Luonnonmukainen vesirakentaminen peruskuivatuksessa – kaksitasouomat ja niiden vaikuttavuus

Peltojen peruskuivatus, eli toimivat valta- ja laskuojat ovat edellytys maanviljelyn kannattavuudelle Suomen ilmasto-olosuhteissa. Kuivatuksen on oltava tehokasta, koska kasvukausi on lyhyt, sadanta jakautuu kasvukaudella epäedullisesti, savimaiden vedenläpäisykyky on huono ja turvemaita on runsaasti. Hyvä peruskuivatus on pohja paikalliskuivatukselle (sarka-, piiri- ja salaojille).

Luonnonmukaisen vesirakentamisen menetelmiä on käyttöönotettu erityisesti tulvasuojelussa Yhdysvalloissa ja Keski-Euroopassa jo 1980-luvulla, vaikka Suomessa menetelmiä on alettu tutkia vasta pari vuosikymmentä myöhemmin. Luonnonmukaisella vesirakentamisella tarkoitetaan rakentamista, jossa huomioidaan vesistön luontaiset olosuhteet, hydrologia, morfologia sekä lajisto. Periaatteena on välttää raskasta maanmuokkausta ja maanpinnan rikkomista mahdollisimman paljon.

Tässä kirjoitelmassa perehdytään muutaman raportin ja tutkimuksen kautta menetelmään, jolla peltojen maankuivatuksessa voidaan hallita paremmin ympäristö- ja vesistövaikutuksia. Tarkastelussa pyritään nostamaan esille hydrologian näkökulmaa.

Kaksitasouomat ja tulvatasanteet

Luonnonmukaisessa peruskuivatuksessa hyödynnetään uoman luontaista elpymiskehitystä. Veden viipymää lisääviä tulvatasanteita, -terasseja syntyy luontaisesti, kun eroosion vaikutuksesta maa-aineista kasautuu uoman pohjalle ja se kasvittuu. Kasaumien keskelle muodostuu mutkitteleva alivesiuoma. Eroosioherkkyyteen vaikuttavat muun muassa vallitseva maalaji, uoman luiskan kaltevuus sekä veden virtausnopeus. Myös umpeenkasvu synnyttää luontaisia tulvatasanteita ja alivesiuomia. Periaatteena luontaisen elpymiskehityksen hyödyntäminen on kustannustehokasta.

Koska uomaa on tarkoitus käyttää kuivatusvesien poisjohtamiseen, on uoman vedenjohtokyvyn säilyttäminen tai parantaminen oleellista. Näin ollen alivesiuoma pyritään säilyttämään koskemattomana ja soveltuvilta osin uoma kaivetaan poikkileikkaukseltaan kaksitasoiseksi (kaksitasouoma). Kohteesta riippuen tulvatasanteet voidaan rakentaa molemmille puolille uomaa, tai vain toiselle. Korkean veden aikana veden on mahdollista nousta hallitusti kasvittuneelle tasanteille, mikä samalla sitoo kiintoainetta ja ravinteita. Tasanteen ansiosta vedenkorkeudet alenevat ojissa, mikä parantaa viljelymaan kuivatustilaa sekä salaojien toimivuutta.

Alivesiuoman ja tulvatasanteen mitoittamiseen on olemassa tällä hetkellä vielä vähän kotimaista tutkimusta ja sen pohjalta tehtyjä suosituksia. Suomessa tieteellistä tutkimusta uomien toimivuudesta on tehty Kauhajoen Päntäneenjoella ja Sipoon Ritobäckenillä. KURVI (Kuivatustoiminnassa muuttuneiden virtavesien kunnostus ja hoito) -hankkeen (2016–2018) pohjalta tehdyssä raportissa viitataan yhdysvaltalaisiin kirjallisuuslähteisiin, joissa suositellaan rakentamaan tulvatasanteet niin, että ne olisivat 3–5 kertaa alivesiuoman levyisiä. Mitoituksessa voidaan hyödyntää soveltuvilta osin nomogrammeja, mutta ne eivät ota huomioon uoman valuma-aluetta, maaperän ominaisuuksia ja kasvillisuutta (ks. Kasvillisuus tulvatasanteilla). Näin ollen mitoitusta varten tulisi selvittää valuma-alueen koko ja sen tyypilliset virtaamat.

