Virtausmalli Ruotsinpyhtään edustalle lämpöpäästöjen leviämisen arviointiin

Transkriptio

1 Virtausmalli Ruotsinpyhtään edustalle lämpöpäästöjen leviämisen arviointiin Raportti Hannu Lauri, YVA Oy Tekniikantie 21 B, Espoo puh: fax: Sisällys 1. Tutkimuksen sisältö ja tavoitteet Laskentamalli ja lähtötiedot Mallihila Laskentamenetelmät ja parametrit Olosuhdetiedot Alku- ja reunaehdot Vertailu mittauksiin Vertailu lämpötilamittauksiin Vertailu havaittuihin jäätilanteisiin Laskentaskenaariot Skenaariot Otto- ja purkupaikat mallihilassa Kesäjakson 2003 laskenta Lämpötilan nousu kesäkuussa eri syvyyksillä Lämpötilan nousu heinäkuussa eri syvyyksillä Keskimääräinen lämpötilan nousu eri tuulilla Veden lämpötila ottopisteissä Veden lämpötilan muutos valituissa aikasarjapisteissä Keskimääräiset virtaukset kesäkuussa Keskimääräiset virtaukset heinäkuussa Talvijakson laskenta Ilman lämpötila talvella Jäätilanteet ja Ilmastonmuutoksen vaikutuksen arviointi Yhteenveto Lähdeluettelo Liitteet...65

2 1. Tutkimuksen sisältö ja tavoitteet Tutkimuksessa arvioitiin ydinvoimalan jäähdytysvesipäästöjen vaikutuksia veden lämpötiloihin Ruotsinpyhtään edustalla 3D-virtausmallia käyttäen. Tarkastelun kohteena oli erityisesti suunnitellun uuden voimalaitosyksikön jäähdytysvesien otto- ja purkupaikan sijoituksen vaikutus veden lämpötilaan vaihtoehtoisissa jäähdytysvesien ottopisteissä. Raportti jakautuu kolmeen pääosaan, jotka ovat, 1) alueelle laaditun mallin ja sen lähtötietojen kuvaus, 2) mallin laskemien tulosten vertailu mittauksiin, sekä 3) skenaariolaskentojen asetukset ja tulokset. 2. Laskentamalli ja lähtötiedot 2.1. Mallihila Mallihila konstruoitiin digitoidusta kartta-aineistosta. Lähtöaineisto sisälsi syvyyskäyriä, syvyyspisteitä ja rantaviivoja vektorimuodossa. Seuraavat kartta-aineistot olivat käytössä: ETOPO2v2, Itämeren alueen syvyystiedot 2 minuutin tarkkuudella (ETOPO2v2, 2006) Merenkulkulaitoksen digitaalinen kartta-aineisto (Merenkulkulaitos, 2008) jäähdytysveden otto- ja purkuaukkojen järjestelytiedot Aineisto yhdistettiin yhdelle karttapohjalle, josta sitten muodostettiin syvyysmalli, eli valitulla rasterikoolla oleva syvyysrasteri. Rasteripisteille arvioitiin syvyysarvo lähialueen syvyystiedoista käyttämällä YVA Oy:ssä kehitettyä interpolointialgoritmia. Varsinainen mallihila konstruoitiin syvyysmallin perusteella laskemalla keskiarvo hilakopin sisältämistä syvyysmallipisteistä. Rannikkoalueen mallintamiseen käytettiin alueellisesti tarkennettua hilaa, jossa on useita sisäkkäisiä tasoja. Varsinainen kohdealue on pyritty mallintamaan tutkimuksen tavoitteisiin nähden riittävällä tarkkuudella. Karkeampia hiloja käytetään määrittämään kohdealueen hilalle reuna-arvoja. Tässä sovelluksessa voimalan lähialue on mallinnettiin 80m hilakoolla (hilatason koko noin 7 x 7 km). Mallihilan uloin taso käsittää Suomenlahden Hangosta itään hilakoolla 2160m. Lähialueen ja uloimman alueen väliin tarvitaan lisäksi kaksi hilatasoa joiden hilakoot ovat 240 m ja 720 m. Syvyyssuunnassa hila on jaettu 17 syvyystasoon, joiden koko vaihtelee pinnan lähellä käytetystä yhdestä metristä avomeren syvänteissä käytettyyn kahteenkymmeneen metriin. Laskentahilan parametrit on esitetty taulukoissa 1 ja 2, ja laskentahila kuvissa 1 ja 2. Purku- ja purkupisteiden läheisen hilan syvyydet numeroarvoina on esitetty luvussa 4. Taulukko 1: Sisäkkäiset hilojen parametrit Taso nro Hilakoppeja itä-länsi suuntaan Hilakoppeja pohjois-etelä suuntaan Hilaruudun koko (m) Koko (km), itä-länsi suuntaan Koko (km), pohjois-etelä suuntaan 2

3 Taulukko 2: Hilakoppien syvyystasot Taso Syvyys (m) Taso Syvyys (m) km Kuva 1: Lähialue, hilakoppien koko karkeammassa hilassa 240m ja tarkemmassa 80m. 3

4 Kuva 2: Koko mallihila, jossa sisäkkäistykset rajattu tummalla värillä alueen yläreunassa.. Hilakoppien koot laajimmasta pienimpään 2160m, 720m, 240m, 80m Laskentamenetelmät ja parametrit Mallilaskelmat suoritettiin YVA Oy:n 3D virtausmallilla, joka on hydrostaattisiin Navier-Stokesin yhtälöihin perustuva barokliininen vesialueille soveltuva malli (Koponen et.al, 2008). Sovelluksessa käytettiin seuraavia laskenta-asetuksia: Laskennassa käytetään epälineaarisia virtausyhtälöitä, joissa liikemäärän kulkeutuminen lasketaan upwind-menetelmällä. Lämpötilan tiheysvaikutus on mukana virtauslaskennassa. Suolaisuuden tiheysvaikutus on mukana virtauslaskennassa. Vertikaalisuuntaisen turbulenssin laskennassa käytetään k-e turbulenssimallia. Vaakasuuntainen turbulenssi lasketaan Smagorinskyn mallilla. Lämpötilan ja suolaisuuden kulkeutuminen lasketaan TVD-superbee algoritmilla. Lämpötilan vertikaalisuuntainen diffuusiota lasketaan k-e turbulenssimallin avulla. Veden pintakerroksen lämpötilatasapaino lasketaan tulevan ja lähtevän säteilyn, haihdunnan ja lämmön johtumisen perusteella jokaiselle pintakerroksen hilakopille erikseen. Vedenkorkeuden vaihtelu mallin reunalla on laskettu koko Itämeren mallilla. Valittuja laskentamenetelmiä käyttämällä on pyritty mahdollisimman hyvin todellisuutta vastaavaan virtausten kuvaamiseen, nykytason mallitietämyksen ja laskentatehon asettamissa rajoissa. Numeerisissa malleissa laskennallisten menetelmien käyttö tuo aina mukanaan laskentamenetelmästä riippuvan virheen. Virheen laatu ja suuruus riippuu käytetystä menetelmästä, ja kuhunkin laskentaongelmaan onkin aina pyrittävä valitsemaan siihen sopivat laskentamenetelmät virheiden minimoimiseksi. Ydinvoimalaitoksen tapauksessa ehkä olennaisin mallinnusongelma on lämpötilakerrostuneen virtauksen laskenta purkupaikan edustalla ja ottojen lähialueilla. Tarkkaan laskentaan on pyritty käyttämällä laskennassa turbulenssin mallinnusta, hyviä kulkeutumisalgoritmeja, sekä riittävän tiheää hilaa. Reunaehtojen laskemiseksi mallissa on käytetty sisäkkäisiä hiloja. Hilojen reunojen laskenta aiheuttaa paikoitellen ylimääräisiä vertikaalisuuntaisia virtauksia, jotka voivat näkyä esim. jääkuvissa. 4

