Vertaileva lähestymistapa järven virtauskentän arvioinnissa

HTML
DOWNLOAD

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "Vertaileva lähestymistapa järven virtauskentän arvioinnissa"

Maija-Liisa Nurminen
8 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 Vertaileva lähestymistapa järven virtauskentän arvioinnissa Vertaileva lähestymistapa järven virtauskentän arvioinnissa Sisältö: 1. Virtauksiin vaikuttavat tekijät 2. Tuulen vaikutus 3. Järven syvyyden vaikutus virtauksiin 4. Konvektiovirtaukset 5. Järven virtauksien mittaus ja arviointi 6. Lappajärven ja Räyringinjärven vertailu 7. Lappajärven virtauskenttätietojen soveltuvuus Räyringinjärvessä 8. Riittävätkö tiedot? 9. Mitä pitäisi tehdä tulosten tarkentamiseksi? 1

2 Virtauksiin vaikuttavat tekijät Tekijät voidaan jakaa seuraavasti: 1. Tuulen synnyttämät virtaukset 2. Advektiovirtaukset, syntyvät tulo- ja menovirtaamien vaikutuksesta. 3. Konvektiovirtaukset, lämpötilaeroista johtuvat virtaukset 4. Coriolis'n voiman eli maapallon pyörimisen vaikutus virtauksiin 5. Vuorovesivirtaukset 6. Kitkan vaikutus virtauksiin Kolme viimeisintä ovat merkittäviä vain hyvin suurissa järvissä Tuulen vaikutus - Tuuli aiheuttaa imua ja työntöä - Tuulen keskimääräinen nopeus n. 3.2 m/s - Tyypillinen tuulen aiheuttama pintavirtaus on 1-3% tuulen nopeudesta, eli n. 6-9 cm/s - Huom. Järven käytännössä oltava 1 km halkaisijaltaan, että tuuli pääsee vaikuttamaan suoraan. Rantapuuston katve n. 400m rannasta 2

3 Järven syvyyden vaikutus virtauksiin - Matalista järvistä puuttuu harppauskerros Konvektiovirtaukset Konvektiovirtaukset ovat hydrostaattisen epästabiilisuuren aiheuttamia: - Kesäöisin pintaveden lämpötilan alenee. Tämän seurauksena syntyy tiheyseroja, jotka aiheuttavat virtauksia harppaus-kerrokseen asti. - Virtaukset voivat johtua myös horisontaalisista lämpötilaeroista. Kuten matalat lämpimät lahdet. - Talvinen konvektiovirtaus johtuu sedimentin vapauttamasta lämmöstä. Pohjan läheisyydestä virtaus kulkee kohti syvänteitä, joka palaa takaisin jääkannen kautta matalaan. 3

4 Järven virtauksien mittaus ja arviointi - Virtaukset olisi hyvä arvioida eri tuuliolosuhteissa. Erityisesti pitäisi huomioida tuulen voimakkuus ja suunta. Myös advektion vaikutus olisi hyvä huomioida. - Laskennallisesti voidaan arvioida järven kriittisten pisteiden virtaamat ja suunnat. Näiden perusteella voidaan arvioida kokonaisvirtausta. - Käytännössä järven kokonaisvirtaukset selvitetään nykyään simuloinnilla, joiden pohjana on useat eri muuttujat ja monimutkaiset kaavat. Yleensä 2D-malli riittää järven virtausten arviointiin. - Virtausmittaukset toteutetaan useilla virtausmittareilla halutuilla syvyyksillä eri mittapisteissä. - Koska järven virtaukset riippuvat useista tekijöistä. Simuloitu tai laskettu data kalibroidaan usein empiiristen mittaustulosten perusteella, tarkemman tuloksen saamiseksi. Järven virtauksien mittaus ja arviointi - Tuulen aiheuttaman pinnan leikkausjännityksen suuruus voidaan arvioida seuraavan kaavan avulla: 4

5 Järven virtauksien mittaus ja arviointi - Kaksiulotteisen simulointimallissa käytetyt kaavat: Lappajärven ja Räyringinjärven vertailu Lappajärvi (Ähtävänjoen vesistö) Pinta-ala 145 km2 Keskisyvyys 6,9 m Valuma-alue 1526 km2 Luusuan keskivirtaama 12,6 m3/s Viipymä 2,8 vuotta 5

6 Lappajärven ja Räyringinjärven vertailu Räyringinjärvi (Kruunupyynjoen vesistö) Pinta-ala 3,77 km2 Keskisyvyys 1,5 m Valuma-alue 16,92 km2 Luusuan keskivirtaama 0,09 m3/s Viipymä 1,2 vuotta Lappajärven virtauskenttätietojen soveltuvuus Räyringinjärvessä Ongelmat: Edut: Järvet ovat eri kokoisia ja muotoisia Järvet ovat eri syvyiset. Räyringinjärvellä ei ole harppauskerrosta, mataluutensa vuoksi Lappajärven virtausmalli kalibroitiin regressioyhtälöillä. Ne oli muodostettu mitattujen virtauksien ja tuulien välille virtausmittauspisteissä. Mittaustulokset ovat käyttökelpoisia vain Lappajärvessä. Sama sääalue, kuten tuulitilanne ja lämpötila 6

7 Riittävätkö tiedot? - Ongelmana on erityisesti Räyringinjärvin koko ja muoto. Sillä järvi on muodoltaan pitkulainen, jonka itä-länsi rantojen etäisyys on suurimmaksi osaksi alle 1 km. Tuuli vaikuttaa epäsuorasti, jolloin tuulen aiheuttamien virtauksien arviointi vaikeampaa. - Vertailtavien järvien mittakaava ja pohjanmuodot pitäisi olla lähes samanlaiset, edes karkean arvion saamiseksi. - Käytännössä vertaileva lähestymistapa ei ole riittävä virtauskentän arvioinnissa, ainakaan kahdessa hyvin erilaisessa järvessä. Mitä pitäisi tehdä tulosten tarkentamiseksi? - Parhaana keinona olisi suorittaa Räyringinjärvellä virtausmittaukset ja luoda sen perusteella virtausten ja tuulten välinen regressioyhtälö. Sillä järvi on pieni, jolloin rannan maastot ja puustot vaikuttavat merkittävästi tuulen aiheuttamiin kokonaisvirtauksiin - Lisäksi Räyringinjärven virtaukset pitäisi simuloida ja tulokset olisi kalibroitava saadun regressioyhtälön avulla. 7

8 KIITOS 8

Samankaltaiset tiedostot

DEE Tuulivoiman perusteet

DEE Tuulivoiman perusteet DEE-53020 Tuulivoiman perusteet Aihepiiri 2 Tuuli luonnonilmiönä: Ilmavirtoihin vaikuttavien voimien yhteisvaikutuksista syntyvät tuulet Globaalit ilmavirtaukset 1 VOIMIEN YHTEISVAIKUTUKSISTA SYNTYVÄT