Siirry pääsisältöön

Vesi- ja merimallinnus

Suomen ympäristökeskuksessa kehitettyjä ja käytettäviä malleja ja työkaluja hyödynnetään arvioitaessa vesien tai meren tilaa ja toimenpiteitä, joilla niiden tilaa voidaan parantaa. Moni malli on käytössä sekä tutkimuksessa että päätöksenteon tukena.

Osa malleista on kehitetty erityisesti vesien- ja merenhoidon tai merialuesuunnittelun tarpeisiin, kun taas toisia käytetään pääasiassa tieteellisessä tutkimuksessa. Moni malli on kuitenkin käytössä sekä tutkimuksessa että päätöksen teon tukena. Kehitämme jatkuvasti mallien luotettavuutta. Syke on ainoa tutkimuslaitos Suomessa, joka tarkastelee Itämerta sekä sisä- ja pohjavesiä yhtenä kokonaisuutena. Teemme kotimaista ja kansainvälistä tutkimusyhteistyötä ja viemme korkeatasoista osaamistamme maailmalle.

Mallinnusosaamistamme

Mallien avulla tutkimme ja seuraamme järvien ja jokien ravinnekuormitusta sekä pohjavesiin ja tulviin liittyviä ilmiöitä. Mallit kuvaavat ravinteiden kiertoa ympäristössä, niiden kulkeutumista maaperästä vesistöihin ja pidättymistä vesistöissä.

Seuraamme veden määrää, tilaa ja niissä tapahtuvia muutoksia sekä kehitämme ratkaisuja vesivarojen käyttöön, hoitoon ja vesiensuojeluun.

Vesiin liittyvää päätöksentekoa varten tuotamme yhteiskunnallisia ja taloudellisia arviointeja. Lisäämme ekologista ymmärrystä vesiluonnon toiminnasta ja kehitämme menetelmiä, joilla sovitetaan yhteen vesivarojen käytön ja hoidon osin ristiriitaisiakin tavoitteita.

Tunnistamme tehokkaimmat keinot vesistöjen kunnostamiseen ja ravinteiden sekä haitallisten aineiden kuormituksen vähentämiseen. Tuotamme reaaliaikaisia vesitilanne-ennusteita valtakunnallisella vesistömallilla ja kehitämme työkaluja tulvien hallintaan sekä vesienhoitotoimien vaikutusten ja kustannustehokkuuden arviointiin.

Virtavesien kunnostus

Meillä Suomen ympäristökeskuksessa on asiantuntemusta pienistä metsäpuroista suuriin voimatalousuomiin. Erityisosaamistamme ovat virtavesien tilan parantaminen ja tieteellisen tiedon hyödyntäminen virtavesien kunnostuksessa. Tuotamme syvällistä ekologista ymmärrystä sekä hydrologista mallinnusta jokien, purojen ja pienvesien kunnostuksiin.

Kunnostushankkeen valmistelu kattaa kohteeseen soveltuvien fysikaalisten, kemiallisten ja biologisten sekä valuma-alueen käsittelymenetelmien valinnan. Ympäristövirtaamalla ja esimerkiksi ekologisia kompensaatioita hyödyntäen voidaan lieventää voimalaitosten ympäristövaikutuksia. Päätöksenteon tueksi voimme myös auttaa vaihtoehtojen kustannustehokkuuden vertailussa ja asianosaisten osallistamisessa suunnitteluun. Jos kohteen vedenlaadusta ja biologiasta kerätään seurantatietoa ennen ja jälkeen kunnostuksen, pystytään paremmin arvioimaan kunnostuksen tavoitteiden saavuttamista.

Palveluitamme:

  • Asiantuntijapalvelu ekologisen virtaaman (ympäristövirtaaman) soveltamiseksi
  • Hydromorfologinen mittaus- ja mallinnuspalvelu
  • Asiantuntijapalvelut luonnonmukaisten ohitusuomien seurantaan ja tutkimukseen
  • Asiantuntijapalvelu virtavesien ekologiseen kunnostamiseen
  • Virtaus- ja habitaattimallinnuspalvelu
  • Asiantuntijapalvelu ennallistamisen hydrauliseen suunnitteluun
  • Asiantuntijapalvelu kaupunkipurojen ekologiseen ja sosioekonomiseen arvottamiseen
  • Vesivarahankkeiden päätöksentekoa tukevat palvelut
  • Koulutus- ja neuvontapalvelu virtavesien kunnostuksesta ja seurannasta