5 Poikkeamat ovat pääasiassa pieniä ja näkyvät lähinnä paikallisina vaikutuksia hilatasojen reunojen kohdalla Olosuhdetiedot Mallin avoveden ajan laskentajaksona käytettiin aikaväliä , jäätilannetta simuloitiin puolestaan jaksolle Kesäjakson valintaperusteena oli lämmin heinäkuu, jolloin veden lämpötilalle mitattiin vuosien korkeimmat arvot. Jäätalvi 2002/2003 oli puolestaan Merentutkimuslaitoksen jääpalvelun mukaan keskimääräinen jään pinta-aloja tarkasteltaessa. Poikkeuksellista oli talven keskimääräistä aikaisempi alku, ja keskimääräistä pidempi jääpeitteinen kausi, (Kallionsaari, 2003), sekä keskimääräistä paksumpi jääpeite. Olosuhdetietoina käytettiin voimalan lähialueella Ilmatieteen säähavaintoasemilla mitattuja tuuli-, lämpötila- ja kosteustietoja. Ruotsinpyhtään sovelluksessa lähialueen säätiedot on valittu Orrengrundin sääasemalta. Laajemman merialueen säätiedot saatiin NCEP Reanalysis II globaalista säädatasta (NCEP 2008). Orrengrundin sääasema oli lähin Loviisan ydinvoimalan sääasemaa lukuunottamatta, ydinvoimalan asemalta ei kuitenkaan ollut valitun aikajakson tuulia saatavana. Orrengrundin sääaseman voi katsoa kuitenkin edustavan hyvin Ruotsinpyhtään merialueella vallitsevia tuulia. Kuvassa 3 on esitetty Orrengrundin säähavaintoaseman tuulen suunta- ja nopeusjakaumat kesän 2003 ajalta aikajaksolta , sekä erikseen kesäkuulta Havaintoasema sijaitsee Loviisan edustan ulkosaaristossa koordinaattipisteessä lat 60 16' lon 26 26'. Aseman sijaintipaikka on noin 10 km Kampuslandetin sijoituspaikasta etelään. Valitulla aikajaksolla aseman tuulennopeuden keskiarvo oli 4.9 m/s, ja tyypillisin tuulen suunta 240 (6.3% tuulista). Kesäjaksolla oli jossakin määrin normaalia enemmän pohjois- ja luoteistuulia, tuulen nopeuksien suhteen jakso oli keskimääräinen. Ilman lämpötilan suhteen vuoden 2003 kesä oli normaalia lämpimämpi heinäkuun osalta, jolloin keskilämpötila Helsingissä oli yli kolme astetta keskimääräistä korkeampi. Kesäkuu oli noin asteen keskimääräistä kylmempi, ja elokuu noin asteen lämpimämpi. Veden lämpötilan osalta heinäkuun loppu oli hyvin lämmin. Orrengrundin sääaseman ilman lämpötilat ja vedenlaatupisteen Ängsö lämpötilat on esitetty kuvissa 4 ja Alku- ja reunaehdot Mallihilassa avoimille reunoille laskettiin vedenkorkeusarvot koko Itämeren mallilla. Lämpötilatiedot reunoille laskettiin lähimmän NCEP Reanalysis-säätietojen ilman lämpötilatiedoista seuraavalla menetelmällä.: T ws (d)=0.99 T ws (d-1)+0.01 T a (d) T ws (i) = päivän i veden pintalämpötila T a (i) = päivän i ilman lämpötila d = päivän numero Lämpötilat reunan syvemmissä kerroksissa laskettiin arvioidusta pintalämpötilasta seuraavasti T = T ws kun syvyys on alle 9 m T = 0.8 T ws kun syvyys on 9-15 m T = 0.6 T ws kun syvyys on m Suolaisuusarvot asetettiin mittausten perustella alueen keskisuolaisuusarvoja vastaaviksi ja vakioiksi. Lämpötilan ja suolaisuuden alkuarvoja asetettaessa hyödynnettiin Merentutkimuslaitoksen FIMR BMP-data arkistosta saatuja Suomenlahden mittauspisteistä LL7 ja LL3A mittaamia CTD-profiileja. Vuodelta 2003 mittauksia oli suoritettu pisteestä LL3A 26.5, 5.8, ja pisteestä LL7 6.6 ja 7.8 (Olsonen, 2007). Lämpötilan alkuarvoksi asetettiin 4 astetta kerrokseen 1-20 m, 2 astetta kerrokseen m ja 5

6 3.5 astetta kerrokseen m. Suolaisuusarvot asetettiin välille PSU, siten että pintakerros 20 m asti oli 5.5 PSU, jonka jälkeen suolaisuus kasvoi tasaisesti arvoon 7.5 PSU 50 m asti. Syvyyksille m asetettiin suolaisuusarvoksi 8.5 PSU. Skenaariolaskennoissa poistuvan jäähdytysveden lämpötila asetettiin lisäämällä simuloituun ottoveden lämpötilaan voimalaitoksen lämmitysvaikutus. Voimalavaihtoehtojen jäädytysvesivirtaamat ja käytetyt lämmönnousut on esitetty taulukossa 3. Purkuveden suolaisuus oli sama kuin ottopisteen suolaisuus. Taulukko 3: Voimalavaihtoehtojen jäädytysvesivirtaamat Laitosvaihtoehto 1 2 Lämpöteho mereen (MW) Jäähd. veden virtaus (m3/s) Lämpötilan nousu (ºC) suuntajakauma (%) Tuuli Orrengrund, koko kesä 2003 ( ) suuntajakauma (%) Tuuli Orrengrund, kesäkuu 2003 ( ) osuus (%) osuus (%) 18 nopeusjakauma, kesä nopeus (m/s) 18 nopeusjakauma, kesäkuu nopeus (m/s) suuntajakauma (%) 25 nopeusjakauma, heinäkuu osuus (%) nopeus (m/s) Tuuli Orrengrund, heinäkuu 2003 ( ) Kuva 3. Tuulen suunta- ja nopeusjakaumat (%) Orrengrundin sääasemalla kesällä

7 25 Lämpötila/Orrengrund,kesä TEMP [C] /06 16/06 01/07 16/07 31/07 15/08 30/08 14/09 Kuva 4: Ilman päivittäiset keski-, minimi- ja maksimilämpötilat jaksolla Orrengrundin sääasemalta laskettuna 3h välein tehdyistä havainnoista. 20 Ängsö 10m pinta Temp (C) Kuva 5: Veden pintalämpötila ja 10m lämpötila mittauspisteestä Ängsö vuosilta Hästholmenilla sijaitsevat Loviisan ydinvoimalaitoksen voimalayksiköt 1&2 olivat mukana laskennassa. Voimalayksiköiden vedenotto sijoitettiin 7-9 m syvyyteen Hästholmenin länsirannalle, ja purku 0-2 m kerrokseen Hästholmenin itärannalle. Otto- ja purkuvirtaamalle käytettiin arvoa 40 m 3 /s, ja purun lämmönnousulle arvoa 12 ºC. Otto- ja purkuvirtaamat sekä lämmönnousu pidettiin koko laskentajakson ajan vakioina. Jokivirtaamia malliin asetettiin kolme, Kymijoen länsi- ja itähaara, sekä Neva. Kymijoen virtaamat saatiin HERTTA-tietokannasta (pisteet Kymijoki länsihaara, Koivukoski ja Korkeakoski), Nevan virtaamille käytettiin parempien tietojen puuttuessa kuukausikeskiarvoja. Jokien lämpötilat arvioitiin ilman lämpötiloista, sillä päivittäisiä lämpötilamittauksia ei ollut käytettävissä vuodelle Kuvassa 6 on esitetty Kymijoen arvioidut ja mitatut veden lämpötilat vuosille

8 Kuva 6: Kymijoen arvioitu ja mitattu veden lämpötila Kymijoen Hirvikoskelta. 3. Vertailu mittauksiin Laskettuja mallituloksia vertailtiin mitattuihin lämpötiloihin. Vertailut suoritettiin pääasiassa vuoden 2003 mittauksiin, jotka poimittiin Suomen Ympäristökeskuksen HERTTA-aineistosta. Hertta-aineiston data on mitattu vedenlaadun seurannan pisteistä tiheimmillään noin kerran kuukaudessa mutta tyypillisesti harvemmin. Pisteiden sijainnit näkyvät kuvassa km Kuva 7: HERTTA-tietokannan mittauspisteiden sijainti. Alemman kartan alue piirretty ylemmässä kartassa violetilla rajattuna. 8

