Hailuodon kiinteän yhteyden vesistövaikutusten arviointi 3D vesistömallilla

Transkriptio

1 16T Hailuodon kiinteän yhteyden vesistövaikutusten arviointi 3D vesistömallilla Pohjois-Pohjanmaan ELY-keskus Alustava raportti, v3,

2 Pöyry Finland Oy Elektroniikkatie 13 FI-959 Oulu Tel Arvio Hailuodon kiinteän tieyhteyden rakentamiseen liittyvästä vesialueen kalataloudellisen tuoton menetyksestä ja kalatalousmaksusta Vesialueen kalataloudellisen tuoton menetys Pengertien vuoksi menetetään merenpohja-aluetta yhteensä 22,7 ha (Sitowise 218, kirjall. tied.), miltä osin menetetään pysyvästi vesialueen kalataloudellinen tuotto. Menetettävää varsinaista vesialuetta on käytännössä hiukan tätä vähemmän, koska pengertie on luiskareunainen, mutta esimerkiksi mahdolliset kutualueet menetetään kokonaan penkereen kohdalla. Tukipenkereiden rakentamisen yhteydessä aiheutuu tuotantoalueiden menetystä, mutta pidemmällä aikavälillä tukipenkereiden alue voi kuitenkin toimia kalojen elinalueena. Tässä laskelmassa menetettäväksi alueeksi on katsottu merenpohjan pintaala, joka jää varsinaisen penkereen ja siihen liittyvän keinosaaren alle. Korvausesitys on laskettu lähtökohtaisesti perustuen merialueen kalataloudelliseen tuottoon, joksi kalakannan rakenne huomioiden voidaan arvioida 3 kg/ha. Taloudellisesti merkittäviä, paikallisesti kutevia saalislajeja hankkeen vaikutusalueella ovat silakka, maiva, karisiika, ahven ja hauki, joiden keskimääräiset kilohinnat (alv %) vaihtelevat välillä,18-4, /kg (Pöyry Finland Oy 217). Hankkeen vaikutusalueelta saatu saalis painottuu kilomääräisesti silakkaan (rehukala,18 ja ruokakala,9 /kg) ja maivaan (2,5 /kg). Kilohinta on pikkusiialla noin 4,, ahvenella 3,3 ja hauella 2, /kg. Tässä laskelmassa alueen keskimääräisenä kalan hintana on käytetty arvoa 2, /kg. Penkereen alle jäävän vesialueen kalataloudellisen tuoton menetys on pysyvä, joten korvaus voidaan laskea kertakaikkisena vuosikertoimella 2. Siten kalataloudellisen tuoton kokonaismenetykseksi saadaan 3 kg/ha x 22,7 ha x 2, /kg x 2 vuotta eli Penkereen alle jäävän vesialueen pinta-ala jakautuu seuraavasti: Hailuodon osakaskunta 3,7 ha, Oulunsalon osakaskunta,6 ha ja yleinen vesialue (Metsähallitus) 18,4 ha (Sitowise 218, kirjall. tied.). Kalataloudellisen tuoton menetyksen kertakaikkinen korvaus jakautuu siten vesialueiden omistajien kesken seuraavasti: Kalatalousmaksu Hailuodon osakaskunta 444 Oulunsalon osakaskunta 72 Metsähallitus 228 Yhteensä 2724 Hankkeesta aiheutuu sekä lyhyellä että pitkällä aikavälillä haittaa yleiselle ja yksityiselle kalatalousedulle, mitä voidaan kompensoida kalatalousmaksulla. Rakennusaikana pengertien läheisyydessä aiheutuu merialueen jonkinasteista samentumista, mikä tilapäisesti voi heikentää siian, maivan ja silakan osalta lähimpien kutualueiden poikastuotantoa. Samentumista ja jossakin määrin myös melusta aiheutuu rakennusaikana haittaa kalastukselle. Rakennusvaiheessa myös tiettyjen pyyntipaikkojen käyttö voi estyä ja pyyntimatkat voivat pidentyä.

3 2 Käytön aikana veden ravinnepitoisuudet penkereen lähialueella alueesta riippuen joko vähän nousevat tai laskevat. Rehevyyden paikallinen lievä kasvu periaatteessa suosii kevätkutuisia kalalajeja ja etenkin särkikaloja vaateliaampien kalalajien kustannuksella. Rehevyysmuutokset ovat kaksisuuntaisia, ja niiden pitkäaikaisvaikutukset kalastoon tai kalastukseen jäävät vähäisiksi. Pengertien vuoksi läpivirtaama Luodonselän ja Oulun edustan välillä vähenee ja kalojen vaeltaminen penkereen kohdalla estyy. Penkereen kohta on matalaa vesialuetta, joten se ei ole nykyisinkään tyypillistä kalojen vaellusaluetta. Pitkällä aikavälillä pitkä keskipenger lisää jossakin määrin Luodonselän sisämeriluonnetta, mikä todennäköisesti heikentää jonkin verran alueella siian, maivan ja silakan elinolosuhteita ja suosii kevätkutuisia kalalajeja. Rakennusvuosina ja niiden jälkeen vielä yhtenä vuotena yleiselle kalatalousedulle aiheutuvat haitat arvioidaan voitavan kompensoida 6 euron suuruisella kalatalousmaksulla. Sillä voitaisiin istuttaa esimerkiksi noin 4 kpl vaellussiian tai kuhan kesänvanhaa poikasta tai noin 33 kpl 2-vuotiasta taimenta. Käytön aikana pitkän aikavälin kalataloudelliset haitat ovat rakennusaikaisia haittoja vähäisempiä, ja ne arvioidaan voitavan kompensoida 3 euron suuruisella vuotuisella kalatalousmaksulla. Viitteet Pöyry Finland Oy 217. Oulun kaupunki ja Liikennevirasto. Oritkarin satama- ja väyläruoppauksen kalataloudellinen vahinkoarvio vuodelta 218. Oulussa Pöyry Finland Oy FM Eero Taskila

4 Pöyry Finland Oy Elektroniikkatie 13 FI-959 Oulu Tel Arvio Hailuodon kiinteän tieyhteyden rakentamiseen liittyvästä vesialueen kalataloudellisen tuoton menetyksestä ja kalatalousmaksusta Vesialueen kalataloudellisen tuoton menetys Pengertien vuoksi menetetään merenpohja-aluetta yhteensä 22,7 ha (Sitowise 218, kirjall. tied.), miltä osin menetetään pysyvästi vesialueen kalataloudellinen tuotto. Menetettävää varsinaista vesialuetta on käytännössä hiukan tätä vähemmän, koska pengertie on luiskareunainen, mutta esimerkiksi mahdolliset kutualueet menetetään kokonaan penkereen kohdalla. Tukipenkereiden rakentamisen yhteydessä aiheutuu tuotantoalueiden menetystä, mutta pidemmällä aikavälillä tukipenkereiden alue voi kuitenkin toimia kalojen elinalueena. Tässä laskelmassa menetettäväksi alueeksi on katsottu merenpohjan pintaala, joka jää varsinaisen penkereen ja siihen liittyvän keinosaaren alle. Korvausesitys on laskettu lähtökohtaisesti perustuen merialueen kalataloudelliseen tuottoon, joksi kalakannan rakenne huomioiden voidaan arvioida 3 kg/ha. Taloudellisesti merkittäviä, paikallisesti kutevia saalislajeja hankkeen vaikutusalueella ovat silakka, maiva, karisiika, ahven ja hauki, joiden keskimääräiset kilohinnat (alv %) vaihtelevat välillä,18-4, /kg (Pöyry Finland Oy 217). Hankkeen vaikutusalueelta saatu saalis painottuu kilomääräisesti silakkaan (rehukala,18 ja ruokakala,9 /kg) ja maivaan (2,5 /kg). Kilohinta on pikkusiialla noin 4,, ahvenella 3,3 ja hauella 2, /kg. Tässä laskelmassa alueen keskimääräisenä kalan hintana on käytetty arvoa 2, /kg. Penkereen alle jäävän vesialueen kalataloudellisen tuoton menetys on pysyvä, joten korvaus voidaan laskea kertakaikkisena vuosikertoimella 2. Siten kalataloudellisen tuoton kokonaismenetykseksi saadaan 3 kg/ha x 22,7 ha x 2, /kg x 2 vuotta eli Penkereen alle jäävän vesialueen pinta-ala jakautuu seuraavasti: Hailuodon osakaskunta 3,7 ha, Oulunsalon osakaskunta,6 ha ja yleinen vesialue (Metsähallitus) 18,4 ha (Sitowise 218, kirjall. tied.). Kalataloudellisen tuoton menetyksen kertakaikkinen korvaus jakautuu siten vesialueiden omistajien kesken seuraavasti: Kalatalousmaksu Hailuodon osakaskunta 444 Oulunsalon osakaskunta 72 Metsähallitus 228 Yhteensä 2724 Hankkeesta aiheutuu sekä lyhyellä että pitkällä aikavälillä haittaa yleiselle ja yksityiselle kalatalousedulle, mitä voidaan kompensoida kalatalousmaksulla. Rakennusaikana pengertien läheisyydessä aiheutuu merialueen jonkinasteista samentumista, mikä tilapäisesti voi heikentää siian, maivan ja silakan osalta lähimpien kutualueiden poikastuotantoa. Samentumista ja jossakin määrin myös melusta aiheutuu rakennusaikana haittaa kalastukselle. Rakennusvaiheessa myös tiettyjen pyyntipaikkojen käyttö voi estyä ja pyyntimatkat voivat pidentyä.

