Jääkannen vaikutus sameuteen ja joen eroosiopotentiaaliin

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "Jääkannen vaikutus sameuteen ja joen eroosiopotentiaaliin"

Merja Korhonen
7 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 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 2 University of East Finland, UEF 3 Department of Geography & Geology, University of Turku 4 Department of Real Estate, Planning and Geoinformatics, AALTO University

2 Aim Analyse the influence of an ice-cover on the river bed sediment erosion potential Why? To estimate potential changes in the seasonal/winter time riverine sediment load distribution To support knowledge on transportation of nutrients and harmful substances Methods Long term turbidity monitoring data D hydrodynamic model HEC-RAS => shear stress (τ) Where? The Kokemäenjoki River

3 VEDEN- KORKEUS Kokemäenjoki Säännöstelty Uomassa savea, silttiä Sedimentit kasaantuvat jokisuistoon Talven keskivirtaama nykyisin 260 m 3 /s SAMEUS PORI 3 Metsähallitus, Maanmittauslaitos, Logica 2014

4 Jääkannen vaikutus sameuteen, Q<300 Sameus on jääkannen alla pienempi kuin jäättömässä joessa Jääkansi vähentää pohjan eroosiota Syksyllä huuhtouma valuma-alueelta kasvattaa sameutta Q 3-1 ms TALVI JÄÄKANSI TALVI EI JÄÄTÄ KESÄ SYKSY talvi, jääkansi talvi, ei jäätä kesä syksy Sameushavaintojen keskiarvot Kokemäenjoen alajuoksulta Ympäristöhallinnon HERTTA-tietokanta Sameus

5 Jääkannen vaikutus sameuteen, Q>300 Suurilla virtaamilla jääkansi lisää pohjan eroosiota Syksyllä ja rankkasateissa valuma-alueelta huuhtoutuva aines lisää sameutta Q M 3 S TALVI EI JÄÄTÄ KESÄ TALVI JÄÄKANSI SYKSY Turbidity (FNU) Sameushavaintojen keskiarvot Kokemäenjoen alajuoksulta Ympäristöhallinnon HERTTA-tietokanta

6 1D hydrodynamic shear stress simulations 1) Open water 2) Different ice cover thicknesses: 5 cm, 10 cm, 20 cm, 30 cm, 40 cm 3) Smooth and rough ice cover: n ice = or n ice = ) Simulated river stretch 39 km: PIHLAVANLAHTI-HARJAVALTA Present status boundary conditions - Q = 260 m 3 /s = observed winter mean Downstream boundary +0.0 m (N60) = observed winter time mean water level Output -> average shear stress in every cross section in open water and ice-covered-river

7 Shear stress (τ) is in reality varying within a cross section 1D model calculates an average τ for the whole cross section (Chow 1959) γ, veden ominaispaino R, hydraulinen säde S f, energiaviivan kaltevuus (COE 1994)

8 Jääkannen vaikutus leikkausjännitykseen Hydraulinen säde pienenee jääkannen vaikutuksesta Energiaviivan kaltevuus kasvaa, koska jää padottaa vettä Leikkausjännitys pienenee tai kasvaa poikkileikkauksittain jääaikana avouomaan verrattuna + +

9 Influence of smooth ice-cover on shear stress in the river bed Smooth ice cover (n=0.012) vs. Open water, Q=260m 3 s -1 open water 5 cm ice cover Distance from the Kokemäenjoki River estuary (km) Smooth, thermally formed 5-40 cm thick icecover decreases average shear stress compared to open water situation Uoman eroosiopotentiaali pienenee jään alla

10 Influence of rough ice-cover on shear stress Shear stress, N/m Rough ice cover (n=0.03) vs. Open water, Q=260m 3 s -1 open water 40 cm ice-cover Distance from the Kokemäenjoki River estuary (km) The median shear stress is increasing due rough ice In part of the cross sections the shear stress is decreasing

11 Simulated Shear stress: open water vs. ice-covered river Shear stress (N/m 2 ) Present climate, Q =260 m /s open water 5-40 cm ice, n= cm ice, n= 0.03 Rough ice-cover 56% Open water Smooth ice-cover Rough ice-cover caused increase of shear stress in 56% and decrease in 44% of the total 291 cross sectionss Smooth ice cover decreased shear stress in all cross sections Percentage of cross sections (%)

12 Projected discharges of the Kokemäenjoki River due climate change PERIODI ILMASTO VIRTAAMA m 3 s -1 SKENAARIOT Control ARPEGE-HIRHAM Global models 407 HadCM3-HadRM 454 Mean winter discharge is expected to increase 27-77%

13 Projected shear stresses Mean shear stress during Dec.-Feb will increase % The erosion potential of the river bed increases Shear stress (N/m2) cm ice, 0.012, Present Q=260 5cm ice, 0.012, HIRHAM 5cm ice, 0.012, GLOB 5cm ice, 0.012, RCA Had Persentage of cross sections (%)

14 Tulokset ja pohdinta Jääkansi pienentää uoman pohjan eroosiota > Jääkansi pienentää sedimenttikuormitusta Jääkannen karkeus, paksuus ja uoman muoto vaikuttavat leikkausjännityksen suuruuteen Jatkuvatoiminen sameusmittaus yhdessä jäätilanteen mittauksen kanssa mahdollistaisi tarkemman analyysin jään vaikutuksista sedimenttiprosesseihin

15 Tulevaisuuden pohdinta Ilmastomuutos lisää erityisesti talvivirtaamia Uoman eroosiopotentiaali kasvaa Talvikuukausien sedimenttikuorma voi jopa kaksinkertaistua mennessä JÄÄTÖN AIKA VIRTAAMA MERIVEDEN KORKEUS 2100? HUUHTOUMA UOMAN EROOSIO SEDIMENTTI - KUORMA JOESTA TALVELLA

16 KIITOS! THIS STUDY ON RIVER ICE IS FINANCED BY THE MAJ AND TOR NESSLING FOUNDATION

Samankaltaiset tiedostot

JOKIJÄÄN JA JÄÄPATOJEN VAIKUTUS VEDENKORKEUKSIIN JA UOMAN KULUTUSVOIMIIN

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,