9 3.1. Vertailu lämpötilamittauksiin Mitattujen ja laskettujen lämpötilojen vertailua varten laskettiin vuoden 2003 kesäjakso. Vertailujakson laskenta aloitettiin , millä saatiin kesäkuun alkuun paremmin todellisuutta vastaava veden lämpötilajakauma. Tunnuslukujen laskennassa ja aikasarjakuvissa on käytetty jaksoa Vertailut HERTTA-tietokannan mittauspisteisiin on esitetty kuvissa 8 ja 9 pisteistä Vådholm_20 (kuvassa Vådh_20), Hästholm_12 (Häst_12), Ängsö ja Haapasari_11 (Haapas). Vastaavat tilastolliset tunnusluvut on esitetty taulukossa 4. Yleisesti ottaen mittauspisteissä lasketut pintalämpötilat vastasivat havaintoja kohtuullisesti. Pintalämpötila on keskimäärin 1.4 astetta liian pieni, ja 10 m lämpötila 1.3 astetta liian pieni. Lisäkalibroinnin ja reunaehtojen tarkentamisen avulla lämpötilat on todennäköisesti mahdollista saada paremmin todellisuutta vastaaviksi, tässä saavutettu tarkkuus oli kuitenkin kohtuullisen hyvä kompromissi eri mittauspisteiden ja mittaussyvyyksien lämpötilojen osalta. TEMP [C] TEMP [C] TEMP [C] TEMP [C] malli 0.5m Vådh_20, ruotsinv0 mittaus 0-1m 16/06 01/07 16/07 31/07 15/08 30/08 14/09 malli 0.5m Häst_11, ruotsinv0 mittaus 0-1m 16/06 01/07 16/07 31/07 15/08 30/08 14/09 malli 0.5m Häst_12, ruotsinv0 mittaus 0-1m 16/06 01/07 16/07 31/07 15/08 30/08 14/09 malli 10m Häst_12, ruotsinv0 mittaus 9-11m 16/06 01/07 16/07 31/07 15/08 30/08 14/09 Kuva 8: Pisteet Vådholm_20, Hästholm_11, Hästholm_12, veden lämpötilan lasketut ja mitatut arvot pinnalla ja 10 m syvyydellä. 9

10 TEMP [C] malli 0.5m Ängsö, ruotsinv0 mittaus 0-1m 16/06 01/07 16/07 31/07 15/08 30/08 14/09 TEMP [C] malli 10m Ängsö, ruotsinv0 mittaus 9-11m 16/06 01/07 16/07 31/07 15/08 30/08 14/09 TEMP [C] malli 0.5m Haapas_11, ruotsinv0 mittaus 0-1m 16/06 01/07 16/07 31/07 15/08 30/08 14/09 TEMP [C] malli 10m Haapas_11, ruotsinv0 mittaus 9-11m 16/06 01/07 16/07 31/07 15/08 30/08 14/09 TEMP [C] malli 22m Haapas_11, ruotsinv0 mittaus 20-25m 16/06 01/07 16/07 31/07 15/08 30/08 14/09 Kuva 9: Pisteet Änsgö ja Haapasaari, veden lämpötilan lasketut ja mitatut arvot pinnalla, 10 m ja 20 m syvyyksillä. 10

11 Taulukko 4: Mittauksien ja mallituloksen (mittaus-malli) erotuksien keskiarvo (k.a) ja keskihajonta (std.) mittauspisteissä kesäjakson ajalta. Piste N k.a. ( C) std. ( C) Vådholm_20 pinta Hästholm_11 pinta Hästholm_12 pinta Hästholm_12 10m Ängsö pinta Ängsö 10m Haapasaari pinta Haapasaari 10m Haapasaari 20m pinta yhteensä m yhteensä Vertailu havaittuihin jäätilanteisiin Talvijakson simuloinneissa laskentajakso oli Veden lämpötilan lähtötilanne simuloinneissa oli 7 C 30 m syvyyteen asti, ja syvemmällä 4 C koko mallialueella. Vertailutietoina käytettiin Merentutkimuslaitoksen jääpalvelun jääkarttoja jäätalvelta 2002/2003 (Jääpalvelu, 2008). Jääkartat eivät ole kovin tarkkoja, joten vertailua voi pitää lähinnä suuntaa-antava. Simuloidut ja havaitut jäätilanteet on esitetty kuvassa 10. Mallilaskennan sopivuus jääkarttoihin ei ole erityisen hyvä, vaan jäätä muodostuu mallissa liian nopeasti. Tämä johtuu todennäköisesti mallin länsireunan veden lämpötilan reunaehdosta, joka perustuu ilman lämpötilasta laskettuun viivästettyyn keskiarvoon, ja on tulosten perusteella oletettavasti todellista vedenlämpötilaa kylmempi. Todellisuudessa lämpimämpää vettä näyttää kulkeutuvan Suomenlahdelle Itämeren pääaltaasta. Mitattuja veden lämpötiloja löytyi laskentajakson ajalta vain yksi kappale ( Längdenin asemalta), joten reunaehtoa ei voitu tarkentaa mittausten perusteella. Jäälaskennassa malli simuloi lämmönvaihtoa, sekä jään muodostumista ja sulamista veden pintakerroksessa, mutta ei ota huomioon jäiden kulkeutumista ja ahtojäitä. Tästä johtuen alueilla ja aikajaksoina, joissa jään liikkeet ovat merkitseviä, malli ei pysty toistamaan jäätilannetta todenmukaisesti. 11

12 Laskettu jäätilanne :00 Havaittu jäätilanne Laskettu jäätilanne :00 Havaittu jäätilanne Laskettu jäätilanne :00 Havaittu jäätilanne Kuva 10. Lasketut ja havaitut jäätilanteet talvella 2002/

13 4. Laskentaskenaariot 4.1. Skenaariot Laskentaskenaariot on nimetty sen mukaan mikä laitosvaihtoehto laskennassa on mukana, sekä missä jäähdytysvesien otto- ja purkupaikat sijaitsevat. Otto- ja purkupaikat näkyvät kartalla kuvassa 11. Lasketut skenaariot on nimetty taulukossa 5. Fennovoiman voimalavaihtoehtojen lisäksi mukana on käytössä olevat Loviisa 1 & 2 voimalayksiköt, sekä mahdollisesti rakennettavan Loviisa 3- voimalayksikön kaksi vaihtoehtoista purkupaikkaa L1 ja L km Loviisa 1&2 P1b P2 L2 O3 P1a O2 L1 O1 P3 Syvyystiedot: Merenkulkulaitos lupa /721/200 Syvyys (m) Kuva 11: Jäähdytysveden otto- ja purkupaikat Otto- ja purkujärjestelyt: O1 Otto 1 otto pohjalta, m syvyydestä pohjalta, suunta etelästä O2 Otto 2 otto 9-11 m syvyydeltä rannalta, 10 m syvyinen kanava idästä O3 Otto 3 otto 9-11 m syvyydeltä rannalta, 10 m syvyinen kanava etelästä P1a Purku 1a purkukanava pinnalle, suunta länteen P1b Purku 1b purkukanava pinnalle, suunta etelään P2 Purku 2 purkukanava pinnalle, suunta itään P3 Purku 3 purkukanava pinnalle, suunta etelään L1 Purku L1 Loviisa 3, purkukanava pinnalle, suunta etelään L2 Purku L2 Loviisa 3, purkukanava pinnalle, suunta etelään Loviisa 1&2 Otto/Purku Loviisa 1&2 otto 7-9 m, purku pinnalle 13