5 2 Käytön aikana veden ravinnepitoisuudet penkereen lähialueella alueesta riippuen joko vähän nousevat tai laskevat. Rehevyyden paikallinen lievä kasvu periaatteessa suosii kevätkutuisia kalalajeja ja etenkin särkikaloja vaateliaampien kalalajien kustannuksella. Rehevyysmuutokset ovat kaksisuuntaisia, ja niiden pitkäaikaisvaikutukset kalastoon tai kalastukseen jäävät vähäisiksi. Pengertien vuoksi läpivirtaama Luodonselän ja Oulun edustan välillä vähenee ja kalojen vaeltaminen penkereen kohdalla estyy. Penkereen kohta on matalaa vesialuetta, joten se ei ole nykyisinkään tyypillistä kalojen vaellusaluetta. Pitkällä aikavälillä pitkä keskipenger lisää jossakin määrin Luodonselän sisämeriluonnetta, mikä todennäköisesti heikentää jonkin verran alueella siian, maivan ja silakan elinolosuhteita ja suosii kevätkutuisia kalalajeja. Rakennusvuosina ja niiden jälkeen vielä yhtenä vuotena yleiselle kalatalousedulle aiheutuvat haitat arvioidaan voitavan kompensoida 6 euron suuruisella kalatalousmaksulla. Sillä voitaisiin istuttaa esimerkiksi noin 4 kpl vaellussiian tai kuhan kesänvanhaa poikasta tai noin 33 kpl 2-vuotiasta taimenta. Käytön aikana pitkän aikavälin kalataloudelliset haitat ovat rakennusaikaisia haittoja vähäisempiä, ja ne arvioidaan voitavan kompensoida 3 euron suuruisella vuotuisella kalatalousmaksulla. Viitteet Pöyry Finland Oy 217. Oulun kaupunki ja Liikennevirasto. Oritkarin satama- ja väyläruoppauksen kalataloudellinen vahinkoarvio vuodelta 218. Oulussa Pöyry Finland Oy FM Eero Taskila

6 2 Sisältö 1 JOHDANTO 1 2 LASKENTASKENAARIOT 1 3 VIRTAUSLASKENTA Laskentamalli Mallihila Laskentavuoden valinta Virtausmallin lähtötiedot Virtausmallin laskentatulosten vertailu vedenkorkeus- ja lämpötilamittauksiin Vertailu muihin mallituloksiin Silta-aukkojen poikkileikkaukset 9 4 VIRTAUSLASKENNAN TULOKSIA Virtaustilanteet tyypillisillä tuulilla nykytilanteessa Virtaustilanteet, kun silta on valmiina (V1) Virtaustilanteet rakennusaikana (V2) Läpivirtaamat 19 5 VEDENLAATULASKENTA Laskentamalli ja laskettavat muuttujat Vedenlaatumittaukset Kuormitukset Reuna- ja alkuarvot Vedenlaatulaskennan tulosten vertailu mittauksiin VEDENLAATULASKENNAN TULOKSIA Vedenlaadun kuukausikeskiarvot nykytilanteessa Vedenlaadun kuukausikeskiarvojen muutos V1-V Vedenlaadun kuukausikeskiarvojen muutos V2-V Pitoisuuksien vaihtelu aikasarjapisteissä 39 7 YHTEENVETO 43 8 LÄHDELUETTELO 44 Hannu Lauri Lasse Rantala Pöyry Finland Oy, Ympäristötutkimus, Oulu Copyright Pöyry Finland Oy Kaikki oikeudet pidätetään Tätä asiakirjaa tai osaa siitä ei saa kopioida tai jäljentää missään muodossa ilman Pöyry Finland Oy:n antamaa kirjallista lupaa.

7 1 1 JOHDANTO Mantereelta Hailuotoon on suunniteltu rakennettavaksi kiinteä yhteys, eli pengertie, jossa on kaksi silta-aukkoa. Siltojen paikat ovat rakennettavan yhteyden itä- ja länsipäissä. Yhteyden linjaus on esitetty kuvassa 1. Tässä on raportissa on 3-D hydrodynaamista mallia soveltamalla arvioitu miten suunniteltu penger ja sillat vaikuttavat veden virtauksiin Hailuodon ja mantereen välisellä alueella nykytilanteeseen verrattuna. Virtausten muutosten lisäksi arvioitiin myös yhteyden vaikutukset vedenlaatuun kokonaisravinteiden (kokonaisfosfori ja kokonaistyppi) ja kiintoaineen osalta. Kuva 1. Kiinteän yhteyden suunniteltu sijainti. 2 LASKENTASKENAARIOT Kohdealueelle laadituilla virtaus- ja vedenlaatumallilla laskettiin seuraavat tilanteet. V: Nykytilanne. V1: Lopputilanne V2: Rakennusvaihe, jossa yhteyden itäpään silta-aukko on suljettu. Skenaarioille on laskettu sekä virtaukset että vedenlaatu kokonaisravinteiden ja kiintoaineen (PTOT, NTOT, SSED) osalta. Skenaarion V tuloksia verrattiin mittauksiin (luku 3) tarkoituksena arvioida mallin toimintaa. Skenaarioiden V1 ja V2 tuloksia verrattiin skenaarion V tuloksiin, millä saatiin arvioitua yhteyden aiheuttama muutos lähialueen virtauksiin ja vedenlaatuun.

8 2 3 VIRTAUSLASKENTA 3.1 Laskentamalli 3.2 Mallihila Virtaus- ja vedenlaatulaskenta tehtiin YVA3d-hydrodynaamisella mallilla. Kyseinen laskentamalli soveltuu hyvin Itämeren rannikkoalueiden laskentaan, ja mallia onkin käytetty useissa kymmenissä rannikkoalueiden mallinnustöissä Suomenlahdella, Selkämerellä ja Perämerellä. Malli perustuu hydrostaattisiin virtausyhtälöihin, ja on alueellisesti tarkennettavissa sisäkkäistä mallihilaa käyttämällä. Vaakasuunnassa malli käyttää neliöhilaa ja syvyyssuunnassa vakiokerrossyvyyksiä. Tällainen mallityyppi sopii hyvin Suomen rannikkoalueille, missä vesi on usein syvyyssuunnassa sekä lämpötila- että suolaisuuskerrostunutta ja rannikko saaristoista ja monimuotoista. Mallinnettava kohdealue käsitti tässä rakennettavan Hailuodon kiinteän yhteyden lähialueen. Kohdealueelle käytettiin 5 m tarkkuuden mallihilaa. Kohdealueen virtaukset määräytyvät pitkälti ympäröivän merialueen vedenkorkeuksien ja virtauksien perusteella, joten malliin on sisällytetty koko Perämeri 15 m resoluutiolla, ja kohdealueen ympäristö 3 m tarkkuudella. Mallissa käytettiin 1 m syvyysvälillä 1-3 m kerrospaksuutta. Syvemmällä kerrospaksuutta on kasvatettu siten, että yli 5 m syvyydellä mallikerrokset ovat 2 m paksuisia. Mallin hilatasojen koot ja tarkkuudet on esitetty taulukossa 1, ja mallihila kuvassa 2. Kuva 2. Laskentamallin hila, hilatihennysten rajat ja vesisyvyydet. Mallin syvyystiedot on koottu useammasta lähteestä. Sillan ja siltapenkereen lähialueen tiedot on saatu asiakkaalta, ne on luodattu noin 1 km etäisyydelle sillan suunni-

