<b>Sedimentin kulkeutuminen kylmän alueen virtavesissä – virtaus-sedimenttidynamiikan monitorointi</b>

Tämä väitöskirja käsittelee sedimenttivuota kylmän ilmaston virtavesissä. Sedimenttivuohon vaikuttavat uomaverkoston paikalliset tekijät, kuten jokiuoman morfologia sekä rannikoiden jääpeite. Paikallisten tekijöiden vaikutusta sedimenttivuohon on tutkittu kuitenkin verrattain vähän vuodenaikojen mukaan vaihtelevissa virtavesissä. Tutkimalla virtausdynamiikan ja sedimentin vuorovaikutusta uomaverkoston eri osissa, saadaan tietoa sedimenttivuohon vaikuttavista tekijöistä.

Tämän väitöskirjan tavoitteena on selvittää sedimentin kulkeutumisen vuodenaikaisvaihtelua ja siihen vaikuttavia tekijöitä. Tutkimuksen pääpaino on virtausdynamiikan ja sedimentin välisessä vuorovaikutuksessa. Tutkimus toteutetaan yhdistelemällä perinteisiä kenttämittauksia, lähikaukokartoitusta sekä virtausmittauksia ja – mallinnuksia.

Tutkimuksessa hyödynnetään monipuolisesti erilaisia mittaus- ja mallinnusmenetelmiä. Oletuksena on, että tutkimusmenetelmien monipuolinen yhdistäminen tuottaa tarkempaa tietoa suhteessa yksittäisiin menetelmiin. Ensimmäisessä osatutkimuksessa vertaillaan erilaisten syvyysmallinnustekniikoiden soveltuvuutta matalan kirkasvetisen joen kartoittamiseen. Toinen osatutkimus keskittyy jokiuoman muutostulkintaan ja muutoksen mittaamiseen lähikaukokartoitustekniikoilla. Jokiuoman muutosta tarkastellaan suhteessa mitattuihin virtausnopeuksiin. Kolmas osatutkimus keskittyy sedimenttipitoisen jokipluumin esiintymiseen erilaisissa rannikko-olosuhteissa. Viimeisessä osatutkimuksessa vertaillaan kahden syyskevätkauden (kylmä ja leuto) välisiä sedimentaatioeroja rannikolla hyödyntäen sedimenttikeräimiä ja virtausmallinnusta. Väitöstutkimus toteutettiin subarktisen ja boreaalisen ilmaston virtavesiympäristöissä: Lapissa sijaitsevalla Pulmankijoella ja Saaristomerellä sijaitsevalla Halikonlahdella.

Tulokset osoittavat sedimentin kulkeutumisen olevan jaksottaista. Kulkeutuminen on suurimmillaan voimakkaiden virtausolosuhteiden aikana, joita aiheuttavat esimerkiksi korkeat jokivirtaamat sekä voimakkaat tuuliolosuhteet ja nopeat vedenpinnan korkeusvaihtelut rannikolla. Heikkojen virtausolosuhteiden aikana sedimentin kulkeutuminen on maltillista ja sedimentti pääosin kasaantuu. Kulkeutumiseen vaikuttavat sekä paikalliset että alueelliset tekijät. Alueelliset tekijät, kuten jokivirtaaman vaihtelu, merenpinnan korkeusvaihtelut ja tuuliolosuhteet ohjaavat sedimentin kulkeutumista voimakkaimmin, mutta myös paikalliset tekijät, kuten uoman muodot, rannikon jääpeite sekä meriveden kerrostuneisuus vaikuttavat kulkeutumiseen.

Yhdistelemällä useita tutkimusmenetelmiä pystytään selvittää virtauksen ja sedimentin kulkeutumiseen vaikuttavia syy-seuraussuhteita. Esimerkiksi mitattujen ja mallinnettujen virtausolosuhteiden avulla on mahdollista selittää jokiuoman geomorfologisten yksiköiden muutoksia ja rannikon sedimentaatiota. Myös jokiuoman korkeusmallien luomiseen tarvitaan usean lähikaukokartoitustekniikan yhdistämistä. Korkeusmallien välisten erojen avulla voidaan arvioida sedimenttikulkeumaa jokiuomassa.

Väitöskirjatutkimuksen perusteella ilmastonmuutoksesta aiheutuva ilmakehän lämpeneminen ja virtaamaolosuhteiden muutos vaikuttavat todennäköisesti sedimentin kulkeutumiseen kylmän alueen virtavesissä. Kevättulvien keston ja voimakkuuksien heikkenemisen sekä syys-talvivirtaamien nousun seurauksena sedimentin kulkeutuminen heikkenee kevättulvien aikana ja lisääntyy muina aikoina. Heikentyvien kevättulvien aikana myös virtausnopeudet todennäköisesti alanevat. Virtausnopeuksien heikkeneminen vaikuttanee myös jokiuoma muotoon sekä sedimenttipitoisen jokipluumin käyttäytymiseen rannikoilla. Tuloksien mukaan rannikkoalueiden sedimentaatio oletettavasti kasvaa ilmastonmuutoksesta aiheutuvan jäätalvien lyhenemisen, vesisateiden yleistymisen ja lumipeitteen vähenemisen seurauksena.

Väitöskirjan tuloksia voidaan yleistää kylmien alueiden virtavesiympäristöihin, joille on tunnusomaista vuosittainen kevättulva. Tulokset tarjoavat myös taustatietoa vesielinympäristöjen mallintamista varten, jokien kunnostustoimenpiteisiin, sedimenttikulkeuman arviointiin ja ravinnekuormituksien mallintamiseen.