14 Taulukko 5: Lasketut skenaariot Vaihtoehto Aktiiviset Sähköteho Otto Purku yksiköt [MW] V0 0+L A1 1+L O1 P1b A2 2+L O1 P1b B1 1+L O1 P2 B2 2+L O1 P2 C1 1+L O1 P3 C2 2+L O1 P3 D1 1+L O2 P1a D2 2+L O2 P1a E1 1+L O2 P3 E2 2+L O2 P3 F1 1+L O3 P2 F2 2+L O3 P2 G1 1+L O3 P3 G2 2+L O3 P3 X1 1+L12+L O1 P3 X2 2+L12+L O1 P3 Y1 1+L12+L O2 P3 Y2 2+L12+L O2 P3 Z1 1+L12+L O2 P3 Z2 2+L12+L O2 P Otto- ja purkupaikat mallihilassa Otto- ja purkuaukkojen leveytenä käytettiin laskennoissa mallin tarkimman hilan resoluutiota, joka on 80 m. Purkuvesi puretaan mallissa päällimmäiseen hilakerrokseen noin 1 m/s nopeudella. Ottovesi otetaan ottopaikasta riippuen 10-20m syvyydeltä 4-5m paksuisesta kerroksesta noin cm/s nopeudella. Otot O2 ja O3 konstruoitiin malliin siten, että rannassa olevalle ottokanavalle kaivettiin 10 m syvä kanava alueelle, jossa syvyys oli yli 10 m. Pohjalla olevan oton O1 tapauksessa kaivettiin 25 m syvä kanava alueelle jossa pohjan syvyys oli yli 25 m. Pohjaoton suunta oli etelään. Purkujen P1, P2 ja P3 kohdille purun edustalle kaivettiin 2m syvä purkusuihkun suuntainen kanava, mikäli syvyys oli tätä pienempi. Mallihilat purkujen ja ottojen kohdalla on esitetty kuvissa Jäähdytysveden purkupisteen syvyystiedoista poikkeava hilan järjestely johtuu laskennallisista syistä. Purkupisteen ympärillä on oltava riittävästi maa-aluetta, muuten lämpötila-asetukset vuotavat ympäristön vesialueelle. Laskennallista virtausta ohjaamaan tarvitaan joissakin vaihtoehdoissa ylimääräisiä maakoppeja purkupisteen lähistölle, tämä ohjaa lasketun virtaaman paremmin todellisuutta vastaavaan suuntaan. Hilaresoluutiosta johtuen mallissa purkusuihkun nopeus on pienempi ja ala suurempi kuin todellisuudessa. Sekä mallissa että todellisuudessa purkusuihku hajoaa ja hidastuu, joten mitä kauemmas purkupisteestä siirrytään sitä vähemmän purkusuihkun lähtönopeus ja leveys vaikuttavat tuloksiin. Purkusuihkun nopeus on säädetty pohjan syvyyttä muuttamalla molemmille voimalayksikölle niin, että suihkun lähtönopeus on noin 1 m/s. 14

15 P1b Kuva 12: Otto O1 ja purku P1b mallihilassa Maa 0-5m >5m P1a Kuva 13: Otto O2 ja purku P1a mallihilassa. Maa 0-5m >5m O1 O2 15

16 O Kuva 14: Otto O3 ja purku P2 mallihilassa. Maa 0-5m >5m L L Kuva 15: Otto O1, purku P3 mallihilassa, sekä Loviisa 3:n Maa 0-5m >5m purut L1 ja L2 mallihilassa. O1 P2 P3 16

17 5. Kesäjakson 2003 laskenta Kesäjakson simuloinnit suoritettiin käyttämällä vuoden 2003 kesän olosuhdetietoja. Simulointijakso oli Veden lämpötilan lähtötilanne simuloinneissa asetettiin siten, että pintakerros oli 3 C, pohja 3.5 C, ja väli m 1 C. Merentutkimuslaitoksen mittauspisteessä LL3a Suomenlahden keskellä mitattu lämpötilaprofiili antaa kerroksen 0-15 metriä lämpötilaksi noin 4.9 C, tästä lämpötila laskee siten että 30 m syvyydellä lämpötila on 1.3 astetta. Syvemmälle mennessä lämpötila nousee siten että 50 m syvyydellä se on 3.2 astetta m syvyyksillä on noin 3.6 astetta (Olsonen 2007). Laskennan alkujakso noin kesäkuun alkuun asti kuluu alkutilanteen vaikutuksen tasoittumiseen. Laskentajaksolta esitetään tässä seuraavia tietoja: Veden lämpötilan nousu eri syvyyksillä kesäkuun keskiarvona Voimalaitoksen aiheuttama veden pintalämpötilojen muutos tyypillisissä säätilanteissa Ottopisteiden lämpötilat aikasarjoina Lämpötilojen muutos valituissa pisteissä aikasarjoina 5.1. Lämpötilan nousu kesäkuussa eri syvyyksillä Voimalayksikön purkuvesien lämmittävää vaikutusta eri syvyyksillä arvioitiin kesäkuun ( ) keskilämpötilakentistä. Kesäkuussa tuulissa oli hieman keskimääräistä enemmän pohjois- ja luoteistuulia, muuten tuulien suuntajakauma oli lähellä keskimääräistä. Tuulen nopeudet olivat lähellä keskimääräistä. Tuulten suunta- ja nopeusjakaumat löytyvät kuvasta 3. Vertailulaskennan keskilämpötilakentät on esitetty kuvassa 16. Lämpötilan nousu on laskettu vähentämällä kunkin skenaariolaskennan tuloskentästä vertailukenttä. Lämpötilan nousu kenttäkuvat (kuvat 17-25) on esitetty kahdelta syvyydeltä, pinnalta 0-1 m kerroksesta ja 2-3 m kerroksesta. Skenaariolle D,E,F ja G 2-3 m kenttä on esitetty vain voimalavaihtoehdolle 1. Syvemmissä kerroksissa lämpötilan nousu oli vähäistä, ja millään skenaariolla lämpötila ei noussut yli 9 m syvyydellä yli 0.05 km 2 alueella. Lämpötilan nousun keskimääräiset alueet on esitetty myös pinta-aloina kaikista mallin laskentakerroksista 9 m tai 11 m syvyyksiin asti (taulukot liitteenä). v0 pinta, kesäkuun keskiarvo v0 2-3m kerros, kesäkuun keskiarvo C C Kuva 16: Lämpötilat kesäkuussa, pinnalla ja 2-3 kerroksessa, nollavaihtoehto 17

18 A1, 0-1m kerros A1, 2-3m kerros B1, 0-1m kerros B1, 2-3m kerros C1, 0-1m kerros C1, 2-3m kerros C C Kuva 17: Lämpötilaero nollavaihtoehtoon verrattuna 0-1m ja 2-3m kerroksissa, kesäkuun keskiarvo, Skenaariot A1, B1 ja C1. ( )=Ottopaikka. 18

19 A2, 0-1m kerros A2, 2-3m kerros B2, 0-1m kerros B2, 2-3m kerros C2, 0-1m kerros C2, 2-3m kerros C C Kuva 18: Lämpötilan nousu nollavaihtoehtoon verrattuna 0-1m ja 2-3m kerroksissa, kesäkuun keskiarvo, Skenaariot A2, B2 ja C2. ( )=Ottopaikka. 19

20 A1 A2 pinta-ala [km²] pinta-ala [km²] m 0-1m Syvyys merenpinnasta [m] 1-2m 2-3m 3-4m 4-5m 5-7m 1 C 3 C 5 C 7 C 9 C Syvyys merenpinnasta [m] 1-2m 2-3m 3-4m 4-5m 5-7m 1 C 3 C 5 C 7 C 9 C 7-9m 7-9m B1 B2 pinta-ala [km²] pinta-ala [km²] m 0-1m Syvyys merenpinnasta [m] 1-2m 2-3m 3-4m 4-5m 5-7m 1 C 3 C 5 C 7 C 9 C Syvyys merenpinnasta [m] 1-2m 2-3m 3-4m 4-5m 5-7m 1 C 3 C 5 C 7 C 9 C 7-9m 7-9m C1 C2 pinta-ala [km²] pinta-ala [km²] m 0-1m Syvyys merenpinnasta [m] 1-2m 2-3m 3-4m 4-5m 5-7m 1 C 3 C 5 C 7 C 9 C Syvyys merenpinnasta [m] 1-2m 2-3m 3-4m 4-5m 5-7m 1 C 3 C 5 C 7 C 9 C 7-9m 7-9m Kuva 19: Pinta-alat joilla lämpötila nousu ylittää raja-arvon eri vesikerroksissa, kesäkuun keskiarvo, skenaariot A1,B1 C1,A2,B2 ja C2 20

21 D1, 0-1m kerros D1, 2-3m kerros E1, 0-1m kerros E1, 2-3m kerros D2, 0-1m kerros E2, 0-1m kerros C C Kuva 20: Lämpötilan nousu nollavaihtoehtoon verrattuna 0-1m ja 2-3m kerroksissa, kesäkuun keskiarvo, skenaariot D1,E1, D2 ja E2, ( )=Ottopaikka. Skenaarioiden D2 ja E2 2-3m kerroksen kuvat on jätetty pois, ne muistuttavat läheisesti skenaarioiden D1 ja E1 tuloksia. 21

