Pinta- ja pohjaveden vuorovaikutusten integroitu mallinnus boreaalisessa ympäristössä

Pohjaveden ja pintaveden vuorovaikutusten selvittäminen on ratkaiseva arvokkaiden ekosysteemien suojelemiseksi, kestävien vesivarojen turvaamiseksi ja biogeokemiallisten prosessien ymmärtämiseksi. Niiden tärkeydestä huolimatta, pohjaveden ja pintaveden vuorovaikutuksia ymmärretään edelleen huonosti mittaushaasteiden vuoksi. Tohtoritutkija Anna Autio on tutkinut ilmiötä boreaalisessa ympäristössä soveltamalla uudenlaista täysin integroitua hydrologista mallinnusta, erityisesti keskittyen pohjavesiriippuvaisiin ekosysteemeihin kuten soihin, järviin, lähteisiin ja puroihin.
“Vain mallinnus voi tarjota yksityiskohtaista tietoa pohjaveden ja pintaveden vuorovaikutuksen spatiaalisesta dynamiikasta; kenttämenetelmät antavat vain spatiaalisen tilannekuvan tai ovat rajoitettuja yksittäisiin paikkoihin” sanoo tohtoriopiskelija Anna Autio. “Mallinnus mahdollistaa myös sen, että voimme tutkia, miten nämä järjestelmät muuttuvat erilaisten hallintatoimenpiteiden vaikutuksesta. Tämän vuoksi mahdollisuus rakentaa korkealaatuisia integroituja malleja on erittäin tärkeää” korostaa Autio.
Aution tutkimus korostaa edistyneen mallinnusmenetelmän potentiaalit ja haasteet. Hänen simulaationsa osoittavat, että yksinkertaiset täysin integroidut mallit voivat onnistuneesti mallintaa noin kaksi kolmasosaa lämpökamerakuvauksen avulla tunnistetuista pohjaveden purkautumispaikoista Pallaslompolon Lapissa sijaitsevassa pienvaluma-alueella. Malli kuvaa myös noin 50 % alueista, jotka on määritetty vakaiden vesien isotooppien avulla, joka on toinen yleinen kenttämenetelmä hydrologisissa tutkimuksissa. Mallin ja kenttämenetelmien väliset erot johtuvat todennäköisesti yksinkertaistetusta geologisesta mallista, mutta ne voivat myös heijastua kenttämenetelmien rajoituksista.
Aution väitöskirja käsittelee suo-mineraalijärjestelmiin liittyvää malliherkkyyttä. Kälväsvaara-akviferin ja Olvassuon aapasuon tutkimuksessa sekä hypoteettisen suoalueen skenaariomallinnuksissa, hän havainnollistaa tekijöitä, jotka vaikuttavat pohjaveden pintavesivirtoihin. Suomen olosuhteissa vettä johtavat glasiofluviaaliset hiekkakerrostumat ovat vallitsevia, mutta ympäröivien soiden ja muiden alueiden maaperäominaisuudet vaikuttavat merkittävästi hydrologiseen dynamiikkaan sekä pohja- ja pintaveden vaihtoon. Lisäksi turpeen syvyyden ja maaston kaltevuuden jakautuminen vaikuttavat merkittävästi pohjaveden ja pintaveden vuorovaikutusten syntyyn ja laajuuteen boreaalisissa maisemissa.
“Täysin integroitujen mallien pitäisi olla olennaisia työkaluja yhteiskunnallisesti tärkeiden kohteiden hydrologisten vaikutusten arviointiin, mutta tarvitsemme vielä monipuolisempia tietoaineistoja mallien kalibrointiin ja validointiin,” toteaa Autio. “Meidän on myös vielä opittava, kuinka parhaiten sisällytämme nämä lisätiedot malleihimme parantaaksemme niiden tarkkuutta ja luotettavuutta.”