Vatten- och havsförvaltningsmodeller

Några av våra modeller har utvecklats speciellt för att tjäna behoven inom vatten- och havsförvaltning. Många modeller används både i forskning och för att stödja beslutsfattande.

Med hjälp av dessa modeller studerar och övervakar vi näringsbelastningen i sjöar och floder, samt människans påverkan på havets tillstånd. Vi arbetar kontinuerligt för att förbättra modellernas tillförlitlighet.

Modellering i vattenförvaltning

Vi utvecklar och använder olika modeller som stöder och förbättrar vattenförvaltningen. Dessa modeller kan användas för att bedöma tillståndet i vattendrag och de nödvändiga restaureringsåtgärderna för att förbättra deras tillstånd. Modellerna beskriver den väsentliga informationen som påverkar näringsämnenas kretslopp i miljön, transporten från marken till vattendragen och kvarhållningen i vattendragen.

När man planerar vattenförvaltning är det första steget vanligtvis att fastställa vattendragets nuvarande tillstånd antingen genom observationer eller modellberäkningar. Därefter kan man fastställa hur mycket belastningen bör minskas i avrinningsområdet för att säkerställa att den totala näringskoncentrationen i vattendraget är tillräckligt låg för att uppnå god ekologisk status.

Modeller och verktyg kan också användas för att bedöma effekterna av olika kombinationer av åtgärder först på belastningen och sedan på vattendragets tillstånd. På detta sätt kan de mest kostnadseffektiva vattenförvaltningsåtgärderna identifieras. Samtidigt kan kostnaderna för vattenförvaltningen och fördelarna med förbättrad vattenkvalitet, till exempel för rekreationsanvändning, utvärderas.

Bedömning av näringsbelastning och behov av minskning för sjöar – LLR

LLR, eller Lake Load Response, är ett webbläsarbaserat modelleringsverktyg utvecklat vid Finlands miljöcentral för att bedöma effekterna av näringsbelastning på sjöar. LLR hjälper till att bedöma behovet av belastningsminskning och därmed i planeringen av vattenförvaltning. LLR beräknar hur extern belastning och dess förändringar påverkar totalnärings- och a-klorofyllkoncentrationerna i vattenförekomsten. LLR är särskilt lämplig för att beräkna belastningsminskningsmål för sjöar i dåligt skick eller på gränsen mellan god och måttlig status, och för att stödja bedömningen av ekologisk status.

LLR-beräkningarna baseras på enkla samband mellan näringsbelastning och vattenkvalitet. Med hjälp av en näringsretentionsmodell baserad på kända näringsbalansekvationer kan totalnäringskoncentrationen beräknas när sjöns eller vattenförekomstens yta, belastning, flöde och sedimentationshastighet är kända. Fosformodellen i LLR inkluderar också effekten av intern belastning. De totalnäringskoncentrationer som beräknas med hjälp av näringsbelastningar används för att beräkna a-klorofyllkoncentrationen i vattenförekomsten. Förhållandet mellan närings- och a-klorofyllkoncentrationer används sedan för att härleda sambandet mellan belastning och a-klorofyllkoncentration.

Alla beräkningar i LLR baseras på Bayesianska sannolikhetsstatistikmetoder, vilket ger en fullständig sannolikhetsfördelning för okända variabler istället för ett enda värde. Detta möjliggör bedömning av den osäkerhet som är förknippad med modellprognoser, vare sig det beror på naturlig variation eller till exempel icke-representativa data.

Som resultat får användaren:

  • Den nödvändiga näringsbelastningsminskningen för att uppnå god status
  • Kritisk belastning
  • Fördelningar av total kväve, total fosfor och a-klorofyllkoncentrationer för givna belastningar
  • Sjöns mest sannolika ekologiska status för givna belastningar
     

LLR finns på http://lakestate.vyh.fi/.
Webbplatsen innehåller mer information om modellerna och användarinstruktioner. Ett liknande modelleringsverktyg för kustområden, CLR (Coastal Load Response), är under utveckling men är ännu inte offentligt tillgängligt.

Publikationer

Nyckelord: 
Modellering, sjömodellering, vattenkvalitet, näringsbalans, växtplankton, vattenförvaltning

Mer information 
Gruppledare Niina Kotamäki, Finlands miljöcentral (Syke), förnamn.efternamn@syke.fi
 

Modell för hantering av sediment- och näringsbelastning från odlingsområden – VIHMA

VIHMA är en Excel-modell utvecklad vid Finlands miljöcentral. Den har använts särskilt i projekt och bedömningar relaterade till vattenförvaltningsplanering. Modellen kan uppskatta mängden näringsbelastning från åkrar till vattendrag och bedöma hur belastningen skulle förändras om jordbearbetningsmetoder ändrades. Användningen och beräkningsresultaten av VIHMA baseras på specifika belastningssiffror som producerats för verktyget och egenskaperna hos åkermarken i det område som undersöks.