9 3 tellusta paikasta alle 1 m vaakaresoluutiolla. Suomen rannikkoalueen syvyystiedot on poimittu Liikenneviraston merikartta-aineistosta (Liikennevirasto 217). Rantaviivana on käytetty maanmittauslaitoksen maastotietokannasta poimittua dataa (Maanmittauslaitos 217). Alueella, joilta em. tietoja ei ole, on käytetty ETOPO1 syvyysaineistoa (Amante & Eakins, 29) ja GSHHS-rantaviivatietoja (GSHHS 215). Taulukko 1: Mallihilan tiedot hilatasoittain Hilataso x-koko (ruutua) y-koko (ruutua) hilaruudun koko (m) x-koko (km) y-koko (km) Laskentavuoden valinta Mallin laskentajaksoksi valittiin 6/214-12/214. Laskenta aloitetaan tyypillisesti kevät- tai syyskierron aikana, kun vesi on kohtalaisen hyvin sekoittunut. Vuosi 214 oli jokivirtaamien keskiarvon ja tuulen keskinopeuden osalta kohtalaisen lähellä keskimääräistä vuotta, joten se valittiin laskentavuodeksi. Ilman lämpötila ja veden lämpötila olivat keskiarvon yläpuolella. Taulukossa 2 on esitetty jokivirtaamat Oulujoesta jaksolta 2 216, keskituulennopeudet ja ilman keskilämpötilat Hailuodon pohjoispuolisesta ERA-Interim säädatapisteestä jaksolta Taulukko 2: Vuosien keskimääräiset olosuhdetiedot Oulujoki Perämeri vuosi Q, m 3 /s tuulennopeus, m/s ilman lämpötila C k.a Virtausmallin lähtötiedot Virtausmalli tarvitsee lähtötiedoiksi säätiedot, jokivirtaamat alueelle tulevista joista, jokien lämpötilatiedot ja reuna-alueille vedenkorkeus- ja lämpötilatiedot merialueel-

10 4 ta. Merialueen säätietoina käytettiin ECMWF:n ERA-interim reanalysis-tietoja (ECMWF 217). Reanalysis-säätiedot ovat mittausten ja säämallin tietojen yhdistelmä, ja vastaavat hyvällä tarkkuudella rannikkosääasemien mittauksia. Lähin rannikkosääasema löytyy Oulun Vihreäsaaresta, aseman tuulien jakaumatiedot on esitetty kuvassa 3 (Ilmatieteenlaitos, 217). Jakauma poikkeaa on jonkin verran Suomessa tyypillisestä etelä- ja lounaistuuliin painottuvasta tuulen suuntajakaumasta. Jokivirtaamat ja jokiveden lämpötilatiedot haettiin Suomen Ympäristökeskuksen OIVApalvelusta (SYKE 217a). Ruotsin puolen jokivirtaamat haettiin SMHI:n avoin-data palvelusta (SMHI 217). Kaikille jokivirtaamille ei löytynyt lämpötila-arvoja, näille jokiveden lämpötila laskettiin ilman lämpötilasta seuraavalla kaavalla: T joki (t) =.2 T ilma (t-1) +.98 T joki (t-1) Tässä T joki (t) on jokiveden lämpötila päivänä t, T ilma (t) lähimmän sääaseman ilman lämpötilan päiväkeskiarvo ja t päivän indeksi. Reuna-arvoina käytetyt vedenkorkeustiedot haettiin SMHI:n avoin-data palvelusta ja Copernicus Marine Service- palvelusta (Copernicus 217). Samasta palvelusta haettiin myös lähtöarvojen asetukseen käytetty SMHI:n Hiromb-mallilla laskettu reanalysis-suolaisuus ja lämpötilakenttä. 25 Vihreäsaari_ % tuuli m/s Kuva 3. Tuulen suunta- ja nopeusjakauma Oulu/Vihreäsaari,

11 5 3.5 Virtausmallin laskentatulosten vertailu vedenkorkeus- ja lämpötilamittauksiin Lämpötila- ja vedenlaatumittaukset poimittiin Hertta-tietokannasta (SYKE 217a). Vedenkorkeusmittaukset haettiin Copernicus Marine Service- palvelusta (Copernicus 217). Vedenkorkeusmittaukset on tehnyt Ilmatieteen laitos. Avovesiajalle laskettua vedenkorkeutta verrattiin mitattuihin arvoihin Oulussa, Kemissä ja Pietarsaaressa. Vedenkorkeuksiin vaikuttavat pääasiassa ilmanpaine, vedenkorkeusarvo alueen reunalla ja tuuli. Vedenkorkeusarvot kuvaavat ennen kaikkea laajemman merialueen käyttäytymistä. Lasketut ja mitatut vedenkorkeuden päiväkeskiarvot on esitetty kuvassa 4. Lasketut sopivuuskertoimet (Nash-Suthcliffe) olivat väliltä.71.78, eli sopivuus mittauksiin on varsin hyvällä tasolla. 1 Oulu malli mittaus ZELE [cm] /214 8/214 9/214 1/214 11/214 Kemi malli mittaus ZELE [cm] /214 8/214 9/214 1/214 11/214 Pietarsaari malli mittaus ZELE [cm] 5-5 7/214 8/214 9/214 1/214 11/214 Kuva 4. Lasketut ja mitatut vedenkorkeusarvot, Oulu, Kemi ja Pietarsaari.

12 6 TEMP [C] HaiInt, 214 malli.5m mit -2m malli 1m mit 7-11m malli 2m mit 16-22m 5 1/6 1/7 1/8 1/9 1/1 1/11 TEMP [C] OUVY5, 214 malli.5m mit -2m malli 1m mit 7-11m malli 2m mit 16-22m 5 1/6 1/7 1/8 1/9 1/1 1/11 TEMP [C] OE44, 214 malli.5m mit -2m malli 5m mit 4-7m 5 1/6 1/7 1/8 1/9 1/1 1/11 25 OE85, malli.5m mit -2m malli 1m mit 7-11m 1 5 1/6 1/7 1/8 1/9 1/1 1/11 TEMP [C] L21, 214 malli L21 mit -2m malli L12 mit -2m 5 1/6 1/7 1/8 1/9 1/1 1/11 Kuva 5. Lasketut ja mitatut lämpötila-arvot, pisteet Hailuoto intensiiviasema, OUVY5, OE44, OE85, L21 ja L12. Veden lämpötilamittauksia verrattiin laskettuihin arvoihin mallin kohdealueen lähipisteissä ja Hailuodon intensiivipisteessä. Lasketut ja mitatut lämpötila-arvot on esitetty kuvassa 5. Mittauspisteiden paikat löytyvät kuvasta 24. Veden lämpötilan laskennassa tulokseen vaikuttavat säätiedot, tulevat virtaamat ja niiden lämpötila, veden sekoittuminen syvyyssuunnassa ja veden kulkeutuminen vaakasuunnassa. Mittauksista näkee mm. miten laskenta onnistuu veden pintalämpötilan arvioinnissa, lämpötilakerrostuneisuuden laskennassa, ja veden vaihtuvuuden osalta eri tyyppisten alueiden (avomeri, merenlahti) lämpötilan arvioinnissa.

13 7 Hailuodon intensiiviasemalla pintalämpötila seuraa keväällä kohtalaisen hyvin mitattuja arvoja. 1 m tason lämpötila on keväällä jonkin verran alempi kuin mitattu, 1m taso sekoittuu syksyllä mallissa ja mittauksissa suunnilleen samaan aikaan. 2 m tasolla malli sekoittaa lämpötilan ylemmän kerroksen kanssa, kun taas mittauksissa lämpötila pysyy alle 1 asteen syyskuun alkuun asti. Mallissa tieto on 18m syvyydeltä ja mittauksissa 22m syvyydeltä, mikä selittää osan eroista. Mallissa on myös suhteellisen vähän syvyyskerroksia, joten näyttää siltä että mallin tarkkuus ei tässä riitä termokliinin käyttäytyminen tarkkaan arviointiin yli 1 m syvyyksillä. Muissa pisteissä pintalämpötilat ja lämpötilaero syvempiin kerroksiin toistuivat kohtalaisen hyvin. Pisteessä OUVY5 on hieman samaa epätarkkuutta kuin Hailuodon intensiivipisteessäkin, eli malli sekoittaa termokliinin mitattua syvemmälle. Pisteissä OE44, OE85, L21 ja L12 mallitulokset sopivat mittauksiin hyvin. 3.6 Vertailu muihin mallituloksiin Perämeren ja Hailuodon ympäristön virtaamat laskettiin myös Delft 3D-FM virtausmallilla. Kyseinen malli on varsin hyvin varmistettu ja käytössä globaalisti (Deltares 216). Malli käyttää vapaamuotoista kolmiohilaa, sigma-syvyyskoordinaatistoa, ja k- ɛ turbulenssimallia. Mallialue ja syvyystiedot olivat samat kuin tässä selostuksessa käytetyssä YVA3D-mallissa. Delftin mallin laskentaparametrit (esim. tuulikitka) pidettiin oletusarvoissa. Mallien tuloksia vertailtiin laskemalla molemmilla malleilla tilanne, jossa tuuli oli lounaasta 5 m/s koko mallialueella. Laskentajakson pituus oli viisi päivää, josta vertailukohdaksi otettiin laskennan lopputilanne. Laskennassa ei huomioitu suolaisuutta tai lämpötilakerrostuneisuutta. Turbulenssin laskenta oli käytössä molemmissa malleilla. Jokivirtaamat asetettiin nollaksi ja vedenkorkeus eteläreunalla vakioarvoon nolla. Vertailukriteerinä käytettiin läpivirtaamaa Hailuodon Huikun ja Riutunkarin välillä. Mallien laskemat syvyysintegroidut virtaamat on esitetty kuvassa 6. Poikkileikkauksen pinta-ala suunnitellun siltayhteyden kohdalla oli Delftin mallissa 215 m2, ja YVA3d-mallissa 214 m2. Virtaus poikkileikkauksen läpi oli Delftin mallissa 111 m3/s, ja virtausnopeus poikkileikkauksen kohdalla enimmillään noin 1 cm/s. YVA3D-mallissa läpivirtaama oli 129 m3/s, ja virtausnopeus enimmillään noin 12 cm/s. Mallitulokset ovat kohtalaisen lähellä toisiaan, erot selittyvät osittain mallihilan resoluutiolla, joka oli Delft3d-mallissa jonkin verran harvempi (harvemman resoluution hilassa suurimmat nopeudet jäävät tyypillisesti tarkempaa hilaa pienemmäksi).

