Loppuraportti Kari Kainua Heimo Vepsä

Transkriptio

1 Oulunsalo-Hailuoto tuulipuistohankkeen ja pengertien vesistövaikutusten mallinnus Loppuraportti Kari Kainua Heimo Vepsä

2 Sisältö Sivu 1. Johdanto ja toimeksianto Mallin kuvaus Laskenta-alue 6 4. Kalibrointi 8 5. Nykytila/ Merialueen vedenlaatu Jokien veden laatu Ravinnekuormitus ja jokien tuomat ainemäärät Virtaamat ja veden laatu Laskentajaksojen valinta Syystilanne Olosuhdetiedot Virtaus ja veden korkeus Vertailu aiempiin laskentatuloksiin Aineen kulkeutuminen Kesätilanne Olosuhdetiedot Virtaus ja vedenkorkeus Aineen kulkeutuminen Vedenvaihtuvuus Liminganlahdella Vaikutusalueet... 41

3 Sisältö Sivu 9. Aaltoeroosio Aallon korkeus Pohjastressi Virtauseroosio Virtauseroosio silta-aukoissa Pohja-aineksen kulkeutuminen Rakentamisen aikaiset vaikutukset Laskenta Väyläruoppaus Tuulivoimaloiden rakentaminen Pengerten rakentaminen Havaintoja ruoppausten/läjitysten vesistövaikutuksista Sedimentin haitallisten aineiden leviäminen Haittoja lieventävät toimenpiteet Kolmannen silta-aukon merkitys, Polkankarin lisäsilta-aukko Yhteenveto ja johtopäätökset.. 73

4 1. Johdanto ja toimeksianto Tämän raportin mallilaskennat liittyvät Oulunsalon ja Hailuodon välisen alueen kehittämiseen tähtäävän suunnitteluhankkeen YVAselvitysten tarpeisiin. Suunnitteluhankkeen osahankkeita ovat tuulivoimapuiston yleissuunnittelu YVA menettelyineen, liikenneyhteyden kehittämisen yleissuunnittelu ja sen YVA menettely sekä alueen osayleiskaavoitus. Tiehallinnon Oulun tiepiiri ja Keskusosuuskunta Oulun Seudun Sähkö Oy tilasivat Destia Oy:ltä Oulunsalon-Hailuodon välisen merialueen virtaus- ja vedenlaatumalliselvityksen. Virtaus- ja vedenlaatuselvityksen toteutti Pöyry Environment Oy. Destia Oy:ssä tehtävän koordinoijana toimi Heimo Rintamäki ja Pöyry Environment Oy:ssä selvityksen laatijoina Kari Kainua ja Heimo Vepsä. Työssä laskettiin vaikutuksia ns. maksimivaihtoehdolla, jossa kaikki tuulivoimalat (70 80 kpl) ja tiepenkere toteutetaan yhtä aikaa. Tarkastelu tehtiin kahdessa eri laskentatilanteessa, jotka olivat syystilanne ja kesätilanne.

5 2. Mallin kuvaus Mallinnustyökaluna käytettävä RMA2 on Yhdysvaltojen pioneerijoukkojen (USACE) Coastal and Hydraulics Laboratory:n (CHL) ylläpitämä ja Resource Management Associates-nimisen (RMA) ympäristö- ja insinöörialan konsultti-yrityksen edelleen kehittämä syvyyssuunnassa integroitu kaksiulotteinen (2 D) virtausmalli. Mallia on sovellettu vesistöjen virtausten ja vedenkorkeuksien laskentaan luonnontilaisissa ja säännöstellyissä vesistöissä, kuin myös erilaisten vesistörakenteiden aiheuttamien vaikutusten laskentaan (esim. siltapilarit, padot, vedenotto ja purku). Kaksiulotteisuudesta johtuen malli soveltuu parhaiten alueille, joissa virtaus tapahtuu pinnasta pohjaan pääsääntöisesti samaan suuntaan. Vedenlaadun laskenta toteutetaan syvyyssuunnassa integroidulla mallilla RMA4, joka käyttää RMA2:lla laskettuja virtausnopeuksia. Mallilla voidaan laskea aineen kulkeutumista ja sekoittumista vesistössä syvyyssuuntaisena pinnasta pohjaan tarkasteltavana keskipitoisuutena. Virtaus- ja vedenlaatumallien tulokset havainnollistetaan SMS-esi- ja jälkikäsittelijällä aikasarjoina, alueellisina jakaumakuvina ja animaatioina.

