MAATALOUDEN ALUEELLISEN VESIENHALLINNAN LASKENTA-ALUSTA (MAVELA)

MAVELA-hankkeen tavoitteena on edistää maatalousalueiden vesienhallinnan suunnittelua aluelähtöisesti ja varautumista tulevaisuuden ilmasto-olosuhteisiin kuten erilaisiin ääri-ilmiöihin, rankkasateisiin ja kuivuusjaksoihin. Osahankkeessa 1 laaditaan vesienhallinnan parissa työskenteleville suunnattu työkalu, jolla voidaan tarkastella yksittäisen pellon, kuivatusalueen tai valuma-alueen vesienhallintaa. Laskentatyökalu toimii eräänlaisena digitaalisena kaksosena, joka integroi havaitun datan simulointimalleihin, ja jonka avulla eri käyttäjäryhmät voivat saada tarvitsemansa käytännön informaation tarkasteltavasta alueesta. Laskenta-alusta tuottaa ajantasaista tietoa kohteen vesienhallinnasta. Ajankohtainen tieto vesitaseesta ja hydrologisesta tilasta edesauttaa suunnittelemaan vesienhallinnan sopeutumista tuleviin sääolosuhteisiin. Laskenta-alustalla voidaan tulevaisuudessa arvioida tietyn pellon vesitaloutta ilman intensiivistä mittaustoimintaa.

Laskenta-alustaa varten osahankkeessa 2 toteutetaan maaperäkirjasto, joka kokoaa yhteen eri seurannoista ja tutkimushankkeista kerättyjen maanäytteiden (tuhansia mittauspisteitä) ominaisuudet. Kirjastoa voidaan hyödyntää mallisovellusten parametrisoinneissa ja sen tiedot ovat yhdistettävissä maalajikarttoihin, jolloin voidaan luotettavammin huomioida eri maalajien ominaisuudet laskennassa. Laskenta-alusta yhdessä maaperäkirjaston kanssa tuottaa tietoa pelto-, kuivatus- ja valuma-alueiden vesienhallintaan ja auttaa suunnittelemaan toimivia vesienhallintakokonaisuuksia eri alueille.

Hanke toteutetaan kahtena osahankkeena:

1) FLUSH-mallin kehittäminen:

  1. 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.

  1. 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

REWATER

Ilmaston lämpeneminen ja lisääntyvät sään ääri-ilmiöt, kuten tulvat ja kuivuusjaksot, uhkaavat ruokaturvaa ja veden saatavuutta. REWATER-hankkeen tavoitteena on vastata ilmastonmuutoksen aiheuttamiin maatalouden vesienhallinnan haasteisiin kehittämällä älykkäitä ja helposti saatavilla olevia ICT-pohjaisia vesienhallintaratkaisuja kestävän maatalouden tueksi.

Hankkeessa kerätään kenttädataa maatalouden vesienhallinnasta ja arvioidaan ilmastonmuutoksen vaikutuksia sadontuottoon sekä mukautetaan simulaatiomalleja vesienhallinnan tutkimiseen muuttuvissa ilmasto-olosuhteissa. Kenttäkokeita tehdään pilottialueilla Suomessa ja Ruotsissa, missä testataan älykkäiden kuivatus- ja kastelujärjestelmien toimivuutta. REWATER-hanke edistää tehokkaiden vesienhallintajärjestelmien kehittämistä ja käyttöönottoa yhdessä sidosryhmien kanssa Suomessa ja Ruotsissa.

Hanke toteutetaan neljänä työpakettina, jotka liittyvät tiivisti yhteen:

1. Ensimmäinen työpaketti keskittyy ilmastonmuutoksen vaikutusten arvioimiseen maataloudessa keräämällä ja analysoimalla havaintodataa. Työpaketissa asennetaan uusia seuranta-antureita koealuilla Suomessa ja Ruotsissa ilmasto- ja maaperätiedon keräämiseksi. Lisäksi hyödynnetään aikaisemmin kerättyä dataa esimerkiksi sademääristä, lämpötiloista, maaperän kosteudesta ja sadontuotosta. Kenttädataa kerätään kolmelta koealueelta: Sievistä ja Tyrnävältä Suomessa sekä Öjebynistä Ruotsissa. Kerätyn datan avulla mallinnetaan maatalouden vesijärjestelmiä ja kootaan ilmastonmuutosskenaarioita arvioimaan sademäärien ja lämpötilojen tulevia muutoksia.

2. Toinen työpaketti keskittyy kenttäkohtaisten mallien luomiseen, jotka simuloivat maaperän kosteusolosuhteita sekä arvioivat kuivatus- ja kastelutarpeita eri valuma-alueilla. Mallit huomioivat kylmien alueiden erityispiirteitä ja hyödyntävät ilmastoskenaarioita tulevien vaikutusten arvioinnissa. Työpaketissa hyödynnetään työpaketin 1 koekenttien mittaustuloksia.

3. Kolmannessa työpaketissa tavoitteena on älykkään Dr-Ir-St (kuivatus, kastelu, säilytys) -järjestelmän toteuttaminen pilottimittakaavassa ilmastonmuutoksen vaikutusten torjumiseksi. Hankkeessa kehitetään IoT-pohjainen automaatiojärjestelmä optimoimaan maatalouden vesienhallintaa. Järjestelmä tukee kiertotalouden periaatteita hyödyntämällä maatalousalueen veden uudelleenkäyttöön sekä aurinkopaneeleilla toimivia vähävirtaisia laitteita. Järjestelmää pilotoidaan koekentillä Suomessa sekä Ruotsissa. Tavoitteena on arvioida järjestelmän tehokkuutta, kestävyyttä ja laajennettavuutta eri ilmasto- ja maatalousolosuhteissa.

4. Neljännessä työpaketissa laaditaan tiedotussuunnitelma hankkeen tulosten levittämiseksi. Lisäksi pyritään edistämään rajat ylittävää tiedonvaihtoa projektimaiden välillä, jotta paikallinen tieto ja parhaat käytännöt leviäisivät tehokkaammin.

REWATER-hanke toteutetaan yhteistutkimushankkeena vuosina 2024–2027. Hankkeen vastuullinen organisaatio on Oulun yliopisto, ja sen muut osapuolet ovat Salaojayhdistys ry, Salaojituksen tutkimusyhdistys ry, Aalto-yliopisto, Hushållningssällskapet i Norrbotten-Västerbotten ja Sveriges Lantbruksuniversitet. Hanketta rahoittaa Salaojituksen Tukisäätiö sr sekä EU:n Interreg Aurora -ohjelma, joka tukee rajat ylittävää yhteistyötä Pohjoismaissa ja Itämeren alueella erityisesti innovaation, kestävän kehityksen ja kilpailukyvyn edistämiseksi. Tarkemmin Interreg Aurora -ohjelmaan pääset tutustumaan Interreg Aurora – New programme for cross-border cooperation 2021–2027