14 Kuva 6: Syvyysintegroitu virtaus 5 m/s vakiotuulella, Delft3d-FM (ylempi kuva) ja YVA3Dmallit (alempi kuva) 8

15 9 3.7 Silta-aukkojen poikkileikkaukset Suunnitellun yhteyden sijaintikohdan vesipinta-alan poikkileikkaus on esitetty kuvassa 7. Poikkileikkauksen pinta-ala mallihilasta mitattuna yhteyden reittiä pitkin oli 235 m 2. Silta-aukkojen poikkipinta-alat laskettiin siltasuunnitelmien kuvista, Huikunsillan aukon poikkipinta-alaksi (ilman siltapilareita) normaalivedenkorkeudella saatiin 472 m 2. Riutunsillan aukon poikkipinta-alaksi (ilman siltapilareita) saatiin 3445 m 2. Siltapilareiden varaama osuus silta-aukkojen poikkipinta-alasta oli piirustuksista arvioituna noin 7-9 %. Siltapilareita ei voitu sijoittaa suoraan mallihilaan, sillä ne ovat selvästi mallin hilakoppeja kapeampia. Kapeiden siltapilareiden vaikutus oletettiin tässä pieneksi, ja ne otettiin mallissa huomioon siten, että silta-aukon poikkipinta-alaa kavennettiin reunalta ja pohjalta 2,5 % Syvyys (m) V V1 Kuva 7: Syvyyspoikkileikkaus mallihilassa suunnitellun yhteyden kohdalta, länsi vasemmalla.

16 1 4 VIRTAUSLASKENNAN TULOKSIA 4.1 Virtaustilanteet tyypillisillä tuulilla nykytilanteessa Vuoden 214 avovesiajalta poimittiin muutama tyypillisiä tuulensuuntia ja voimakkuuksia edustavia virtaustilanteita, missä tuulen suunta oli pysynyt suunnilleen samana vähintään 1,5 vuorokauden ajan. Tuulijakauman ja tuulitietojen perusteella valittiin kolme jaksoa: keskimääräinen etelätuuli, keskimääräinen pohjoistuuli ja kova etelätuuli. Esitetyt virtauskentät on laskettu 24 h keskiarvona tilanteesta, jossa tuuli on ennen keskiarvotuksen aloittamista ollut vastaavassa suunnassa vähintään 12 h. Virtauksista on esitetty pintavirtauskenttä ja syvyysintegroitu virtauskenttä. Syvyysintegroitu virtaama on koko syvyysprofiilista yhteen laskettu virtaama, eli jos virtaama on pintakerroksessa etelään, ja pohjakerroksessa pohjoiseen, on integroitu virtaama lähellä nollaa. Keskimääräisten etelätuulten jaksoa edustaa aikaväli , jolloin tuuli oli etelä-kaakosta. Kuvassa 8 on esitetty keskimääräinen virtaama 24 h ajalta jaksolta 4.8. klo klo 12. Tuulen suunta oli jaksolla keskimääräin 155 astetta ja nopeus 5.6 m/s Oulun Vihreäsaaren mittauksista laskettuna. Keskimääräisen pohjoistuulijakson virtaamat on esitetty kuvassa 9. Kuvan virtaamat ovat 24 h mittaisen jakson keskiarvo aikaväliltä klo klo 6. Tuulen suunta oli aikavälillä keskimäärin 26 astetta ja nopeus 5.5 m/s. Kovan etelätuulen jaksoa edustaa aikaväli klo klo 2, 24 h keskiarvovirtaamat on esitetty kuvassa 1, tuulen suunta oli jaksolla keskimäärin 161 astetta ja nopeus 11.7 m/s. Luodonselällä virtaama kulkee sekä etelän että pohjoisen puolisilla tuulilla Hailuodon puoleista rantaa seuraillen. Coriolis-voima kääntää virtauksia vasemmalle, jolloin etelänpuoleisilla tuulilla virtauksen voisi olettaa kulkevan mantereen puolella. Luodonselälle muodostuu kuitenkin etelätuulilla laajahko pyörre, joka ohjaa läpivirtauksen Hailuodon puolelle. Suurimmat virtausnopeudet löytyvät Hailuodon eteläpään ja mantereen väliseltä merialueelta, missä virtausreitti on kapea ja matala. Oulujoen virtaama ohjautuu etelätuulilla pääosin pohjoiseen, kun taas pohjoistuulilla se ohjautuu pääosin Luodonselälle ja sitä kautta etelään. Temmes- ja Lumijoen virtaaman ohjautuvat etelätuulilla Liminganlahden pohjoisrantaa seuraten Saapaskarin ja Oulunselän alueille. Pohjoistuulilla Liminganlahden pohjukasta ei ole yhtä selkeää ulosvirtaamaa.

17 Kuva 8. Lasketut virtaukset, V, pintakerros ja syvyysintegroitu virtaus, eteläkaakkoistuuli ( ). Ylempänä pinta, alempana syvyysintergoitu virtaama. 11

18 Kuva 9. Lasketut virtaukset, V, pintakerros ja syvyysintegroitu virtaus, pohjoiskoillistuuli ( ). Ylempänä pinta, alempana syvyysintergoitu virtaama. 12

19 Kuva 1. Lasketut virtaukset, V, pintakerros ja syvyysintegroitu virtaus, kova tuuli eteläkaakosta ( ). Ylempänä pinta, alempana syvyysintergoitu virtaama. 13

