Lohikalojen nousuvaellus: vastavirtaan kohti kutualueita

Jokien vaellusyhteyksien avaaminen etenkin isoissa rakennetuissa joissa, missä padot ohittavia kalatieratkaisuja tarvittaisiin useita peräkkäisiä, on haasteellista. Kokemukset erilaisista toteutusvaihtoehdoista ovat olleet vaihtelevia.

Kohteisiin yksilöllisesti sopivien ratkaisujen suunnitteleminen edellyttää usein kattavia selvityksiä maa- ja kallioperästä, ohitettavan voimalaitoksen rakenteiden ja toiminnan yhteensovittamista, kalojen käyttäytymisen tuntemusta sekä sidosryhmien osallistamista heti alkuvaiheessa. Pienemmissä ja yksittäisen padon ohittavissa kohteissa ratkaisut voivat olla usein kevyempiä ja nopeammin toteutettuja.

Mahdollisuuksia jokien vaellusyhteyden avaamiseksi kaloille on useita ja ne voivat olla esimerkiksi padon ohittavia teknisiä kalateitä tai luonnonmukaista jokea jäljitteleviä kalateitä tai erillisiä ohitusuomia. Koko vaellusesteen purkaminen avaa tehokkaasti kalojen vaellusyhteyden lisääntymisalueilleen. Kutuvalmiiden kalojen pääsy vaellusesteiden yläpuolelle voidaan toteuttaa myös siirtämällä kaloja patojen yli.

Rakennetuissa joissa vaelluskalojen lisääntymisalueet sijaitsevat tyypillisesti jokien sivu-uomissa tai niihin laskevissa puroissa. Vesistön säännöstelykäytännöistä ja rakentamisasteesta riippuen vaelluskalojen lisääntymiselle soveltuvaa habitaattia voi olla olemassa vielä itse joen pääuomassakin.

Virtaaman määrää ja virtaaman muutoksia pidetään tärkeimpinä tekijöinä, jotka vaikuttavat kalojen vaellukseen jokialueella. Virtaaman lisäksi muita vaellukseen vaikuttavia ympäristötekijöitä ovat mm. veden virrannopeus, turbulenttisuus, lämpötila, sameus, happipitoisuus, ilmanpaine, valon määrä ja vedenalaiset äänet sekä hajut. Kullakin joella on omat ympäristöolosuhteensa näiden tekijöiden suhteen, joita myötäilee esimerkiksi joen oman vaelluskalapopulaation vaelluksen ajoittuminen.

Lohen kutuvaellus on yksi tutkituimmista kalojen jokivaelluksista. Lohella havaitut kutuvaelluksen pääpiirteet sopivat myös vaeltaviin meri- ja järvitaimeniin. Selvästi vähemmän tutkittua tietoa on saatavilla esimerkiksi siikojen, särkikalojen tai nahkiaisen vaelluksista ja niihin vaikuttavista tekijöistä.

Vesivoimalaitosten alapuolella on yleensä suora, uoman rakenteeltaan U-muotoinen alakanava, jonka pituus vaihtelee parista sadasta metristä jopa muutamaan kilometriin. Suhteellisen sileäpohjaisessa, syvässä uomassa ylävirtaan uiville kaloille ei ole tarjolla suojapaikkoja, kuten isoja kiven lohkareita. Käytännössä kalat joutuvat yhtäjaksoisesti uimaan virrannopeudeltaan ja turbulenttisuudeltaan vaihtelevaan vastavirtaan koko alakanavan pituudelta voimalaitokselle asti.

Lohet uivat alakanavissa ylävirtaan verraten lähellä veden pintaa (keskimäärin 0-4 m syvyydessä) etsien alueita, joissa ne voivat ylläpitää virtauksen mukaista suuntaa joutumatta kuitenkaan oman uintikykynsä kannalta liian voimakkaisiin virrannopeuksiin. Yleensä kalat uivat voimalaitokselle saakka, yrittäen löytää nousuväylän ylävirtaan. Ellei nousuväylää löydy, lohet palaavat myötävirtaan alakanavan alaosiin, missä veden virrannopeus on tasoittunut.

Luonnonvarakeskuksen lohilla tekemien radiotelemetriatutkimuksien mukaan Kemi- ja Iijoen voimalaitosten alakanavissa lohilla yksi nousuyritys kesti keskimäärin vajaan tunnin ajan, ja kalat tekivät useita yrityksiä päivän valoisana aikana (ns. jojo-käyttäytyminen). Yöllä voimalaitosvirtaamien ollessa pienimmillään, lohien nousuyrityksiä tapahtui harvoin. Oulujoen Merikosken voimalaitoksen alakanavassa lohet ’jojoilivat’ keskimäärin jopa kolme viikkoa ennen kuin löysivät kalatien kautta reitin kohti ylävesiä. Päiväaikaista aktiivisuutta voi selittää useissa tutkimuksissa tehdyt havainnot lohen päivänvalon tarpeesta selvittää hankalia virta-alueita, kuten vesiputouksia ja kalateitä.