22 F1, 0-1m kerros F1, 2-3m kerros G1, 0-1m kerros G1, 2-3m kerros F2, 0-1m kerros G2, 0-1m kerros C C Kuva 21: Lämpötilan nousu nollavaihtoehtoon verrattuna 0-1m ja 2-3m kerroksissa, kesäkuun keskiarvo, skenaariot F1,F2, G1 ja G2, ( )=Ottopaikka. Skenaarioiden F2 ja G2 2-3m kerroksen kuvat on jätetty pois, ne muistuttavat läheisesti skenaarioiden F1 ja G1 tuloksia. 22

23 D1 D2 pinta-ala [km²] pinta-ala [km²] m 0-1m Syvyys merenpinnasta [m] 1-2m 2-3m 3-4m 4-5m 5-7m 1 C 3 C 5 C 7 C 9 C Syvyys merenpinnasta [m] 1-2m 2-3m 3-4m 4-5m 5-7m 1 C 3 C 5 C 7 C 9 C 7-9m 7-9m E1 E2 pinta-ala [km²] pinta-ala [km²] m 0-1m Syvyys merenpinnasta [m] 1-2m 2-3m 3-4m 4-5m 5-7m 1 C 3 C 5 C 7 C 9 C Syvyys merenpinnasta [m] 1-2m 2-3m 3-4m 4-5m 5-7m 1 C 3 C 5 C 7 C 9 C 7-9m 7-9m F1 F2 pinta-ala [km²] pinta-ala [km²] m 0-1m Syvyys merenpinnasta [m] 1-2m 2-3m 3-4m 4-5m 5-7m 1 C 3 C 5 C 7 C 9 C Syvyys merenpinnasta [m] 1-2m 2-3m 3-4m 4-5m 5-7m 1 C 3 C 5 C 7 C 9 C 7-9m 7-9m G1 G2 pinta-ala [km²] pinta-ala [km²] m 0-1m Syvyys merenpinnasta [m] 1-2m 2-3m 3-4m 4-5m 5-7m 1 C 3 C 5 C 7 C 9 C Syvyys merenpinnasta [m] 1-2m 2-3m 3-4m 4-5m 5-7m 1 C 3 C 5 C 7 C 9 C 7-9m 7-9m Kuva 22. Pinta-alat joilla lämpötila nousu ylittää raja-arvon eri vesikerroksissa, kesäkuun keskiarvo, skenaariot D1,E1, F1,G1, D2,E2, F2 ja G2. 23

24 X1, 0-1m kerros X1, 2-3m kerros Y1, 0-1m kerros Y1, 2-3m kerros Z1, 0-1m kerros Z1, 2-3m kerros C C Kuva 23: Lämpötilaero nollavaihtoehtoon verrattuna 0-1m ja 2-3m kerroksissa, kesäkuun keskiarvo, Skenaariot X1, Y1 ja Z1. ( )=Ottopaikka. 24

25 X2, 0-1m kerros X2, 2-3m kerros Y2, 0-1m kerros Y2, 2-3m kerros Z2, 0-1m kerros Z2, 2-3m kerros C C Kuva 24: Lämpötilan nousu nollavaihtoehtoon verrattuna 0-1m ja 2-3m kerroksissa, kesäkuun keskiarvo, Skenaariot X2,Y2 ja Z2. ( )=Ottopaikka. 25

26 X1 X2 pinta-ala [km²] pinta-ala [km²] m 0-1m Syvyys merenpinnasta [m] 1-2m 2-3m 3-4m 4-5m 5-7m 1 C 3 C 5 C 7 C 9 C Syvyys merenpinnasta [m] 1-2m 2-3m 3-4m 4-5m 5-7m 1 C 3 C 5 C 7 C 9 C 7-9m 7-9m Y1 Y2 pinta-ala [km²] pinta-ala [km²] m 0-1m Syvyys merenpinnasta [m] 1-2m 2-3m 3-4m 4-5m 5-7m 1 C 3 C 5 C 7 C 9 C Syvyys merenpinnasta [m] 1-2m 2-3m 3-4m 4-5m 5-7m 1 C 3 C 5 C 7 C 9 C 7-9m 7-9m Z1 Z2 pinta-ala [km²] pinta-ala [km²] m 0-1m Syvyys merenpinnasta [m] 1-2m 2-3m 3-4m 4-5m 5-7m 1 C 3 C 5 C 7 C 9 C Syvyys merenpinnasta [m] 1-2m 2-3m 3-4m 4-5m 5-7m 1 C 3 C 5 C 7 C 9 C 7-9m 7-9m Kuva 25. Pinta-alat joilla lämpötila nousu ylittää raja-arvon eri vesikerroksissa, kesäkuun keskiarvo, skenaariot X1,Y1, Z1, X2,Y2 ja Z Lämpötilan nousu heinäkuussa eri syvyyksillä Voimalayksikön purkuvesien lämmittävää vaikutusta eri syvyyksillä arvioitiin heinäkuun ( ) keskilämpötilakentistä. Heinäkuussa tuulissa oli koko kesän keskiarvoon verrattuna enemmän kaakon- ja idänpuoleisia tuulia, ja tuulen nopeudet olivat pienempiä. Tuulten suunta- ja nopeusjakaumat löytyvät kuvasta 3. Vertailulaskennan keskilämpötilakentät on esitetty kuvassa 26. Lämpötilan nousu on laskettu vähentämällä kunkin skenaariolaskennan tuloskentästä vertailukenttä. Lämpötilan nousu - kenttäkuvat on esitetty kuvissa kahdelta syvyydeltä, pinnalta 0-1 m kerroksesta ja 2-3 m kerroksesta. Skenaariolle D,E,F ja G 2-3 m kenttä on esitetty vain voimalavaihtoehdolle 1. Syvemmissä kerroksissa lämpötilan nousu oli vähäistä, ja millään skenaariolla lämpötila ei noussut yli 9 m syvyydellä yli 0.05 km 2 alueella. Lämpötilan nousun keskimääräiset alueet on esitetty myös pinta-aloina taulukoissa 6-9 kaikista mallin laskentakerroksista 9 m tai 11 m syvyyksiin asti. 26

27 v0 pinta, heinäkuun keskiarvo v0 2-3m kerros, heinäkuun keskiarvo C C Kuva 26: Lämpötilat kesäkuussa, pinnalla ja 2-3 kerroksessa, nollavaihtoehto 27

28 A1, 0-1m kerros A1, 2-3m kerros B1, 0-1m kerros B1, 2-3m kerros C1, 0-1m kerros C1, 2-3m kerros C C Kuva 27: Lämpötilaero nollavaihtoehtoon verrattuna 0-1m ja 2-3m kerroksissa, heinäkuun keskiarvo, Skenaariot A1, B1 ja C1. ( )=Ottopaikka. 28

29 A2, 0-1m kerros A2, 2-3m kerros B2, 0-1m kerros B2, 2-3m kerros C2, 0-1m kerros C2, 2-3m kerros C C Kuva 28: Lämpötilan nousu nollavaihtoehtoon verrattuna 0-1m ja 2-3m kerroksissa, heinäkuun keskiarvo, Skenaariot A2, B2 ja C2. ( )=Ottopaikka. 29

30 Taulukko 6: Pinta-alat joilla lämpötila nousu ylittää raja-arvon, heinäkuun keskiarvo, skenaariot A1,B1 C1,A2,B2 ja C2 Ala jolla lämpötilan nousu ylittää rajaarvon (km2) Skenaario Syvyystaso 1 C 3 C 5 C 7 C 9 C A1 0-1m m m m m m m A2 0-1m m m m m m m B1 0-1m m m m m m m B2 0-1m m m m m m m C1 0-1m m m m m m m C2 0-1m m m m m m m m

31 D1, 0-1m kerros D1, 2-3m kerros E1, 0-1m kerros E1, 2-3m kerros D2, 0-1m kerros E2, 0-1m kerros C C Kuva 29: Lämpötilan nousu nollavaihtoehtoon verrattuna 0-1m ja 2-3m kerroksissa, heinäkuun keskiarvo, skenaariot D1,E1, D2 ja E2, ( )=Ottopaikka. Skenaarioiden D2 ja E2 2-3m kerroksen kuvat on jätetty pois, ne muistuttavat läheisesti skenaarioiden D1 ja E1 tuloksia. 31

