JultikaUniversity of Oulu repository

Tiivistelmä

Diplomityössä tutustutaan soiden monimuotoisuuteen, hydrologiaan, sekä niiden ennallistamisen taustoihin, tapoihin ja seurantaan Suomessa. Lisäksi kirjallisuuskatsauksessa tutustutaan lyhyesti UAS-kuvaukseen (engl. Unmanned Aircraft System), sen mahdollisuuksiin soiden vedenpinnan tason (WT, engl. water table) ja ennallistamisen seurannassa. Tutkimusosuudessa käsiteltiin Olvassuolla, Pohjois-Pohjanmaalla sijaitsevan Iso Leväniemen ennallistuskohteen WT:n mittausaineistoa mittauskaudelta ennen ennallistamista ja ennallistamisen jälkeen. Iso Leväniemen ennallistuskohde on 1970-luvulla ojitettu pohjavesiesiintymän reunalla sijaitseva, viettävä ja alun perin vahvasti pohjavesivaikutteinen avosuo. Lisäksi käsiteltiin lähellä ennallistuskohdetta, toisella puolella samaa pohjavesiesiintymää sijaitsevan Kirkaslammen luonnontilaisen vertailukohteen aineistoa samoilta mittauskausilta, ja kohteiden aineistoja verrattiin toisiinsa. Tutkimuksessa analysoitiin Ilmatieteen laitoksen tarjoamaa säädataa kohteille tulosten ja WT aineiston validoimiseksi. Ennallistamistoimien pääasiallisena tavoitteena soilla on palauttaa alkuperäinen vesitalous, johon kuivatusojitus on aiheuttanut häiriön. Tutkimusaineistojen vertailulla selvitettiin, ovatko ennallistamistoimet nostaneet suon WT:n luonnontilaisen kaltaiselle tasolle. Tutkimuskohteilla vedenpinnan korkeutta (WH, engl. water height) tallennettiin automaattisilla tiedonkeruulaitteilla, eli loggereilla.

Tilastollisen analyysin perusteella ennallistamistoimet nostivat WT:tä ennallistetulla suolla Iso Leväniemessä. WT nousi suon yläosan mittauspisteessä korkeammalle kuin luonnontilaisen Kirkaslammen suon vastaavassa pisteessä, kun ennallistetun suon alaosassa WT jäi syvemmälle verraten Kirkaslammen suohon. Molemmissa mittauspisteissä Iso Leväniemessä vedenpinnan syvyys WTD (engl. water table depth) oli kuitenkin keskiarvoltaan ja mediaaniltaan ennallistamista seuraavana mittauskautena lähempänä luonnontilaisen Kirkaslammen suon WTD:tä, kuin ennallistamista edeltävänä mittauskautena. Keskihajonnan ja vaihteluvälin perusteella myös Iso Leväniemen suon vedenpinnan tason vaihtelu WTF pieneni ennallistamistoimien myötä. WTD:n aineiston virheeksi todettiin maastomittausten perusteella E ≤ 10,4 cm, joka voi soiden vesitaloutta tarkastellessa olla merkittävä. Todellinen suon vesitalouden palautumisen toteaminen vaatii pidempää hydrologista seurantaa ja useampien muuttujien arviointia.

Tutkimusosuudessa interpoloitiin Iso Leväniemen suosta otettujen UAS-kuvien ja mittausaineiston avulla kaksiulotteinen WT:n profiili mittauspisteiden välille. Profiili interpoloitiin kaikille mittauskausien päiville. Analyysin perusteella WT nousi koko mittauspisteiden välisellä profiililla niin, että lähes koko profiili tulvi koko ennallistamista seuraavan mittauskauden. Interpoloitu WT vaikutti käyttäytyvän luonnollisella tavalla, mutta validointiaineiston puuttuessa sen todenmukaisuuden todentaminen jäi uupumaan. Maastohavaintojen perusteella koko profiilin tulvimisen ei arvioitu olevan mahdollista. Interpolointikokeilu onnistui kuitenkin niin hyvin, että menetelmäkehitystä on syytä jatkaa. Jos löydetään hyvä, yleistettävä interpolointitapa, voi tulevaisuudessa olla mahdollista tuottaa interpoloituja WT:n pintamalleja pistemäisistä WT:n monitorointiaineistoista erilaisille suokohteille, tai jopa ekstrapoloida malli kokonaiselle kohteelle käyttäen hyväksi yksittäistä pistemäistä aineistoa.

UAS-monitoring of peatland water table for restorative purposes

Abstract

This diploma thesis reviews peatland diversity and hydrology in Finland, and peatland restoration backgrounds, methods and monitoring. In addition, UAS (Unmanned Aerial System) -photogrammetry and its applications in restoration monitoring are revised. In the research part of the thesis Iso Leväniemi peatland restoration site water height logger data was treated and analyzed for two measurement seasons, one before and one after restorative actions. Iso Leväniemi restoration site in Olvassuo nature reserve, Northern Ostrobothnia, Finland is a sloped open fen located next to a large aquifer and is strongly fed by this aquifer. Water table level (WT) was recorded in the site via two automatic water height loggers with capacitive sensors. Also, data from two additional water level loggers located on the opposite side of the same aquifer, in Kirkaslampi pristine peatland site, was treated, analyzed and used for reference. Precipitation and temperature data for the sites were analyzed to validate logger data and the obtained results. Restoration site’s data before restoration was compared to the data after restoration to find out how restoration actions impacted on water table depth (WTD) and water table fluctuation (WTF) on site. Since the main peatland restoration goal is to recover natural water economy, Iso Leväniemi site data was compared to the Kirkaslampi pristine site data to find out if natural state of WTD has been achieved.

According to statistical analysis WT rose due to restoration actions in Iso Leväniemi restoration site. WT actually rose significantly higher than in Kirkaslampi pristine site in the upper part of the peatland, but in the lower part of the restoration site WT stayed significantly below pristine reference site WT. Generally, WT was closer to the pristine reference in both measurement points after restoration actions. According to the standard deviation and range also WTF was more restrained in the measurement season following restoration actions. WTD error was E ≤ 10,4 cm which can be significant. It is also noted that to find out true significance and validate the success of restoration actions in terms of hydrology, a longer monitoring period and analysis of more variables are needed.

In the second part of the study, a two-dimensional WT profile was interpolated from monitoring data and UAS aerial photos taken from Iso Leväniemi restoration site. The profile was calculated between the measurement points for every day of both measurement seasons. According to analysis WT rose throughout the whole profile due to restoration actions so that the whole profile flooded for the whole measurement season following the actions. Interpolated WT profile seemed to act in a realistic way at least partially, but because of lacking additional WTD data validation was not done for the profile. Still, interpolation experiment seemed promising and method development should be continued. If a proper method for interpolation is found it is possible to interpolate or even extrapolate WT surfaces using UAS data for complete restoration areas and ease the work of restoration monitoring.