Ylävirtaan pyrkivien kalojen olisi löydettävä vaellusesteen ohittava nousuväylä mahdollisimman nopeasti. Havaittu ´jojo-käyttäytyminen` viivästyttää lohien pääsyä lisääntymisalueille, mikä ei ole kaloille edullista etenkään, jos vaellusesteitä on ohitettavana useita. Lisäksi jatkuva edestakainen ylös-alas-uiminen veden virtasolosuhteiltaan haasteellisessa alakanavassa kuluttaa huomattavasti kalojen energiaa, mikä voi alentaa niiden lisääntymismenestystä. Useiden kalateiden kautta kutualueilleen pyrkivien lohien vaellus saattaa kullakin voimalaitoksella tapahtuvan ´jojo-käyttäytymisen` vuoksi hidastua jopa niin paljon, etteivät ne ehdi lisääntymisalueilleen riittävän aikaisin.

Kalojen houkuttelevuuteen kalatien tai minkä tahansa sivu-uoman sisäänkäynnille vaikuttavat tutkimuskirjallisuuden mukaan sisäänkäynnin sijainti ja siitä purkautuva virtaama sekä sen suunta. Lisäksi myös sisäänkäynnin veden virrannopeudella ja putouskorkeudella on merkitystä. Hyvä paikka sisäänkäynnin sijoittamiselle on yleensä lähellä turbiinivirtaa kuitenkin siten, että kalojen on mahdollista erottaa kalatien houkutusvirtaama turbiineista tulevasta virtauksesta.

Toimivissa kalateissä virtaama on 2-10 % joen pääuoman keskivirtaamasta, mikä tarkoittaisi pääuoman virtaaman ollessa esimerkiksi 200 m3/s (mm. Oulujoki, Iijoki) noin 4-20 m3/s virtaamaa kalatiessä. Yksinkertaistaen voidaan todeta, että mitä suurempi kalatien sisäänkäynnin virtaama on, sitä paremmin virtaus houkuttelee kaloja hakeutumaan kalatiehen. Houkutusvirtaamaa voidaan kasvattaa ohjaamalla kalatien sisäänkäynnille lisävettä. Kalatien sisäänkäynnin houkutusvirtaamaa ja virtausolosuhteita voidaan parantaa myös ohjaamalla alakanavan virtauksia selkeämmin kalatien sisäänkäynnin viereen erilaisia virranohjaimia käyttäen.

Kalatien sisäänkäynnin rakenteiden lisäksi kalatien toiminnan kannalta on tärkeää huomioida myös voimalaitosten käyttö, jolla voi olla suuri vaikutus kalateiden toimivuuteen etenkin voimakkaasti lyhytaikaissäännöstellyissä joissa.

Nykyaikaisilla soveltavilla tutkimusmenetelmillä on mahdollista pyrkiä arvioimaan ja optimoimaan kalateiden sisäänkäyntien sijoittamista. Esimerkiksi telemetriaseurannoilla saadaan tietoa lohien liikkumisesta ja vaelluskäyttäytymisestä voimalaitosten alakanavissa. Telemetriaseurannoista saatavat kalojen paikannustiedot voidaan myöhemmin yhdistää alakanavista tehtäviin kolmiulotteisiin virtausmallinnuksiin (Kuva). Näitä aineistoja yhdistämällä saadaan tarkasteltua mm. lohien valitsemia nousureittejä ja kalojen suosimia virtausolosuhteita alakanavien alueella, eli niin sanottuja ´lohipolkuja`.

Kolmiulotteisen virtausmallinnuksen etuna on mahdollisuus tarkastella nousukalojen suosimia tai välttelemiä virrannopeuksia ja turbulenssia koko alakanavan vesipatsaassa. Virtausmallinnuksella voidaan lisäksi simuloida erilaisten voimalaitosjuoksutusten vaikutuksia alakanavien virrannopeus- ja turbulenttisuusolosuhteisiin sekä tarkastella kalateistä purkautuvien houkutusvirtaamien vaikutusaluetta alakanavien vesimassassa. Tällaisten tarkastelujen avulla voidaan arvioida erilaisten juoksutusten ja kalatievirtaamien vaikutuksia kalojen käyttäytymiseen ja hakeutumiseen kalateihin.

Luonnonvarakeskus toteuttaa vuosina 2021-2022 Oulujoen Montan voimalaitoksen alakanavassa telemetriatutkimuksen lohilla, jossa lohien uintireitit ja uintisyvyydet pyritään määrittämään mahdollisimman tarkasti alakanavan alueella. Kalojen uintireitit yhdistetään kolmiulotteisen virtausmallinnuksen tuloksiin, jolloin voidaan tarkastella aiempaa tarkemmin lohien käyttämien uintipolkujen ominaisuuksia alakanavassa, esimerkiksi miten erilaiset turbiinien käyttötilanteet vaikuttavat lohipolkuihin ja johtavatko uintireitit alakanavan reunalla olevan kalojen kiinniottolaitteen luokse (Kuva).