6 3. Laskenta-alue (1/2) Mallin laskenta-alue kattaa Pohjanlahden alueen. Mallin eteläreuna Ahvenanmaan pohjoispuolella toimii avoimena reunaehtona, jossa ulosvirtaava vesimäärä on sama kuin jokien mereen tuoma virtaama (eli tulovirtaamien aiheuttamaa vedenkorkeuden muutosta ei lasketa) Laskentahilan tarkkuus avomerellä on noin 7 kilometriä. Laskentapisteitä kaikkiaan kpl. Keskimääräinen hilakoko 3,4 km 2

7 3. Laskenta-alue (2/2) Lähialue Hailuodon ja mantereen väliselle alueelle on muodostettu kahdessa tasossa tarkennettu hila: Tuulipuiston alueella hilan erotustarkkuus vaihtelee välillä metriä, Hailuodon eteläpuolella ja Oulun edustalla noin 500 metriä.

8 4. Kalibrointi (1/4) Mallin alkukalibrointi tehtiin syyskuun myrskytilanteen tiedoilla, joilla varmennettiin laajan merialueen vaikutusten oikeellisuus lähinnä vedenkorkeuden laskennassa Tuuli- ja vedenkorkeustiedot koottiin kyseisen vuorokauden ajalta Ilmatieteen- ja merentutkimuslaitosten verkkosivuilta Laskettu vedenpinnan kallistuma (W Oulu -W etelä ) vastaa varsin hyvin havaittua, joskin vedenkorkeuden maksimiarvon ajankohta ei täsmää erot johtuvat varsin todennäköisesti siitä, että laskennassa ei huomioitu edellisinä vuorokausina vallinneita olosuhteita eikä alueellisesti vaihtelevia tuulia. Myrskyn mallinnus (RMA2) mallin arvot Oulussa lasketun maksimin kohdalta Nousu Oulu Raahe Pietarsaari RMA m 0.38 m 0.25 m Havaittu 0.8 m 0.4 m 0.27 m

9 4. Kalibrointi (2/4) Malli kalibroitiin YVA Oy:n vuonna 1992 tekemiin laskelmiin 1) ja 2000-luvun alussa laatimaan Perämerimalliin 2) perustuen Kalibrointi tehtiin lounais- ja luoteistuulilla 5 m/s ja siinä verrattiin Hailuodon läheisyyden virtausnopeuksia, -suuntaa ja virtaamamääriä Isomatalan-Varessäikän ja Oulunsalon-Hailuodon välisissä poikkileikkauksissa Lounaistuulella virtaamaksi Oulunsalon-Hailuodon leikkauksessa saatiin 2401 m 3 /s (YVA Oy 2850 m 3 /s), virtausnopeudet vastaavat hyvin toisiaan: 19.2 cm/s (YVA Oy 19.2 cm/s). Vesimäärien ero selittyy todennäköisesti virtauksen poikkipinta-alojen eroista mallien välillä Suurimmat erot virtaussuunnissa esiintyvät Oulun edustalla, jossa Perämerimallissa ei ole huomioitu saaria Perämerimallissa ei ole huomioitu saaria 1) Hailuodon siltahankkeen vesistövaikutusten arviointi. Väliraportti nro 1 2) Perämeren ekosysteemi- ja vedenlaatumallin käyttöohje

10 4. Kalibrointi (virtausnopeus ja suunta) (3/4) Perämerimallin (vas.) ja nykyisen laskennan virtausnopeudet lounaistuulella 5 m/s. Perämerimallin virtauksista on laskettu syvyyskeskiarvo ja arvot on interpoloitu alkuperäisestä 1.8 kilometrin hilasta 500 metrin välein. RMA2:n tulokset puolestaan on esitetty alkuperäistä harvemmassa tasavälisessä hilassa. Virtausnopeus Hailuodon eteläpuolella on maksimissaan 19.2 cm/s (YVA Oy 19.2 cm/s).

