Rannikon kokonaiskuormitusmallin kehittäminen ja soveltaminen Suomenlahdelle ja Selkämerelle

Hankkeessa kehitetään edelleen jo tuotettua Saaristomeren alueen kokonaiskuormitusmallia (YM RaKi-hanke 2013-2015) ja sovelletaan se myös Suomenlahden ja Selkämeren rannikoille vesienhoidollisten toimenpiteiden suunnitteluun, vaikutusten arviointiin ja seurantaan. Kokonaiskuormitusmallissa käytetään WSFS-VEMALA -mallia valuma-alueelta tulevan kuormituksen arviointiin sekä 3-ulotteista COHERENS ‑virtausmallia, hankkeen aikana kehitettävää FICOS -vedenlaatumallia ja sisäisen kuormituksen empiiris-tilastollisen mallin kytkentää rannikkoalueiden hydrodynamiikan ja ravinnevoiden sekä kuormitusvasteiden estimointiin.

Hankkeessa tuotettava kokonaiskuormitusmalli ja siitä edelleen kehitettävät versiot vahvistavat rannikkoalueiden vesiensuojelun suunnittelun ja päätöksenteon kvantitatiivista, tieteellistä pohjaa. Tuotetut arviot rannikon ravinnekuormituksen vesistövaikutuksista sopivat myös kytkettäväksi vesiensuojelutoimenpiteiden kehitykseen liittyviin sosioekonomisiin ohjaus- ja politiikka-analyyseihin.

Rannikon mallijärjestelmä vastaa paikalliseen tarpeeseen

Rannikon fysikaalis-kemiallisilla vaihettumisvyöhykkeillä on suuri merkitys Itämeren jokisuualueilla ja rannikkovesillä. Esimerkiksi SYKEn tutkimuksissa on osoitettu, että nämä vyöhykkeet pidättävät ja modifioivat merkittävällä tavalla valuma-alueilta tulevaa ravinnekuormitusta. Toisaalta maa-alueelta tulevan kuormituksen lisäksi Itämeren pääaltaalta tulevilla ravinnevirroilla saattaa olla suuri merkitys alueen rehevöitymiskehityksessä. Näiden ravinnelähteiden keskinäistä suhteuttamista ja myös paikallisen kuormituksen vaikutusten arviointiin tarvitaan kvantitatiivisia mallityökaluja. Koko Itämeren mallinnukseen käytetyistä malleista puuttuu rannikoiden kuvaus, ja ko. mallit ovat liian karkeita rannikkomme virtaus- ja ravinnedynamiikan selvittämiseen.

Hanke tuottaa työkaluja käytännön merensuojelutyöhön

Kokonaiskuormitusmallista hyötyvät välittömästi alueen vesiensuojelua palveleva paikallinen ympäristöhallinto (ELY-keskukset) sekä ympäristöministeriön Itämeren suojelutyö. Sujuvakäyttöinen, kvantitatiivinen mallinnustyökalu helpottaa ja tehostaa näitä tehtäviä, mukaan lukien päätöksenteon ekologisen relevanssin ja läpinäkyvyyden eli tulosten tulkinnan koheneminen. Lisäksi hankkeen tuloksista ja kaavaillusta jatkokehitystyöstä hyötyvät meriekosysteemin mallinnusta ja sen tuloksia tutkimus- tai muussa työssä ja päätöksenteossa käyttävät tahot.

Hankkeen aikana kehitetään edelleen valuma-alueen ravinnevoita säätelevien prosessien kuvausta testaamalla kattavammin eri maaperätyyppien, maankäyttömuotojen ja -toimenpiteiden vaikutuksia sekä estimoimalla fosforin ja typen kokonaisravinnekuormituksien ohella niiden mineraaliravinnefraktiot. Pohjasedimentistä vapautuvien ravinteiden aiheuttama sisäinen kuormitus arvioidaan hyödyntämällä empiirisiä tutkimuksia, joissa on mitattu eri vesialueiden sedimenteistä vaihtelevissa olosuhteissa (esim. vuodenajan, rehevöitymis- ja happitilanteen mukaan) vapautuvien ravinteiden, etenkin fosforin, määrä. Rannikoiden mutkikas pohjan topografia ja rantaviivan rikkonaisuus tekevät hydrodynamiikan mallinnuksesta alueilla haastavan, eikä tällä hetkellä ole olemassa mallisovellusta, joka tuottaisi virtauskentän näille alueille riittävän tarkasti ELY-keskusten ja ympäristöminiteriön vesienhoidollisten päätösten vaikutusten arvioinnin tarpeisiin. Hankkeemme hydrodynaaminen malli tuleekin sisältämään jo aloitusvaiheessa sovelletun karkean resoluution Itämerimallin ja edelleen kehitettävänä olevan tarkan resoluution rannikkomallin yhdistelmän. Suomenlahden ja Selkämeren rannikoiden vedenlaadun ja ravinnekuormitusvasteiden mallinnukseen käytämme FICOS-mallia, jonka kehitämme Saaristomeren mallihankkeessamme hyödynnetyn SEABED-vedenlaatumallin pohjalta. Havaintoaineistoja ja kaukokartoitusaineistoja käytetään mallin validointiin ja reunavaikutuksen arviointiin.

Synteesinä laaditaan joustava mallijärjestelmä, kuormitusmallin ja ekosysteemimallin kytkentä, jonka ekologista relevanssia voidaan myös jatkossa kehittää. Erityisesti kiinnitetään huomiota vedenlaatumallin ja kolmiulotteisen hydrodynaamisen mallin kytkennän kehittämiseen. Tulevaisuudessa mallilla tuotettavat kuormituksen ekosysteemivasteskenaariot voivat myös kuvastaa monipuolisemmin rannikkoalueiden veden laatua (ml. keskeiset biologiset tilamuuttujat).

Esimerkki Saaristomeren kokonaiskuormitusmallilla laaditusta mallisimulaatiosta - pistekuormituksen (kokonaisfosfori, µg/l) kulkeutuminen ja laimeneminen. Nuolet osoittavat keskimääräisten virtausten suunnat ja suhteelliset nopeudet tarkastelulla ajanjaksolla. Kuva: Rannikon kuormitusmalli -hanke.

Lisätietoja