20 Virtaustilanteet, kun silta on valmiina (V1) Edellä esitetyt tyypilliset virtaustilanteet mallinnettiin myös tilanteessa, jossa silta on valmiina. Etelä-kaakkoistuulitilanne on kuvassa 11, pohjois-koillistuulitilanne kuvassa 12 ja kovan tuulen etelänpuoleisten tuulien tilanne kuvassa 13. Virtauksen muutoksia arvioitiin vähentämällä muuttuneesta tilanteesta alkutilanteen virtausnopeudet, jolloin saatiin selville virtausnopeuksien muutos lasketulle säätilanteelle. Valmiin sillan (V1) virtausnopeusmuutokset nykytilanteeseen verrattuna eri tuulille on esitetty kuvissa 14, 15 ja 16. Muutoskuvassa noussut virtausnopeus näkyy positiivisena arvona ja laskenut virtausnopeus negatiivisena arvona. Sillan ollessa valmiina virtaus ohjautuu silta-aukkoihin, joissa virtausnopeus nousee selvästi nykytilannetta suuremmaksi. Siltapenkereen lähellä virtausnopeus pienenee ja kääntyy siltapenkereen suuntaiseksi. Etelätuulilla suuremmat nopeuden nousut rajoittuvat pääosin silta-aukkojen lähialueelle. Pintakerroksessa nopeuden nousu jää silta-aukoissa alle 1 cm/s ja yli 4 cm/s nopeusnousu rajoittuu 2 km säteelle aukoista. Virtausnopeuksien väheneminen keskittyy siltapenkereen lähialueelle, tosin jonkin verran pienentyviä virtausnopeuksia löytyy myös pintakerroksesta Luodonselän eteläosasta ja Hailuodon eteläpään ja mantereen väliseltä merialueelta. Etelätuulilla nopeuksien väheneminen on selkeintä siltapenkereen pohjoispuolella, missä yli 4 cm/s hidastuminen ulottuu enimmillään noin 2,5 km etäisyydelle siltapenkereestä. Pohjoistuulella nopeuksien nousu silta-aukoissa on jonkin verran etelätuulitilannetta suurempi, nopeusnousu on suurimmillaan noin 11.5 cm/s lännenpuoleisessa siltaaukossa. Virtausnopeudet pienenivät selvimmin siltapenkereen eteläpuolelle, joskin nopeuksien pienenemistä näkyi jonkin verran myös päävirtausreitillä Luodonselällä. Pintakerroksessa yli 4 cm/s suuruinen nopeuksien väheneminen rajoittui noin 1,5 km etäisyydelle penkereestä. Kovan tuulen tilanteella virtausnopeuksien nousu jäi silta-aukoissa alle 2 cm/s. Nopeusvähenemä penkereen pohjoispuolella oli samaa luokkaa. Yli 4 cm/s nopeusnousu ulottui enimmillään noin 2,5 km etäisyydelle silta-aukosta. Pinnankorkeuden muutos eri laskentatilanteille Luodonselän vedenlaatupisteessä OE85 on esitetty taulukossa 3. Muutos oli kaikissa tilanteissa alle.5 cm. Taulukko 3: Vedenkorkeudet ja niiden muutos eri laskentatilanteille pisteessä OE85 V V1 V2 V1-V V2-V Tuulitilanne W, cm W, cm W, cm dw,cm dw, cm Etelätuulet Pohjoistuulet Kovat tuulet

21 Kuva 11. Lasketut virtaukset, V1, pintakerros ja syvyysintegroitu virtaus, eteläkaakkoistuuli ( ). Ylempänä pinta, alempana syvyysintergoitu virtaama. 15

22 Kuva 12. Lasketut virtaukset, V1, pintakerros ja syvyysintegroitu virtaus, pohjoiskoillistuuli ( ). Ylempänä pinta, alempana syvyysintergoitu virtaama. 16

23 Kuva 13. Lasketut virtaukset, V1, pintakerros ja syvyysintegroitu virtaus, kova tuuli eteläkaakosta ( ). Ylempänä pinta, alempana syvyysintergoitu virtaama. 17

24 18 Kuva 14. Virtausnopeuden muutos, V1-V, pintakerros ja syvyysintegroitu virtaus, eteläkaakkoistuuli ( ). Vasemmalla pintakerros, oikealla syvyysintergoitu Kuva 15. Virtausnopeuden muutos, V1-V, pintakerros ja syvyysintegroitu virtaus, pohjois-koillistuuli ( ). Vasemmalla pintakerros, oikealla syvyysintergoitu. Kuva 16. Virtausnopeuden muutos, V1-V, pintakerros ja syvyysintegroitu virtaus, kova tuuli eteläkaakosta ( ). Vasemmalla pintakerros, oikealla syvyysintergoitu.

25 Virtaustilanteet rakennusaikana (V2) Virtaustilanteet mallinnettiin myös rakennusaikaisessa tilanteessa, jossa itäpään siltaaukko (Riutunsilta) on väliaikaisesti suljettuna rakennustöiden vuoksi.. Eteläkaakkoistuulitilanne on kuvassa 17, pohjois-koillistuulitilanne kuvassa 18 ja kovan tuulen etelänpuoleisten tuulien tilanne kuvassa 19. Rakennusaikaisen tilanteen (V2) virtausnopeusmuutokset nykytilanteeseen nähden eri tuulilla on esitetty kuvissa 2, 21 ja 22. Etelätuulilla pintakerroksessa nopeuden nousu jää Huikunsillan aukossa alle 15 cm/s ja yli 4 cm/s nopeusnousu rajoittuu 2 km säteelle silta-aukosta. Virtausnopeuksien väheneminen keskittyy siltapenkereen lähialueelle, joskin virtausnopeuden pienentymistä näkyy tilanneeta V1 enemmän myös Luodonselän eteläpuoleisilla alueilla. Pohjoistuulella virtausnopeuksien nousu silta-aukossa on etelätuulitilannetta suurempi, nopeusnousu on suurimmillaan noin 18.5 cm/s. Yli 4 cm/s ylittävän nopeuden nousun alue ulottuu etelätuulitilannetta kauemmas, enimmillään noin 3 km etäisyydelle silta-aukossa. Virtausnopeudet pienenivät selvimmin siltapenkereen eteläpuolella ja Luodonselällä. Kovan tuulen tilanteella virtausnopeuksien nousu jäi silta-aukossa enimmillään alle 25 cm/s. Nopeusvähenemä penkereen pohjoispuolella oli samaa luokkaa kuin kahden silta-aukon tapauksessa. Pinnankorkeuden muutos Luodonselän vedenlaatupisteessä OE85 löytyy taulukosta 3. Muutos oli kaikissa tilanteissa alle.5 cm. 4.4 Läpivirtaamat Mallituloksista laskettiin läpivirtaamat suunniteltujen siltojen ja penkereen kohdalta. Tulokset eri tuulitilanteille on esitetty taulukossa 4. Lopputilanteessa V1 etelätuulella läpivirtaama vähenee 16%, pohjoistuulilla 9% ja kovalla tuulella 11%. Rakennusaikaisessa tilanteessa V2 vähenemät nousevat arvoihin etelätuuli 26%, pohjoistuuli 21% ja kova tuuli 17%. Taulukko 4: Läpivirtaamat eri laskentatilanteille V V1 V2 V1-V V2-V Q m 3 /s Q m 3 /s Q m 3 /s Q m 3 /s Q m 3 /s Etelätuulet (-16%) 238 (-26%) Pohjoistuulet (-9%) 246 (-21%) Kovat tuulet (-11%) 242 (-17%)

26 Kuva 17. Lasketut virtaukset, V2, pintakerros ja syvyysintegroitu virtaus, eteläkaakkoistuuli ( ). Ylempänä pinta, alempana syvyysintergoitu virtaama. 2

27 Kuva 18. Lasketut virtaukset, V2, pintakerros ja syvyysintegroitu virtaus, pohjoiskoillistuuli ( ). Ylempänä pinta, alempana syvyysintergoitu virtaama. 21

28 Kuva 19. Lasketut virtaukset, V2, pintakerros ja syvyysintegroitu virtaus, kova tuuli eteläkaakosta ( ). Ylempänä pinta, alempana syvyysintergoitu virtaama. 22

29 23 Kuva 2. Virtausnopeuden muutos, V2-V, pintakerros ja syvyysintegroitu virtaus, eteläkaakkoistuuli ( ). Vasemmalla pintakerros, oikealla syvyysintergoitu. Kuva 21. Virtausnopeuden muutos, V2-V, pintakerros ja syvyysintegroitu virtaus, pohjois-koillistuuli ( ). Vasemmalla pintakerros, oikealla syvyysintergoitu. Kuva 22. Virtausnopeuden muutos, V2-V, pintakerros ja syvyysintegroitu virtaus, kova tuuli eteläkaakosta ( ). Vasemmalla pintakerros, oikealla syvyysintergoitu.