11 4. Kalibrointi (virtausnopeus ja suunta) (4/4) Perämerimallin (vas.) ja nykyisen laskennan virtausnopeudet luoteistuulella 5 m/s. Perämerimallin virtauksista on laskettu syvyyskeskiarvo ja arvot on interpoloitu alkuperäisestä 1.8 kilometrin hilasta 500 metrin välein. RMA2:n tulokset puolestaan on esitetty alkuperäistä harvemmassa tasavälisessä hilassa. Virtausnopeus Hailuodon eteläpuolella on maksimissaan 9.0 cm/s (YVA Oy 8.9 cm/s).

12 5. Nykytila Merialueen vedenlaatu (1/2) Heinä-elokuun vedenlaatu koko vesipatsaan keskiarvoina Veden laatu paranee selvästi rannikolta ulospäin Veden laatu paranee selvästi rannikolta ulospäin mentäessä Aivan rannikon tuntumassa jätevesikuormitus näkyy ajoittain kohonneina ravinnepitoisuuksina. Luodonselällä on havaittu myös ajoittain kohonneita ravinne- pitoisuuksia sekä pohjan tuntumassa hapen vajausta. Liminganlahden alue on rehevää ja matalaa.

13 5. Nykytila Merialueen vedenlaatu (2/2) Heinä-elokuun vedenlaatu koko vesipatsaan keskiarvoina Merialueella vesi on pääsääntöisesti kirkasta, mutta Merialueella vesi on pääsääntöisesti kirkasta, mutta lievää sameutta esiintyy Oulun edustalla, Kempeleenlahdella, Luodonselällä ja voimakkaimmin Liminganlahdella. Merialue on Hailuotoon asti pääosin lievästi rehevää. Uloimmat alueet ovat karuja.

14 6. Jokien veden laatu Jokivesien pitoisuudet Kokonaisfosfori Kokonaistyppi µg g/l 100 µg g/l I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Siikajoki 8-tien s Temmesjoki pohjapato 0 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Siikajoki 8-tien s Temmesjoki pohjapato Oulujoki Kiiminkij tien s Oulujoki Kiiminkij tien s Kiintoaine Sameus mg/l FNU I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Siikajoki 8-tien s Temmesjoki pohjapato 0 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Siikajoki 8-tien s Temmesjoki pohjapato Oulujoki Kiiminkij tien s Oulujoki Kiiminkij tien s Jokivesien ainepitoisuudet korkeita, erityisesti Siikajoen ja Temmesjoen osalta

15 7. Ravinnekuormitus ja jokien tuomat ainemäärät Ervastinrannan keskuspuhdistamo 0,7 kg P /d 164 kg N /d Haukiputaan vesi, Leton puhdistamo 0,7 kg P /d 60 kg N /d Oulun vesi, Taskilan puhdistamo Oulun Energia, Toppilan voimalaitokset Kemira Nuottasaaren alue 7 Yhteensä 43 kg P /d 1823 kg N /d Lakeuden keskuspuhdistamo 1,1 kg P /d 323 kg N /d 11 Siikajoki 10 Temmesjoki 245 kg P /d 89 kg P /d 4886 kg N /d 1333 kg N /d 9 Oulujoki 417 kg P /d kg N /d 8 Kiiminkijoki 145 kg P /d 2818 kg N /d