32 Taulukko 7: Pinta-alat joilla lämpötila nousu ylittää raja-arvon, heinäkuun keskiarvo Ala jolla lämpötilan nousu ylittää rajaarvon (km2) Skenaario Syvyystaso 1 C 3 C 5 C 7 C 9 C D1 0-1m m m m m m m m D2 0-1m m m m m m m m E1 0-1m m m m m m m m E2 0-1m m m m m m m m

33 F1, 0-1m kerros F1, 2-3m kerros G1, 0-1m kerros G1, 2-3m kerros F2, 0-1m kerros G2, 0-1m kerros C C Kuva 30: Lämpötilan nousu nollavaihtoehtoon verrattuna 0-1m ja 2-3m kerroksissa, heinäkuun keskiarvo, skenaariot F1,F2, G1 ja G2, ( )=Ottopaikka. Skenaarioiden F2 ja G2 2-3m kerroksen kuvat on jätetty pois, ne muistuttavat läheisesti skenaarioiden F1 ja G1 tuloksia. 33

34 Taulukko 8: Pinta-alat joilla lämpötila nousu ylittää raja-arvon, heinäkuun keskiarvo Ala jolla lämpötilan nousu ylittää rajaarvon (km2) Skenaario Syvyystaso 1 C 3 C 5 C 7 C 9 C F1 0-1m m m m m m m m F2 0-1m m m m m m m m G1 0-1m m m m m m m m G2 0-1m m m m m m m m

35 X1, 0-1m kerros X1, 2-3m kerros Y1, 0-1m kerros Y1, 2-3m kerros Z1, 0-1m kerros Z1, 2-3m kerros C C Kuva 31: Lämpötilaero nollavaihtoehtoon verrattuna 0-1m ja 2-3m kerroksissa, kesäkuun keskiarvo, Skenaariot X1, Y1 ja Z1. ( )=Ottopaikka. 35

36 X2, 0-1m kerros X2, 2-3m kerros Y2, 0-1m kerros Y2, 2-3m kerros Z2, 0-1m kerros Z2, 2-3m kerros C C Kuva 32: Lämpötilan nousu nollavaihtoehtoon verrattuna 0-1m ja 2-3m kerroksissa, kesäkuun keskiarvo, Skenaariot X2,Y2 ja Z2. ( )=Ottopaikka. 36

37 Taulukko 9: Pinta-alat joilla lämpötila nousu ylittää raja-arvon, kesäkuun keskiarvo, skenaariot X1,Y1 Z1,X2,Y2 ja Z2 Ala jolla lämpötilan nousu ylittää rajaarvon (km2) Skenaario Syvyystaso 1 C 3 C 5 C 7 C 9 C X1 0-1m m m m m m m X2 0-1m m m m m m m Y1 0-1m m m m m m m Y2 0-1m m m m m m m Z1 0-1m m m m m m m Z2 0-1m m m m m m m

38 5.3. Keskimääräinen lämpötilan nousu eri tuulilla Tyypillistä lämpöpäästön leviämistä eri tuuliolosuhteissa arvioitiin laskemalla lämpötilan nousut vuoden 2003 heinäkuussa kahdella viiden päivän jaksolla, (pohjoistuuli) ja (etelätuuli), sekä lisäksi koko heinäkuun ajalta. Aiemmalla jaksolla tuuli on pääasiassa pohjoisen puoleista ja kohtalaista tai navakkaa (keskinopeus 6.9 m/s), jälkimmäisellä jaksolla etelänpuoleista ja kohtalaista tai heikkoa (keskiarvo 3.8 m/s). Tuulen suunta- ja nopeusjakaumat em. jaksoilla on esitetty kuvassa 33. Lämpötilan nousukentät laskettiin vähentämällä skenaariotapauksen tuloskentästä vertailutilanteen tulokset. Lämpötilakuvat on esitetty kuvissa ja vastaavat lämpötilojen nousualueet kaikille vaihtoehdoille taulukoissa suuntajakauma (%) 20 nopeusjakauma, osuus (%) Tuuli Orrengrund nopeus (m/s) suuntajakauma (%) nopeusjakauma, osuus (%) Tuuli Orrengrund nopeus (m/s) Kuva 33: Tuulen tulosuunta- ja nopeusjakaumat keskiarvojaksoilla ja Aiemmalla jaksolla tuulee pääasiassa koillisen ja luoteen väliltä, jälkimmäisellä kaakon ja lounaan väliltä. 38

39 A2 pinta etelätuulet A2 pinta pohjoistuulet B2 pinta etelätuulet B2 pinta pohjoistuulet C2 pinta etelätuulet C2 pinta pohjoistuulet C C C C Kuva 34: Pintakerroksen keskimääräinen lämpeneminen eri tuulilla, skenaariot, A2,B2 ja C2. ( )=Ottopaikka. 39

40 D2 pinta etelätuulet D2 pinta pohjoistuulet E2 pinta etelätuulet E2 pinta pohjoistuulet F2 pinta etelätuulet F2 pinta pohjoistuulet C C C C Kuva 35: Pintakerroksen keskimääräinen lämpeneminen eri tuulilla, skenaariot, D2,E2 ja F2. ( )=Ottopaikka. 40

41 G2 pinta etelätuulet G2 pinta pohjoistuulet C C Kuva 36: Pintakerroksen keskimääräinen lämpeneminen eri tuulilla, skenaario G2. ( )=Ottopaikka. Taulukko 10: Pinta-alat joilla lämpötila nousu ylittää raja-arvon, etelätuulet Ala jolla lämpötilan nousu ylittää raja-arvon (km2) Vaihtoehto syvyys 1ºC 2ºC 3ºC 4ºC 5ºC 7ºC 10ºC A1 pinta A2 pinta B1 pinta B2 pinta C1 pinta C2 pinta D1 pinta D2 pinta E1 pinta E2 pinta F1 pinta F2 pinta G1 pinta G2 pinta X1 pinta X2 pinta Y1 pinta Y2 pinta Z1 pinta Z2 pinta

42 X2 pinta etelätuulet X2 pinta pohjoistuulet Y2 pinta etelätuulet Y2 pinta pohjoistuulet Z2 pinta etelätuulet Z2 pinta pohjoistuulet C C C C Kuva 37: Pintakerroksen keskimääräinen lämpeneminen eri tuulilla, skenaariot X1,Y1 ja Z1. ( )=Ottopaikka. 42

43 Taulukko 11: Pinta-alat joilla lämpötila nousu ylittää raja-arvon, pohjoistuulet Ala jolla lämpötilan nousu ylittää raja-arvon (km2) Vaihtoehto syvyys 1ºC 2ºC 3ºC 4ºC 5ºC 7ºC 10ºC A1 pinta A2 pinta B1 pinta B2 pinta C1 pinta C2 pinta D1 pinta D2 pinta E1 pinta E2 pinta F1 pinta F2 pinta G1 pinta G2 pinta X1 pinta X2 pinta Y1 pinta Y2 pinta Z1 pinta Z2 pinta Taulukko 12: Pinta-alat joilla lämpötila nousu ylittää raja-arvon,koko heinäkuu Ala jolla lämpötilan nousu ylittää raja-arvon (km2) Vaihtoehto syvyys 1ºC 2ºC 3ºC 4ºC 5ºC 7ºC 10ºC A1 pinta A2 pinta B1 pinta B2 pinta C1 pinta C2 pinta D1 pinta D2 pinta E1 pinta E2 pinta F1 pinta F2 pinta G1 pinta G2 pinta X1 pinta X2 pinta Y1 pinta Y2 pinta Z1 pinta Z2 pinta

