Vesiensuojelun ja tulvien hallinnan yhdentäminen metsätalouden kunnostusojituksissa

Hannu Marttila, Simo Tammela, Ali Torabi, Raimo Ihme, Juha Riihimäki, Hannu Hökkä, Kari Matti Vuori, Björn Klöve VEHO seminaari 7.6.2010

Esityksen sisältö

• Kiintoaineen eroosio ja kulkeutuminen metsätalouden ojituksista • Valumavesien pidätys ja kiintoaineen vähentäminen • Tutkimuksen kenttäkohteet ja menetelmät – Tutkimukset Keski-Suomessa – Kiintoaine tutkimukset – RL-GIS tutkimus – HEC-HMS laskenta – Yhteistyö metsäpurojen kunnostusprojektin kanssa • Keskeiset tulokset ja suunnitteluohjeet

Metsäojitus ja kiintoaine

• Lisääntynyt kiintoaineen eroosio ja kulkeutuminen alapuoliseen vesistöön keskeinen metsätalouden ympäristöhaitta • Uomat liettyvät • Veden laatu heikkenee • Habitaatti muuttuu ja biodiversiteetti vähenee • Kiintoainekuorma suurin suurien virtaamien aikana • Vaikea hallita • Vesiensuojelurakenteiden heikko toimivuus

Ongelma!

• Vesiensuojeluratkaisujen toimivuus heikko suurien virtaamien aikana jolloin suurin osa vuotuisesta kiintoaine ja ravinnekuormituksesta huuhtoutuu vesistöihin – Kevät tulvat, rankka sateet ja syksyn sateet – Ilmaston muutoksen myötä mm. rankkasateet tulevat yleistymään • Asettaa uusia haasteita vesiensuojeluun

Orgaanisen turvesedimentin rooli • Uomaan kerrostuneella sedimentillä suuri rooli kiintoaineen kulkeutumiseen virtaamanpiikkien aikana • Kesäisten virtaamahuippujen rooli on suuri vuosittaisessa kiintoaineen kulkeumassa • Kiintoaineeseen sitoutuneilla ravinteilla suuri rooli vuotuisessa kuormituksessa •Marttila, H & Klöve, B. 2008. Erosion and delivery of deposited peat sediment, Water Resources Research, 44 •Marttila H & Klöve B 2010. Dynamics of erosion and suspended sediment transport from drained peatland forestry, Journal of hydrology. (in press)

Virtaamahuippujen hallinta putkipato rakenteella

Tarvittavaan pidätykseen oleva tilavuus A S A D P A A F Sedimenttivarasto Pysyvä allastilavuus Ylivuotoputki

Varastoi virtaamahuippuja väliaikaisesti ojitusverkostoon Periaatteet: • Virtaamahuiput leikkaantuvat • Eroosio vähenee • Pidentynyt viipymä mahdollistaa kiintoaineen laskeutumisen ojastoon

Koealueet ja maastotutkimukset

• 2 tehoseurannan vertailualuetta • 5 muuta aluetta • Kiintoaine (sameus), sadanta, pohjaveden korkeus ja virtaama jatkuvatoimisesti • Vesinäytteet (ravinteet, kalium, hiukkaskoko, ym) • Puustoseuranta (yhteistyössä Metlan kanssa) • Yhteistyö metsäpurojen kunnostusprojektin kanssa • Sameusantureiden kalibrointi turvemetsätalouden olosuhteisiin

Virtaamansäädön vaikutukset turveojitusalueilla

Kuormittaja Kiintoaine (SS) Kokonaisfosfori (P tot ) Kokonaistyppi (N tot ) Poistuma (%) metsätaloudessa 54-86 30-67 65 (1),(2) Poistuma (%) turvetuotanto 61-95 47-88 45-91 (1) Marttila and Kløve, 2010, (2) Amatya et al., 2003 (3) Marttila and Kløve, 2009, (4) Kløve, 2000.

(3),(4) • Suurin vaikutus kiintoaineeseen ja kiintoaineeseen sitoutuneisiin ravinteisiin • Hetkellisellä padotuksella ei havaittua vaikutusta puuston kasvuun turvemetsäalueilla •Marttila, H & Kløve, B. 2009. Retention of sediment and nutrient loads with peak runoff control. Journal of Irrigation and Drainage Engineering,Vol. 134(2), 210-216.

