Uuden sukupolven tutkimusmenetelmillä päästään kiinni jokien muutosprosesseihin (Väitös: FM Elina Kasvi, 21.2.2015, luonnonmaantiede)

Kasvi tutki väitöskirjassaan meanderoivien eli jyrkästi mutkittelevien jokien prosesseja uusilla menetelmällisillä lähestymistavoilla ja tietokonesimulaatiolla. 
Meanderoivan joen kaarteissa keskipakoisvoima saa virtaavan veden ja sen aiheuttaman kulutusvoiman jakautumaan epätasaisesti.

Tuloksena syntyy monimutkainen, pyörteinen virtauskenttä, joka kuluttaa joen pohjaa ja törmiä epätasaisesti. Tämän seurauksena kaarteet ”vaeltavat” vähitellen alajuoksua kohti ja mutkaisuus kasvaa.

– Keskityin tutkimuksessani nimenomaan meanderoiviin jokiin, sillä niiden prosesseja on tällä tieteenalalla pidetty melko hyvin tunnettuina ja siten uomien muutoksia ennalta arvattavina ja yksioikoisina. Teoriat perustuvat kuitenkin vuosikymmeniä vanhoihin tutkimuksiin, joiden jälkeen mittausmenetelmät ovat kehittyneet valtavasti. Halusin haastaa teorioita ja kokeilla, olisiko menetelmällistä lähestymistapaa aika päivittää, Kasvi kertoo.

Kauko-ohjattavat laitteet ja laserkeilain ovat tulevaisuuden jokitutkijan työkaluja

Jokiprosessien lähempi tarkastelu uusin menetelmin aidoissa jokiympäristöissä mahdollisti jokidynamiikan teorioiden tarkentamisen. Tutkimus toteutettiin tiiviissä yhteistyössä Aalto-yliopiston ja Geodeettisen laitoksen tutkijoiden kanssa.

Tutkimus tehtiin Utsjoen kunnassa mutkittelevalla Pulmankijoella, joka on yksi Tenojoen sivuhaaroista. Joki on muodostunut laaksoon, jonka pohjalle on kasautunut runsaasti jääkauden aikaista hiekkaa ja soraa. Kevättulvat aiheuttavat normaalisti yli 50 cm vuotuisia korkeuden muutoksia joen särkillä. Tästä syystä joki on erinomainen luonnonlaboratorio uoman muutosten tutkimiseen ja menetelmien testaukseen.     

Laserkeilaimilla mitattiin uoman muodot kolmiulotteisesti, muutaman senttimetrin tarkkuudella useina eri ajankohtina vuosina 2008–2014.

– Laserkeilain asennettiin sekä veneeseen että selkäreppuun ja niiden tarkka sijainti, heilahtelut ja kartoitettu alue rekisteröitiin. Turun yliopiston kauko-ohjattavaan miniveneeseen kiinnitetyllä akustisella virtausmittauslaitteella kartoitettiin virtauskentän rakenne kaarteen eri osissa ,ja kauko-ohjattavaan helikopteriin kiinnitetyllä kameralla kerättiin mittatarkka ilmakuva-aineisto koko tutkimusalueesta 5 cm:n tarkkuudella, Kasvi kertoo. 

Uudet mittausmenetelmät ovat huomattavasti nopeampia kuin perinteisesti käytetyt manuaaliset menetelmät.

– Yksinkertaistetusti niiden etu on se, että voidaan kerätä tiheää aineistoa laajemmalta alueelta ja nopeammin kuin perinteisillä menetelmillä, Kasvi sanoo.

Laserkeilaimen ja helikopterin menetelemäkehityksen toteuttivat suurimmaksi osaksi Geodeettisen laitoksen tutkijat.

Tietokonesimulaatio voi toimia apuna jokiympäristöjen kehityksen arvioinnissa

Mittaukset tarjosivat myös tietoja laskennallisille tietokonemalleille, joiden avulla simuloitiin joessa tapahtuneita virtaus-, eroosio- ja kasautumisprosesseja kolmiulotteisesti muuttuvalla virtaamalla. Simulaatioita verrattiin kenttämittauksiin eri ajankohdilta.

– Ihannetilanteessa pystyttäisiin simuloimaan esimerkiksi hypoteettisia tilanteita tai jokiprosesseja tulevaisuuden ilmastossa. Tällöin mallinnus olisi erinomainen työkalu esimerkiksi jokiympäristöjen rakentamisen aiheuttamien ympäristövaikutusten arvioimisessa.

Kasvi painottaa, että simulaatioihin pitää kuitenkin vielä toistaiseksi suhtautua varauksella ja niitä voi käyttää suuntaa-antavina tiedonlähteinä tai täydentämään kenttämittauksien ajallisia ja alueellisia aukkoja.

***

Lauantaina 21. helmikuuta 2015 kello 12 esitetään Turun yliopistossa (Publicum, Pub3-auditorio, Assistentinkatu 7, Turku) julkisesti tarkastettavaksi FM Elina Kasvin väitöskirja ”Fluvio-morphological processes of meander bends - Combining conventional field measurements, close-range remote sensing and computational modelling” (Meanderikaarteiden fluviaaligeomorfologiset prosessit - perinteisiä kenttämittausmenetelmiä, kaukokartoitusta ja laskennallisia malleja yhdistävä lähestymistapa). Virallisena vastaväittäjänä toimii professori Janet Hooke Liverpoolin yliopistosta ja kustoksena professori Jussi Jauhiainen Turun yliopistosta.

FM Elina Kasvi on syntynyt 1984 ja kirjoittanut ylioppilaaksi vuonna 2003 Naantalin lukiosta. Filosofian maisteriksi Kasvi valmistui 2009 Turun yliopistosta, jossa hän parhaillaan toimii projektitutkijana.  Väitös kuuluu luonnonmaantieteen alaan.

Väittelijän yhteystiedot toimittajia varten: puhelin 050 407 7293, sähköposti emkasv[at]utu.fi

Väittelijän kuva: https://apps.utu.fi/media/vaittelijat/kasvi_elina.jpg

Väitöskirjan myynti: Turun yliopiston verkkokauppa UTUshop, https://utushop.utu.fi/c/2-annales-universitatis-turkuensis/

Väitöskirja on julkaistu sähköisenä: http://www.doria.fi/handle/10024/103456

Asiasana:
Tagit:
Julkaistu 12.2.2015 8:40 ,  Päivitetty 13.2.2015 14:48

20014 Turun yliopisto, Finland
Puhelinvaihde: 029 450 5000

Henkilöhaku

Seuraa meitä: 
Facebook   Twitter   Instagram   Youtube   LinkedIn
Opiskelu Tutkimus Palvelut ja yhteistyö Yliopisto Tiedekunnat ja yksiköt Ajankohtaista Lahjoita
© Turun yliopisto