokoojaojan 4 tapauksessa. Tutkimusalueella vesi purkautuu ojiin paksun turvekerroksen läpi. Turpeeseen kovertuneet purkuaukot sijaitsevat harjun puoleisissa ojaseinämissä. Vesi purkautuu aukoista paineella. Kuvassa 40 on esitetty tutkimusalueen profiili padotetun ojan kohdalta, jossa näkyy purkumekanismit ja hiekkakerroksen sekä turvekerroksen havaitut pohjaveden pinnankorkeudet havaintoputkissa. Kuva 40. Pohjaveden purku ojiin hiekan läpi suotautumalla ja purkuaukkojen kautta. Pohjaveden päävirtaussuunta on harjulta Siirasojaa kohti. Jo pienellä gradienttieron pienenemisellä on merkitystä pohjaveden pinnankorkeuksille. Nyt tehdyt suhteellisen suuret padotukset todistivat että turvekerros ei vettynyt ja metsä ei kärsinyt ainakaan tarkastellulla aikavälillä. Tämän perusteella muitakin ojia kannattaa padottaa ainakin selvien purkuaukkojen kohdalla. Padotukset täytyy kuitenkin 60

suunnitella paikkakohtaisesti ojapadotuksen luonteen vuoksi. Toisaalta menetelmä on edullinen, ja jo pienillä toimenpiteillä saatiin vaikutettua virtausreitteihin ja latvaalueiden tihkujen palautumiseen. Pienetkin padotukset auttanevat ajan kanssa, sillä pohjavettä purkavissa ojissa virtaamat ovat sen verran suuret, että ojat eivät umpeudu ilman toimenpiteitä. Padotus vähentää erodoitumista ja auttaa sedimentoitumisessa, jolloin ojan reunat liettyvät ja alkavat kasvittua. Tämä auttaa ojan umpeutumisessa, jolloin padotus lisääntyy, ja virtausreitit hakeutuvat luonnollisiin kohtiinsa. Mittapadoilta saadun virtaama-aineiston ja pohjavalunta-analyysin perusteella padotus ei vaikuttanut alueen valuntaan ja turvekerroksen hydrologiaan. Tutkimusojan valuntaalue on pieni ja sadannan ja haihdunnan vaikutukset ovat nähtävissä lähes välittömästi ojavirtaamissa. Padotuksella voi olla vaikutusta pitkällä aikavälillä valuntaan kun kasvillisuus leviää ojaan. Yli 90 % valuma-alueen vesistä on pohjavettä ja sen osuus väheni koekunnostuksella. Tutkimustuloksista nähdään, että valuma-alue reagoi selkeimmin intensiteetiltään rankkoihin sateisiin, joka johtunee paksusta turvekerroksesta. Turvekerros vettyy myös pitkien sateiden jälkeen ja silloin turvekerroksen vedenpinnan nousussa ei ole pitkää viivettä. Turve- ja hiekkakerroksen välinen vuorovaikutus vaihtelee turvepaksuuksien mukaan. Ohuemman turpeen alueella hiekkakerroksesta tihkuu vettä turpeeseen. Paksumman turvekerroksen alueella on taas selkeämmin nähtävissä turpeen erilaiset kerrokset ja ominaisuudet. Turvekerroksen pinta ei ole pitkälle maatunutta, ja sitä pitkin kulkee alueen valumavesiä, jotka tulevat tutkimusojaan sarkaojien kautta hitaasti. Turvetta kuivattavia vesiä ei kuitenkaan alueella virtaa merkittäviä määriä, vaan ojissa virtaa pohjavettä ja esimerkiksi Siirassuo on suhteellisen märkä. Paksussa turvekerroksessa turve on amorfista ja pitemmälle maatunutta. Turve on syvemmällä erittäin tiivistä ja se johtaa vettä hyvin heikosti. Turvekerros eristää hiekkakerroksen vedet ja aiheuttaa akviferin paineellisuuden. Tutkimusojan pohjalla kulkeutuneen hiekan alla oleva turvekerros on joustava. Tämä voi johtua hapettomista oloista tai siitä, että turpeen ominaisuudet ovat muuttuneet ojituksen seurauksena. Pohjavesien purkautumista voidaan palauttaa luontaisille alueille ja padotus kannattaa senkin takia, että pohjavesialueiden sisäpuolella olevat ojitusalueet alkaisivat 61

