Matalammilla ojilla ilmasto- ja vesiensuojeluhyötyjä

Pintavalutuskentällä pyritään hidastamaan veden virtausnopeutta ja pidättämään kiintoaineita ja ravinteita. Pintavalutuskenttä on tehokas muihin vesiensuojelurakenteisiin verrattuna etenkin ravinteiden pidätyksessä.

Pintavalutuskenttä voidaan toteuttaa vanhalle ojitusalueelle tai ojittamattomalle alueelle. Pintavalutuskenttä vaatii toimiakseen sopivat maanpinnan olosuhteet, jotta vesi levittäytyy toivotulle alueelle eikä viereisille metsätalousmaille koidu vettymishaittoja. Jos pintavalutuskenttä toteutetaan vanhalle ojitusalueelle, tulee ojat tukkia huolellisesti oikovirtausten estämiseksi.

Pintavalutuskenttä vaatii alueen, jolle vesi voi levittäytyä ilman, että siitä aiheutuu haittaa puuston kasvulle. Ojitusalueiden yhteydessä on runsaasti kitu- ja joutomaiksi määriteltyjä alueita, joita voidaan hyödyntää pintavalutuskenttinä. Tämä hyödyttää myös kuivuneita suoalueita, sillä ne ovat usein kuivuneet viereisten ojitusten seurauksena.

Tutustu tarkemmin kartta-aineistoon kitu-ja joutomaiden potentiaalisista vedenpalautuskohteista Ojasta allikkoon -hankkeen tarinakartassa:

TurVI-hankkeessa tutkittiin vesiensuojelurakenteiden toimivuutta sulan kauden aikaisella vedenlaadun ja virtaaman seurannalla. Seurantaa tehtiin rakenteen ylä- ja alapuolelta, jotta nähtiin, miten hyvin rakenne toimi ojitusalueen vesistökuormituksen pidättämisessä.

Ojittamattomalle pintavalutuskentälle tulevassa kuormituksessa esiintyi huomattavan suurta vaihtelua, mutta pintavalutuskentän alapuolella kuormitusvaihtelu oli selvästi pienempää. Ojittamaton pintavalutuskenttä onnistui pidättämään hyvin fosforia ja typpeä sekä kiintoainetta, ja myös orgaanisesta hiilen kuormat olivat pienempiä kentän ala- kuin yläpuolella.

Ojittamattomalla pintavalutuskentällä oli havaittavissa negatiivisia kuormitusreduktiota kokonaistypen ja orgaanisen hiilen osalta kesäkuussa 2021. Tällöin myös kentän alapuolella havaittiin suurempi virtaama kuin kentän yläpuolella. Tähän voi myös vaikuttaa kentän alapuoliselle mittauspisteelle mahdollisesti tulevat kentän ulkopuoliset vedet. Veden viipymä pintavalutuskentällä vaikuttaa myös siihen, että samaan aikaan kentän ylä- ja alapuolelta otetut vesinäytteet voivat olla vähän erilaisista virtaamatilanteista. Suoalueelle perustettu pintavalutuskenttä luonnostaan päästää liukoista orgaanista ainesta eli humusta, joten tällaisella kentällä ei välttämättä pystytä vähentämään orgaanisen hiilen kuormitusta.

Klikkaamalla alla olevaa taulukkoa saat suurennettua sen koko näytölle.

Ojittamattoman pintavalutuskentän valuma-alue on 83 hehtaaria. Pintavalutuskentän arvioitu hyötyala on 4,7 hehtaaria. Pintavalutuskentän minimisuositus on yksi prosentti valuma-alueen pinta-alasta. Virtalan kohde on siis selvästi suositusten alarajaa suurempi. Kuvassa valuma-alue(sininen rajaus) ja pintavalutuskenttä (violetti rajaus).

Kuvassa kosteusindeksi sinisellä sekä yleistetty virtausreitti, jonka on tarkoitus mallintaa ns. luontaisia veden virtausreittejä. Sinisillä pisteillä on esitetty vedenpalauttamiseen soveltuvat kohteet kitu-ja joutomailla -aineiston kohteet.

