Veden virtaus ja ravinteiden huuhtoutuminen savimaassa

Tutkimuksessa selvitettiin veden virtausta ja ravinteiden huuhtoumista savimaassa. Ertyisesti tutkittiin savipelloilla kuivumisen seurauksena syntyvien halkeamien vaikutusta veden virtaukseen. Valunnan syntymistä ja sen aiheuttamia ravinnehuuhtoumia tutkittiin Sjökullan koekentällä Kirkkonummella. Halkeamien syntymistä mallinnettiin kosteuden funktiona huokossuhteen avulla, minkä jälkeen vesitase laskettiin FLOCR-mallilla viljelyksessä olevalle peltoalueelle. FLOCR on profiilimalli, joka on kehitetty laskemaan veden virtausta ja halkeamien syntymistä savimailla.

Kentällä mitattiin valuntaa salaojissa ja pintavaluntapadoilla sekä sääparametreja automaattisen mittausjärjestelmän avulla. Laboratoriossa mitattiin ravinnepitoisuuksia huuhtoutuvissa vesissä ja koealueen maaperän ominaisuuksia. Tutkimusjaksolla 1.6.1994- 31.5.1995 sadanta oli 725 mm. Mitattu salaojavalunta jaksolla oli 71 mm ja pintavalunta 120 mm. Valuntahuiput keskittyivät syys-lokakuulle 1994 ja huhti-toukokuulle 1995. Typpihuuhtouma oli 14,9 kg/ha, fosforihuuhtouma 4,5 kg/ha ja kiintoaineshuuhtouma 1494 kg/ha tarkastelujaksolla. Kokonaistypen huuhtoumista 80 % tuli salaojista heti lannoituksen jälkeen toukokuussa 1995. Kokonaisfosforihuuhtoumat jakautuivat tasan salaoja- ja pintavalunnan kesken huipun ollessa lokakuussa 1994. Kiintoaineshuuhtoumat jakautuivat suhteessa 1:3 salaoja- ja pintavalunnan kesken huipun ollessa lokakuussa 1994. Intensiivisen näytteenoton perusteella määritettiin salaojavesien lyhytaikaisen vaihtelun luonnetta syksyllä sadonkorjuun jälkeen. Tutkimusten perusteella todettiin pitoisuuden riippuvan virtaamasta tietyn virtaama-arvon jälkeen, joka tässä oli 20 l/min.

Sovellusesimerkissä käytettiin Sjökullan koekentällä vuosina 1994-1995 mitattua aineistoa. Veden virtausta maaperässä mallinnettiin FLOCR-mallilla huhti-marraskuussa 1994. Maaperän vedenpidätyskäyrää ja kyllästymättömän maan hydraulista johtavuutta kuvattiin van Genuchtenin funktiolla. Parametrien estimointiin käytettiin laboratoriossa mitattuja pF-käyriä ja hydraulisen johtavuuden arvoja. Mallin vaatimat kuivumis-kutistumiskäyrät sovitettiin laboratoriomittausten perusteella.

Mitattujen maan hydraulisten ominaisuuksien perusteella mallin laskelmat ja mitatut salaoja- ja pintavalunnat sekä pohjaveden korkeudet erosivat toisistaan merkittävästi. Lasketut pohjavedenpinnan korkeudet olivat koko laskentajakson ajan huomattavasti mitattuja korkeammalla, jolloin laskelmissa syntyneiden halkeamien määrä jäi myös todellisia arvoja paljon pienemmiksi. Haihdunnan laskennassa syntyvä virhe vaikuttaa voimakkaimmin mallin toimimattomuuteen viljellyllä pellolla. Veistaseen virheen takia malli ei nykyisessä muodossa sovellu kulkeutumisen laskentaan.