Väitös vesi- ja ympäristötekniikan alalta, DI Mika Turunen

Uudet laskentamallit paljastavat pinnanalaisia valunta- ja kuormitusreittejä peltoalueilta.

DI Mika Turunen väittelee 28.4.2017 klo 12 Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulussa, rakennetun ympäristön laitoksella aiheesta Vesi- ja kiintoainetaseiden määritys savipelloilla pohjoisissa olosuhteissa. Väitöskirjan nimi on englanniksi Assessing water and sediment balances in clayey agricultural fields in high-latitude conditions. Väitöskirjan ala on vesi- ja ympäristötekniikka.

Peltoalueet muodostavat monimutkaisia hydrologisia systeemejä, joissa valunta- ja kuormitusprosessit kytkeytyvät toisiinsa. Hallitsevia vesitaseen komponentteja, eroosioprosesseja ja kiintoaineen kulkeutumisreittejä pelloilta vesistöihin ei tunneta kattavasti. Matemaattisia malleja käytetään laajalti hydrologisten prosessien tutkimuksessa, mutta kattavia prosessipohjaisia 3D malleja ei ole juuri aiemmin sovellettu pohjoisissa olosuhteissa. Väitöskirjassa tarkasteltiin vesi- ja kiintoainetaseiden muodostumista rakenteellisissa savimaissa 3D-monihuokosmallin avulla.

Kahdella koekentällä tehtyjen pitkäjaksoisten mittausten ja simulaatioiden mukaan pohjavesivalunta voi muodostaa savimailla merkittävän valuntakomponentin horisontaalisia oikovirtausreittejä pitkin, ja pellon topografian havaittiin kontrolloivan pohjavesivalunnan määrää. Oikovirtaukset hallitsivat veden virtausta maaperässä. Tulosten mukaan pohjavesivalunnan sekundäärisen kuivatusvaikutuksen vuoksi kaltevat viljelyalueet eivät tarvitse yhtä tehokkaita kuivatusmenetelmiä kuin topografialtaan tasaiset peltoalueet. Simulaatiotulosten mukaan peltoalueet ovat myös hydrologisessa yhteydessä niitä ympäröiviin alueellisiin pohjavesisysteemeihin.

Oikovirtausreitit mahdollistivat myös kiintoaineen kulkeutumisen maaperässä. Suurin osa erodoituneesta, hienojakoisesta pintamaasta kulkeutui pelloilta pois salaoja- ja pohjavesivalunnan mukana. Pinnanalaisten kuormitusreittien dominoidessa laajalti käytettyjen suojavyöhykkeiden teho kokonaiskuormitukseen nähden on rajallinen. 3D-monihuokosmalli osoittautui mittausdatan analysointiin ja peltojen hydrologian kattavaan analyysiin sopivaksi työkaluksi. Tulosten mukaan mallien rakenteelliset epävarmuudet tulisi huomioida parametristen epävarmuuksien lisäksi.

Vastaväittäjä: Professori emeritus Per-Erik Jansson, KTH Royal Institute of Technology, Ruotsi

Valvoja: Professori Harri Koivusalo, Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulu, rakennetun ympäristön laitos

Väitöskirjan verkko-osoite: http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-60-7378-1