44 5.4. Veden lämpötila ottopisteissä Taulukossa 13 on esitetty lasketut ottopisteiden veden lämpötilat eri laskentaskenaarioille. Vastaavat lämpötila-aikasarjat on esitetty kuvissa 35 ja 36. Ottopisteiden sijainnit näkyvät kuvassa 11. Ottopisteille O2 ja O3 lämpötilat ovat 9-11 m kerroksesta, ottopisteen O1 lämpötila on m kerroksesta. 25 O1 ruotsina1 ruotsina2 TEMP [C] /06 01/07 16/07 31/07 15/08 30/08 TEMP [C] O1 ruotsinb1 ruotsinb2 ruotsina1 5 16/06 01/07 16/07 31/07 15/08 30/08 TEMP [C] O1 ruotsinc1 ruotsinc2 ruotsina1 5 16/06 01/07 16/07 31/07 15/08 30/08 TEMP [C] O2/O1 ruotsind1 ruotsind2 ruotsina1 5 16/06 01/07 16/07 31/07 15/08 30/08 TEMP [C] O2/O1 ruotsine1 ruotsine2 ruotsina1 5 16/06 01/07 16/07 31/07 15/08 30/08 Kuva 38: Ottopisteiden lämpötila-aikasarjat eri skenaariolle vuoden 2003 kesäjaksolta verrattuna vaihtoehtoon A1, skenaariot A-E. 44

45 TEMP [C] O3/O1 ruotsinf1 ruotsinf2 ruotsina1 5 16/06 01/07 16/07 31/07 15/08 30/08 TEMP [C] O3/O1 ruotsing1 ruotsing2 ruotsina1 5 16/06 01/07 16/07 31/07 15/08 30/08 TEMP [C] O1/O1 ruotsinx1 ruotsinx2 ruotsina1 5 16/06 01/07 16/07 31/07 15/08 30/08 TEMP [C] O2/O1 ruotsiny1 ruotsiny2 ruotsina1 5 16/06 01/07 16/07 31/07 15/08 30/08 TEMP [C] O2/O1 ruotsinz1 ruotsinz2 ruotsina1 5 16/06 01/07 16/07 31/07 15/08 30/08 Kuva 39: Ottopisteiden lämpötila-aikasarjat eri skenaariolle vuoden 2003 kesäjaksolta verrattuna vaihtoehtoon A1, skenaariot F,G,X,Y ja Z. 45

46 Taulukko 13: Lasketut veden lämpötilan keskiarvo ja keskihajontahajonta eri skenaarioille voimalaitosyksiköiden ottopisteissä (k.a.=keskiarvo, std.=otoskeskihajonta). Tapaus Piste k.a. ( C) std. ( C) min ( C) max ( C) A1 O A2 O B1 O B2 O C1 O C2 O D1 O D2 O E1 O E2 O F1 O F2 O G1 O G2 O X1 O X2 O Y1 O Y2 O Z1 O Z2 O Ottolämpötiloissa on selkeimmät erot pohjaoton O1 ja rantaottojen O2 ja O3 välillä. Pohjaotolla O1 ottopiste sijaitsee kesällä lämpenevän vesikerroksen alapuolella, ja ottolämpötila on tällöin koko lähes koko simulointijakson ajan kymmenen asteen luokkaa. Voimalaitos aiheuttaa kuitenkin oton O1 lähistöllä lämpötilakerrostumisen etenemistä luonnontilaa nopeammin ja syvemmälle, jolloin ottovesi lämpenee heinä- ja elokuussa luonnontilaa lämpimämmäksi, ja ottopisteen lämpötila ei poikkea enää merkittävästi matalammalla sijaitsevasta otosta. Kakkosvoimalavaihtoehdolla tämä ilmiö näkyy selvästi. Termokliinin syvyys riippuu suuresti tuulista ja lämpötiloista, joten eri vuosina vesi 20 m syvyydellä voi olla lämpimämpää kuin nyt lasketulla jaksolla Veden lämpötilan muutos valituissa aikasarjapisteissä Kuvissa on esitetty lämpötilan nousu nollavaihtoehtoon verrattuna valituissa pisteissä. Tulokset on esitetty kahden voimalaitosyksikön skenaarioille A2,B2,C2,D2,E2,F2 ja G2. Tulostuspisteiksi valittiin kuvassa 7 näkyvät pisteet Häst_12, Vådh_20, Orr_15 ja Hud_2. Erotusaikasarjojen keskiarvot ja hajonnat on laskettu taulukkoihin

47 8 Vådh_20/pinta /06 01/07 16/07 31/07 15/08 30/08 A2 B2 C2 8 Vådh_20/pinta /06 01/07 16/07 31/07 15/08 30/08 D2 E2 8 Vådh_20/pinta /06 01/07 16/07 31/07 15/08 30/08 F2 G2 8 Vådh_20/pinta /06 01/07 16/07 31/07 15/08 30/08 X2 Y2 Z2 Kuva 40. Lämpötilan muutos pintakerroksessa nollaskenaarioon verrattuna, piste Vådholm 20, skenaariot A2,B2,C2,D2,E2,F2,G2, X2,Y2 ja Z2 Taulukko 14: Lämpötilan nousun keskiarvo ja keskihajonta eri skenaariolle pisteessä Vådholm 20. (k.a.=keskiarvo, std.=otoskeskihajonta). Vådh_20 Lämpötilan nousu, C Skenaario k.a. std. min max A B C D E F G X Y Z

48 8 Hud_2/pinta /06 01/07 16/07 31/07 15/08 30/08 A2 B2 C2 8 Hud_2/pinta /06 01/07 16/07 31/07 15/08 30/08 D2 E2 8 Hud_2/pinta /06 01/07 16/07 31/07 15/08 30/08 F2 G2 8 Hud_2/pinta /06 01/07 16/07 31/07 15/08 30/08 X2 Y2 Z2 Kuva 41. Lämpötilan muutos pintakerroksessa nollaskenaarioon verrattuna, piste Hudöfjärden 2, skenaariot A2,B2,C2,D2,E2,F2,G2, X2,Y2 ja Z2 Taulukko 15: Lämpötilan nousun keskiarvo ja keskihajonta eri skenaariolla pisteessä Hudöfjärden 2 (k.a.=keskiarvo, std.=otoskeskihajonta). Hud_2 Lämpötilan nousu, C Skenaario k.a std. min max A B C D E F G X Y Z

49 8 Orr_15/pinta /06 01/07 16/07 31/07 15/08 30/08 A2 B2 C2 8 Orr_15/pinta /06 01/07 16/07 31/07 15/08 30/08 D2 E2 8 Orr_15/pinta /06 01/07 16/07 31/07 15/08 30/08 F2 G2 8 Orr_15/pinta /06 01/07 16/07 31/07 15/08 30/08 X2 Y2 Z2 Kuva 42. Lämpötilan muutos pintakerroksessa nollaskenaarioon verrattuna, piste Orrengrund 15, skenaariot A2,B2,C2,D2,E2,F2,G2, X2,Y2 ja Z2 Taulukko 16: Lämpötilan nousun keskiarvo ja keskihajonta eri skenaariolla pisteessä Orrengrund 15 (k.a.=keskiarvo, std.=otoskeskihajonta). Orr_15 Lämpötilan nousu, C Skenaario k.a. std. min max A B C D E F G X Y Z

50 5.6. Keskimääräiset virtaukset kesäkuussa Kesäkuun keskimääräiset virtaukset kesäkuussa on esitetty kuvissa 43 ja 44. Virtaukset on piirretty pinnalta, sekä 5 m ja 10 m syvyyksiltä nollavaihtoehdolle. Voimalayksikön vaikutus virtauksiin on paikallinen, joten eri laskentavaihtoehtoja ei ole esitetty. Kesäkuun tuulijakauma löytyy kuvasta 3. Kuva 43: Kesäkuun keskimääräiset virtaukset 0-1m kerroksessa, nollavaihtoehto. 50

51 4-5m kerros 9-11m kerros Kuva 44: Kesäkuun keskimääräiset virtaukset 4-5m ja 9-11 metrin kerroksissa, nollavaihtoehto. 51

52 5.7. Keskimääräiset virtaukset heinäkuussa Kesäkuun keskimääräiset virtaukset kesäkuussa on esitetty kuvissa 45 ja 46. Virtaukset on piirretty pinnalta, sekä 5 m ja 10 m syvyyksiltä nollavaihtoehdolle. Voimalayksikön vaikutus virtauksiin on paikallinen, joten eri laskentavaihtoehtoja ei ole esitetty. Heinäkuun tuulijakauma löytyy kuvasta 3. Kaakon suuntaan painottuvan tuulijakauman mukaisesti pintavirtaamat ovat heinäkuussa rannikolle päin ja idästä länteen. Kesäkuuhun verrattuna syvemmän alueen virtaus on selkeämmin idästä länteen Orrengrundin eteläpuolitse. Kuva 45: Heinäkuun keskimääräiset virtaukset 0-1m kerroksessa, nollavaihtoehto. 52