Specifika belastningssiffror (kg/ha/år) beskriver den genomsnittliga årliga sediment- och näringsbelastningen från åkrar med olika egenskaper och odlingsmetoder. Verktyget innehåller specifika belastningssiffror för olika odlingsmetoder i fem lutningsklasser, fyra jordgrupper och tre fosforklasser.

Siffrorna baseras på långsiktiga mätresultat från finska avrinningstestfält och värden härledda från dessa testfältresultat. Minimi- och maximivärdena för de specifika belastningssiffrorna representerar den långsiktiga genomsnittliga minimi- och maximibelastningen beroende på hydrologisk årstyp.

Lutningsklasserna för åkrarna är: 

  • < 0,5 % 
  • 0,5–1,5 %
  • 1,5–3,0 %
  • 3,0–6,0 %
  • > 6,0 %

Jordtyperna för åkrarna är klassificerade i fyra grupper: leror, siltar, grova mineraljordar och organiska jordar.

Fosforklasserna för åkrarna är: 

  • < 6 mg/l (jord),
  • 6–9,9 mg/l
  • 10–14,9 mg/l
  • 15–25 mg/l
  • > 25 mg/l

Klassificeringen av odlingsmetoder baseras på kvaliteten på åkeryta n som lämnas av jordbearbetningen under vintern:

  • Höstplöjning
  • Grund stubbearbetning (djup < 10 cm)
  • Djup stubbearbetning (djup 10–15 cm)
  • Vinterspannmål (traditionell plöjning och såddbearbetning)
  • Direktsådd av vinterspannmål
  • Vinterstubb
  • Direktsådd av vårspannmål
  • Permanent gräs

Modellen fungerar på avrinnings- och vattendrag nivå. Primärt är modellen lämpligt för att bedöma effekterna av olika jordbruksvattenvårdsåtgärder och kombinationer av åtgärder, samt potentialen för olika scenarier. I praktiken används modellen för att uppskatta mängden åtgärder som behövs för att uppnå målnivån för jordbruksbelastning. De nödvändiga indata inkluderar arealen av åkrar i målområdena, jordtyp, lutning och fosfordistribution, samt genomförda jordbearbetningsåtgärder och möjligheterna att genomföra skyddszoner och våtmarker.

Effekterna av skyddszoner beräknas i VIHMA för en genomsnittlig åkerplott. Effekterna av skyddszoner baseras på skillnaderna i belastning mellan åkrar med och utan skyddszoner i olika lutningsklasser och olika jordbearbetnings- och växttäcksbehandlingar. Effekterna av våtmarker beräknas per hektar av det uppströms avrinningsområdet, påverkat av våtmarkens relativa storlek och andelen åkermark i avrinningsområdet.
 

Publikationer

Mer information 
Forskare Sari Väisänen, Finlands miljöcentral (Syke), förnamn.efternamn@syke.fi

Verktyg för val av kostnadseffektiva åtgärder – KUTOVA

KUTOVA är ett Excel-verktyg utvecklat vid Finlands miljöcentral för att bedöma kostnadseffektiviteten hos olika vattenvårdsåtgärder och den möjliga minskningen av fosforbelastningen från jordbruk, skogsbruk, glesbebyggelse och torvproduktion. Verktyget kan också användas för att skapa kostnadseffektiva kombinationer av åtgärder och beräkna kostnaderna för de valda åtgärderna samt deras samlade effekter på belastningen.

Verktyget har tillämpats och utvecklats i olika projekt i Temmesjoki, Kalajoki, Lapuanjoki, Karvianjoki, Paimionjoki och Vantaanjoki avrinningsområden samt i avrinningsområdena för Hiidenvesi, Vanajanselkä och Västra Pien-Saimaa.

Publikationer 

Mer information 
Forskare Sari Väisänen, Finlands miljöcentral (Syke), förnamn.efternamn@syke.fi

Vattenkvalitetens påverkan på vattendragets rekreationsvärde – VIRVA

VIRVA-modellen är en Excel-beräkningsmodell utvecklad vid Finlands miljöcentral för att bedöma vattenkvalitetens, särskilt eutrofieringens, påverkan på vattendragets rekreationsvärde. Den kan användas för att bestämma vattendragets nuvarande rekreationsvärde och de fördelar som kan uppnås om vattenkvaliteten förbättras till en nivå som visar god ekologisk status eller utmärkt användbarhet.

Information om vattenkvalitetens påverkan på rekreation måste först samlas in genom enkäter eller intervjuer. VIRVA tillämpas separat på strandfastigheter och användare av andra än strandfastigheter för att bestämma deras rekreationsvärde. Rekreationsvärdet för strandbebyggelse består av simning, fiske, båtliv, vatten för tvätt och bastu samt att njuta av vattenlandskapet och vistas på stranden. Betydelsen av olika användningsformer beaktas med hjälp av användningsspecifika viktfaktorer. Rekreationsvärdet för användare av andra än strandfastigheter i modellen består av simning, fiske och båtliv. VIRVA har tillämpats och utvecklats i flera vattendrag.