16 8.0 Virtaamat ja veden laatu Olosuhdetiedot, laskentajaksojen valinta Veden vaihtuvuuden ja rehevyyden kannalta herkimmät jaksot ovat avovesikaudella, jolloin virtausnopeudet ovat tuulten vaikutuksesta selvästi jääpeiteaikaa suurempia ja valon puute ei rajoita 500 m 3 /s Siikajoki Temmesjoki Oulujoki Kiiminkijoki 500 m 3 /s Siikajoki Temmesjoki Oulujoki Kiiminkijoki tuotantoa kuten talvella. 0 Avovesikaudelta valittiin tyypillistä kesätilannetta ( ) 16 m/s vastaava laskentajakso, missä jokien tulovirtaamat ovat pieniä ja tuulet 10 yleensä heikkoja. Tällöin myös vesi 8 on lämmintä ja säteily suurimmillaan, 6 jolloin vesistö on herkkä 4 ravinnelisäyksille. Vesistön 2 0 virkistyskäyttö on tällöin myös suurinta. 0.5 Syksyllä valunnan kasvaessa m 0.4 jokivirtaamat kasvavat, tuulisuus lisääntyy, vesi jäähtyy ja mahdollinen kerrostuneisuus purkaantuu. Vedenpinta nousee syksyä kohden. Tällaista jaksoa edustamaan valittiin aineistosta jakso Syksy on myös kalastuksen ja kalojen liikkeiden kannalta merkittävää aikaa Vedenkorkeus nopeus (m/s) suunta ( ) Kesä m/s nopeus (m/s) suunta ( ) m Vedenkorkeus Syksy

17 8.1 Virtaamat ja veden laatu Syystilanne, olosuhdetiedot (1/2) 14 Syystilanteena laskettiin Tuulitietoina käytettiin Oulun 4 Vihreäsaaren havaintoja 2 Laskentajakson alkaa etelänpuoleisilla tuulilla, kunnes toisen viikon aikana tuuli kääntyy luoteeseen ja voimistuu arvoon 14 m/s. Jakson lopulla on puolestaan lounaanpuoleista tuulta 8-12 m/s Jokivirtaamien vuorokausiarvot on esitetty kuvassa (varjostettu alue) Temmesjoen virtaama on SYKE:n vesistömallijärjestelmästä, muut havaittuja Laskennallinen vedenkorkeus vaihtelee laskentajakson aikana 70 cm ( m). 16 m/s nopeus (m/s) 45 suunta ( ) m 3 /s m Siikajoki Temmesjoki Oulujoki Kiiminkijoki Vedenkorkeus

18 8.1 Virtaamat ja veden laatu syystilanne Virtaus ja vedenkorkeus (1/2) Vedenvaihto mantereen ja Hailuodon välillä vaihteli laskentajaksolla välillä m 3 /s. Virtaama VE1:ssä on noin prosenttia pienempi kuin nykytilassa (alakuva). Muutokset ovat samaa suuruusluokkaa kuin aiemmin tehdyissä laskelmissa (dia 21) Vedenkorkeuteen ei pengerrys laskennan perusteella käytännössä vaikuta erot vaihtoehtojen välillä ovat vain muutaman senttimetrin luokkaa. m3/s Oulunsalo-Hailuoto 8000 VE VE VE1/VE0 Oulunsalo-Hailuoto 150 %

19 8.1 Virtaus ja veden laatu Syystilanne Virtaus ja vedenkorkeus (2/2) Virtausnopeudet silta-aukoissa ylittävät hetkellisesti arvon 0.5 m/s, nykytilanteessa nopeus jää vastaavissa pisteissä alle arvon 0.35 m/s. 0.7 m/s Läntinen silta-aukko Itäinen silta-aukko Klikkaa kuvaa vasemmalla kokoruutuanimaatiolle (1280x1024) tai nuolta alla (toisto ohjelmallisesti) Virtausanimaatio (VE1)

20 8.1 Virtaus ja veden laatu Syystilanne Maksimi virtausnopeus (cm/s) Hailuodon eteläpuolella sekä virtaamat (m 3 /s) Isomatala- Varessäikkä (Q IV ) ja Hailuoto- Oulunsalo (Q länsi +Q itä ) vakiotuululella 5 m/s. Lounaistuuli V max Q IV Q länsi +Q itä VE VE Luoteistuuli VE VE Vedenvaihto luoteistuulella pienenee 25%:lla. Virtausnopeus maksimivaihtoehdossa luoteistuulella 5 m/s.

21 8.1 Virtaus ja veden laatu Syystilanne Vertailu aiempiin laskelmiin Hailuodon ja Oulunsalon välistä tapahtuva vedenvaihto lounaistuulella 5 m/s nykytilassa ja maksimivaihtoehdolla (tuulivoimalat ja siltapenger) Nykytila VE m 3 /s 1918 m 3 /s 2850 m 3 /s 2183 m 3 /s YVA Oy:n laskema vedenvaihto (alempi rivi) on nykytilassa 19% ja penkereen kanssa 14% nykyistä laskentatulosta suurempi. Virtausnopeus maksimivaihtoehdossa lounaistuulella 5 m/s. Vedenvaihto lounaistuulella pienenee 21%:lla nykytilasta (YVA Oy:n laskenta 23%).

