Maatalouden alueellisen vesienhallinnan laskenta-alusta (MAVELA)

Hanke toteutetaan kahtena osahankkeena:

1) FLUSH-mallin kehittäminen:

a. Laskenta-alustan automatisointi

Ensimmäinen vaihe keskittyy laskenta-alustan tekniseen toteutukseen, digitaalisen kaksosen luomiseen tutkittavasta kohteesta, sekä vesienhallintamenetelmien monipuoliseen kuvaukseen osana FLUSH-mallia. Laskenta-alusta tulee hyödyntämään hankkeessa toteutettua maaperäkirjastoa simuloitavan kohteen maaperän hydraulisten ominaisuuksien parametrisoinnissa. Skenaariotulosten perusteella voidaan vertailla, kuinka esimerkiksi pohjavedenpinta, pellon vesitase sekä valuntakomponentit muuttuvat eri kuivatusmenetelmillä.

b. Kuivatusalueen vesienhallinnan sovellus

Toisessa vaiheessa sovelletaan ensimmäisen vaiheen tuotosta eli automatisoitua laskenta-alustaa muodostamalla digitaalinen kaksonen Sievissä sijaitsevalle Korvenojan kuivatusalueelle. Kuivatusalueen vesienhallinta pitää sisällään toimenpiteet niin pellolla (esim. säätösalaojitus ja salaojakastelu) kuin peruskuivatusuomassa (valtaojan padotus), mikä vaikuttaa pelloilla toteutettavaan paikalliskuivatuksen toimintaan. Ensimmäisessä vaiheessa kehitetyn automaattisen laskenta-alustan toimivuutta arvioidaan vertaamalla simulaatiotuloksia ympäröiviltä pelloilta ja uomasta, pohjavedenpinnan korkeusmittauksiin eri etäisyyksiltä uomasta sekä uoman vedenkorkeuteen padotuskohdassa.

2) Maaperäkirjaston toteuttaminen:

Maaperäkirjaston maalajikohtaiset hydrauliset ominaisuudet kuten vedenpidätyskyky ja -johtavuus arvioidaan olemassa olevien maalajikarttojen maalajeille hyödyntäen olemassa olevia maaperän koostumus- ja rakennemäärityksiä sekä niin kutsuttuja pedotransfer-funktioita. Näillä funktioilla voidaan arvioida maaperän hydrologisia sekä muita ominaisuuksia yksinkertaisten maaperämääritysten kuten lajitekoostumuksen ja orgaanisen aineksen pitoisuuden avulla, ja niitä on kehitetty runsaasti eri puolilla maailmaa. Hankkeessa tuotetaan suomalaisia maita kuvaavia pedotransfer-funktioita, joilla puolestaan tuotetaan FLUSH-mallille käyttökelpoista aineistoa maaperän parametrisointia varten. Tuotettavassa maaperäkirjastossa maalajikohtaiset hydrauliset ominaisuudet esitetään tilastollisesti ja todennäköisyysjakaumina. Pedotransfer-funktioiden soveltamisessa kohteissa, joista mittaustuloksia ei ole saatavilla, hyödynnetään maaperäkarttoja.

Hanke toteutetaan yhteistutkimushankkeena vuosina 2023–2025. Hankkeen osapuolet ovat: Salaojituksen tutkimusyhdistys ry, Salaojayhdistys ry, Luonnonvarakeskus (Luke), Aalto yliopisto ja Sven Hallinin tutkimussäätiö sr. Salaojituksen tutkimusyhdistys ry vastaa hankkeesta ja sen vastuullinen johtaja on Salaojayhdistys ry:n toiminnanjohtaja Olle Häggblom.

Hanketta rahoittavat ympäristöministeriö (Vesiensuojelun tehostamisohjelma), Pohjois-Pohjanmaan ELY-keskus (maa- ja metsätalouden vesienhallinta) ja Salaojituksen Tukisäätiö sr sekä hankkeeseen osallistuvat laitokset.

 

MAVELA hankkeen edistyminen (päivitys 1.11.2024)

Hankkeen ensimmäisessä osahankkeessa on kehitetty automatisoitua laskenta-alustaa, joka mahdollistaa FLUSH-mallin ajamisen käyttäjän valitsemille kohteille Suomessa. Alusta tukee mallin ajoa yhden vuoden ajalle ja antaa käyttäjälle mahdollisuuden määritellä salaojitusparametreja ja maalajityyppejä, jolloin se tuottaa kuvaajia pellon vesitalouden tärkeimmistä muuttujista. Alusta hyödyntää Ilmatieteen laitoksen päivittäisiä sääaineistoja.

Laskenta-alusta on toteutettu Python-ohjelmointikielellä ja sen käyttö edellyttää, että tietokoneelle on asennettu FLUSH-malli sekä sen rinnakkaislaskennan tarvitsemat ohjelmistot. Alustan käytettävyyttä parannetaan edelleen, ja hankkeen seuraavassa vaiheessa testataan sen toimivuutta Sievin koekentän havaintojen kanssa. Porokhivnyk (2024) on tehnyt laskenta-alustan rakentamisesta dokumentaation. Lisäksi työstä on lähetetty käsikirjoitus julkaistavaksi ammattilehdessä (Salla et al. 2024).

Toisessa osahankkeessa on kerätty suomalaisten kivennäismaiden hydraulisia ominaisuuksien mittausaineistoja sekä näihin liittyviä pedotransfer-funktioihin tarvittavia taustamuuttujia. Mittausaineisto koostuu Luonnonvarakeskuksen ja Salaojayhdistyksen kenttäkokeista saaduista tuloksista. Työssä hyödynnettiin myös valtakunnallisen maaperäseurannan (Valse) aineistoa.

Pedotransfer-funktioita kehitettiin Tóthin ym. (2015) eurooppalaisten mallien pohjalta. Niiden toimivuus osoittautui kohtuulliseksi vedenpidätyskyvyn ennustamisessa, mutta hydraulisen johtavuuden osalta toimivuus oli heikompi. Pedotransfer-funktioiden ja Valse-aineiston avulla on laadittu ennusteet Suomen peltomaiden hydraulisista ominaisuuksista maalajeittain. Näitä ennusteita voidaan käyttää, kun tarvittavaa taustamittausdataa ei ole saatavilla. Seuraavassa vaiheessa näistä tiedoista tuotetaan peltomaiden hydraulisia ominaisuuksia koskeva ja kaikille avoin maaperäkirjasto.

Hanke jatkuu vuoden 2025 kesäkuuhun.

Viitteet

Porokhivnyk, T. (2024) Automated computational tool for simulating field-scale agricultural hydrology and water management. MSc Thesis. Aalto University.

Salla, A., Porokhivnyk, T., Koivusalo, H., Salo, H., Mäkelä, M., Häggblom, O. Peltoalueen vesienhallintaa laskentatyökalun avulla. Vesitalous. Lähetetty julkaistavaksi.

Tóth, B., Weynants, M., Nemes, A., Makó, A., Bilas, G., & Tóth, G. (2015). New generation of hydraulic pedotransfer functions for Europe. European journal of soil science, 66(1), 226-238. https://doi.org/10.1111/ejss.121