Hankkeessa testattiin pintavalutuskentän hyötyalueen määrittämistä paikkatiedon avulla. Yhtenä menetelmänä kokeiltiin kosteusindeksin laskentaan perustuvaa menetelmää. Kosteusindeksiaineistoa ei kuitenkaan voi suoraan käyttää tähän tarkoitukseen. Laskentamenetelmää testattiin Virtalan kohteen lisäksi kahdella muulla toteutetulla pintavalutuskentällä. Hankkeessa saatujen kokemusten perusteella menetelmä voi olla käyttökelpoinen, mutta se vaatii vielä kehittämistä ja testaamista useammilla kohteilla.

Pintavalutuskenttien todellinen tehollinen pinta-ala pyrittiin selvittämään maastohavaintojen sekä kentälle asennettujen vedenpinnan korkeusmittarien avulla.

Ojitettu pintavalutuskenttä onnistui vesinäytteiden perusteella pidättämään kiintoaineita ja ravinteista fosforia ja typpeä. Alueelle tuleva kuorma oli pienempi kuin ojittamattomalla pintavalutuskentällä johtuen alueelle tulevasta pienemmästä vesimäärästä eli valuma-alueen koosta.

Ojitetulla pintavalutuskentällä havaittiin toukokuussa 2022 ja syyskuussa 2023 suurempia kuormituksia pintavalutuskentän ala- kuin yläpuolella. Tällöin kaikkien seurattujen aineiden kuormitusreduktiot olivat negatiivisia ja myös mitattu virtaama oli suurempi pintavalutuskentän ala- kuin yläpuolella. Kumpikin näistä näytteenottohetkistä osui tulva-aikaan, jolloin on todennäköistä, että pintavalutuskentän alapuoliselle mittauspisteelle pääsi näinä hetkinä myös kentän ulkopuolisia vesiä, joka vaikutti tuloksiin.

Klikkaamalla alla olevaa taulukkoa saat suurennettua sen koko näytölle.

Ojitetulla pintavalutuskentällä valuma-alueen koko on 22 hehtaaria, ja itse pintavalutuskentän koko on 0,5-0,7 hehtaaria.

Putkipadolla pyritään estämään maa-ainesten irtoamista yläpuolisessa ojastossa patoamalla vettä ja siten hidastamalla veden virtausnopeutta. Laskeutusaltaiden tehokkuutta voidaan lisätä putkipatorakenteen avulla käyttämällä sitä altaan purkukynnyksellä, jolloin se säätyy eri vesitilanteissa ja siten tehostaa altaan toimintaa.

Virtalan seurantakohteella padolla on vaikutusta molempiin. Kohteella jouduttiin huomioimaan hankkeen muut seurantakohteet, joka vaikutti mm. padotuskorkeuteen ja siten padon vaikutusalueeseen. Kohteella on kuitenkin selvästi havaittavissa virtausnopeuden pienenemisen vaikutus etenkin maa-ainesten laskeutumisen tehostumisena. Voidaan todeta, että allas toimii tehokkaasti ja estää karkeiden maa-ainesten kulkeutumisen pois toimenpidealueelta. Rakenteen padotusvaikutusta olisi ollut mahdollista lisätä selvästi ja sillä olisi oletettavasti ollut vaikutusta maa-ainesten irtoamiseen ja siten myös hienompien maa-ainesten kulkeutumiseen. 

Putkipadon ylä- ja alapuolella otetut vesinäytteet eivät osoita, että rakenne olisi pidättänyt ravinteita tai kiintoainesta, mutta nämä mittaustulokset eivät todista, ettei rakenne olisi toimiva. Putkipato ei vähennä kiintoainetta sen läpi kulkevasta vedestä, vaan se nostaa veden pinnan korkeutta yläpuolisessa ojastossa ylivirtaaman aikaan, jolloin veden virtausnopeus ojastossa hidastuu, eikä uomaeroosiota ei pääse syntymään. Tässä putkipadon toimintaperiaate eroaa laskeutusaltaasta: Putkipato estää uomaeroosiota, ja laskeutusallas kerää uomista erodoitunutta kiintoainetta.