Aiheeseen liittyviä projektejamme:
Imatran rakennetun kaupunkipuron arviointi 2022
Ympäristövirtaamien arviointi Georgiassa 2013

Lisää aiheesta
Vesistokunnostusverkoston sivut (vesi.fi)
Riverwikin sivut (therrc.co.uk)

Lisätietoja
Erikoistutkija Saija Koljonen, Suomen ympäristökeskus (Syke)
palvelu@ymparisto.fi (palvelu=kunnostus)

Monitavoitearviointi ympäristösuunnittelun tukena

Tuotamme päätösanalyysi- ja arvottamistukea monimutkaisiin päätöksentekoa vaativiin suunnittelutilanteisiin, jotka voivat olla ristiriitaisia. Sovelluskohteita voivat olla esimerkiksi vesistöjen säännöstely, vesistöaluesuunnittelu, ekosysteemipalvelut tai ympäristövaikutusarvioinnit.

Monitavoitearviointi (MCDA) on järjestelmällinen lähestymistapa, joka auttaa suunnittelemaan ja analysoimaan ympäristöä koskevia päätöksiä kattavasti ja läpinäkyvästi. Se mahdollistaa eri tekijöihin kohdistuvien ja erimitallisten vaikutusten vertailun ottaen huomioon myös eri sidosryhmien näkökulmat. Se tukee vuorovaikutteista suunnittelua, jossa sidosryhmät osallistuvat aktiivisesti tavoitteiden määrittämiseen, vaihtoehtojen muodostamiseen ja arviointiin. Tämä edistää yhteisen tahtotilan ja sopuratkaisujen löytymistä.

Olemme soveltaneet monitavoitearviointia useissa vesivarojen hallintaan liittyvissä hankkeissa, kuten vesistösäännöstelyjen kehittämisessä, kalatievaihtoehtojen arvioinnissa ja tulvariskien hallinnan suunnittelussa. Lähestymistavan avulla olemme löytäneet yleisesti hyväksyttyjä ratkaisuja, jotka huomioivat taloudelliset, sosiaaliset ja ekologiset tavoitteet. Lisäksi kehitämme monitavoitearviointia tukemaan ympäristövaikutusten arviointimenettelyä. 

Palveluitamme:

  • Systemaattisia lähestymistapoja ongelmien tunnistamiseen ja hahmottamiseen
  • Päätöstukipalvelut vaihtoehtojen ja vaikutusten merkittävyyden järjestelmälliseen arviointiin ympäristöä koskevassa suunnittelussa
  • Vesivarahankkeiden kustannustehokkuuden ja yhteiskunnallisen hyväksyttävyyden arvioinnin tukeminen
  • Koulutuspalvelu monitavoitearvioinnin soveltamisesta ympäristösuunnittelussa

Esimerkkejä yhteistyöstä:

  • ELY-keskukset: Monitavoitearvioinnin käyttö Suomen suurimpien järvien ja tekoaltaiden sääntelyn kestävyyden parantamisessa. Monitavoitearviointi jokien ja järvien kunnostustoimenpiteistä useissa vesistöissä.
  • Jyväskylän kaupunki: Monitavoitearviointi Jyväskylän Tourujoen kunnostusvaihtoehdoista 2014
  • Georgia waters: 2-päivän monitavoitearviointi koulutuksen järjestäminen ja monitavoitearviointi ohjauksen laatiminen 2013

Projekteja, joissa olemme soveltaneet monitavoitearviointia:

  • Ilmastotoimenpiteiden kokonaisvaltainen arviointi valuma-alueilla – Systeemianalyysillä kohti hiilineutraalia maankäyttöä (SysteemiHiili) Hiilestä kiinni -hanke (2021–2023)
  • Oikeita menetelmiä oikeisiin ongelmiin – Portfoliopäätösanalyysin avulla kohti parempaa ympäristönhallintaa (PORTRIGHT) Akatemia-hanke (2019–2023)
  • Tavoitelähtöinen ja moniarvoinen lähestymistapa kaupunkisuunnittelussa ja hulevesien hallinnan, osa ATeNAS-hanketta (2019-2022)
  • Systeemianalyyttisten menetelmien hyödyntäminen maatalouden ravinteiden kierrossa (2019)
  • Winland-hanke (’From Failand to Winland”) STN-hanke (2016–2019)

