Maan painuminen Pohjois-Pohjanmaan säännösteltyjen jokien tulvapelloilla

Abstract

Maan painuminen on vesistöjen läheisyydessä viljelytoimintaa haittaava ongelma. Tässä diplomityössä tutkittiin säännöstelyn ja tulvapeltojen viljelyn välistä vuorovaikutussuhdetta Kala- ja Siikajoen tulvapelloilla sekä painumista ilmiönä, sen syitä ja seurauksia. Tulviminen, sinänsä luonnollinen ilmiö tasaisella Pohjanmaalla, koetaan herkästi säännöstelytoiminnan epäonnistumisena, vaikka todellisuudessa säännöstelyn avulla pystytään leikkaamaan tulvahuippuja jossain määrin. Viljelysmaiden tulvahaittojen koetaan kasvaneen siitä huolimatta, että tulvanaikaista vedenkorkeutta on pyritty pienentämään säännöstelyä kehittämällä.

Valtaosan maanpinnan vajoamisesta aiheuttaa viljelysmaan kuivatuksesta johtuva primäärinen konsolidaatiopainuminen. Työssä esitetään, että kuivatuksen lisäksi painumiseen vaikuttaa maanviljelystoimenpiteiden aiheuttama maaperän tiivistyminen. Maanpinta voi painua myös viljelysmaan negatiivisen ainetaseen vuoksi, jolloin pellolta poistuu ainetta esimerkiksi pintaeroosion tai orgaanisen aineksen hajoamisen johdosta.

Työn tavoitteena oli maanpinnan korkeusasemia vertaamalla määrittää tutkimusalueilla maan painumisnopeudet. Maan painumista tutkittiin vertaamalla arkistosta valittujen kuivatuskarttojen maanpinnan korkeustietoja Maanmittauslaitoksen laserkeilausaineistoon. Painuneiden pisteiden keskipainumavauhti oli Siikajoen Kaivosojalla 11 mm/v vuosina 1982–2009, Lamujoen Junnonojalla 6 mm/v 1962–2013, Kalajoen Huokumaanojalla 5 mm/v 1959–2009 ja Kalajanjoen Herralanpurolla 8 mm/v 1990–2014. Pahimmilla alueilla vastaavat painumavauhdit olivat karkeasti Kaivosojalla 25 mm/v, Junnonojalla 10 mm/v, Huokumaanojalla 15 mm/v ja Herralanpurolla 25 mm/v. Maalajin vaikutusta painumiseen tarkasteltiin 1:200 000 maaperäkartan avulla. Painuminen oli suurinta paksujen turvekerrosten alueilla ja sitä suurempaa, mitä suurempi kerroksen paksuus oli.

Saaduista painumanopeuksista määritettiin tutkimusalueille painumamallit, joiden avulla painumisen aiheuttamaa tulva-alueen leviämistä pystyttiin arvioimaan. Kaivosojalla tulva on levinnyt 8,8 ha, Junnonojalla 4,7 ha ja Herralanpurolla 12 ha kuivatussuunnitelman ja laserkeilausvuoden välillä maan painumisen takia. Seuraavan 20 vuoden aikana tulva tulee leviämään vielä lisää Kaivosojalla 17 ha (yht. 26 ha), Junnonojalla 3,8 ha (yht. 8,5 ha) ja Herralanpurolla 29 ha (yht. 41 ha), jos painumisolosuhteissa ei tapahdu muutoksia. Siika- ja Lamujoella tulos yleistettiin karkeasti koskemaan vuotuisen tulvan leviämistä koko jokivarren alueella tulvariskikarttoja apuna käyttäen. Siikajoella vuotuinen tulva on levinnyt 130 ha ja tulee seuraavan 20 vuoden aikana leviämään vielä lisää 250 ha (yht. 380 ha). Lamujoella puolestaan vuotuinen tulva on levinnyt 90 ha ja tulee leviämään vielä lisää 73 ha (yht. 160 ha).