I VIRVA är utgångspunkten antagandet att en förändring i vattenkvaliteten påverkar den upplevda nyttan av rekreation, som undersöks genom rekreationsupplevelsens kvalitet och kvantitet. Till exempel, när vattenkvaliteten försämras minskar rekreationens trevlighet, ytterligare arbete eller kostnader kan uppstå för användaren, användningen minskar och i extrema fall kan vattendraget inte längre användas för rekreation alls.

Publikationer

Mer information 
Forskare Sari Väisänen, Finlands miljöcentral (Syke), förnamn.efternamn@syke.fi

3-D flödesmodell för sjöar och kustområden – COHERENS

COHERENS (COupled Hydrodynamical Ecological model for REgioNal Shelf seas) är ett öppen källkods modelleringsverktyg utvecklat i Belgien för tredimensionell modellering av kusthav, sjöar och andra bassänger. Modellen används till exempel för att studera spridningen av ämnen som kommer in i vattendrag.

Vid Finlands miljöcentral används COHERENS-modellen för detaljerad transportmodellering av sjöar och anpassas vid behov för att möta de specifika egenskaperna hos vår nordliga plats och många sjöar, såsom vinteris, fragmentering och grundhet. Modellen kan också användas för översvämningsbedömningar och lämpliga flodsträckor. I havsområden används COHERENS-modellen i Skärgårdshavet som en del av kustens totala belastningsmodell (FICOS).

Modellens tillvägagångssätt är mekanistiskt, vilket innebär att beräkningar utförs steg för steg baserat på ekvationer härledda från fysikens lagar. Ingångsdata för modellen inkluderar djup- och väderdata för bassängerna samt flödesdata för floder som kommer in och lämnar bassängen. Vattenområdet delas in i segment i modellen, som är tillräckligt små för att undersöka den aktuella frågan. I sjöområden är segmentens storlek, eller beräkningsnätets upplösning, vanligtvis mellan 20 meter och 250 meter horisontellt, och vattenpelaren är uppdelad i fem till tjugo lager vertikalt. Inom varje segment beräknas vattenflödeshastighet och temperatur samt salthalt eller näringskoncentration vid behov. De kvantiteter som beräknas av modellen kan modifieras från fall till fall, eller andra externa modeller kan kopplas till modellen.

Av Finlands tusentals sjöar har cirka tjugo modellerats med COHERENS-verktyget i olika projekt, ofta relaterade till vattenbyggnad (t.ex. effekterna av pumpstationer i Pien-Saimaa) eller forskning (t.ex. lokala vindeffekter i Tuomiojärvi och Palokkajärvi i Jyväskylä). Modellerade sjöar inkluderar Pien-Saimaa, Onkivesi, Norra Päijänne, de södra delarna av Näsijärvi, Tammerfors Pyhäjärvi och Säkylä Pyhäjärvi.

COHERENS-modellen har inget användargränssnitt; istället används den genom att definiera ingångsdata och modellinställningar antingen direkt i modellkoden eller via separata ingångsfiler.
 

Länkar 
COHERENS-modellutvecklarens hemsida (odnature.be)

Mer information
Forskare Janne Ropponen, Finlands miljöcentral (Syke), förnamn.efternamn@syke.fi

Modell- och bedömningssystem för vattenkvalitet och näringsbelastning - WSFS Vemala

Vemala-modellen är en operativ, nationell näringsbelastningsmodell för vattendrag utvecklad vid Finlands miljöcentral. Den simulerar näringsprocesser, urlakning och transport på land, i floder och i sjöar. Modellen simulerar den totala näringsbelastningen till vattendrag, retention och belastningen från finska vattendrag till Östersjön.

Mer information finns på Vemalas egen sida. 

Vattendragets modelleringssystem

Finlands miljöcentral använder ett rikstäckande vattendragets modelleringssystem för att förutsäga bland annat vattennivåer och flöden i vattendrag, grundvattennivåer, varningar för översvämningar och taksnöbelastningar samt för att beräkna näringsbelastningar från vattendrag till Östersjön.

Mer information finns på Vattendragets modelleringssystems egen sida.

Modellering av hav och kustvatten

Vi studerar människans påverkan på havets tillstånd med hjälp av modeller som beskriver marina ekosystem. Förutom Östersjön studerar vi konsekvenserna av global klimatförändring på kalla hav, inklusive polarhav, genom att kombinera biogeokemisk och klimatmodellering. Vi bedömer effekterna av invasiva arter och andra förändringar i artbeståndet på våra kustvatten. Vårt modellutbud inkluderar både statistiska och mekanistiska modeller som beskriver ekosystemfunktioner.

Kustmodellsystem – FICOS

Kustmodellsystemet, eller FICOS-modellen, hjälper forskare och myndigheter i planering, utvärdering och övervakning av vattenvårdsåtgärder. Det kan enkelt beräkna och jämföra effekterna av belastningsförändringar på kustvattenkvaliteten. Modellen täcker hela den finska kusten upp till den ekonomiska zonen, med vissa undantag.

Mer information finns på Kustmodellsystemets egen sida.

Published 17.2.2025 / Uppdaterad 18.2.2025