ennallistumaan ajan saatossa luonnollisesti. Näin maanomistajat ehtivät hakata puut ojien varsilta missä ne ovat kasvaneet ja metsänomistajille ei tule huomattavia taloudellisia tappioita. Kuitenkin jos ojitettu alue on ollut alun perin hyvin märkä ja sisältää esimerkiksi hetteikköjä ja soita mistä pohjavesi purkaa luonnollisesti, ei puusto todennäköisesti ole koskaan kasvanut yhtä hyvin kuin paremmin metsäojitukseen soveltuvilla alueilla. Maastotarkasteluissa ei ole pystytty varmistamaan onko alkuperäisen ojituksen yhteydessä suoristettu lähteiköistä ja tihkuista alkavia noroja ja puroja. Tämäkin voi vaikuttaa pohjaveden virtausreitteihin. Valitut padotusrakenteet ovat pitkäikäisiä ja padot vaativat vähän huoltoa. Jos padotusmateriaalina olisi käytetty esimerkiksi maamassoja, olkipaaleja tai muita ojapadotuksessa käytössä olevia materiaaleja, eivät rakenteet olisi yhtä pitkäikäisiä. Ojapadotuksessa kannattaa myös huomioida eroosiosuojaus. Jos hydraulinen gradientti laskee padotuksen jälkeen liian nopeasti, voi paikka olla altis uusille purkupaikoille. Pohjaveden purkautuminen ojiin hiekan läpi suotaamalla on todennäköisesti yleisempää kuin turpeen läpi purkuaukoista. Tutkimuksen perusteella ojitusta kannattaisikin välttää pohjavesialueilla, jotta pohjavesiä ei vaaranneta määrällisesti (L 264/1961). 62

6 Yhteenveto Siirasojaan laskeva metsäoja koekunnostettiin osana hanketta Rokuan harjun vesitalouden selvittäminen matkailullisten edellytysten turvaamiseksi. Maankäytön ja metsäojitusten merkitystä harjun vesitalouteen selvitettiin seuraamalla ojitusalueen hydrologiaa, pohjavedenpintoja harjulta ojitusalueelle sekä alueen sadantaa. Tutkimusalueen pohjavedenpintoja mallinnettiin MODFLOW -koodin avulla. Pohjaveden purkautumiselle ojiin varmistettiin kaksi mekanismia. Pohjavettä suotautui hiekan läpi ojiin, jotka oli kaivettu hiekkakerrokseen saakka. Enemmän pohjavettä purkautui paksun turvekerroksen kohdilla turpeen läpi kovertuneita aukkoja pitkin. Suurimpien aukkojen kohdalla pohjavesi oli noin 1,5 metriä vapaata ojaveden pintaa korkeammassa painekorkeudessa. Näiden aukkojen kohdalla tutkittu akviferi oli paineellinen. Koekunnostuskohde, syvä ja erodoitunut oja, padotettiin yksinkertaisilla padoilla. Kunnostusalueella ojan harjunpuoleisesta seinämästä purki runsaasti pohjavettä selkeistä aukoista. Padotus pienensi eroa ojaveden ja pohjaveden hydraulisessa painekorkeudessa. Näin hiekkakerroksen paineellisen pohjaveden purku aukoista hidastui. Kunnostusalueen ala- ja yläpuolella sijoitettujen mittapatojen avulla alueelta saatiin tarkkaa virtaamadataa. Virtaamat analysoitiin matemaattisella pohjavalunnan erottavalla algoritmilla. Pohjavalunta pieneni noin 500 m 3 /d alapuolen mittapadolla kunnostuksen jälkeen. Kunnostusalueen laitaan sijoitetun hiekkakerroksen pohjavesiputken pinnankorkeudet osoittivat pohjaveden pintojen 20 cm nousun. Kunnostuksen vaikutusmatka oli harjulle päin ainakin 180 metriä. Ojitusalueen latva-alueilla, harjun läheisyydessä, ojaverkoston pohjalle kertyi lisää hiekkaa. Latva-alueella tavattiin kunnostuksen jälkeen myös pohjavesivaikutteisen kasvillisuuden piristymistä ja tihkujen palautumista. Kunnostusalueella, padotuksen ulkopuolelle jääneen purkuaukon eteen kertyi muutamassa viikossa hiekkadyyni. Myös tämä kertoi uusien pohjaveden virtausreittien muotoutumisesta harjun ja Siirasojan väliin. Vaikka tutkimuksessa havaittiin, että alueen paksu turvekerros aiheutti alapuolisen hiekkakerroksen pohjaveteen paineen, voidaan ojitusta pitää kuitenkin tekijänä, joka 63