Klikkaamalla alla olevaa taulukkoa saat suurennettua sen koko näytölle.

 Vesiensuojeluohjeessa  oleva putkipatojen mitoitusnomogrammi on tehty Keski-Suomen vertailuaineiston perusteella, jolloin sen valuma-alueen koon mukaan arvioitu tulovirtaama ei ole suoraan käyttökelpoinen koko maassa. Nomogrammissa ei myöskään ole huomioitu purku-uoman tai yläputken käyttömahdollisuutta.

Hankkeessa on kehitetty laskentamallia, jossa lasketaan padon tulovirtaama valuma-alueen koon, keskipuuston ja padon korkeuden perusteella Seunan nomogrammilla, lasketaan ylivirtausuoman tai ylivirtausputken läpäisemä osa tulovirtaamasta avouomavirtauksen/putkivirtauksen kaavalla, jonka jälkeen lasketaan loppuosaan tulovirtaamaasta tarvittava säätöputken supistajan halkaisija putkivirtauksen kaavalla. Laskennassa huomioidaan laskuojan veden korkeuden aiheuttama hidaste virtausnopeudelle säätöputkessa, sekä käytännön havaintoihin perustuva säätöputken supistajan minimiläpimitta. Laskennan tuloksia tullaan vielä vertaamaan Keski-Suomessa toteutettuihin putkipatoihin ja patojen valuma-alueiden tietoihin. 

Hankkeessa määriteltiin periaatteet mitoituksen laskemiselle (kuva). Laskentaa testattiin taulukkomuodossa. Kehittämistyön yhteydessä todettiin, että mitoituksen käytettävyyden ja tehokkuuden kannalta on menetelmää tarpeellista kehittää paikkatietoperusteiseksi.

Hankkeen aikana päivitettiin myös laskeutusaltaan mitoitustaulukkoa siten, että padottavia rakenteita käytettäessä altaan purkukynnyksen korkeutena on mahdollista käyttää maanpintaa (0 cm). Tämä mahdollistaa aiempaa paremmin padottavan rakenteen vaikutuksen altaan koon määrittelyssä.

Mittaustulokset osoittivat, että matalampaa ojasyvyyttä käyttäen voidaan vähentää turpeen hajoamisesta (maahengitys) aiheutuvia päästöjä. Polvensuolla CO2 päästöt keskimäärin 38 % pienemmät matalammalla ojasyvyyskäsittelyllä (n. 4,5 t CO2/ha/vuosi) kuin syvällä ojasyvyyskäsittelyllä (7,1 t CO2/ha/vuosi). Virtalassa Co2 päästöjen erot olivat kuitenkin käsittelyjen välillä pienet ja vuosien välinen vaihtelu oli suurempaa kuin käsittelyjen väliset erot (päästöt vaihtelivat 3,6-8,1 t CO2/ha/vuosi kaikilla käsittelyillä). Virtalan tuloksiin vaikutti mm. se, että vedenpinnan tason väliset erot käsittelyjen välillä olivat pienet. Tähän vaikutti mm. syvempien ojien nopeampi mataloituminen sekä ojien ainakin osittainen ulottuminen kivennäismaahan myös matalalla ojasyvyyskäsittelyllä. Metaanipäästöissä erot olivat selvemmät: korkeimmat päästöt tulivat käsittelemättömiltä kontrollialueilta. Pienimmät päästöt olivat syvillä ojilla, mutta matalan ojasyvyyskäsittelyn päästöt eivät kuitenkaan olleet merkittävästi suuremmat kuin syvillä ojilla. Suurimmat CO2 päästöt ilmenivät loppukesällä ja suurimmat CH4 päästöt puolestaan alkusyksyllä. Etenkin metaanipäästöt ovat hyvin riippuvaisia vedenpinnan tasosta; hiilidioksidipäästöt myöskin lämpötilasta.  

