Abstract A key challenge in Integrated Water Resources Management (IWRM) is determination of environmental flow (EF). This is relevant in all water use scenarios and river regulation work. Water use and management alter water availability for ecosystems and the timing and distribution of runoff. Increased water consumption and allocation of water to different types of consumption impose pressures on aquatic ecosystems, affecting their status and ability to deliver important services, well–known examples being the Aral Sea in Asia and Lake Chad in Africa. This thesis presents new methods to determine the impacts of hydraulic structures on the flow regime of lakes and rivers. Methods to quantify different characteristics of flow in a non–dimensionless way are also presented. These tools allow more environment–based regulation of flow regimes. By using three main flow characteristics of river regime (magnitude, timing and intra–annual), three impact factors, MIF (magnitude impact factor), TIF (timing impact factor) and VIF (variation impact factor), were developed. Combining these impact factors produced a new river impact (RI) index to assess the impacts of hydraulic structure using monthly flow data. Based on RI variations, a classification was developed rating impacts along a scale from ‘Low’ to ‘Drastic’. The importance of climate patterns and river flow regime in controlling lake levels was examined. The lake simulation results were compared using a new index, Degree of Lake Wetness (DLW) and lake response time to changes in hydrology or climate was evaluated. Environmental flow allocation and optimisation of annual EF distribution are critical for ecosystem health. Flow release from reservoirs can be partly supplemented or compensated for by natural runoff from downstream (residual) catchment areas. In a new hydrological approach, optimal intra–annual flow regime for EF can be estimated while considering water inflow from the downstream residual sub-catchment. This thesis provides methods and indices to help quantify river and lake regimes, better understand the possible impacts of changes and manage these impacts optimally. This knowledge is crucial for decision making about EF regimes and achieving water release patterns from dams and hydropower that minimise the hydrological, morphological and biological impacts. / Tiivistelmä Integroidun vesivarojen suunnittelun ja hallinnan (IWRM) yhtenä haasteena on ympäristövirtaaman määrittäminen valuma–alue-tasolla. Tämä on tärkeää arvioitaessa säännöstelyn ja vesirakentamisen ympäristövaikutuksia. Vedenkäyttö ja hallinta muuttavat veden saatavuutta jokiekosysteemissä ja virtaaman vuosittaista ajoittumista sekä jakautumista eri kuukausien välillä. Vesivarojen lisääntyvä käyttö eri tarkoituksiin voi vaikuttaa vesiekosysteemeihin ja niiden tuottamiin ekosysteemipalveluihin. Aral–järvi Aasiassa ja Chad–järvi Afrikassa ovat hyviä esimerkkejä veden liiallisesta käytöstä ja ympäristönäkökulman huomiotta jättämisestä. Väitöstyön keskeisin tavoite oli kehittää menetelmiä, joilla voidaan arvioida miten vesirakentaminen vaikuttaa jokien virtaamiin ja järvien vedenpintoihin. Jotta vesistövaikutuksia voidaan yleistää, menetelmät kehitettiin dimensiottomiksi. Nämä menetelmät luovat perustan ympäristöystävällisemmällä vesistöjen virtaamien säännöstelylle. Käyttäen kuukausittaista keskivirtaamaa ja kolmea tyypillisintä virtaamaluokkaa (suuruus, ajoittuminen ja vuodenaikainen vaihtelu), määritettiin uusi yhdistetty jokivaikutusindeksi (RI). Tämän indeksin avulla voitiin lopulta arvioida vesirakentamisen vaikutusta. Perustuen RI-indeksiin, usean joen vesirakentamisen vaikutuksia arvioitiin luokittelemalla vaikutukset vähäisiksi tai merkittäviksi. Työssä tarkasteltiin ilmaston vaihtelun ja jokien virtaamaolosuhteiden vaikutusta järvien vedenpintoihin. Järvisimuloinnin tuloksia verrattiin puolestaan käyttäen indeksiä, joka kuvaa järvessä tapahtuvia muutoksia suhteessa hydrologisiin ja ilmastollisiin olosuhteisiin. Väitöskirja käsittelee myös ympäristövirtaamien (EF) keskeisiä kysymyksiä: vedenkäytön jakautumista ja vuosittaisen virtaaman optimointia ympäristövirtaaman näkökulmasta. Työssä käytetään uutta hydrologista lähestymistapaa arvioimaan ympäristövirtaaman optimoitua kausivirtaamavaihtelua. Tässä lähestymistavassa vesivarastoaltaista lähtevää virtaamaa voidaan osittain täydentää tai kompensoida alapuoliselta valuma–alueelta tulevalla virtaamalla. Väitöstyön tulokset lisäävät ymmärrystä vesivarojen kestävästä käytöstä. Lisäksi työssä kehitetyillä menetelmillä voidaan määrittää ja optimoida jokien ja järvien virtaamaolosuhteita erilaisissa tilanteissa. Väitöstyö tarjoaa uusia käytäntöjä päätöksentekoon liittyen ympäristövirtaamaolosuhteisiin ja -jakaumiin vesivoima- ja vedenkäyttökysymyksissä ottaen huomioon hydrologiset, morfologiset ja biologiset rajoitteet.