mahdollisti purkuaukkojen syntymisen. Vaikka pohjavesialueiden sisäpuolelle tehdyt ojitusalueet jätetään kunnostusojittamatta, ei alueet välttämättä ennallistu. Pohjavesi pitää yllä tasaista virtaamaa ojissa, joita pitkin se virtaa, ja ojat eivät umpeudu. Ojiin purkautuva vesimäärä on luonnollista suurempi ja pohjavesivaikutteinen kasvillisuus kärsii, kun tihkut ja hetteiköt kuivavat. Pohjavesialueen metsäojitus voi siis aiheuttaa pohjaveden määrällistä muutosta. Padotus on halpa ja yksinkertainen kunnostusmenetelmä pohjavettä kuljettavien ojien kunnostuksessa. Jo pienellä gradienttieron pienentämisellä saadaan tuloksia. Padotus vaatii ojitusalueelta kuitenkin riittävää kaltevuutta ja ojasyvyyttä, jos metsän kuivatusta ei haluta häiritä. Padotuksen avulla ojat alkavat kasvaa umpeen ja alueet palautuvat hitaasti, mikä antaa aikaa metsän hakkuille ja muille maankäytön muutoksille. Jos ojat on kaivettu mineraalimaahan saakka, hiekan läpi suotaavan veden määrää ei ole välttämättä järkevää vähentää padottamalla, jos vettä suotautuu pitkiltä matkoilta mataliin ojiin. Mikäli tällaisia hiekkaan kaivettuja ojia halutaan kunnostaa, ojitusalueet voi joutua ennallistamaan. 64

Lähdeluettelo Ala-aho P (2010) Vesitase ja vuorovaikutus pinta- ja pohjaveden välillä Rokuan harjualueella Ahveroisen suppajärvessä, diplomityö. Oulu, Teknillinen tiedekunta, Oulun yliopisto. 104 s. Aquaveo TM (2010) GMS 7.0 Tutorials, GIS Module, MODFLOW Grid Approach, MODFLOW Interpolating Layer Data, Geostatistics -3D, MODFLOW Model Calibration. [verkkodokumentit]. [Viitattu 22.10.2010]. Saatavissa: http://www.aquaveo.com/gms-tutorials. Arnold J ym. (1995) Automated Base Flow Separation and Recession Analysis techniques. Ground water, vol. 33, no 6. 1010-1018 s. Domenico P & Schwartz F (1998) Physical and Chemical Hydrogeology, toinen painos. John Wiley & Sons, New York. 528 s. ISBN 0-471-59762-7. Haapalehto T ym. (2006) Metsäojituksen ja ennallistamisen vaikutukset suokasvillisuuteen Seitsemisen kansallispuistossa, Metsähallituksen luonnonsuojelujulkaisuja, sarja A 156. Helsinki, Metsähallitus. 45 s. ISBN 952-446-416-7. Hanski M (toim.) ym. (2010) Selvitys pohjavesialueiden rajaamismenettelyistä, Suomen ympäristö 7/2010. Helsinki, Maa- ja metsätalousministeriö, ympäristöministeriö, Hämeen elinkeino-, liikenne- ja ympäristökeskus. 204 s. ISBN 978-952-11-3738-9. Hyvärinen V (1986) Valunta, teoksessa Mustonen S (toim.) Sovellettu hydrologia. Helsinki, Vesiyhdistys r.y. 152 223 s. ISBN 951-95555-1-X. Jormola J ym. (1998) Luonnonmukainen vesirakentaminen mahdollisuudet ja erityispiirteet Suomessa, Suomen ympäristö 265. Helsinki, Suomen ympäristökeskus. 80 s. ISBN 952-11-0388-4. 65

