Pohjapatojen käyttö peruskuivatusuomissa

Suomessa vuosittainen sadanta on suurempi kuin haihdunta, joten peltojen kuivatus on välttämätöntä niin kasvien kasvun, kuin peltojen liikennöitävyyden takia. Oman haasteensa viljelylle aiheuttaa myös luminen talvi ja lyhyt kasvukausi. Lyhyen kasvukauden takia lumien sulamisvedet on pystyttävä tehokkaasti johtamaan pelloilta pois, jotta peltotyöt saadaan tehtyä ajoissa ja mahdollisimman suuri aika kasvukaudesta jää kasvien hyödynnettäväksi.
Kesän kuivimpaan aikaan pohjaveden pinta pellolla voi kuitenkin laskea niin syvälle, että se heikentää kasvien kasvua. Happamilla sulfaattimailla tämä saattaa aiheuttaa myös sulfidikerrosten hapettumista ja sen myötä vesistöjen happamoitumista. Tehokas maankuivatus muuttaa myös valuntasuhteita, millä todennäköisesti on vaikutusta pellolta vesistöön tapahtuvaan ravinnehuuhtoumaan.
Tässä työssä tarkasteltiin Drainmod 6.1 -mallinnusohjelman avulla peruskuivatusuomissa olevien pohjapatojen vaikutuksia tutkimusalueen pohjavedenkorkeuksiin. Samalla tutkittiin myös niiden vaikutuksia kasvien kasvuun, peltojen liikennöitävyyteen ja peruskuivatusuoman vedenkorkeuteen sekä virtaamaan. Tutkimusalueena oli Vaasan Söderfjärdenin peltoalue. Työssä mallinnettiin 30 vuoden pohjavedenpinnat eri padotustasoilla. Näistä tuloksista muodostettiin keskimääräiset pohjaveden pinnat aikavälille 15.5 – 30.11. Mallinnuksessa tutkittiin myös padotuksen vaikutusta kuivana ja sateisena vuotena.
Mallinetuista pohjaveden pinnankorkeuksista selvisi, että padotuksella voidaan pitää pohjavettä korkeammalla padottamattomaan tilanteeseen nähden. Padotuksen vaikutus pohjaveden pinnankorkeuteen kuitenkin väheni suuremmilla padotuskorkeuksilla ja esimerkiksi kahdella suurimmalla padotuksella saavutetuissa pohjaveden pinnoissa ei ollut enää suurta eroa toisiinsa nähden. Padotus paransi kasvien kasvuedellytyksiä, sillä se vähensi kuivien vuorokausien lukumäärää enemmän kuin lisäsi märkiä. Liikennöitävyydelle pohjapadoista aiheutui merkittävää haittaa lähinnä loka-marraskuun aikana suurilla padotuksen arvoilla. Mallinnuksen mukaan pohjapadot lisäävät pellolta tapahtuvaa haihduntaa, mistä vesitaseyhtälön mukaan voidaan päätellä peruskuivatusuoman virtaaman pienentyvän jonkin verran.
Haihdunta lisääntyy pohjaveden noustessa lähemmäs maanpintaa, joten tämän takia padotuksen vaikutukset pienenivät suuremmilla padotuksen arvoilla. Samasta syystä padotus ei juuri lisännyt märkyydestä aiheutuvaa haittaa kasveille eikä vähentänyt peltojen liikennöitävyyttä. Ohjelman mallintama haihdunta pienentyi syksyllä huomattavasti, jolloin pohjaveden pinnakorkeus nousi nopeasti, mikä näkyi heti liikennöitävyyden kärsimisenä. Tutkimusalue sijaitsee happamilla sulfaattimailla ja näille maille tyypillinen mururakenne tehostaa haihduntaa. Mururakenteen takia on myös mahdollista, että padotuksen lisätessä painetta padon yläpuolella, alkaa vesi suotautumaan maakerrosten läpi padon ohi. Tämä voi myös aiheuttaa osaltaan sen, että vettä ei pystytä padottamalla mielin määrin nostamaan.
Peruskuivatusuomaan rakennettavien pohjapatojen valuma-aluetason vaikutuksien selvittäminen vaatii vielä lisätutkimusta, koska kalibroinnissa käytetyt vedenkorkeuden arvot oli mitattu uoman läheiseltä pellolta ja itse peruskuivatusuoman vedenkorkeudesta ei ollut mittaustietoa. Lisäksi kyseinen pelto oli ympäröity muovikalvoilla, jotka estävät veden sivusuuntaisen suotautumisen. Toisin sanoen malli ei ota huomioon valuma-alueen yläosista tulevia vesiä ja padotuksen vaikutusta niihin. Tämän takia tutkimuksen tuloksia tulee pitää suuntaa-antavina pohjapatojen valuma-aluetason vaikutusten arvioinnissa.

————————

In Finland annual precipitation is greater than evapotranspiration, so in agriculture drainage is necessary to secure plant growth and fields’ trafficability. Snowy winter and short grooving season set their own challenge to agriculture. Because shortness of grooving season, melting waters of snow must be effectively led out from cultivated fields so field works will be completed in time and the longest possible time is left to plants growth.
At the driest time of summer groundwater level might sink so deep that it weakens grow of plants. In acid sulfate soils it also causes oxidation of sulfide layers and thereby acidification of water systems. Effective drainage changes also the balance of runoffs’ which might have effect to nutrients leaching from fields to water systems.
This work examined potential of submersed weirs to avoid oxidation of sulfide layer with Drainmod 6.1 –modelling software. At the same time time their effects to crop yield, trafficability, main ditch’s water level and its flow was examined. Exam area was Vasa’s Söderfjärden. In this work groundwater level was modelled for 30 year period with different weir levels. From the result formed average groundwater levels for period 15.5 – 30.11. Also effects of submersed weir at dry and rainy year were examined.
According to the results submersed weirs can keep groundwater higher but effect of increasing weir level was not linear. For example there were no big differences with the two highest weir levels. Submersed weir increased the crop yield because weir decreased number of dry days more than it increased wet days. Submersed weirs with high weir levels caused harm for trafficability at October – November. According to modeled results, weir increase evapotranspiration on fields which probably decrease the flow in the ditch decreases according to the water balance equation.
Evapotranspiration increases when groundwater level rice nearer soil surface. That is the reason why effects of weir decreased when bigger weir lever was used. For that reason, weirs did not increase wet condition which causes harm for plants neither caused harm to trafficability. Drainmod’s modeled evapotranspiration decreased at autumn, which increased groundwater level so trafficability decreased significantly. Study area is acid sulfate soil and it has its typical coarse structure which also increases evapotranspiration. Coarse structure might also lead to increasing amount of water which infiltrates to soil and out from the system when weir increases pressure. That might also be the reason that groundwater level on field does not rice in the same proportion with weir levels.
To find out watershed scale effects of submersed weirs’ build in basic drainage channel requires more studying, because values of groundwater levels used in model’s calibration were measured from a field nearby and from basic drainage ditch there was no measured water level data. Study area of this work was also surrounded with plastic membrane, which prevented water’s lateral infiltration. Other words used model does not take account that water which comes to field from upper drainage basin. For that reason these results are more like indicative in estimation of submersed weirs’ watershed scale effects.

Keywords: Submersed weir, basic drainage dich, field’s water economy, Drainmod 6.1