Yhdeksi kaksitasouoman eduksi voidaan lukea vähäisempi huoltotarve, mikä perustuu luontaisen elpymiskehityksen hyödyntämiseen. Edellyttäen, että niiden suunnittelu ja toteutus ovat onnistuneet. Tutkimusta on vähän ja lähinnä Pohjois-Amerikasta tulvien hallintaa varten tehdyistä kaksitasouomista, mutta huoltotoimenpiteiden (mm. tasanteiden madaltaminen) väliksi on arvioitu jopa 10–40 vuotta. Aalto-yliopiston Ritobäckenillä tekemässä seurannassa vuodesta 2010 alkaen on havaittu, että kaksitasouomaosuuksilla virtausnopeuden pitäisi säilyä alivirtaamillakin riittävänä estämään liettymistä.

Kasvillisuus tulvatasanteilla ja kuormitusvähennysmahdollisuudet

Kasvillisuuden on todettu olevan merkittävin virtausoloja säätelevä tekijä muutaman metrin syvyisissä tulvatasanteellisissa valtaojissa. Västilän väitöskirjaan (2016) liittyvissä tutkimuksissa kehitettiin kasvillisuuden huomioonottavaa virtausmallia: “Kaksitasouoman virtausvastus pystyttiin arvioimaan virtausmallilla, joka käyttää vastuskertoimen ja tiheyden lisäksi kasvillisuuden korkeutta ja sen perusteella määritettyä poikkileikkauksen peittävyyttä.”

Kiintoainekuormituksen vähentämistavoitteiden kannalta kaksitasouomia ei voida jättää kuitenkaan kokonaan hoitamatta. Aalto-yliopiston tutkimuksissa on saatu lupaavia tuloksia siitä, että kaksitasouoman geometrialla ja tarkemmalla tulvatasanteen kasvillisuuden säätelyllä voidaan vaikuttaa erittäin hienojakoisen sedimentin kulkeutumiseen ja kasautumiseen uomaan. Kasvillisuuskerrosten sopivia korkeustasoja on pyritty määrittämään ja kiintoaineen kasautumisen on arvioitu olevan huomattavaa, kun kasvillisuuden korkeus on yli 30 cm. Pelkästään tulvatasanteen eroosion ehkäisemiseksi tarpeen olisi noin 10 cm korkea kasvillisuus. Kiintoaineen kasautuminen tehostuu, kun se pääsee leviämään tasaisesti tulvatasanteelle ja riittävän usein, ainakin muutaman kuukauden ajan vuodessa. Etenkin ylivirtaamien aikana kasvillisuus sitoo paremmin kuormitusta, kun tasanne on osittain tai kokonaan niitetty. Parempi vedenlaatu korreloi melko suoraviivaisesti tulvatasanteen pituuden mukaan. Suomen oloissa kiintoaineen kasautumista on arvioitu tapahtuvan keskimäärin muutaman senttimetrin verran vuodessa. Näin ollen optimaaliselle korkeusasemalle sijoitettu, muutaman sadan metrin pituinen tulvatasanne voi poistaa kiintoainekuormaa jopa noin 10 %.

Yhteenveto

Edellä kuvatuissa menetelmissä yhdistyy maankuivatuksen ja ympäristönsuojelun tarpeet. Maatalousuomien tilaa parantavia menetelmiä ovat lisäksi mutkittelun sekä tulva-alueen palauttaminen uomaan. Myös kivi- ja puuaineksen lisääminen uomaan luo potentiaalisia habitaatteja virtavesilajistolle.