Järvelä J (1998) Luonnonmukainen vesirakennus Periaatteet ja hydrauliset näkökohdat virtavesien ennallistamisessa ja uudisrakentamisessa, Teknillisen korkeakoulun vesitalouden ja vesirakennuksen julkaisuja. Espoo, Teknillinen korkeakoulu. 129 s. ISBN 951-22-4296-6. Korkka-Niemi K & Salonen V-P (1996) Maanalaiset vedet - pohjavesigeologian perusteet, Turun yliopiston täydennyskoulutuskeskuksen julkaisuja A:50. Vammala, Turun yliopiston täydennyskoulutuskeskus. 181 s. ISBN 951-29-0825-5. Kløve B & Rossi P (2009) Pohjavesitekniikka. Kurssimateriaalit syksy 2009, Oulun yliopisto. Kvalheim A (toim.) ym. (1967) Geochemical Prospecting in Fennoscandia. New York, Interscience Publishers. 350 s. L 19.5.1961/264. Vesilaki. Julkaisussa: Finlex [verkkotietokanta]. Oikeusministeriö ja Edita, [viitattu 30.10.2010]. Saatavissa: http://www.finlex.fi/fi/laki/alkup/1961/ 19610264 L 4.2.2000/86. Ympäristösuojelulaki. Julkaisussa: Finlex [verkkotietokanta]. Oikeusministeriö ja Edita, [viitattu 30.10.2010]. Saatavissa: http://www.finlex.fi/fi/laki/alkup/2000/20000086 Lahermo P ym. (1990) Suomen geokemian atlas, osa 1: Suomen pohjavesien hydrogeokemiallinen kartoitus. Espoo, Geologian tutkimuskeskus. 66 s. ISBN 951-690- 356-8. Lahermo P ym. (1996) Suomen geokemian atlas, osa 3: Ympäristögeokemia - purovedet ja sedimentit. Espoo, Geologian tutkimuskeskus. 150 s. ISBN 951-690-678-8. Maijala T ym. (1985) Pohjapatojen suunnittelu, Vesihallituksen monistesarja nro 336. Helsinki, Vesihallitus. 142 s. ISBN 951-46-8424-9 Muhoksen ja Utajärven kunnat (2009) Aineistoa pohjavedenotosta ja pumppausmääristä [julkaisematon]. Aineiston vastaanottaja Pekka Rossi, Oulu 15.1.2009. 66

Munro R & MacCulloch F (2006) Turpeesta aiheutuvien ongelmien hallinta vähäliikenteisillä teillä, ROADEX III -hankkeen raportti [verkkodokumentti]. Ruotsin tiehallinto. Saatavissa: www.roadex.org/uploads/publications/.../roads%20on%20 Peat_Finnish.pdf Mustonen S (toim.) ym. (1979) Vesirakenteiden suunnittelu, RIL käsikirja 123. Helsinki, Suomen rakennusinsinöörien liitto ry. 378 s. ISBN 951-758-015-0. Mustonen S (toim.) ym. (1982) Yleinen vesitekniikka, RIL käsikirja 141. Helsinki, Suomen rakennusinsinöörien liitto ry. 433 s. ISBN 951-758024-X. Mälkki E (1999) Pohjavesi ja pohjaveden ympäristö. Helsinki, Tammi. 304 s. ISBN- 951 26-4515-7. Mälkki E (1986) Pohjavesi, teoksessa Mustonen S (toim.) Sovellettu hydrologia. Helsinki, Vesiyhdistys r.y. 101 151 s. ISBN 951-95555-1-X. Nathan R & McMahon T (1990) Evaluation of automated techniques for base flow and recession analysis. Water Resources research, vol 26, no 7, 1465-1473 s. Oravainen R (1999) Opasvihkonen vesistötulosten tulkitsemiseksi havaintoesimerkein varustettuna. Tampere, Kokemäenjoen vesistön vesiensuojeluyhdistys ry. [verkkodokumentti] saatavissa: www.kvvy.fi/opasvihkonen.pd Pajula H & Järvenpää L (toim.) ym. (2007) Maankuivatuksen ja kastelun suunnittelu Työryhmän mietintö, Suomen ympäristökeskuksen raportteja 23/2007. [julkaisu saatavana vain internetistä] www.ymparisto.fi/julkaisut. ISBN 978-952-11-2805-9 (PDF). Päkkilä J (2008) Pintavalutus arseenin ja typen poistossa Suurikuusikon kultakaivoksen valumavesistä. diplomityö. Oulu, Teknillinen tiedekunta, Oulun yliopisto. 141 s. Reuna M (toim.) ym. (1984) Hydrologiset havainto- ja mittausmenetelmät, Vesihallituksen julkaisuja 47. Helsinki, Vesihallitus. 88 s. ISBN 951-46-7491-X 67

