Assessing water and sediment balances in clayey agricultural fields in high-latitude conditions

Veden virtausta, eroosiota ja aineiden kulkeutumista hallitsevien prosessien tunteminen on ennakkoedellytys tehokkaiden ja ympäristön kannalta kestävien vesienhallintatoimenpiteiden suunnittelulle. Nykyisellään hydrologisten prosessien tuntemuksessa pohjoisten ilmasto-olosuhteiden salaojitetuissa savimaissa on puutteita. Tämän työn tavoitteena oli estimoida hallitsevat vesi- ja kiintoainetaseen komponentit salaojitetuilla savipelloilla erilaisissa maankuivatuksen, topografian ja hydrometeorologian olosuhteissa. Tavoitteena oli myös määrittää hallitsevat eroosioprosessit ja arvioida kolmiulotteisen (3D) monihuokosmallin soveltuvuutta vesi- ja kiintoainetaseiden sekä eroosioprosessien estimoimiseen savipelloilla. Simulaatio- ja mittaustulokset kahdelta koekentältä tuottivat arvion vesi- ja kiintoainetaseista. Horisontaalisten oikovirtausreittien kautta virtaava pohjavesivalunta osoittautui laskelmissa oleelliseksi vesitaseen komponentiksi, jonka määrää kontrolloi maaston topografia. Pohjavesivaluntaprosessien vuoksi peltoalueet kytkeytyivät niitä ympäröiviin alueellisiin hydrologisiin systeemeihin. Siten tutkittujen peltojen ja niitä ympäröivien alueiden topografia vaikutti monitoroitujen alojen hydrologiaan. Evapotranspiraatio hallitsi vuotuisia vesitaseita. Tulosten mukaan standardimenetelmiä täytyy kuitenkin kalibroida, jotta ne pystyvät arvioimaan haihduntaa tarkasti pohjoisissa olosuhteissa. Kasvukausien aikana pohjavesivalunta muodosti suurimman valuntakomponentin. Suurin osa valunnasta ja kuormista tapahtui kasvukauden ulkopuolella ja salaojavalunta muodosti suurimman valuntakomponentin. Pintakerrosvaluntaa tapahtui pääasiassa maaperän vesivaraston kyllästymisen yhteydessä. Maan jäätymisellä ei ollut suurta vaikutusta valuntojen muodostumiseen, mutta yksittäisinä keväinä routa lisäsi pintakerrosvalunnan muodostumista. Suurin osa kiintoainekuormasta muodostui maanpinnan alapuolisia virtausreittejä pitkin. Salaojien kautta tuleva kuorma muodosti suurimman kuormituskomponentin ja huomattava osa laskennallisesta kuormasta tapahtui pohjavesivalunnan kautta. Simulaatiot muodostivat arvion kiintoainetaseista ja osoittivat, että suuri osa maan pinnalla erodoituneesta materiaalista ei muodostanut kuormaa. Kolme mallirakennetta demonstroivat kuinka rakenteelliset epävarmuudet voivat vaikuttaa simulaatiotuloksiin. 3D monihuokosmalli osoittautui sopivaksi menetelmäksi vesi- ja kiintoainetaseiden analyyseihin. Kattavampi analyysi vaatisi syvien maakerrosten hydraulisten ominaisuuksien tarkempaa määrittämistä ja peltolohkojen sisäisiä mittaushavaintoja eroosiosta sekä kiintoaineen kulkeutumisesta. Tulosten mukaan maankuivatuksen ja vesiensuojelun suunnittelun tulisi fokusoitua aiempaa enemmän maanpinnan alapuolisiin virtaus- ja kuormitusreitteihin.