30 24 5 VEDENLAATULASKENTA 5.1 Laskentamalli ja laskettavat muuttujat Vedenlaatulaskenta perustuu virtausmallin tuottamiin virtauskenttiin jotka on tallennettu 3h välein. Vedenlaadun laskennassa mallihilaan lisätään kuormitukset, minkä jälkeen kuormitusten kulkeutuminen veden mukana lasketaan valmiiden virtauskenttien pohjalta. Laskennassa arvioitiin kokonaisfosfori (PTOT), kokonaistyppi (NTOT) ja kiintoaine (SSED). Kokonaisravinteiden mallinnettu pitoisuus vastaa suodattamattomista mittauksista määritettyjä arvoja. 5.2 Vedenlaatumittaukset Vedenlaatumittaukset poimittiin SYKEn Hertta-tietokannasta (SYKE 217a). Mittauspisteitä, joilla on tehty mittauksia vuoden 214 aikana, on alueella useita. Mittauksia mallinnetuista suureista on kokonaisravinteiden osalta tehty avovesiaikana useimmissa pisteissä noin neljä kertaa vuodessa. Eniten mittauksia löytyy Hailuodon edustan intensiiviasemalta ja seurantapisteeltä OE2, joissa mittauksia on tehty noin kuukauden välein. Kiintoaineen osalta mittauksia vuodelle 214 löytyy ainoastaan Hailuodon intensiiviasemalla, ja tämän lisäksi yksi mittaus Liminganlahdelta lokakuulta pisteestä Kuormitukset Jokien kuormitukset haettiin VEMALA-järjestelmästä (SYKE 217c), josta löytyy suoraan kokonaisravinteiden ja kiintoaineen päivittäiset kuormitusmäärät. VEMA- LAn kuormat on kalibroitu mittaustietoihin, ja ne vastaavat yleensä varsin hyvin mitatun virtaaman ja mitatun pitoisuuden avulla arvioituja kuormituksia. Alueelle tulevat jokikuormitukset olivat Siikajoki, Lumijoki, Temmesjoki, Oulujoki ja Kiiminkijoki. Pistekuormitukset poimittiin Oulun edustan vesistötarkkailuraportista (Pöyry Finland, 216). Kuormituksia olivat Oulun Veden jätevesipuhdistamo, Nuottasaaren teollisuusalue ja Lakeuden puhdistamo. Pistekuormituksille käytettiin vuosikeskiarvoja. Typen ja fosforin osalta malliin sijoitettiin ilmalaskeuma koko merialueelle. Laskeuman suuruutena käytettiin samaa vakioarvoa koko alueella. Liminganlahden ja Kempeleenlahden alueella on useita pieniä jokia ja ojia, jotka laskevat peltoalueelta suoraan mereen. Näitä pyrittiin huomioimaan lisäämällä malliin rantakuormitus, jonka suuruudeksi arvioitiin 15 % Temmesjoen kuormituksesta. Hailuodon lähialueen kuormitukset on koottu taulukkoon 3. Vakiokuormitusten osalta on taulukossa esitetty käytetyt kuormitusarvot, muuttuvien jokikuormitusten osalta puolestaan viiden kuukauden keskiarvo jaksolta 6/214 1/214. Kuormituksista jää pois pieniä ranta valuma-alueita, ja toisaalta myös avomereltä tulevan veden pitoisuudet ovat jäävät mallissa todennäköisesti liian pieniksi, sillä esim. kaikkia Ruotsin puolen kuormituksia ei mallissa ole. Lasketut pitoisuudet jäävät tästä johtuen jonkin verran mitattuja pienemmäksi etenkin alueilla, jotka ovat voimakkaassa vuorovaikutuksessa ulkomeren kanssa. Taulukko 5: Mallissa käytetyt lähialueen kuormitustiedot

31 25 Kuormitus PTOT NTOT SSED Siikajoki kg/d 333 kg/d 59.1 tn/d Lumijoki 6.3 kg/d 97 kg/d 1.4 tn/d Temmesjoki 59.4 kg/d 1215 kg/d 15.3 tn/d Oulujoki kg/d 947 kg/d 91. tn/d Kiiminkijoki kg/d 2183 kg/d 38.8 tn/d Iijoki 36.1 kg/d 6143 kg/d 9.1 tn/d Kemijoki kg/d 1658 kg/d tn/d Tornionjoki kg/d 1294 kg/d tn/d Oulun Vesi 37 kg/d 215 kg/d 1.9 tn/d Nuottasaaren kuormitukset 26 kg/d 243 kg/d 4.6 tn/d Lakeuden puhdistamo 1,1 kg/d 35 kg/d.35 tn/d Oulun energia tn/d Ilmalaskeuma.6 g/m 2 /d.1 g/m 2 /d - Liminganlahden ranta 7.12 kg/d kg/d 1.83 tn/d Jokikuormitukset ja virtaamat jakautuivat 214 poikkeuksellisesti, tyypillisesti jokivirtaamat ja kuormitukset ovat keväällä suurempia kuin syksyllä, vuonna 214 marraskuun kuormitus oli kuitenkin kevätkuormitusta suurempi. Kuvassa 23 on esitetty Temmesjoen tuoma keskimääräinen kuukausittainen kiintoainekuormitus vuodelle 214 ja jakson keskiarvona. Vuonna 214 marraskuun kuormitus on yli kaksinkertainen keskiarvoon verrattuna. Kevään kuormitus oli puolestaan keskimääräistä aikaisemmin ja määrältään keskimääristä pienempi. Ssed tn/kk Temmesjoki, kiintoainekuorma Kuva 23: Temmesjoen SSED kuukausikuormitus, 214 ja keskiarvo. 5.4 Reuna- ja alkuarvot Alueelle kauempaa kulkeutuvat pitoisuudet otettiin huomioon sijoittamalla Perämeren rannikkoalueelle suurimmat jokikuormitukset. Jokikuormitusten arvot poimittiin VEMALA-järjestelmästä. Ruotsin osalta kuormituksena käytettiin Tornion tai Kemijoen kuormituksiin keskivirtaamien suhteella kerrottua kuormitusmäärää. Pitoisuuksien alkuarvona käytettiin mallilla keväälle 215 lasketusta kentästä yksinkertaistettua alkupitoisuuskenttää, jossa Luodonselän ja Liminganlahden pitoisuudet asetettiin taustapitoisuuksia korkeammalle tasolle.

32 26 Kuva 24. Vedenlaadun mittauspisteiden paikat 5.5 Vedenlaatulaskennan tulosten vertailu mittauksiin. Vedenlaadun seurantapisteiden paikat on esitetty kuvassa 24. Nykytilanteelle (V) lasketut kokonaisfosforin ja kokonaistypen arvot on esitetty kuvissa 25 ja 26. Kiintoainepitoisuuksia ei vertailtu mittauksiin johtuen mittaustietojen vähäisestä määrästä. Kokonaisfosfori osalta sopivuus mittauksiin on kohtalainen. Hailuodon intensiiviasemalla laskettu pinnan pitoisuus on mittauksia korkeampi. Mallissa pitoisuudet ovat sekoittuneet syvyyssuunnassa, kun taas mittauksissa pohjalla on selvästi pintakerrosta suurempia pitoisuuksia. Oulun edustalla pisteessä OUVY-5 ja OE2 laskentatulokset vastaavat tasoltaan hyvin mitattuja arvoja. Pisteessä OE2 malli arvio pohjan pitoisuuden eroavan selvästi pinnan pitoisuudesta, mitä ei mittauksissa näy. Luodonselän lasketut pitoisuudet pisteessä OE85 vastaavat mallissa mittauksia elokuun mittausta lukuun ottamatta, jolloin malli laskema pitoisuus jää mittausta pienemmäksi. Liminganlahdella kevään ja kesän pitoisuudet toistuvat mallissa, samoin kuin vuodenaikaisvaihtelu. Kokonaistypen osalta laskennan sopivuus mittauksiin on myös kohtalainen, ja mallilla arvioitu kokonaistypen taso vastaa pääosin mittauksia. Poikkeamia löytyy Hailuodon intensiiviaseman pohjakerroksessa, jossa mallin arvioima pitoisuus on mittauksia pienempi. Myöskään pisteen OE2 pitoisuus ei vastaa tarkalleen mittauksia. Kokonaisuutena malli toistaa eri alueiden käyttäytymisen kohtalaisen hyvin, Hailuodon intensiiviasemaa dominoi avomeren vaikutus, Oulunselällä puolestaan Oulujoen virtaama ja kuormitus on merkittävässä asemassa. Luodonselän ja Liminganlahden pitoisuustasot ja vuodenaikaisvaihtelu toistuivat hyvin, jolloin myös vedenvaihtumisen voi arvioida olevan oikealla tasolla.

33 27 PTOT [ug/l] HaiInt, 214 malli.5m mit -2m malli 1m mit 9-11m malli 2m mit 19-23m 1/6 1/7 1/8 1/9 1/1 1/11 1/12 1/1 PTOT [ug/l] OUVY5, 214 malli.5m mit -2m malli 1m mit 9-11m malli 1m mit 19-21m 1/6 1/7 1/8 1/9 1/1 1/11 1/12 1/1 PTOT [ug/l] OE2, 214 malli.5m mit -2m malli 1m mit 9-11m 1/6 1/7 1/8 1/9 1/1 1/11 1/12 1/1 PTOT [ug/l] OE85, 214 malli.5m mit -2m malli 1m mit 9-11m 1/6 1/7 1/8 1/9 1/1 1/11 1/12 1/1 PTOT [ug/l] L21, 214 malli L21 mit -2m malli L12 mit -2m 1/6 1/7 1/8 1/9 1/1 1/11 1/12 1/1 Kuva 25. Laskettu ja mitattu kokonaisfosfori pisteissä LI12, LI21, OU85, OUVU-5 ja Hailuodon edustan intensiiviasema.