Rieger W & Olive L (1986) A comparison of baseflow techniques, teoksessa Hadley R (toim.) Drainage Basin Sediment Delivery, IAHS julkaisu 159. Denver, USA, Department of Geography, University of Denver. 477-483 s. ISBN 0-947571-80-9. Saatavissa: http://iahs.info/redbooks/a159/iahs_159_0477.pdf Rosenberry D & Hayashi Masaki (2010) Surface-ground water interaction: From watershed processes to hyporheic exchange. Kurssimateriaalit 7.-11.6.2010, Geocenter Copenhagen. Seppälä M & Tuominen S (2005) Pohjaveden virtauksen mallintaminen, ympäristöopas 121. Helsinki, Suomen ympäristökeskus. 62 s. ISBN 952-11-2014-2. Seppälä M Kaivo lainsäädännössä. Suomen ympäristökeskuksen verkossa julkaisema ympäristökoulutusmateriaali. [viitattu 30.11.2010]. Saatavissa: http://www.ymparisto.fi/download.asp?contentid=92705 Tuukkanen T (2010) RiverLifeGIS -paikkatietotyökalun soveltuvuus turvemetsätalouden ojaeroosioriskin arviointiin, diplomityö. Oulu, Teknillinen tiedekunta, Oulun yliopisto. 144 s. Ympäristöhallinto, OIVA -ympäristö- ja paikkatietopalvelu [verkkotietokanta]. Tiedot haettu ympäristö-tiedon hallintajärjestelmä Hertasta [viitattu 17.8.2010]. Pohjavesialueen tiedot: Rokua Vaala ja Muhos. Saatavissa: http://wwwp2.ymparisto.fi/scripts/palvelut.asp 68

Tutkimusojan vaaitustulokset Liite 1 (1/2) Taulukko 1. Ojan pohjan vaaitetut korkeustasot metriä merenpinnasta [N60] ja lasketut kaltevuusluvut. Paikka pohjan taso N60 kaltevuus I huomioita paalu 1 120,25 mittapato alajuoksu paalun 1 kohdalla paalu 2 paalu 3 121,66 0,031 paikka 5 metriä ennen paalua, kaltevuus 45 metriltä paalu 4 121,75 paikka 10 metriä ennen paalua 4, pohjapadon paikalta paalu 5 122,09 0,011 kaltevuus 30 metrin matkalta pohjapadolta paalulle 5 paalu 6 122,35 0,013 paalu 7 paalu 8 122,58 0,007 paikka 5 metriä ennen paalua 8 paalu 9 paalu 10 paalu 11 122,85 0,004 paalu 12 paikka 10 metriä paalun 11 jälkeen, purkuaukon kohdalla paalu 13 123,02 0,006 mittapato yläjuoksu paalun 13 jälkeen Kaikki tasot vaaitettu laservaaittimella kiintopisteestä kunnostus 2. Kiintopiste kunnostus 2 vaaitettu virtuaali -GPS laitteistolla, jossa satelliittipaikannuksella päästään millien tarkkuuteen. Kuvassa 1 ojan pohjan taso on vaaitettu ja ojasta otetaan mitoitusta varten ojaprofiilin dimensioita.

Liite 1 (2/2) Kuva 1. Ojan dimensiot ylemmän mittapadon kohdalta. Takaa vasemmalta laskee harjun läheltä lähtevä selkeän virtaaman uoma. (Kuva Pertti Ala-aho, 28.4.2010.)