Matalampaa ojasyvyyttä voidaan käyttää melko “turvallisesti” metaanipäästöjen olennaisesti lisääntymättä ja matalampikin ojasyvyys vähentää metaanipäästöjä verrattuna ojitusta edeltävään tilanteeseen, jos kasvupaikalla esiintyy selvää kunnostustarvetta eli vedenpinta on korkealla ennen ojien kunnostusta. Mikäli jo matalat ojatkin yltävät kivennäismaahan, turpeen maahengityksen päästöt eivät olennaisesti vähene suurempaan ojasyvyyteen verrattuna, koska koko turvekerros on joka tapauksessa alttiina hapelliselle hajotukselle. Syvemmistä ojista ei tällöin kuitenkaan ole myöskään merkittävää kuivatuksellista lisähyötyä.

Klikkaamalla alla olevaa taulukkoa saat suurennettua sen koko näytölle.

Matalia ojia kaivamalla vedenpinta jää korkeammalle tasolle kuin syvemmillä ojilla. Koealueiden seurantojen perusteella vedenpinnan taso oli matalalla 60 cm ojasyvyydellä 1-4,5 cm korkeammalla kuin syvemmillä 90 cm ojilla. Vedenpinnan taso pysyi kuitenkin n. 30 cm syvyydellä eli riittävänä puuston kasvun kannalta. Märkinä kasvukauden jaksoina vedenpinta kohosi “kriittiselle” alle 30 cm syvyydelle myös syvemmillä ojasyvyyskäsittelyillä.  

Alla olevissa taulukoissa on esitetty vedenpinnan tason keskisyvyys Polvensuon ja Virtalan koealueilla ojasyvyyskäsittelyittäin loppukesällä vuosina 2021 ja 2022 eli ensimmäisenä ja toisena vuonna kunnostusojituksen jälkeen.

Sekä Polvensuolla että Virtalan suolla syvempien ojien tavoiteltu n. 90 cm kunnostussyvyys toteutui. Polvensuolla matalampien ojien syvyys päätyi syvemmäksi kuin tavoiteltiin (keskimäärin 68 cm). Virtalan suolla matalampi tavoiteltu kunnostussyvyys toteutui (60 cm).

Kummallakin kohteella syvemmät ojat madaltuivat ensimmäisten neljän kunnostuksen jälkeisen vuoden aikana enemmän kuin matalammat ojat, Polvensuolla n. 17 cm ja Virtalan suolla n. 20 cm. Virtalan suon pohjamaa on hienojakoista ja turvekerroksen paksuus n. 60 cm, jolloin 90 cm syvissä ojissa on suotuisat olosuhteet maa-aineksen liikkeelle lähtöön, erodoitumiseen. Tämä näkyy lietteen määrässä ja ojasyvyyden mataloitumisena. Polvensuolla pohjamaalaji on karkeampaa ja turvepaksuus n. 75 cm, jolloin syvempien ojien (90 cm) kohdalla ojien pohjat eivät erodoituneet yhtä voimakkaasti. Molemmilla kohteilla matalampien ojien (60 cm) pohja ei ulottunut kivennäismaahan, jolloin ojaeroosio oli vähäisempää ja ojien madaltuminen oli ensimmäisen neljän vuoden aikana vähäistä, n. 5 cm .

Seurattujen ojien pohjille alkoi neljän vuoden aikana muodostumaan kasvillisuutta. Kasvillisuuden, pääasiassa rahkasammalten ja sarojen, peittävyys oli suurempaa matalammissa ojissa. Kasvillisuuden kokonaispeittävyys oli matalissa ojissa neljäntenä seurantavuonna Virtalan suolla n. 20 % ja Polvensuolla n. 16 %. Syvemmissä ojissa (90 cm) kasvillisuuden peittävyys oli Polvensuolla n. 13 % ja Virtalan suolla n. 5 %. Matalammissa ojissa ojanpohjalla on turvetta ja vedenpinta pysyy todennäköisesti kasvukauden aikana matalammalla. Nämä tekijät luovat kasvillisuudelle paremmat olosuhteet kasvaa.

Taulukko kuvaa eri syvyisten ojien syvyyskehitystä vuosina 2020-2023 Polvensuolla ja Virtalassa.