Julkaisujamme monitavoitearvioinnin soveltamisesta ympäristöhankkeissa:

Lisätietoa
Ryhmäpäällikkö Mika Marttunen, Suomen ympäristökeskus (Syke)
palvelu@syke.fi (palvelu=monitavoitearviointi)

Ilmastonmuutos ja vesitalous

Ilmastonmuutoksen myötä muuttuvat lämpötilat ja sadannat vaikuttavat Suomen hydrologiaan ja vesitalouteen. Muutokset järven säännöstelykäytännössä voivat auttaa sopeutumaan ilmaston muutoksen vaikutuksiin. Arviot tulvien muuttumisesta auttavat alueiden suunnittelussa, patoturvallisuusasioissa ja hulevesien muutoksiin varautumisessa.

Syken vesistömallijärjestelmää (WSFS) voidaan käyttää yhdessä ilmastoskenaarioiden kanssa arvioitaessa ilmaston muutoksen vaikutuksia veden korkeuksiin, tulviin ja kuivuuteen sekä ravinnekuormitukseen. Hulevesivirtaamien muutoksia voidaan arvioita pintavaluntamallin avulla.

Tulvien muutosten arvioiminen on välttämätöntä, jotta voidaan ylläpitää riittävää varautumista mm. patoturvallisuudessa. Myös maankäytön ja vesienhoidon suunnittelussa tulee varautua ilmastonmuutokseen. Järvien säännöstelyä koskevien käytäntöjen muuttaminen on tärkeä keino sopeutua ilmastonmuutoksen vaikutuksiin. Vesistömallijärjestelmää käytetään arvioimaan tulevaisuuden näkymiä erilaisilla ilmastoskenaarioilla ja erilaisten säännöstelykäytäntöjen toimivuutta vaihtelevissa oloissa.

Palveluitamme:

  • Arviot ilmaston muutoksen vaikutuksista virtaamiin ja veden korkeuksiin, tulviin ja kuivuuteen sekä hulevesivirtaamiin
  • Arviot ilmaston muutoksen vaikutuksista tulviin patoturvallisuus- ja suunnittelutehtäviä varten
  • Arviot säännöstelyn muutostarpeista ja -vaihtoehdoista ilmastonmuutoksen myötä

Julkaisujamme aiheeseen liittyen: 

Lisää aiheesta:

Lisätietoa
Hydrologi Noora Veijalainen, Suomen ympäristökeskus (Syke)
palvelu@ymparisto.fi (palvelu=vesistomallinnus)

Veden virtausten ja laadun mallinnus - latvoilta merelle

Tuotamme palveluja veden virtausten, aineiden (esim. ravinteiden, kiintoaineen ja ympäristömyrkkyjen) kulkeutumisen ja vedenlaadun arvioimiseksi joissa, järvissä tai rannikolla. Voimme tuottaa ennustelaskelmia parhaan vaihtoehdon valitsemiseksi ympäristösuunnittelua ja päätöksentekoa tukemaan. Olemme arvioineet jätevesien, vesiviljelyn, vesistörakentamisen sekä säännöstelyn vaikutuksia ja ennakoineet veden laadun tulevaa kehitystä.

Olemme olleet mukana lukuisissa vesistösuunnittelu- ja riskinhallintahankkeissa. Käyttämiemme menetelmien kirjo ulottuu korkean resoluution paikallisista malleista laajoihin kytkettyihin mallijärjestelmiin. Mallit voimme mukauttaa kuhunkin tilanteeseen soveltuvaksi. Myös jääpeitteisyys ja sen muodostuminen voidaan sisällyttää laskelmiin.

Käyttämiämme malleja ovat mm.

