JOKIJÄÄN JA JÄÄPATOJEN VAIKUTUS VEDENKORKEUKSIIN JA UOMAN KULUTUSVOIMIIN

HTML
DOWNLOAD

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "JOKIJÄÄN JA JÄÄPATOJEN VAIKUTUS VEDENKORKEUKSIIN JA UOMAN KULUTUSVOIMIIN"

Pauliina Tamminen
9 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 JOKIJÄÄN JA JÄÄPATOJEN VAIKUTUS VEDENKORKEUKSIIN JA UOMAN KULUTUSVOIMIIN Maria Kämäri 1,2 Eliisa Lotsari 2, Petteri Alho 3, Juha Aaltonen 1, Mikko Huokuna 1 1 Suomen ympäristökeskus SYKE 2 Itä-Suomen yliopisto, 3 Turun yliopisto maria.kamari@ymparisto.fi Malliseminaari Kokemäenjoki

Huokuna 1 1 Suomen ympäristökeskus SYKE 2 Itä-Suomen yliopisto, 3 Turun

2 Sisältö Tutkimuksen tavoite ja menetelmät Jokijään vaikutukset uomaan Mikä on kitkajännitys eli shear stress? Kokemäenjoen talvitulva joulukuu tammikuu2005 Tulokset Tulevat tutkimukset

3 Tutkimuksen tavoite Arvioida joessa olevan jääkannen tai jääpadon vaikutus: vedenkorkeuksiin (water level) uoman pohjan kitkajännitykseen (τ, shear stress, bed shear stress) sedimenttien liikkeellelähtöpotentiaaliin Menetelmä 1-D hydrodynaaminen jokimalli HEC-RAS, jossa jääkansi ja jääpato optiot jäätilan vs. avotilan mallitulokset Ilmastomuutoksen myötä muuttuvat virtaamat Kohdejoki Kokemäenjoki Sediment-transport processes in ice-covered flow are not fully understood Ettema and Daly

jokimalli HEC-RAS, jossa jääkansi ja jääpato optiot jäätilan vs.

4 Jokijään vaikutukset ovat moninaiset The influence of an ice cover on a channel involves complex interactions among ice thickness water depth ice roughness fluid flow bed geometry sediment and channel geometry Metsähallitus, Maanmittauslaitos, Logica

thickness water depth ice roughness fluid flow bed geometry

5 Veden ja uoman pohjan välinen kitkajännitys shear stress τ (N/m 2 ) Shear stress is a measure of the resistance to flow When the critical shear stress of sediment particles on the bed is exceeded particles move Kirjoita kaava tähän N/m 3 Brunner 2010: HEC-RAS River Analysis System. Hydraulic Reference manual 5

sediment particles on the bed is exceeded particles move Kirjoita kaava tähän.

6 Kitkajännityksen jakautumien uomassa Suora uoma, tasainen syvyys (Chow 1959) Kaarre, epätasainen poikkileikkaus (COE 1994) 6

7 Pohjan sedimenttien eroosio/kasautuminen Q s = sediment flow rate (M/T) D 50 = median grain size (L) Lane s Balance from Rosgen (1996) Q w = water flow rate (L 3 /T) S = slope (L/L) 7

8 Kokemäenjoen alaosan sedimentit ja niiden kriittinen kitkajännitys? Sedimenttinäytteitä analysoitu 81 kpl Hienojakoisia koheesiomaalajeja noin 50% (D 50 < mm) Hiekkaa noin 50% (0.2 mm < D 50 < 2 mm) Orgaanista ainesta 1-6% (esim. Raumanjuopa) Kriittiset kitkajännityksen arvot vaihtelevat (critical shear stress) Maalaji Nm -2 Author mud 0.18 Metha and Panthenides 1975 mud Krone 1976 mud Sheng et al, 1991 Fine silt 0.5 Lang et al Gravel < 10 mm 1.7 Williams

2 mm < D 50 < 2 mm) Orgaanista ainesta 1-6% (esim.