22 8.1 Virtaamat ja veden laatu Syystilanne Aineen kulkeutuminen (1/8) Aikasarjojen tulostuspisteiden sijainti Oulun edustalla

23 8.1 Virtaamat ja veden laatu Syystilanne Aineen kulkeutuminen (2/8) Typpipitoisuuden animaatio VE1 Klikkaa kuvaa oikealla Klikkaa kuvaa oikealla kokoruutuanimaatiolle (1280x1024) tai nuolta alla (toisto ohjelmallisesti)

24 8.1 Virtaamat ja veden laatu Syystilanne Aineen kulkeutuminen (3/8) Typpipitoisuus kasvaa Oulun edustalla keskimäärin 5-10 µg/l. Vain ajoittain pitoisuus laskee nykytilaan verrattuna. Merkittävintä nousu on laskennan lopun lounaistuulitilanteessa (n. 40 µg/l), jolloin nykytilanteen puhdistava virtaus Hailuodon eteläpuolelta kohti pohjoista hidastuu pengertien vaikutuksesta. KokN muutos VE1-VE0 40 µg/l Kempeleenlahti OE49 Nuottasaaren edusta OE44 Välimatala OE59 Kolmikulma OUVY5 Toppilansalmen edus OE39 Santosen pohj puol OE60 Piispanleton edusta OE47 Kotakari OE92 Virpiniemen edusta OE56 Hailuodon ed int.asema Letto Liminganlahti 12 Santosen eteläpuoli OE90 Luodonselkä OE85 Liminganlahti 21 Oulunselkä OE2 Kropsu OE93 Haukiputaan ed OUVY-7 Haukiputaan edust 1 KIE1 Hailuodon ed OUVY-4A Haukiputaan edusta KIE12

25 8.1 Virtaamat ja veden laatu Syystilanne Kok. N muutos (4/8) Klikkaa kuvaa oikealla Klikkaa kuvaa oikealla kokoruutuanimaatiolle (1280x1024) tai nuolta alla (toisto ohjelmallisesti)

26 8.1 Virtaamat ja veden laatu Syystilanne Kok.P muutos (5/8) Fosforipitoisuus kasvaa Oulun edustalla keskimäärin µg/l. Maksimikasvu noin 1.5 µg/l penkereen pohjoispuolisella alueella. KokP muutos VE1-VE0 1.2 µg/l Kempeleenlahti OE49 Nuottasaaren edusta OE44 Välimatala OE59 Kolmikulma OUVY5 Toppilansalmen edus OE39 Santosen pohj puol OE60 Piispanleton edusta OE47 Kotakari OE92 Virpiniemen edusta OE56 Hailuodon ed int.asema Letto Liminganlahti 12 Santosen eteläpuoli OE90 Luodonselkä OE85 Liminganlahti 21 Oulunselkä OE2 Kropsu OE93 Haukiputaan ed OUVY-7 Haukiputaan edust 1 KIE1 Hailuodon ed OUVY-4A Haukiputaan edusta KIE12

27 8.1 Virtaamat ja veden laatu Syystilanne Kok. P muutos (6/8) Klikkaa kuvaa oikealla Klikkaa kuvaa oikealla kokoruutuanimaatiolle (1280x1024) tai nuolta alla (toisto ohjelmallisesti)