53 4-5m kerros 9-11m kerros Kuva 46: Heinäkuun keskimääräiset virtaukset 4-5m ja 9-11 metrin kerroksissa, nollavaihtoehto. 53

54 6. Talvijakson laskenta Talvilaskentojen aikajakso oli Jäätyminen alkoi noin ja jatkui siten että tammikuun 2003 alussa koko Suomenlahti oli jäätynyt umpeen. Jään peittäessä veden pinnan tuuli ei enää vaikuta virtauksiin, ja virtaukset määräytyvät jokivirtaamien, mallin reunan vedenkorkeuden vaihtelun, sekä lämpötila- ja suolaisuuserojen perusteella. Talvijakson simuloinnit suoritettiin käyttämällä vuoden 2002 ja 2003 talven olosuhdetietoja. Simulointijakso oli Veden lämpötilan lähtötilanne simuloinneissa oli 7 C 30 m syvyyteen asti, ja syvemmällä 4 C koko mallialueella. Laskennan alkujakso noin marraskuun puoliväliin asti kuluu alkutilanteen vaikutuksen tasoittumiseen. Laskentajaksolta esitetään tässä seuraavia tietoja: Laskettu jäätilanne ja Ilman lämpötila talvella Säätilan puolesta vuoden 2002 marraskuu oli selvästi keskimääräistä kylmempi. Marraskuun keskilämpötila oli Orrengrundin sääasemalla -1.5 astetta, kun se keskimäärin on noin +1 astetta. Myös joulukuu ja vuoden 2003 tammikuu olivat hieman keskimääräistä kylmempiä. Ilman lämpötila oli joulukuun alusta lähtien lähes koko simulointijakson ajan alle nollan. Tammikuun puolenvälin paikkeilla oli noin kahden viikon mittainen lämpimämpi jakso, jonka jälkeen sää taas kylmeni. Orrengrundin sääasemalta mitatut ilman lämpötilat on esitetty kuvassa Lämpötila/Orrengrund,talvi 02/03-5 TEMP [C] /11 30/11 15/12 30/12 14/01 29/01 Kuva 47: Ilman päivittäiset keski-, minimi- ja maksimilämpötilat jaksolla Orrengrundin sääasemalta laskettuna 3h välein tehdyistä havainnoista Jäätilanteet ja Kuvissa on esitetty hetkelliset jäätilanteet tilanteet ja klo 12:00. Kuvissa näkyy sulan alueen sijainti, ja alueet missä jää on ohentunut. Sulan alueen koko, sekä niiden alueiden koot, joilla jää on ohentunut, on esitetty taulukoissa 17 ja

55 Taulukko 17: Alueiden koot, joilla jään paksuus on ohentunut (*** = koko alue) Ala (km 2 ), jolla jään paksuus alle raja-arvon (cm) Skenaario avoin 5cm 10cm 20cm 30cm 40cm 50cm V *** *** *** A *** *** *** A *** *** *** B *** *** *** B *** *** *** C *** *** *** C *** *** *** D *** *** *** D *** *** *** E *** *** *** E *** *** *** F *** *** *** F *** *** *** G *** *** *** G *** *** *** X *** *** *** X *** *** *** Y *** *** *** Y *** *** *** Z *** *** *** Z *** *** *** Taulukko 18: Alueiden koot, joilla jään paksuus on ohentunut (*** = koko alue). Ala (km 2 ), jolla jään paksuus alle raja-arvon (cm) Skenaario avoin 5cm 10cm 20cm 30cm 40cm 50cm V *** A *** A *** B *** B *** C *** C *** D *** D *** E *** E *** F *** F *** G *** G *** X *** X *** Y *** Y *** Z *** Z *** 55

56 Nollavaihtoehto Skenaariot A1 ja A2 Skenaariot B1 ja B2 Skenaariot C1 ja C cm cm cm cm Kuva 48: Jään paksuus , skenaariot V0 ja A-C, ( )=Ottopaikka 56

57 Skenaariot D1 ja D2 Skenaariot E1 ja E2 Skenaariot F1 ja F2 Skenaariot G1 ja G cm cm Kuva 49: Jään paksuus , skenaariot D-G, ( )=Ottopaikka 57

58 Skenaariot X1 ja X2 Skenaariot Y1 ja Y2 Skenaariot Z1 ja Z cm cm cm cm Kuva 50: Jään paksuus , skenaariot X-Z, ( )=Ottopaikka 58

59 Nollavaihtoehto Skenaariot A1 ja A2 Skenaariot B1 ja B2 Skenaariot C1 ja C cm cm cm cm Kuva 51: Jään paksuus , skenaariot A-C, ( )=Ottopaikka 59

60 Skenaariot D1 ja D2 Skenaariot E1 ja E2 Skenaariot F1 ja F2 Skenaariot G1 ja G cm cm cm cm Kuva 52: Jään paksuus , skenaariot D-G, ( )=Ottopaikka 60

61 Skenaariot X1 ja X2 Skenaariot Y1 ja Y2 Skenaariot Z1 ja Z cm cm cm cm Kuva 53: Jään paksuus , skenaariot X-Z, ( )=Ottopaikka 61

62 7. Ilmastonmuutoksen vaikutuksen arviointi Ilmastonmuutoksen kesäaikaisia vaikutuksia arvioitiin laskemalla skenaario E2 siten, että vuoden 2003 ilman lämpötilaan ja veden lämpötilan reuna-arvoihin sekä alkuarvoon 0-20 m kerroksessa lisättiin 1.35 C. Kyseinen lämpötilannousu on vuoden 2050 touko-syyskuulle arvioitujen kuukausittaisten lämpötilan nousujen keskiarvo (vaihtelu C). Lämpötilan nousu laskettiin Ilmatieteen laitoksen arviosta ilmastonmuutoksen vaikutuksesta lämpötiloihin 2000-luvulla (Jylhä et.al 2004, Ilmastonmuutosskenaariolla lasketut veden lämpötilan muutokset kesäkuussa pintakerroksessa ja 2-3 m kerroksessa on esitetty kuvassa 54. Kuvat on laskettu vähentämällä ilmastonmuutosskenaariolaskelman tuloskentästä vastaava skenaario vuodelle 2003, jolloin tuloksena saadaan veden lämpötilannousu jonka arvioidaan tapahtuvan vuoden aikana. Pintakerroksessa veden lämpötila nousee noin astetta. Syvemmissä kerroksissa rannan lähellä lämpötila nousee 9-11 m kerroksessa noin astetta, ja m syvyydellä noin astetta. Kauempana rannasta lämpötilan nousu syvemmissä kerroksissa on pienempää. Vuoden 2003 tilanteeseen verrattuna voimalan päästövesi kylmenee hieman ympäristöön verrattuna, tämä selittyy siten, että kesäkuussa ottovesi otetaan pääasiassa termokliinin alapuolelta. Pintavesi puolestaa lämpenee ilmastonmuutosskenaariolla hieman vuotta 2003 lämpimämmäksi, jolloin lämpötilaero ottoveden ja pintaveden välillä suurenee. Heinä- elokuussa termokliini on syvemmällä, jolloin lämpötilaero pinnan ja ottopaikan välillä vastaa vuotta Laskennan ennustama veden lämpötilan nousu kesäkuussa on pienempi kuin ilman lämpötilan nousu. Tämä johtuu pääasiassa kumpuamisesta, jota tapahtuu Loviisan lähialueella pohjoistuulilla. Tällöin syvemmällä oleva kylmä vesi sekoittuu pintaveteen ja viilentää sitä, jolloin pintavesi ei pääse lämpenemään yhtä paljon kuin tilanteessa jossa kumpuamista ei esiinny. E2 ilmastonmuutoksen vaikutus, 0-1m E2 ilmastonmuutoksen vaikutus, 2-3m C C Kuva 54: Veden lämpötilan nousu vuoteen 2050 mennessä verrattuna vuoden 2003 tilanteeseen skenaariolla E2 pintakerroksessa ja 2-3m syvyydellä. 62