This thesis describes and compares the practices of social impact assessments in Finland, Norway and Sweden. How are social impacts, as caused by any planned intervention, assessed in the countries? How do the countries' practices relate to the international theory and practice? What are the differences, and/or similarities, between the countries? SIA is a procedure of assessing and estimating potential social impacts as caused by some kind ofplanned intervention. The origin of SIA is commonly traced back to the introduction of environmental impact assessment (EIA). However, it has not won the same recognition as its cousin EIA. Since social aspects often are complex and thus difficult to measure and estimate, SIA can be used as a procedure to not only cope with quantitative aspects but also qualitative. Since EIA was introduced into legislation in Europe through the European Council, the Nordic countries have gradually introduced EIA, and impact assessment (IA), in their national legislation. There has not been any introduction of SIA per se in the legislation, however, assessment of social impacts are more or less included in the legislation covering EIA and IA. This thesis shows that SIA, in practice, is used to a differing extent in the countries and that there are some differences in what social impacts comprises and how they are assessed. In Norway the more overall and general IA is used including both biophysical impacts and social impacts, where the social impacts are de$ned and assessed in a rather quantitative way compared to the other two countries. In Finland and Sweden, SIA, as defined in the international theory and practice, is used to some extent. However, the practice in Sweden is not as widespread as in Finland and Norway, where social aspects and impacts seems to be more integrated in impact assessments. / Den här uppsatsen beskriver och jämför användningen i praxis av social impact assessments, sociala konsekvensbeskrivningar (SKB), i Finland, Norge och Sverige. Hur utreds sociala konsekvenser, som uppkommit till följd av en planerad aktivitet, i de olika länderna? Hur relaterar ländernas praxis med den internationella teorin och praxisen? Vilka är skillnaderna och/eller likheterna mellan länderna? SKB är ett tillvägagångssätt för att utreda och uppskatta potentiella sociala konsekvenser som uppkommit till följd av en planerad aktivitet. SKB brukar vanligtvis sägas ha sitt ursprung i och med introduktionen av environmental impact assessment, miljökonsekvensbeskrivningen (MKB), men har inte fått samma genomslag som sin kusin MKB:n. Eftersom sociala aspekter ofta är komplexa och invecklade, och därför svåra att mäta och uppskatta, kan SKB användas som en metod att hantera, inte bara kvantifierbara aspekter, utan även kvalitativa. Sedan MKB introducerades i europeisk lagstiftning genom Europeiska rådet har de nordiska länderna gradvis infört MKB, och konsekvensbeskrivningar, i deras nationella lagstiftning. SKB per se har inte introducerats i den nationella lagstiftningen, men utredningar av sociala konsekvenser är mer eller mindre en del av lagstiftningen för MKB och konsekvensbeskrivningar. Denna uppsats visar att SKB används i skiftande utsträckning i praxis i länderna och att det finns skillnader i vad sociala konsekvenser tycks omfatta och hur de utreds. I Norge används den mer övergripande och generella termen konsekvensbeskrivning vilken inkluderar både miljömässiga och sociala konsekvenser där de sociala konsekvenserna utreds och definieras i relativt kvantitativa termer jämfört med de andra länderna. I Finland och Sverige används SKB, som det definieras i den internationella teorin och praxisen, till viss del. Men den svenska praxisen är inte lika omfattande som i Finland och Norge där sociala aspekter och konsekvenser verkar vara mer integrerade i konsekvensbeskrivningar.