9 Example of allowable shear stresses (tractive forces) for cohesive materials (COE 1994) Nm ~ 5 Nm ~ 2 Nm

10 The daily average shear stress in a cross section in Luotsinmäenjuopa during 30-year periods Simulointi sekä eri ilmastoskenaarioiden mukaiset arvot Kesällä pieni virtaama ja pieni kitkajännitys Lotsari et al. (2013) 10

1971-2000 sekä eri ilmastoskenaarioiden mukaiset arvot

11 Pori

12 Kokemäenjoen vedenkorkeus Porin keskustan kohdalla Kokemäenjoen vedenkorkeus Jääpato nro 1 WL max m Lauha jakso, Ei jäätä Jääpato nro 2 WL max m Water level [m] JÄÄN VAIKUTUS VEDENKORKEUTEEN Max. 60 cm WL havainto Porin silta Simulointi, ilman jäätä Q mean = 453 m 3 /s Max. 88 cm Date

22 m Lauha jakso, Ei jäätä Jääpato nro 2 WL max + 1.52 m Water level [m] 1.2 1.0 0.

13 Shear stress, N/m2 Meri Kivini Porin silta Jääpadon vaikutus kitkajännitykseen 5 4 Qsteady = 383 m 3 /s WL meri = 0.45 m Ei jäätä Ei jäätä Jääpato välillä m paksu Meri-Kivini n=0.06 Paksuus 0.4-1m Manning n = 0.06 Etäisyys mereltä km 13

45 m 3 2 1 0-1 Ei jäätä 0 2 4 6 8 10 12 Ei jäätä Jääpato 0.

14 PORIN KESKUSTA KITKAJÄNNITYS KOKEMÄENJOESSA KUN YHTENÄINEN JÄÄKANSI 20,30 TAI 40 cm Q talvi mean = 260 m 3 /s 14

15 Tulokset ja pohdinta 1. Jääpato Kokemäenjoen alajuoksulla nostatti joen vedenkorkeutta Porissa cm kun Q = m 3 /s ja merivesi Mäntyluodossa m N60-tasossa Korkea merivesi + Q > Jää- = m3 /s pato Tulvariski Muutokset kitkajännityksessä verrattuna tilanteeseen ilman jäätä 1. Jääpadon alla sedimenttien liikkeellelähtöpotentiaali kasvaa 2. Jääpadosta ylävirtaan sedimenttien liikkeellelähtöpotentiaali pienenee 3. Jääkannen alla sedimenttien liikkeellelähtöpotentiaali a. pienenee, kun jääkansi on sileä b. kasvaa, kun jääkansi on rosoinen 15

9 m N60-tasossa Korkea merivesi + Q > 400 + Jää- = m3 /s pato Tulvariski Muutokset kitkajännityksessä verrattuna tilanteeseen ilman jäätä 1.

16 Tulokset ja pohdinta 6. Mikäli ilmastomuutoksen vaikutuksesta talvivirtaamat kasvavat ja jääpeitteinen aika vähenee -> kulkeutuuko joesta talvikuukausina mahdollisesti aikaisempaa enemmän sedimenttejä jokisuistoon ja rannikolle? 16

17 Tutkimusryhmä ja yhteistyökumppaneita Eliisa Lotsari, UEF Petteri Alho, Turun yliopisto Mikko Huokuna, SYKE Juha Aaltonen, SYKE Noora Veijalainen, SYKE Mikko Sane, SYKE Yhteistyökumppaneita Pauli Myllymäki, VAR-ELY Satakunnan ammattikorkeakoulu, SAMK Kemijoki Oy, KAT Oy

Veijalainen, SYKE Mikko Sane, SYKE Yhteistyökumppaneita Pauli

18 KIITOS 18

Samankaltaiset tiedostot

Jääkannen vaikutus sameuteen ja joen eroosiopotentiaaliin

Jääkannen vaikutus sameuteen ja joen eroosiopotentiaaliin Maria Kämäri 1,2, Petteri Alho 3,4, Juha Aaltonen 1, Mikko Huokuna 1, Noora Veijalainen 1, Eliisa Lotsari 2 1 Finnish Environment Institute, SYKE