Pohjavesivarojen hallinta ilmastonmuutoksen ”uudessa normaalissa” – haasteita ja näkökulmia
Pohjaveden muodostuminen on välttämätön prosessi pohjavesien pinnan tasojen ja varantojen säilymiselle. Ilmaston tulevat muutokset – erityisesti muutokset lämpötilassa ja sadannassa niin normaaleissa kuin äärimmäisissä olosuhteissa – vaikuttavat pohjaveden muodostumiseen ja pohjavesivaroihin. Ilmaston lämpenemisen ennustetaan etenevän, ja sillä ennakoidaan olevan alati suurempia vaikutuksia hydrologisille järjestelmille, mikä puolestaan vaarantaa myös pohjavesivarat.
Vuonna 2010 Hangossa mallinnettiin erilaisten ilmastonmuutosskenaarioiden vaikutuksia kvartäärikauden, lähellä maanpintaa sijaitsevan kerroksellisen pohjavesiesiintymän pohjaveden muodostumiseen. Tulokset viittasivat siihen, että vain yhdentoista vuoden kuluttua eli vuonna 2021, lumi aloittaisi sulamisen alueella jo tammikuussa. Normaalisti lumi alkaa sulaa noin kolme kuukautta myöhemmin huhtikuun alussa. Mallinnuksen aikaan oli vaikeaa saada muita uskomaan tuloksiin, koska silloin alueella saattoi olla vielä huhtikuussa puoli metriä lunta.
Ilmatieteen laitoksen mukaan Suomessa on alkanut uusi ilmastollinen vertailukausi 1991–2020 (FMI, 2023), jonka keskilämpötila on noin 1,3 °C korkeampi kuin sitä edeltäneellä vertailukaudella 1961–1990. Havaitut erot uuden ja edellisen vertailukauden välillä vaihtelevat kuitenkin vuodenajan ja alueen mukaan. Esimerkiksi Lahdessa (kuva 1) suurin muutos on tapahtunut talvikuukausien lämpötilassa (nousua jopa 2,83 °C tammikuun lämpötilassa), kun taas vähiten muutosta on tapahtunut kesäkuukausien lämpötilassa. Vastaavasti suurin muutos sadannassa (sade- ja sulamisvedet) on tapahtunut talvella (jopa 100 %:n kasvu helmikuussa) ja vähiten muutosta on tapahtunut keväällä ja loppukesästä.
Skenaarion RCP 8.5 tietojen perusteella Lahden alueen vuosittaisen keskilämpötilan ennustetaan nousevan 1,6 °C vuosina 2021‒2050 ja 4,2 °C vuosina 2071‒2100 verrattuna vuosien 1981‒2010 tilanteeseen. Suurin ennustettu keskilämpötilan nousu on 6,1 °C talvella vuosina 2071–2100 (kuva 2). Keskimääräisten vuosittaisten sade- ja sulamisvesien määrien ennustetaan kasvavan 26,4 prosenttia vuosina 2021‒2050 ja 60,8 prosenttia vuosina 2071‒2100. Suurinta kasvua sulamisvesien määrään ennakoidaan vuosien 2071‒2100 talvikuukausille, koska myös lämpötilan ennustetaan nousevan silloin eniten.
Pohjaveden muodostuminen vaihtelee sääolosuhteiden mukaan
Pohjaveden muodostuminen vaihtelee erilaisten esimerkiksi ilmastoon (sadanta, lämpötila, routatilanne jne.), maaperän laatuun, esiintymän ominaisuuksiin ja maanpeitteeseen liittyvien tekijöiden seurauksena. Suomen lähellä maanpintaa sijaitsevat pohjavesiesiintymät ovat usein hydrologisesti monimutkaisia, ja niissä on heterogeenisiä sedimenttiyksiköitä. Pohjaveden pinnan taso on pääsääntöisesti 0 ja 14,5 metrin syvyydessä maanpinnan alapuolella ja keskimäärin 4,5 metrissä (Luoma & Ikonen, 2020).