Abstract Wetlands in arid and semi-arid regions are complex fragile ecosystems that are critical in maintaining and controlling environmental quality and biodiversity. These wetlands and specially closed lake systems depend on support processes in upstream parts of the basin or recharge zone, as small changes in river flow regime can cause significant changes in lake level, salinity and productivity. Recent strong alterations in river flow regimes due to climate and land use change have resulted in ecosystem degradation and desiccation of many saline lakes in arid and semi-arid regions. Because of the low economic value of these lakes, their hydrology has not been monitored accurately, making it difficult to determine water balance and assess the role of water use and climate in lake desiccation. Furthermore, available data are usually of coarse resolution on both spatial and temporal scale. New frameworks using all available data and refining existing information on lake basins were developed in this thesis to assess regional differences in water resource availability, impacts of human activities on river flow regime alteration and agricultural land use change. The frameworks were applied to study causes and impacts of desiccation of a major lake, Lake Urmia, one of the largest saltwater lakes on Earth. This highly endangered ecosystem is on the brink of a major environmental disaster resembling that around the Aral Sea. The spatial pattern of precipitation across the Lake Urmia basin was investigated, to shed light on regional differences in water availability. Using large numbers of rainfall records and a wide array of statistical descriptors, precipitation across space and time was evaluated. Another important research component involved examining streamflow records for headwaters and lowland reaches of the Lake Urmia basin, in order to determine whether observed changes are mainly due to climate change or anthropogenic activities (e.g. water withdrawal for domestic and irrigation purposes). Principal component and clustering analyses of all available precipitation data for the lake basin revealed a heterogeneous precipitation pattern, but also permitted delineation of three homogeneous precipitation areas within the region. Further analysis identified variation in seasonal precipitation as the most important factor controlling the spatial precipitation pattern in the basin. The results showed that climate change impact on headwaters is insignificant and that irrigation is the main driving force for river flow regime alterations in the basin. This is supported by evidence that the headwaters have relatively remained unaffected by agriculture and by lack of significant changes in the historical records. The approach presented, involving clear in terpretation of existing information, can be useful in communicating land use and climate change information to decision makers and lake restoration planners. / Tiivistelmä Kuivilla aridisilla ja semiaridisilla alueilla sijaitsevat kosteikot ovat hauraita ekosysteemejä. Ne ovat myös tavallista tärkeämpiä, koska ne ylläpitävät ja säätelevät ympäristön laatua sekä luonnon monimuotoisuutta. Nämä kosteikot, kuten valtaosa muistakin kosteikoista, ovat riippuvaisia vesistöalueen ylemmillä osilla tehdyistä toimista kuten vesistöjen säännöstelystä. Jopa pienet muutokset jokien virtauksissa voivat aiheuttaa merkittäviä muutoksia järvien vedenpinnan korkeuteen, suolapitoisuuteen ja tuottavuuteen. Viimeaikaiset ilmastonmuutoksen ja maankäytön muutosten aiheuttamat voimakkaat muutokset jokien virtaamiin ovat johtaneet ekosysteemien rappeutumiseen sekä monien suolajärvien kuivumiseen kuivilla ja puolikuivilla alueilla. Kuivilla alueilla sijaitsevien suolajärvien hydrologiaa ei ole tarkkailtu riittävästi niiden alhaisemman taloudellisen arvon vuoksi. Se hankaloittaa vesitaseen määrittämistä. Tarkkojen tietojen puuttuessa on vaikea arvioida myös sitä, miten vedenkäyttö ja ilmasto ovat vaikuttaneet järvien kuivumiseen. Lisäksi saatavilla olevat tiedot ovat yleensä sekä ajallisesti että alueellisesti epätarkkoja. Analysointiin tarvittavien tietojen ja välineiden puute saattaa pahimmillaan johtaa ristiriitaisiin oletuksiin. Väitöstyön päätavoite on tarjota puitteet, joilla parannetaan ymmärrystä vesivarojen alueellisista eroista, ihmisen toiminnan vaikutuksista jokien virtausten muutoksiin ja maatalouden maankäytön muutoksista käyttäen kaikkea saatavilla olevaa dataa sekä täsmentäen samalla vesistöistä jo olemassa olevaa tietoa. Väitöskirja tutkii yhden suuren järven kuivumisen syitä ja seurauksia. Urmiajärvi on yksi maapallon suurimmista suolajärvistä sekä erittäin uhanalainen ekosysteemi. Järvi on samankaltaisen ympäristökatastrofin partaalla, joka aiheutti Araljärven kuivumisen. Väitöskirja antaa tietoa veden saatavuuden alueellisista eroista tutkimalla sademäärien alueellista jakautumista Urmiajärven valuma-alueella. Tutkielmassa arvioidaan sadannan ajallista ja paikallista vaihtelua erilaisten tilastollisten menetelmien avulla. Tutkielman toinen tärkeä osa keskittyy vesialtaan latvavesistön ja tasankoalueiden valumatietoihin. Tämän osuuden päätavoite on määritellä johtuvatko havaitut muutokset järvessä pääasiassa ilmastonmuutoksesta vai ihmisen toiminnasta kuten kastelusta. Sadantatietojen pääkomponentti- ja ryhmittelyanalyysien tulokset osoittavat, että Urmiajärven allas on sadannaltaan heterogeeninen alue. Analyysi johti seudun jakamiseen kolmeen homogeeniseen sadanta-alueeseen. Analyysi osoitti, että sademäärien kausittainen vaihtelu on merkittävin järvialtaan alueellisiin sademääriin vaikuttava tekijä. Tulokset osoittavat, että ilmastonmuutoksen vaikutukset latvavesistöön eivät olleet merkittäviä ja keinokastelu on ylivoimaisesti merkittävin järvialtaan jokien virtausten muutoksiin vaikuttava tekijä. Tätä johtopäätöstä tukee se tosiseikka, että maanviljelys ei ole juurikaan vaikuttanut latvavesistöihin eikä niissä näy historiallisten lähteiden perusteella merkittäviä muutoksia. Tutkimuksen hyöty on siinä, että se tulkitsee saatavilla olevan tiedon selkeästi, joka on avuksi, kun maankäyttöön ja ilmastonmuutokseen liittyviä tietoja välitetään päättäjille ja järven kunnostusta suunnitteleville tahoille.