  • Järvimallinnuksessa COHERENS (3-D, 2-D) ja MyLake (1-D).
  • Jokimallinnuksessa SOBEK (1-D, 2-D) ja COHERENS (2-D, 3-D) (pois lukien koskiosuudet)
  • Hydrologia ja valuma-alueketjun vedenlaadun mallinnuksessa WSFS-Vemala
  • Rannikon vedenlaadun mallinnuksessa WSFS-Vemala ja FICOS

Julkaisujamme aiheeseen liittyen

Esimerkkejä yhteistyöstä

  • Turun Seudun Vesi Oy: Haitalliset aineet - Pathways, health risks and management
  • Jyväskylän Energia: Vastavirtauksen Tuomiojärven vedenlaadulle aiheuttaman riskin arviointi
  • Etelä-Karjalan liitto: Saimaan vedenlaadun parantaminen pumppaamoratkaisuin
  • Ramboll Oy, Tampereen kaupunki: Hiedanrannan rakentamiseen liittyvät vesistövaikutusarviot

Lisätietoa
Tutkija Janne Ropponen, Suomen ympäristökeskus (Syke)
Ryhmäpäällikkö Niina Kotamäki, Suomen ympäristökeskus (Syke)
palvelu@syke.fi (palvelu=vesistomallinnus)

Hydraulinen mallinnus

Hydrauliset mallit auttavat mahdollisten tulva-alueiden tunnistamisessa ja maan käytön suunnittelussa, pelastustehtävissä ja viestinnässä. Hydraulinen mallinnus tarjoaa myös työkaluja, joilla simuloida patomurtumia sekä vaikkapa haitallisten aineiden kulkeutumista vesistöissä.

Käyttämiämme malleja mm. joen geometrian kuvaamisessa:   

  • Hydraulinen geometriamalli joen batymetriasta ja tulvakorkeuksista käyttäen esim. digitaalista korkeusmallia (DEM)
  • ArcGIS-tai QGIS-sovellusta (avoin lähdekoodi koodi) ja HEC-RAS-sovellusta (saatavilla maksutta) käyttäen
  • HEC-RAS-mallin laatiminen geometrian, 1D-tai 2D-mallinnuksen perusteella (myös patomurtumien, jokijään ja järven säännöstelyn analyysit), mallin kalibrointi ja haluttujen skenaarioiden simulointi sisältäen epävarmuusanalyysit (esim. erilaiset tulvien todennäköisyydet

Palveluitamme:

  • Hydraulinen mallintaminen ja tulvariskien hallinnan suunnittelu
  • Hydraulinen kartoitus eri vaiheissa (jokien geometria, mallintaminen, kalibrointi ja simulointi)
  • Kursseja hydraulisesta ja tulvamallinnuksesta, joko koko aihepiiristä tai yksittäisestä osa-alueesta

Lisää aiheesta

Esimerkkejä yhteistyöstä

  • Regional Andean Program to Enhance Weather, Water, and Climate Services and Development (PRASDES), 2016
  • Latvia: Flood Information System acquisition and integration into Integrated Environmental Information system in Latvia. Latvian Environment, Geology and Meteorology Centre, 2015
  • Georgia: Adaption to climate change in Georgia through improved capacities on flood risk management, 2012-2014

Lisätietoa
Yli-insinööri Mikko Huokuna, Suomen ympäristökeskus (Syke)
palvelu@environment.fi (palvelu=floodmapping)

Tulvamallinnus

Meillä Suomen ympäristökeskuksessa on kattava tulvamallinnus ja -kartoitusosaaminen. Tulvariskien kartoittaminen on edellytys tehokkaalle tulvariskien hallinnalle. Tulvakarttojen ja niiden pohja-aineistona käytettäviä virtausmallien avulla voidaan tunnistaa mahdollisia tulvahaavoittuvia alueita ja varautua mahdollisimman tehokkaasti alueiden käytön suunnittelussa, pelastustoiminnassa ja tiedottamisessa. Virtausmallien avulla voidaan mallintaa esimerkiksi vesistöön päässeiden vaarallisten aineiden kulkeutumista.

Voit tutustua Suomesta laadittuihin tulvakarttoihin vesi.fissä.

Hydraulinen mallinnus ja tulvakartoituspalvelut -video (youtube.com, 48 sek. englanniksi)

Olemme kehittäneet kansallisen tulvariskien hallinnan tarpeisiin uusia menetelmiä ja soveltaneet laajasti olemassa olevia ratkaisuja, joita hyödynnetään kansallisesti ja kansainvälisesti tulvariskien hallinnassa. Pystymme tuottamaan harvinaisiin ja hankaliinkin tapauksiin epävarmuudet huomioivia ratkaisuja. 


