Luonnonmukainen kuivatusuoma vähentää kiintoaineksen pääsyä vesistöön

TkT Kaisa Västilä tutki väitöstyössään luonnonmukaista kuivatusuomaa ja sen vaikutusta vesiensuojeluun. Väitöstyö julkaistiin vuoden 2016 alussa.

Perinteisesti maatalouden kuivatusvesiä ja taajamien hulevesiä hallitaan rakentamalla uomista poikkileikkaukseltaan puolisuunnikkaan muotoisia ja perkaamalla sekä suoristamalla purot ja joet. Tavoitteena on saada vedet virtaamaan mahdollisimman nopeasti pois ilman tulvintaa.

EU:n vesipuitedirektiivi ja tulvadirektiivi patistavat uomien rakentajia ottamaan aiempaa paremmin huomioon ekologian ja vesien laatuasiat. Ratkaisuksi on ehdotettu kaksitasoisia uomia.

Kaksitasoinen uoma jäljittelee luonnontilaista puroa tai jokea. Siinä on pääuoman laidalla kasvillisuuden peittämä tulvatasanne, jonne vesi virtauksen lisääntyessä nousee.

Lupaava ratkaisu

– Tavoitteena on rakentaa luonnoltaan nykyistä monimuotoisempia uomia, jotka pidättävät kiintoainesta sekä ravinteita, Kaisa Västilä sanoo.

Luonnon monimuotoisuus- ja vesiensuojelutavoitteiden lisäksi uomien pitää toimia niin, että pellot ja rakennetut alueet pysyvät kuivina.

Toistaiseksi kaksitasoisia kuivatusuomia on rakennettu taajama-alueille tulvan hallitsemiseksi. Maatalouskäyttöön tarkoitettuja kuivatusuomia on toteutettu USA:ssa useita, mutta Suomessa vain muutama koekohteeksi ja tutkimuskäyttöön.

Kaksitasoinen uoma on Västilän mukaan varsin lupaava ratkaisu peltojen kuivatukseen ja vesistöjen suojeluun. Ympäristöhallinto ja suunnittelijat ovat menetelmästä kiinnostuneita.

Veden laatu paranee

Västilä tutki kaksitasoista uomaratkaisua Sipoon Ritobäckenillä, jonka valuma-alue on noin 10 neliökilometriä. Kahdesta järvestä ja ympäröiviltä pelloilta vetensä saava puro laskee Sipoon kansallispuistoon.

– Puro on ekologisesti arvokas, vaikka sitä on aikojen kuluessa perattu ja suoristeltu. Heti koealueemme alapuolella elää taimenkanta, Västilä toteaa.

Västilä tutki veden virtauksia Ritobäckenillä kolmen vuoden ajan. Tulvatasanteelliset uomat toimivat tavoitteiden mukaisesti.

Virtauksen lisääntyessä kevät ja syyssateilla vesi nousi tulvatasanteille ja kiintoainesta kasaantui tasanteen kasvittuneille osille. Sen seurauksena veden sameus ja kiintoainepitoisuus pääuomassa vähenivät.

Vajaan 200 metrin pituiselle osuudelle pidättyi noin 5,5 prosenttia veden mukana tulevasta kiintoaineesta. Vajaan kilometrin matkalle kiintoaineksesta pidättyi noin 20 prosenttia. Korkea kasvillisuus kasasi kiintoainesta matalaa kasvillisuutta tehokkaammin.

– On kiinnostavaa, että näinkin pienellä tulvatasannepinta-alalla saadaan veden laatuun näin suuri vaikutus. Esimerkiksi kosteikkoihin verrattuna pinta-alatarve on huomattavasti pienempi, Västilä toteaa.

Vesi pois pelloilta

Seurannan perusteella kaksitasoinen uoma paransi ympärillä olevien peltojen kuivatusta.

– Aiemmin vesi nousi pelloille usein kesälläkin, nyt tulviminen on pysynyt käytännössä kokonaan kurissa. Tulvatasanteet pystyvät välittämään suuriakin virtaamia.

– Kaksitasoisessa uomassa on erilaisia vesisyvyyksiä ja virtausoloja, mikä mahdollistaa monipuolisemman kasvillisuuden ja eliöstön kuin perinteisessä uomassa. Kasvillisuus suojaa maata eroosiolta ja kasaa kiintoainesta tasanteille. Kiintoaineen kulkeutuminen alajuoksulle vähenee, mikä parantaa uoman ekologista tilaa ja esimerkiksi kutusoraikkojen kuntoa.

Malli suunnittelun apuna

Väitöstyössään Västilä tarkensi mallia, jonka tutkija Juha Järvelä on esittänyt Aalto-yliopiston vesi- ja ympäristötekniikan laitoksella 2000-luvun alussa. Siitä lähtien vesitekniikan tutkimustyhmä on kehittänyt mallia edelleen.

Maailmalla mallintajat kuvaavat kasvit yleensä lieriön muotoisina taipumattomina kappaleina. Aalto-yliopistossa kehitetyssä mallissa otetaan huomioon puuvartisen kasvillisuuden runkojen, oksien ja lehvästön muotoutuminen virtauksessa, mikä parantaa mallin luotettavuutta ja tarkkuutta. Lisäksi Västilä tutki ruohovartisen kasvillisuuden mallintamista kaksitasoisessa uomassa. 

– Nämä mallit palvelevat sekä suunnittelua että tutkimusta. Ilman mallinnusta uomista saatetaan rakentaa liian suuria tai pieniä, mikä heikentää uoman toimivuutta ja aiheuttaa turhia kustannuksia.

Västilä jatkaa aihepiirin tutkimista Aalto-yliopistossa. Nyt hän keskittyy selvittämään ravinteiden kulkeutumista ja pidättymistä luonnonmukaisissa uomissa.

– Kiintoaineeseen sitoutuu fosforia, joten vedestä poistuu myös ravinteita ainakin siltä osin kuin kiintoainesta kasautuu tulvatasanteille.

Vesi- ja ympäristötekniikan laitokselle asennettiin kesällä 2016 uusi virtauskouru, mikä tekee mahdolliseksi entistä tarkemmat tutkimukset.

Väitöstutkimuksen päärahoittajana toimi Suomen Akatemia. Maa- ja vesitekniikan tuki ry antoi joulukuussa 2015 yhteensä 800 000 euron rahoituksen yhdeksälle vesitekniikan tutkimusprojektille.

Kaisa Västilä väitteli 15.1.2016 Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulussa. Väitöstyön nimi on Flow–plant–sediment interactions: Vegetative resistance modeling and cohesive sediment processes, suomeksi Virtaus–kasvi–sedimentti-vuorovaikutukset: Kasvillisuuden virtausvastuksen mallintaminen ja koheesiivisen sedimentin prosessit. 
Väitöskirja löytyy osoitteesta: http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-60-6597-7
Lisätietoja: Kaisa Västilä, puh. 050 4081 390, [email protected]