34 28 NTOT [ug/l] HaiInt, 214 malli.5m mit -2m malli 1m mit 9-11m malli 2m mit 19-23m 2 1/6 1/7 1/8 1/9 1/1 1/11 1/12 1/1 NTOT [ug/l] OUVY5, 214 malli.5m mit -2m malli 1m mit 9-11m malli 1m mit 19-21m 2 1/6 1/7 1/8 1/9 1/1 1/11 1/12 1/1 NTOT [ug/l] OE2, 214 malli.5m mit -2m malli 1m mit 9-11m 2 1/6 1/7 1/8 1/9 1/1 1/11 1/12 1/1 NTOT [ug/l] OE85, 214 malli.5m mit -2m malli 1m mit 9-11m 2 1/6 1/7 1/8 1/9 1/1 1/11 1/12 1/1 NTOT [ug/l] L21, 214 malli L21 mit -2m malli L12 mit -2m 2 1/6 1/7 1/8 1/9 1/1 1/11 1/12 1/1 Kuva 26. Laskettu ja mitattu kokonaisfosfori pisteissä LI12, LI21, OU85, OUVU-5 ja Hailuodon edustan intensiiviasema.

35 29 6 VEDENLAATULASKENNAN TULOKSIA 6.1 Vedenlaadun kuukausikeskiarvot nykytilanteessa Kokonaisravinteille ja kiintoaineelle laskettiin kuukausikeskiarvot, jotka on esitetty kuvissa jaksolle 6/214 12/214. Avovesikauden ja jääpeitteisen ajan pitoisuuksissa on selvä ero, talvella Siikajoen edustalle ja Liminganlahteen tulevat kuormitukset eivät kulkeudu alueelta pois yhtä tehokkaasti kuin kesällä. 214/6 PTOT NTOT 214/7 PTOT NTOT 214/8 PTOT NTOT Kuva 27. Lasketut kokonaisfosforin ja kokonaistypen kuukausikeskiarvot 6-8/214

36 3 214/9 PTOT NTOT 214/1 PTOT NTOT 214/11 PTOT NTOT 214/12 PTOT NTOT Kuva 28. Lasketut kokonaisfosforin ja kokonaistypen kuukausikeskiarvot 9-12/214

37 31 214/6 214/7 214/8 214/9 214/1 214/11 SSED 214/12 Kuva 29. Lasketut kiintoaineen kuukausikeskiarvot 6-12/214

38 Vedenlaadun kuukausikeskiarvojen muutos V1-V Pengertien aiheuttama muutos kokonaisravinteiden pitoisuuksiin arvioitiin laskemalla vedenlaatu tilanteelle V1 ja vähentämällä siitä nykytilanteen vedenlaatu. Pitoisuuden nousu näkyy positiivisena ja lasku negatiivisena arvona. Kuvissa 3-32 on esitetty muutokset jaksolle 6/214 12/214. Kesä-elokuussa fosforipitoisuuksien nousu jää koko alueella alle 2 µg/l, ja typpipitoisuuden nousu alle 2 µg/l. Kiintoainepitoisuuden muutokset ovat alle,25 mg/l. 214/6 PTOT NTOT 214/7 PTOT NTOT 214/8 PTOT NTOT Kuva 3. Lasketut kokonaisfosforin ja kokonaistypen muutoksen V1-V kuukausikeskiarvot, 6-8/214.

39 33 214/9 PTOT NTOT 214/1 PTOT NTOT 214/11 PTOT NTOT 214/12 PTOT NTOT Kuva 31. Lasketut kokonaisfosforin ja kokonaistypen muutoksen V1-V kuukausikeskiarvot 9-12/214

40 34 214/6 215/7 214/8 215/9 214/1 215/11 214/12 Kuva 32. Lasketut kiintoaineen muutoksen V1-V kuukausikeskiarvot 9-12/214

41 35 Kesäkuussa Oulujoen virtaama ohjautuu osittain Luodonselän sijasta Hailuodon pohjoispuolitse ja aiheuttaa pitoisuuksien nousua Saapaskarin selällä ja laskua Luodonselällä. Pitoisuusnousua näkyy hieman Riutunsillan silta-aukon eteläpuolella, mistä Oulujoen vettä virtaa Luodonselälle. Avovesiaikana vedenlaatumuutokset jäävät kokonaisfosforilla alle 2 ug/l, kokonaistypellä alle 2 ug/l, ja kiintoaineella alle,25 mg/l. Olennaisin pitoisuuksiin vaikuttava tekijä näyttää olevan Oulujoen tuoman kuormituksen kulkeutuminen osittain Hailuodon pohjoispuolelle Luodonselän suunnan sijasta. Marraskuussa 214 Temmesjoessa oli poikkeuksellisen suuri kuormitus. Mallissa alkaan samaan aikaan Luodonselän jäätyminen, jolloin kuormitus ei pääse sekoittumaan ja laimenemaan jääpeitteen estäessä tuulen aiheuttaman sekoittumisen. Marraskuussa kuormituksen ollessa suuri ja jäätymisen edetessä mallissa hieman eri tahtiin eri laskentatilanteilla, näkyy jäätymisen reuna-alueella vaihtelevasti nousua ja laskua sen mukaan, miten jäätyminen on vaihdellut. Joulukuun tilanne kuvaa paremmin jääpeitteisen ajan tyypillisiä pitoisuusmuutoksia. Typpi- ja fosforipitoisuudet Liminganlahden edustalla nousevat hieman, johtuen veden vaihdunnan vähenemisestä. 6.3 Vedenlaadun kuukausikeskiarvojen muutos V2-V Sillan ja siltapenkereen aiheuttama muutos kokonaisravinteiden ja kiintoaineen pitoisuuksiin arvioitiin vähentämällä laskentatilanteen V2 tuloksesta nykytilanteen vedenlaatu. Pitoisuuden nousu näkyy positiivisena ja lasku negatiivisena arvona. Kuvissa on esitetty muutokset jaksolle 6/214 12/214. Tilannetta V1 vastaavasti suurimmat erot löytyvät jääpeitteisen ajan pitoisuuksissa marras- ja joulukuussa, jolloin jokikuormitukset olivat poikkeuksellisen suuria. Rakennusaikaisessa tilanteessa V2 vedenlaadun muutokset ovat tilannetta V1 suurempia, mutta pitoisuustason muutokset jäävät pääosin avovesiaikana kokonaisfosforin osalta alle 2 µg/l, kokonaistypen osalta alle 3 µg/l, ja kiintoaineella alle,5 mg/l. Avovesiaikana muutokset näkyvät pääasiassa siten, että Oulunselällä ja Saapaskarin selällä pitoisuudet nousevat, ja Luodonselän pitoisuudet vähenevät. Vaikutus aiheutuu siltapenkereen Oulujoen virtaamia suuntaavasta vaikutuksesta, kun Oulun edustan ravinnepitoisempi vesi ohjautuu Luodonselän sijasta länteen ja pohjoiseen. Marraskuussa Luodonselän alueella näkyy suhteellisen suuria muutoksia. Pitoisuudet Liminganlahdella nousevat, ja joulukuussa Liminganlahden suulla on alue, jolla ravinnepitoisuudet nousevat. Osa noususta voi aiheutua marraskuun suurista kuormituksista, jotka eivät ole ehtineet kulkeutua alueelta pois.

42 36 214/6 PTOT NTOT 214/7 PTOT NTOT 214/8 PTOT NTOT 214/9 PTOT NTOT Kuva 33. Lasketut kokonaisfosforin ja kokonaistypen erotuksen V2-V kuukausikeskiarvot, 6-9/214.

43 37 214/1 PTOT NTOT 214/11 PTOT NTOT 214/12 PTOT NTOT Kuva 34. Lasketut kokonaisfosforin ja kokonaistypen erotuksen V2-V kuukausikeskiarvot, 1-12/214.

44 38 214/6 215/7 214/8 215/9 214/1 215/11 214/12 Kuva 35. Lasketut kiintoainepitoisuuden muutoksen V2-V kuukausikeskiarvot, 6-12/214.

