Vesistön dynaaminen monitavoitteinen säännöstely

Abstract

Etelä ja Keski-Suomessa sijaitsevan Päijänne-Kymijoen vesistön säännöstely on määritelty Päijänteen vedenkorkeuksien tavoitetasojen ja virtausrajoitusten avulla. Vesistön eri käyttäjäryhmillä on erilaisia mielipiteitä tämän hetkisestä säännöstelykäytännöstä, jonka kehittäminen on osa RESTORE 2000-hanketta. Tässä työssä on kehitetty malli erilaisten säännöstelystrategioiden vaikutuksien laskemiseen päätöksentekoprosessin arvokeskustelun pitämiseksi realistisena. Uudet strategiat määritellään kuuden vuotuisen tavoitekorkeuden avulla. Työssä tutkitaan myös taulukkolaskentaympäristön soveltuvuutta dynaamisten, suurien ongelmien ratkaisemisessa. Työ on tehty yhteistyössä Suomen Ympäristökeskuksen kanssa. Työn alussa mallinnetaan koko vesistö vedenkorkeuksien, virtaamien ja juoksutuksien avulla käyttäen havaintohistoriaa. Stokastiikka on huomioitu käyttämällä sisääntulovirtaamina historiassa havaittuja virtaamia. Vesistön säännöstelyä mallinnetaan minimoimalla vedenpinnan tavoitekorkeuksien (tai välien) ja simuloitujen korkeuksien erotusten neliösummaa dynaamisella eteenpäin liikkuvalla kahden kuukauden suunnittelujaksolla. Myös säännöstelyn vaikutukset vesistöön ja sen ympäristöön mallinnetaan vedenkorkeuksien ja virtaamien funktioina. Malli toteutetaan Microsoft Excel taulukkolaskentaympäristössä. Optimointiin käytetään Excelin Solver rutiinia. Tämä käyttäjän määrittelemiä säännöstelystrategioita simuloiva sovellus on nimeltään ISMO (Interaktiivinen Säännöstelykäytännön Monitavoitteinen Optimointi). ISMO:n tuottamat ratkaisut eivät ole yksikäsitteisiä: Käytettäessä täydellisiä sisääntulovirtauksien ennusteita saadaan hyvä kuva säännöstelykäytännön vaikutuksista. Tämä on kuitenkin liian optimistinen oikean säännöstelijän kykyjen suhteen. Oikeiden ennusteiden käyttö tuottaa todenmukaisia tuloksia, mutta samalla säännöstelykäytännön vaikutukset katoavat ennustevirheiden aiheuttamien vaikutuksien joukkoon. Kokonaisuudessaan vesistön ja vaikutuksien mallintaminen onnistuu kuitenkin luotettavasti ja ohjelma tuottaa ainakin suuntaa antavia tuloksia vesistön käyttäytymisestä. Taulukkolaskentaympäristö, kuten Microsoft Excel, osoittautuu toimivaksi suurienkin päätöksenteon tukiohjelmistojen kehitysympäristönä. Makrojen ohjelmointi, visualisoinnin sekä käyttöliittymän suunnittelu on suhteellisen helppoa. Solujen linkittyminen tuo kuitenkin ohjelmointityöhön odottamattomia ongelmia ja lisätyötä, eikä Solver ole aina luotettava. Kehittyessään käytetyt ohjelmistot ja optimointiprosessit ovat käyttökelpoisia työvälineitä päätöksenteon tukemiseen