Mittapatojen toteutus ja asennus Liite 2 (1/2) Mittapadon materiaalina käytettiin 21 mm:n paksuista filmivaneria sen helpon työstön vuoksi. Padon materiaaliksi olisi valittu metalli, mikäli tutkimus kestäisi vuosia ja ojan virtaamat olisivat suurempia. Aukon koko mitoitettiin huhtikuussa 2010 siivikkomittauksella tehtyjen mitoitusvirtaamien perusteella. Yläpuolen mittapadon paikalta mitattiin 13,6 l/s virtaama ja alapuolen mittapadolta 26,9 l/s virtaama. Mittaukset olivat samaa suuruusluokkaa kuin kesällä 2009 alueella tehdyt siivikkomittaukset. Aukosta mahtuu (kaava 8) 69,8 l/s eli 6030 m 3 /d vettä, kun vedenpinnan korkeus aukon pohjasta on 30 cm. Valuma-alue on pieni ja aukkoa ei kannata ylimitoittaa, jotta patolevyn kestävyys ei heikkene ja taipumisen riski kasva. Työstöjäljet hiottiin ja käsiteltiin alkydimaalilla kolmeen kertaan, jolloin saatiin tasainen, vedenpitävä ja liukas pinta. Filmivanerin tasainen, liukas puoli valittiin asennettavaksi padotuksen puolelle. Padotuksen puolelle maalattiin alkydimaalilla mitta-asteikko syöksyvän veden pinnankorkeuden manuaalista määrittämistä varten. Molemmille padoille suunniteltiin padotusta 60 cm. Asennusvaiheessa varmistettiin, että padotus on riittävä eli lähestymisnopeus ei kasva yli 0,3 m/s ja padotusmatka pysyy riittävän lyhyenä. Suositeltua 70 80 cm:n padotuksesta tingittiin hieman, jotta patolevyä upposi mahdollisimman paljon ojan pohjalle, mistä ohisyöksyvaara on suuri. Patolevyä haluttiin riittävästi myös seinämien sisään, jotta pato olisi tukeva, ei taipuisi, ja kestäisi sitä vasten tulevan vesimassan. Alapuolen eroosiosuojaus päätettiin toteuttaa niittaamalla patolevyyn suojakangasta, jonka päälle aseteltiin suuria kiviä. Kiviä varattiin vajaa puoli kuutiota patoa kohti. Asennus suoritettiin painamalla levyä ojaan traktorin etukuormaajalla, sillä turvetta ja ojan pohjaa haluttiin häiritä mahdollisimman vähän. Etua saavutettiin myös sillä, että turve tiivistyy painuessaan ja estää näin padon ohi tapahtuvat virtaukset. Asennuksen aikana varmistettiin, että patolevy tulee suoraan ja vaakatasoon. Etukäteen suunniteltu padotuskorkeus 60 senttimetriä saavutettiin ylemmällä mittapadolla. Suunniteltu padotuskorkeus osoittautui hyväksi, sillä vesi ei noussut selkeän virtaaman uomaan, joka johtaa vesiä harjulta päin. Taakse jäävässä uomassa riitti syvyys ja metsä ei kastunut vaikka padotusmatka onkin pitkä.

Liite 2 (2/2) Alapuolen mittapadon asennusta rajoitti routa, jonka vuoksi levyä ei saatu painettua reunojen läpi, vaan laidat jouduttiin kaivamaan vesisyvyyteen saakka. Tämän jälkeen levy painettiin pohjaan. Suunniteltua padotuskorkeutta ei saavutettu, sillä ojan pohjalla tuli vastaan mineraalimaa. Lopulliseksi padotuskorkeudeksi jäi 90 cm. Padotusmatka kaltevalla ojapätkällä jäi tästä huolimatta noin 25 metriksi. Padon alapuolta vahvistettiin metallipalkilla, jotta patolevy ei taipuisi mittatuloksia vääristäen ja pato kestäisi suunniteltua suuremmat vesipaineet. Metallipalkista huolimatta pato on kallellaan, sillä reunat eivät tue patolevyä tarpeeksi pystysuorassa pysymiseen. Padotuspuolelle kiinnitettiin antureita varten 50 mm muoviputki, jonka alalaidassa on reikiä. Putken sisälle asetettiin Solinst Levelogger mittaamaan vedenkorkeuksia tunnin välein. Anturikotelo on patoaukon sivussa noin 30 cm:n päässä patolevystä, jotta pinnankorkeuden mittaus ei häiriinny virtauksesta.

Vedenlaatuanalyysien tulokset Liite 3 (1/6)

Liite 3 (2/6)

Liite 3 (3/6)

Liite 3 (4/6)

Liite 3 (5/6)

Liite 3 (6/6)