45 Pitoisuuksien vaihtelu aikasarjapisteissä Lasketut vedenlaatumuuttujien pitoisuudet aikasarjat välillä 6/214 12/214 laskentatilanteille V, V1 ja V2 on esitetty kokonaisfosforille kuvassa 36, kokonaistypelle kuvassa 37 ja kiintoaineelle kuvassa 38. Kuvat on piirretty vedenlaadun seurantapisteistä OE85 (Luodon selän keskellä) ja L21 (Liminganlahdella), sekä lisäksi vedenlaatumallin laskentapisteistä Ls2 (Liminganlahden luoteisosassa) ja Ls3 (Liminganlahden lounaisosassa). Pisteiden paikat näkyvät kuvassa 24. Kokonaisfosforin pitoisuudet Luodonselällä eri laskentatilanteilla vastaavat pitkälti toisiaan. Avovesiaikana rakennusaikaiselle tilanteelle V2 lasketut pitoisuudet ovat jonkin verran pienempiä kuin muille tilanteille lasketut pitoisuudet. Suurimmat erot löytyvät marraskuulta jokikuormituksien olessa poikkeuksellisen suuria. Jääpeitteen muodostuttua joulukuussa suurimmat erot laskentatilanteiden välillä näkyvät pisteessä Ls2 Liminganlahden suulla. Kokonaistypen ja kiintoaineen käyttäytyminen ei eri vaihtoehtojen välillä vastaa kokonaisfosforin käyttäytymistä. Avovesiaikana pitoisuus Luodonselällä laskee jonkin verran. Jääpeitteen muodostuessa marraskuussa pisteen Ls2 pitoisuus nousee rakennusaikaisessa tilantessa V2 joksikin aikaa selvästi nykytilannetta V suuremmaksi. Pisteessä Ls1 pitoisuudet jäävät tilanteessa V2 jääpeitteen muodostuttua vaihtoehtoa V suuremmaksi.

46 4 4 PTOT_OE85 V V1 V2 3 ug/l 2 1 7/14 8/14 9/14 1/14 11/14 12/14 ug/l PTOT_L21 V V1 V2 7/14 8/14 9/14 1/14 11/14 12/14 4 PTOT_Ls2 V V1 V2 3 ug/l 2 1 7/14 8/14 9/14 1/14 11/14 12/14 4 PTOT_Ls3 V V1 V2 3 ug/l 2 1 7/14 8/14 9/14 1/14 11/14 12/14 Kuva 36. Kokonaisfosforin pitoisuusaikasarjat, pisteet OE85, L21, Ls2 ja Ls3, 9-12/214

47 NTOT_OE85 V V1 V2 ug/l /14 8/14 9/14 1/14 11/14 12/14 NTOT_L21 V V1 V2 ug/l /14 8/14 9/14 1/14 11/14 12/14 NTOT_Ls2 V V1 V2 ug/l /14 8/14 9/14 1/14 11/14 12/14 NTOT_Ls3 V V1 V2 ug/l /14 8/14 9/14 1/14 11/14 12/14 Kuva 37. Kokonaistypen pitoisuusaikasarjat, pisteet OE85, L21, Ls2 ja Ls3, 9-12/214

48 SSED_OE85 V V1 V2 ug/l /14 8/14 9/14 1/14 11/14 12/14 SSED_L21 V V1 V2 ug/l /14 8/14 9/14 1/14 11/14 12/14 SSED_Ls2 V V1 V2 ug/l /14 8/14 9/14 1/14 11/14 12/14 SSED_Ls3 V V1 V2 ug/l /14 8/14 9/14 1/14 11/14 12/14 Kuva 38. Kiintoaineen pitoisuusaikasarjat, pisteet OE85, L21, Ls2 ja Ls3, 9-12/214

49 43 7 YHTEENVETO Raportissa arvioitiin 3d-virtaus- ja vedenlaatumallia käyttämällä Hailuotoon suunnitellun kiinteän liikenneyhteyden, eli kahdesta sillasta ja siltapenkereestä muodostuvan kokonaisuuden, vaikutusta Hailuodon ja Oulun edustan merialueen virtauksiin ja vedenlaatuun. Mallilla laskettiin nykytilanteen virtaamat ja vedenlaatu kokonaisravinteiden ja kiintoaineen pitoisuuksien osalta vuoden 214 sääolosuhteilla. Nykytilanteen (V) lisäksi laskettiin tilanne, jossa yhteys oli valmiina (V1) sekä rakennusaikainen tilanne, jossa toinen silta-aukko oli kiinni (V2). Laskentajakso oli 7 kk. Nykytilanteen laskentatuloksia vertailtiin vedenkorkeus-, lämpötila- ja vedenlaatumittauksiin. Tulosten perusteella malli toistaa merialueen olosuhteet kohtuullisen hyvin, Vedenkorkeustulosten sopivuuskerroin mittauksiin oli välillä , ja sekä lämpötila- että vedenlaatutietojen perusteella malli toistaa alueen veden lämpötilakäyttäytymisen ja ravinnepitoisuuksien tasot ja vaihtelut eri alueilla loogisesti ja mitattujen arvojen mukaisesti. Virtaamia laskettiin kahdella eri mallilla, joiden tulokset olivat lähellä toisiaan. Tilanteen V1 laskennan perusteella läpivirtaama Luodonselän ja Oulun edustan välillä vähenee jonkin verran nykytilanteeseen V verrattuna. Avovesiaikana lasketussa etelätuulitilanteessa vähenemä oli 16%, ja lasketulla pohjoistuulitilanteella 9%. Virtausten siirtyessä silta-aukkojen kohdalle virtausnopeudet silta-aukkojen lähialueilla nousivat ja vastaavasti vähenivät penkereen vierustoilla. Virtausnopeuksien nousu oli suurempi pohjoistuulilla etelänpuoleisiin tuuliin verrattuna. Vedenlaatuun arvioidut virtaamamuutokset tilanteessa V1 vaikuttivat rajoitetusti, ja näkyivät enimmäkseen suunnitellun siltayhteyden lähialueella. Kokonaisravinteiden pitoisuuden muutokset olivat pääosin fosforille alle 2 µg/l ja typelle alle 2 µg/l. Avovesiaikana Oulujoen vesien kulkeutuminen Luodonselälle väheni, joka keskimäärin laski kokonaisravinnepitoisuuksia Luodonselällä ja nosti niitä Oulunselällä. Jääpeitteisen ajan käyttäytyminen poikkesi avovesiajasta. Jääpeitteisenä aikana Luodonselän eteläosassa ja Liminganlahden suulla oli mallituloksissa lievää pitoisuusnousua, ja Luodonselän itä- ja pohjoisosissa puolestaan lievää laskua. Rakentamisaikaisessa tilanteessa V2 vedenlaatumuutokset olivat samansuuntaisia kuin tilanteessa V1. Avovesiaikana Oulujoen vesien kulkeutuminen Luodonselälle väheni selvästi tilannetta V1 enemmän, mikä laski kokonaisravinnepitoisuuksia Luodonselällä ja nosti niitä Oulunselällä. Jääpeitteisenä aikan pitoisuusmuutokset Luodonselän eteläosassa ja Liminganlahden suulla olivat tilannetta V1 suurempia. Osa muutoksista selittyy marraskuun 214 poikkeuksellisen suurilla jokikuormituksilla. Lasketut virtaamat avovesiaikana ovat johdonmukaisia ja mallitulokset siten luotettavia. Jääpeitteisenä aikana laskennassa ongelmia tuotti marraskuuhun sijoittuneet poikkeuksellisen suuret kuormitukset, sekä mallin laskeman jäätymisen ja todellisen jääpeitteen muodostumisen välinen mahdollinen ero. Marraskuun tulokset edustavat siten varsin poikkeuksellista tilannetta, eikä niitä ole syytä yleistää koskemaan koko talvijaksoa.

50 44 8 LÄHDELUETTELO Deltares 216, Delft 3d FM suite 217, modelling software, Maanmittauslaitos, 217, Avoimien aineistojen tiedostopalvelu, tiedot haettu 2/217, lisenssi ja tietojen haku sivulta SYKE 217a, Avoin data-palvelu, syke.fi/avoindata, Hertta-tietokanta, Tiedot haettu 9/217. SYKE 217b, Suomen Ympäristökeskuksen vesistömallijärjestelmä, 3-jakovaiheen valuma-alueiden lasketut virtaamat, Tiedot haettu 9/217. SYKE 217c, Suomen Ympäristökeskuksen WSFS-VEMALA yhdistetty hydrologinen ja kuormitusmalli, Tiedot haettu 9/217. Liikennevirasto, 217, Lataus- ja katselupalvelut, /avoindata/katselu-lataus, tiedot haettu 8/217, lisenssi: GSHHS, 216, A Global Self-consistent, Hierarchical, High-resolution Geograhpy database, Amante, C. and B.W. Eakins, 29. ETOPO1 1 Arc-Minute Global Relief Model: Procedures, Data Sources and Analysis. NOAA Technical Memorandum NESDIS NGDC-24. National Geophysical Data Center, NOAA. doi:1.7289/v5c8276m, data access at Copernicus, 217, data retrieved from EU Copernicus Marine Service, 8/217, Pöyry Finland Oy, 216, Oulun edustan vesistö- ja kalataloustarkkailu vuonna 215.