Diplomityön osana suoritettiin myös kyselytutkimus, jonka tavoitteena oli selvittää, miten maanviljelijät kokevat tulvan ja sen aiheuttaman haitan. Maanviljelijöiden mielestä tulvan vaikutukset ovat kasvaneet viimeisen 20 vuoden aikana. Tilastot kuitenkin osoittavat, että tulvien keskimääräinen suuruus on hieman laskenut. Maan painumisen johdosta tulva-alueet kasvavat jokivarsien pelloilla, vaikka tulvavedenkorkeus pysyisi samana.

Painumisella on suuri merkitys tulva-alueiden laajenemiseen nyt ja tulevaisuudessa. Merkittävä osuus Pohjanmaan jokivarsien pelloista sijaitsee tulvariskialueilla. Ilman aktiivisia toimenpiteitä ongelma ei ratkea, vaan pahenee jatkuvasti ajan kuluessa. Ongelmaa voidaan yrittää ratkaista joko tulvia vähentämällä, painumista ehkäisemällä tai siirtämällä maanviljelytoiminta pois tulvariskialueilta.

Subsidence causes trouble on the fields next to watercourses. The interaction between regulating waterways and farming the flood fields in the Kalajoki and Siikajoki areas and the phenomena of subsidence as well as the reasons and the consequences were studied in this master’s thesis. Flooding is a natural phenomenon in the flat areas of Ostrobothnia but it is still often experienced as a failure of regulation practices. The increasing flood damage are experienced on the fields regardless of the reduction in the flood water levels achieved by development of the regulation.

Most of the subsidence is caused by the primary consolidation related to the improvements of drainage. It is proposed in the study that also compaction due to the farming activities increases the subsidence. In addition, a negative mass balance of the fields caused by surface erosion or organic matter degradation might also influence.

The aim of the study was to define the subsidence rates for the target fields by comparing the ground altitudes in time and space. The subsidence was studied by comparing the altitudes in the drainage scheme maps chosen from the archives and laser scanning data by the National Land Survey of Finland. The average rate was 11 mm/year in the Kaivosoja study target by the river Siikajoki between 1982–2009, 6 mm/year in Junnonoja (Siikajoki river) 1962–2013, 5 mm/year in Huokumaanoja (Kalajoki river) 1959–2009 and 8 mm/year in Herralanpuro (Kalajanjoki river) 1990–2014. The rates in the most problematic areas were roughly 25 mm/year in Kaivosoja, 10 mm/year in Junnonoja, 15 mm/year in Huokumaanoja and 25 mm/year in Herralanpuro. The effect of the soil type on the subsidence was studied by the soil map 1:200 000. The highest rates were found in the areas of thick peat layers and the subsidence was greater in the thicker peat layer.

Subsidence models were formed by using the subsidence rates to evaluate the spread of the flooding area. A typical flood has spread 8,8 ha in Kaivosoja, 4,7 ha in Junnonoja and 12 ha in Herralanpuro due to the subsidence between the years of the drainage map and the laser scanning. The flood will spread 17 ha more (26 ha in total) in Kaivosoja, 3,8 ha more (8,5 in total) in Junnonoja and 29 ha more (41 ha in total) in Herralanpuro in the following 20 years if there won’t be any changes in the subsidence conditions. The results were generalized to cover the spread of the annual flood in the whole Siikajoki and Lamujoki river areas by using the flood hazard maps. The annual flood has spread 130 ha and will spread 250 ha more (380 ha in total) in the next 20 years by the Siikajoki river. The spread has been 90 ha and will be 73 ha more (160 ha in total) in the next 20 years by the Lamujoki river.

A survey study was also performed to find out how the farmers experience the flooding and the harm caused by it. According to the answers the flood hazard has increased during the past 20 years. The statistics however show that the average magnitude of the floods has actually decreased. Despite the constant flood water level the field areas covered by water are growing because of the subsidence.

The subsidence affects the spread of the flood now and in the future. A significant share of the fields in the Ostrobothnia area is located in the flood hazard areas. Without active moves the problem won’t be solved. A solution could be developed either by reducing the floods, by preventing the subsidence or by moving the farming business out of the flood hazard areas.