Jos esiintymän pinnan taso on lähellä maanpintaa kuten Hangossa, on pohjaveden muodostumisen vaihtelu vahvasti riippuvaista sade- ja sulamisvesien määrästä. Kuivina kausina veden kysyntä kasvaa ja pohjaveden ottoa on sopeutettava, jotta voidaan välttää pohjaveden ehtyminen ja vesipula. Toisaalta taas kausina, jolloin sade- ja sulamiesvesien määrä on suuri, voi pohjaveden pinnan nousu lyhentää suotautumisaikaa, mikä taas voi heikentää pohjaveden laatua. Pohjaveden pinnan nousun myötä pohjavettä voi päästä myös maanpinnalle, mikä voi aiheuttaa lähellä maanpintaa sijaitsevissa esiintymissä tulvimista. Lisäksi suuri sade- ja sulamisvesien määrä voi aiheuttaa vesistöjen tulvimista, jolloin pintavettä pääsee enemmän lähistöllä oleviin pohjavesiesiintymiin.
Jos vedellä kyllästymätön maakerros on paksu kuten Lahdessa, pohjaveden muodostuminen on vähäisempää ja kestää kauemmin, koska maanpinnan läpi suodattuessaan sadanta täyttää ensin kyllästymättömän kerroksen huokoset ja suodattuu vasta sitten pohjavesiesiintymään. Kuivina kausina maaperään imeytyvä vesi ei välttämättä riitä täyttämään kyllästymättömän kerroksen huokosia, mikä voi johtaa pohjaveden pinnan laskemiseen.
Pohjavesijärjestelmien ymmärtäminen ja tulevaisuus
Vesienhallinnassa ilmastonmuutokseen sopeutuminen vaatii kattavaa ymmärrystä pohjavesiesiintymien olosuhteista (kuva 3) ja hydrogeologisten järjestelmien reaktioista ilmastomuuttujien vaihteluun, kuten lämpötilaan ja sadantaan.
Edellä esitetyissä ilmastonmuutosskenaarioissa näkyy nopeaa lämpötilan nousua ja sadannan vaihtelua. Ilmastonmuutoksella voi olla vakavia vaikutuksia pohjavesivarantoihin ja vedensaantiin, mikäli esiintymien ominaisuuksia ja ilmastonmuutoksen vaikutuksia niihin ei arvioida asianmukaisesti.
Geologian tutkimuskeskuksen HYGLO-projektissa on kehitetty erilaisia menetelmiä tunnistaa parhaat tavat ilmastonmuutokseen sopeutumiseen ja sen vaikutusten lieventämiseen. Tällaisia ovat esimerkiksi parannukset geologisten ja pohjaveden virtauksen mallinnusten 3D-tekniikoihin, pohjaveden muodostumisen arviointimenetelmien soveltaminen, pohjaveden ja pintaveden vuorovaikutuksen (kuten rantaimeytymisen) mallintaminen ja ymmärtäminen sekä hydrogeologinen seuranta. Onnistuminen ilmastonmuutokseen sopeutumisessa riippuu siitä, kuinka hyvin ymmärrämme ilmastomuuttujien vaihteluja ja erityisesti sitä, miten pohjavesiesiintymät reagoivat niihin.
Lähdeviitteet
Luoma, S., Eskelinen, A., Jarva, J., Okkonen, J. 2022. Groundwater flow modelling for an assessment of climate change impacts on groundwater recharge at the Lahti aquifer, southern Finland. GTK Open File Work Report for the RAINMAN project. Lue raportti
Luoma, S., Okkonen, J. 2014. Impacts of Future Climate Change and Baltic Sea Level Rise on Groundwater Recharge, Groundwater Levels, and Surface Leakage in the Hanko Aquifer in Southern Finland. Water, 6 (12), 3671-3700. Lue artikkeli
Luoma, S., Ikonen, J. 2020. Vulnerability assessment of the shallow groundwater in Finland. GTK Open File Work Report. Lue raportti
Luoma, S. 2018. Geological model of the Hanko aquifer. Investigation report 94/2018. Geological Survey of Finland. Lue raportti
Luoma, S. 2018. Groundwater flow models of the shallow aquifer in Hanko. Investigation report 95/2018. Geological Survey of Finland. Lue raportti
FMI. 2023. New climate normal period 1991-2020 is taken into use – Press release 30.9.2021. Lue Ilmatieteen laitoksen tiedote
Teksti
Samrit Luoma, erikoistutkija
Vesiratkaisut, Geologian tutkimuskeskus GTK