28 8.1 Virtaamat ja veden laatu Syystilanne Kiintoaine muutos (7/8) Kiintoainepitoisuus kasvaa Oulun edustalla keskimäärin 0.03 mg/l. Maksimikasvu noin 0.2 mg/l penkereen pohjoispuolisella alueella. kiintoaine muutos VE1-VE mg/l Kempeleenlahti OE49 Nuottasaaren edusta OE44 Välimatala OE59 Kolmikulma OUVY5 Toppilansalmen edus OE39 Santosen pohj puol OE60 Piispanleton edusta OE47 Kotakari OE92 Virpiniemen edusta OE56 Hailuodon ed int.asema Letto Liminganlahti 12 Santosen eteläpuoli OE Luodonselkä OE85 Liminganlahti 21 Oulunselkä OE Kropsu OE93 Haukiputaan ed OUVY-7 Haukiputaan edust 1 KIE1 Hailuodon ed OUVY-4A Haukiputaan edusta KIE12

29 8.1 Virtaamat ja veden laatu Syystilanne Kiintoaine muutos (8/8) Klikkaa kuvaa oikealla Klikkaa kuvaa oikealla kokoruutuanimaatiolle (1280x1024)

30 8.2 Virtaamat ja veden laatu Kesätilanne Olosuhdetiedot (1/2) Kesätilanteena laskettiin Tuulitietoina käytettiin Oulun 10 Vihreäsaaren havaintoja 8 Laskentajakson aikana tuulen nopeus vaihtelee pääosin 2 6 m/s heinäkuun kolmannen viikon ja elokuun puolivälin länsilounaanpuoleisia kovempituulisia jaksoja. Jokivirtaamien vuorokausiarvot on esitetty kuvassa (varjostettu alue) Temmesjoen virtaama on SYKE:n vesistömallijärjestelmästä, muut havaittuja m/s nopeus (m/s) suunta ( ) m 3 /s Siikajoki Temmesjoki Oulujoki Kiiminkijoki

31 8.2 Virtaamat ja veden laatu Kesätilanne, olosuhdetiedot (2/2) Laskennallinen vedenkorkeus vaihtelee laskentajakson aikana 60 cm ( m). 0.5 m Vedenkorkeus

32 8.2 Virtaamat ja veden laatu Kesätilanne Virtaus ja vedenkorkeus Vedenvaihto mantereen ja Hailuodon välillä vaihteli laskentajaksolla välillä m 3 /s lukuun ottamatta laskentajakson loppua, jolloin tuulen nopeus kasvoi arvoon 16 m/s. m 3 /s VE0 VE1 Oulunsalo-Hailuoto Virtaama VE1:ssä on noin 20 prosenttia pienempi kuin nykytilassa (alakuva). Muutokset ovat samaa suuruusluokkaa kuin syysjaksolle lasketut VE1/VE0 Oulunsalo-Hailuoto

33 8.2 Virtaamat ja veden laatu Kesätilanne kulkeutuminen Kok. P muutos Klikkaa kuvaa oikealla Klikkaa kuvaa oikealla kokoruutuanimaatiolle (1280x1024) tai nuolta alla (toisto ohjelmallisesti)

34 8.2 Virtaamat ja veden laatu Kesätilanne kulkeutuminen Kok. P muutos Kesän vähätuulisempana aikana vaikutukset ovat vähäisempiä kuin syksyllä. Kesän laskentajaksolla penkereen pohjoispuolella fosforipitoisuudet kasvavat µg/l, hetkellisesti µg/l, eteläpuolella pitoisuudet vastaavasti pienenevät 0.8 µg/l KokP muutos VE1-VE0 Kempeleenlahti OE49 Nuottasaaren edusta OE44 Välimatala OE59 Kolmikulma OUVY5 Toppilansalmen edus OE39 Santosen pohj puol OE60 Piispanleton edusta OE47 Kotakari OE92 Virpiniemen edusta OE56 Hailuodon ed int.asema Letto Liminganlahti 12 Santosen eteläpuoli OE90 Luodonselkä OE85 Liminganlahti 21 Oulunselkä OE2 Kropsu OE93 Haukiputaan ed OUVY-7 Haukiputaan edust 1 KIE1 Hailuodon ed OUVY-4A Haukiputaan edusta KIE12

35 8.2 Virtaamat ja veden laatu Kesätilanne kulkeutuminen Kok. N muutos Klikkaa kuvaa oikealla Klikkaa kuvaa oikealla kokoruutuanimaatiolle (1280x1024) tai nuolta alla (toisto ohjelmallisesti)