Ravinteiden pidättymisestä kaksitasouomissa tarvitaan lisää tutkimusta. Parhaillaan (2021) käynnissä olevissa hankkeissa, kuten Valumavesi (Syke), yhtenä osana tutkitaan mm. kaksitasouomien mahdollisuutta vähentää salaojakuormitusta sekä niiden hoidon tarkempaa vaikutusta kiintoaine- ja ravinnekuormitukseen ja uoman monimuotoisuuteen. Hanke kehittää myös luonnonmukaisia ratkaisuja huomioivaa vesistömallinnusta ja peltojen kuivatustilan arviointimenetelmiä. Myös Samassa Vedessä -hankkeessa (Suomen ympäristökeskus, Luonnonvarakeskus, Helsingin yliopisto & Pyhäjärvi-instituutti 2021) tarkennetaan kaksitasouomien mitoitusta.

Myös vesienhoidossa tietyt menetelmät ja tutkimuskohteet nousevat alan yleisen kiinnostuksen kohteeksi, kuten viimeksi kipsi, kalkki ja kuidut. Niiden vaikuttavuutta tutkitaan parhaillaan kiivaasti useammassa tutkimushankkeessa. Alan yleinen kiinnostus myös luonnonmukaisiin menetelmiin on tällä hetkellä suurta. Todellinen soveltuvuus ja vaikuttavuus täytyy kuitenkin selvittää vasta kussakin kohteessa erikseen. Mitoitus on tehtävä ammattilaisten tuella jokaiselle kohteelle. Esimerkiksi tulvatasanteet eivät sovellu kaikille kuivatusojille, joten yksin niiden avulla ei saada leikattua maatalouden aiheuttamaa hajakuormitusta.

Tässä kirjoitelmassa keskityttiin tarkastelemaan lyhyesti menetelmiä, vaikka todellisuudessa menetelmien käyttöönottoon vaikuttavat merkitsevästi myös kustannuskysymykset. Kirjoitus on julkaistu alun perin oppimistehtävänä Hydrologia ja hydrauliikka -koulutuksessa (Vesiosaamisen kehittämishanke, ELY-keskukset).

Kirjoittaja: Elina Laine, ympäristösuunnittelija, Hämeen ELY-keskus
Kuva: Saara Ryhänen

Lähteet

Hjerppe, T., Hämäläinen, L., Koljonen, S., Jormola, J., Raitanen H. & Västilä K. (2020). Maatalousalueiden virtavesien tilan parantaminen – menetelmiä ja suosituksia. Sivut 30–34. Suomen ympäristökeskuksen raportteja 29 I 2020.

Järvelä, J. & Västilä, K. (2015). Kaksitasouomien mahdollisuudet pyrittäessä ympäristöystävällisempään maankuivatuksen. Vesitalous-lehti. Sivut 27–31. 6/2015.

Järvelä, J. & Västilä, K. (2016). Luonnonmukainen vesirakentaminen peruskuivatuksessa. Sven Hallinin tutkimussäätiö 70 vuotta. Sivut 131–141. Rakennetun ympäristön laitos, Vesi- ja ympäristötekniikka. Aalto-yliopisto.

Suomen ympäristökeskus, Luonnonvarakeskus, Helsingin yliopisto & Pyhäjärvi-instituutti. (2021). Samassa vedessä -hanke. Viljelyjärjestelmien sopeutuminen muuttuviin ilmasto- ja ympäristöolosuhteisiin – käytännön ratkaisut koealueilla ja vaikutusten seuranta (Työpaketti 3).

Suomen ympäristökeskus. (2021). Valumavesi-hanke: Hankkeen tavoitteet ja toteutus.

Västilä, K. (2016). Flow–plant–sediment interactions:Vegetative resistance modeling andcohesive sediment processes. Väitöskirja. Aalto University Doctoral Dissertations 220/2015.

Västilä, K. (2018) Luonnonmukaiset kaksitasouomat ympäristöystävällisenä maankuivatusratkaisuna.