Osaamisemme kattaa mm.:

  • virtausmallinnukset (mm. virtavesien HEC-RAS 1D- ja 2D -mallit, patomurtumat, kulkeutumismallinnus).
  • paikkatieto-osaaminen (ArcGis, QGIS)
  • tulvavahinkojen arviointi
  • jääpato-asiantuntemus
  • säännöstelyosaaminen

Voimme tarvittaessa räätälöidä kattavan tulvakoulutuspaketin tai tarjota osaamistamme vain yksittäisiin työvaiheisiin liittyen. Koulutus voidaan laatia asiakkaan omasta aineistosta sekä tarpeen ja mahdollisuuksien mukaan avoimia ohjelmistoja käyttäen. Näin oppimisprosessi ja siitä saatava hyöty konkretisoituvat nopeasti.

Paljon kokemusta erityyppisistä hankkeista
Kokemuksemme hankkeissa ulottuu yksittäisistä uomaosuuksista laajoihin vesistökohteisiin. Tunnemme oman virastomme lisäksi ELY-keskukset, kuntakentän sekä alan keskeiset toimijat ja meillä on kokemusta kansainvälisistä hankkeista. Saamamme palaute ELY-keskuksien ja kansainvälisten yhteistyötahojen koulutuksista on ollut erittäin positiivista.

Olemme pitäneet laajoja koko tulvakartoitusprosessin, virtausmallinnuksesta valmiiseen tulvakarttapalveluun, kattavia koulutuksia 2010-luvulla:

  • Latvia: Flood Information System acquisition and integration into Integrated Environmental Information system in Latvia. Latvian Environment, Geology and Meteorology Centre.  2015
  • Georgia: Adaption to climate change in Georgia through improved capacities on flood risk management 2012-2014
  • Etelä-Amerikka: Regional Andean Programme to Enhance Weather, Water, Climate Services and Development PRASDES 2016
  • Kiina: Guangdong Hydropower Planning and Design Institute 2014
  • lukuisia HEC-RAS ja tulvakarttakoulutuksia ympäristöhallinnolle

Edellä mainittujen lisäksi olemme pitäneet lyhyempiä yhden päivän koulutuksia tai luentoja tulvista ja niihin varautumisesta eri tahojen tilaisuuksissa (esim. Seinäjoen ammattikorkeakoulun vesitalouden täydennyskoulutus). Tilaisuuksia on järjestetty mm. ELY-keskuksille, yliopistoille ja kunnille.

Julkaisujamme aiheeseen liittyen

Lisätietoa                                                                                                               
Kehitysinsinööri Juha Aaltonen
Kehitysinsinööri Tanja Dubrovin
Yli-insinööri Mikko Huokuna
Kehitysinsinööri Mikko Sane
palvelu@syke.fi (palvelu=tulvakartoitus) tai etunimi.sukunimi@syke.fi

Vesien turvalliset metallipitoisuudet

EU:n prioriteettiainedirektiivissä on asetettu valituille aineille ja metalleille ympäristölaatunormeja, joita ei tulisi luonnon pintavesissä ylittää. Metallien esiintymismuodot ja niiden myrkyllisyys vesiympäristössä on tiukasti sidoksissa veden laatuun. Mekanistisia bioligandimalleja on kehitetty arvioimaan sekä biosaatavan metallin osuutta että eliöille turvallisia pitoisuuksia. Nykyään malleja on useammalle metallille (mm. Cu, Zn, Pb, Ni, Co ja Ag). 

Käytämme Sykessä malleja, kun arvioimme metallipitoisuuksien riskejä eri pintavesikohteissa. Osallistumme myös mallien kehittämiseen tuottamalla niiden tarvitsemia toksisuustestiaineistoja. Käytännön viranomaistyötä varten olemme julkaisseet mallien käytöstä oppaita. Teemme myös kehitystyötä, jossa malleilla arvioidaan metallipäästöjen ekologisia vaikutuksia päästökohteiden alapuolella.

Julkaisujamme aiheesta

Lisää aiheesta
Bio-met.net
PNEC-pro - Leiden University (universiteitleiden.nl) 
Biotic Ligand Model - Windward Environmental LLC (windwardenv.com)


Lisätietoa
Erikoistutkija Matti Leppänen, Suomen ympäristökeskus (syke)
matti.t.leppanen (@) syke.fi