Muuttuvat jokien virtaamat: Ilmaston ja energiamarkkinoiden vaikutusten arviointi pohjoisten jokien muutoksiin

Pohjoismaisten jokien virtaamat ovat muutoksessa pääasiassa ilmastonmuutoksen ja jokien säännöstelyn takia. Säännöstelyn voimakkuuteen vaikuttaa vesivoiman alati muuttuva rooli energiamarkkinoilla ja etenkin uusiutuvien energiamuotojen lisääntyvä osuus, jolloin tarvitaan enemmän säätövoimaa. Muuttuvien lyhyen ja pitkän aikavälin säännöstelykäytäntöjen vaikutuksista jokien virtaamaolosuhteisiin tarvitaan lisätietoa etenkin ekologialtaan herkistä pohjoisista joista.

Säännöstelykäytäntöjen ja ilmastomuutoksen suhteellisen vaikutuksen arvioimiseksi tehtiin tila-ajallinen tutkimus kahdelle ilmasto- ja valuma-alueolosuhteiltaan samankaltaiselle pohjoiseurooppalaiselle joelle, joista Kemijoki edustaa säännösteltyä ja Tornionjoki säännöstelemätöntä jokea. Säännöstellyllä joella havaittiin 100 % korkeampi hydrologinen muutos verrattuna säännöstelemättömään. Joen säännöstelyllä ja ilmastonmuutoksella näyttää olevan samanlainen vaikutus Kemijoen virtaaman muutoksiin (molemmat 50 %). Tulos vahvistettiin analysoimalla tietoja Kemijoen säännöstelemättömän Ounasjoen sivuhaaran aineistolla.

Lyhytaikaisia muutoksia pohjoismaisissa joissa määritettiin kvantitatiivisesti käyttämällä 150 joen laajoja tuntikohtaisia virtaamatietoja. Tulosten mukaan lyhytaikaissäännöstely on näiden jokien tapauksessa korkealla tasolla, ja se on lisääntynyt viimeisen vuosikymmenen aikana. Syynä voi olla uusiutuvien energialähteiden lisääntyminen energiamarkkinoilla, sillä markkinoilla tarvitaan enemmän säätöenergiana toimivaa vesivoimaa tasapainottamaan sähköntuotannon vaihteluita.

Työssä kehitettiin myös wavelet -aikasarja-analyysiin perustuva menetelmä hydrologisen aikasarjatiedon vaihtelevuuden karakterisoimiseksi eri ajanjaksoina. Tulosten mukaan joidenkin säännösteltyjen jokien päivittäiset virtaamavaihtelut olivat etenkin talvisin jopa 20 kertaa suuremmat kuin säännöstelemättömien jokien. Pienemmissä säännöstellyissä joissa muutokset olivat suurimpia kesäaikana.

Päivittäisen energian kysynnän vaihtelun vaikutusta arvioitiin kahdella uudella indeksillä (energiamarkkinavaikutus ja järjestelmän tehokkuussuhde). Indeksejä testattiin Kemijoelle määritetyillä kynnysarvoilla, jotka perustuivat säännöstelemättömään Ounasjokeen ja tuntikohtaiseen energian hintaan Suomessa (v. 2017). Vuotuinen vaikutus virtaamaolosuhteisiin Taivalkoskenpadolla vuosina 2013, 2014 ja 2014 oli 74 %, 84 % ja 61 %, kun taas kuukausittainen vaikutus vaihteli 27 %:sta 100 %:iin.