•Marttila H, Vuori K-M, Hökkä H, Jämsen J & Klöve B Design and application of peak runoff control method for water quality management in peatland forestry. Submitted to Forestry management and ecology •Marttila H & Klöve B 2010. Managing runoff, water quality and erosion in peatland forestry by peak runoff control. Ecological engineering, 36(7), 900-911.

2 1 4 3 Without peak runoff control With peak runoff control 0 26.4.

26.5.

26.6.

26.7.

26.8.

26.9.

26.10.

• Keskimääräinen kiintoaineen reduction 82% Keski Suomen kohteilla • Tehokkain virtaamahuippujen aikana, kuten suunniteltu

Virtaamansäädön toimivuus erilaisilla ojitusalueilla

Pipe location in ditch

at bottom at ridge poor good

Peak runoff rate retention

Ohjeistus putkipatojen rakentamiseen

• • Rakentaminen • Mitoitus ohjeistus ja suositukset – Vuosi 2010 – Koulutus Keski Suomen Metsäkeskuksen toimesta Soveltuvuus erilaisille ojitus- ja valuma-alueille

Tulvan pidätys valuma-alueella: alustava arviointi HEC HMS ohjelmalla: Kivijärven valuma-alue

Putkipadon vaikutus ylivirtaamaan: simulointi rankkasade I) WMO standardimenetelmä ja II) lumen sulanta ja rankkasade)

Ojaeroosioriskin arviointi • Tapio Tuukkasen diplomityö yhteistyössä HAME-hankkeen kanssa

Latvapurojen ominaisuudet ja kunnostaminen

• Puroon sijoitettavat rakenteet pidättävät lisäävät uoman monimuotoisuutta ja palauttavat luontaista tulvakiertoa • Ohjeistus liettyneiden purojaksojen kunnostamiseen Marttila H, Tammela S & Kløve B Impact of brook siltation on hydraulic sediment dynamics, and geomorphology: can brooks be restored after impacts from peatland forestry. Submitted to Boreal Environmental Research Tammela S, Marttila H, Dey S & Kløve B. 2010 Effect and design of underminer structure. Journal of hydraulic research, 48(2), 188-196.

Tulossa olevia jatkotutkimuksia…

• Uudet hankkeet – ModStream –Suomen Akatemia – Orgaanisen kiintoaineen ominaisuudet, eroosio, kulkeutuminen ja mallintaminen – Maankäyttö  purot  Joet • MMM-rahoittama – Tulvanhallinnan ja vesiensuojelun yhdistäminen metsäisillä valuma-alueilla

Projektissa tuotetut julkaisut 2007-2010

Artikkelit (kansainväliset tieteelliset lehdet) – Marttila, H. Kl øve. B. 2008. Erosion and deposition of peat sediment. Water Resources Research, 44.

– – – – Marttila, H., Kl øve, B. 2009. Retention of sediment and nutrient loads with peak runoff control. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, Vol. 134(2), 210-216.

Marttila, H., Kl øve, B. 2009. Calibration of turbidity meter and acoustic (ADV) velocity meter for measuring different suspended solids sediments, River Research and Applications (in press).

Tammela S, Marttila H, Dey S & Kløve B. 2010 Effect and design of underminer structure. Journal of hydraulic research, 48(2), 188-196.

Marttila, H., Kl øve, B. 2010. Dynamics of erosion and suspended sediment transport from drained peatland forestry, Journal of Hydrology (in press) – – – Marttila, H., Kl øve, B. Estimating suspended sediment concentration and nutrients load using turbidity in drainage dominated peatland catchment. in progress Marttila H & Klöve B 2010. Managing runoff, water quality and erosion in peatland forestry by peak runoff control. Ecological engineering, 36(7), 900-911.

Marttila, H., Vuori, K management M., Hökkä, H., Jämsen, J., Kløve,B. Peak runoff control method, hydraulic design and response for different landscape elements in peatland forestry. Submitted to Forest ecology and – Hydraulic and geomorphological properties of degraded forest brooks: Can brooks be restored after impacts from peatland drainage? Submitted to Boreal Environment Research Muut – – Purokunnostusopas, Käsikirja metsäpurojen kunnostajille Liettyneet metsäpurot –hankkeen tulosten esittely, Metsätieteen aikakausikirja/Tieteen tori

TES

KIITOS!