36 8.2 Virtaamat ja veden laatu Kesätilanne kulkeutuminen Kok. N muutos Suurimmat nousut ovat Kolmikulman alueella, hetkellisesti maksimi noin µg/l, kun taas penkereen eteläpuolella ja Välimatalan alueella pitoisuudet pienenevät. Tilanne vaihtelee nopeasti tuulitilanteesta riippuen µg/l KokN muutos VE1-VE0 Kempeleenlahti OE49 Nuottasaaren edusta OE44 Välimatala OE59 Kolmikulma OUVY5 Toppilansalmen edus OE39 Santosen pohj puol OE60 Piispanleton edusta OE47 Kotakari OE92 Virpiniemen edusta OE56 Hailuodon ed int.asema Letto Liminganlahti 12 Santosen eteläpuoli OE90 Luodonselkä OE Liminganlahti 21 Oulunselkä OE2 Kropsu OE93 Haukiputaan ed OUVY-7 Haukiputaan edust 1 KIE1 Hailuodon ed OUVY-4A Haukiputaan edusta KIE12

37 8.2 Virtaamat ja veden laatu Kesätilanne kulkeutuminen Ka muutos Klikkaa kuvaa oikealla Klikkaa kuvaa oikealla kokoruutuanimaatiolle (1280x1024) tai nuolta alla (toisto ohjelmallisesti)

38 8.2 Virtaamat ja veden laatu Kesätilanne kulkeutuminen Ka muutos Kiintoainepitoisuuden muutos Oulun edustalla on varsin pientä. Maksimimuutos on noin 0.06 mg/l penkereen pohjoispuolisella alueella mg/l kiintoaine muutos VE1-VE0 Kempeleenlahti OE49 Nuottasaaren edusta OE44 Välimatala OE59 Kolmikulma OUVY5 Toppilansalmen edus OE39 Santosen pohj puol OE60 Piispanleton edusta OE47 Kotakari OE92 Virpiniemen edusta OE56 Hailuodon ed int.asema Letto Liminganlahti 12 Santosen eteläpuoli OE90 Luodonselkä OE85 Liminganlahti 21 Oulunselkä OE2 Kropsu OE93 Haukiputaan ed OUVY-7 Haukiputaan edust 1 KIE1 Hailuodon ed OUVY-4A Haukiputaan edusta KIE12

39 8.3 Vedenvaihtuvuus Liminganlahdella (1/2) Veden vaihtuvuudessa Liminganlahden ja Luodonselän välillä ei tapahdu merkittävää muutosta. Vaihtelu on prosentin suuruusluokkaa. Virtaama on laskettu Aurannokka-Koppana väliselle leikkaukselle. Kesällä välillä % olevien muutosten keskiarvo on 97.3% (kaikkien arvojen k.a.113%) eli vedenvaihto pienenee noin 3%. Syksyllä keskiarvot ovat vastaavasti 97.7% (122%) m 3 /s 1400 VE0 VE1 Vedenvaihto Liminganlahti-Luodonselkä kesä 150 % Vedenvaihto Liminganlahti-Luodonselkä (VE1/VE0) Leikkaus m 3 /s 1600 VE0 VE1 Vedenvaihto Liminganlahti-Luodonselkä (m 3 /s) syksy 150 % Vedenvaihto Liminganlahti-Luodonselkä (VE1/VE0)

40 8.3 Vedenvaihtuvuus Liminganlahdella (2/2) Virtausnopeudet hetkellisesti pienevät ja hetkellisesti kasvat, muutosten ollessa valtaosan aikaa alle cm/s. Veden ainepitoisuudetkaan Luodonselällä eivät merkittävästi muutu, joten vaikutukset Liminganlahden veden laatuun jäävät vähäisiksi Klikkaa kuvaa oikealla kokoruutuanimaatiolle (1280x1024) tai nuolta alla (toisto ohjelmallisesti)

41 8.4 Vaikutusalueet Veteen suspendoituneet/liuenneet aineet kulkeutuvat virtausten mukana. Virtausten vaihdellessa nopeasti myös ainepitoisuudet vaihtelevat samalla syklillä, jolloin myös vaikutusten osalta tilanne on hyvin dynaaminen, kuten animaatioista hyvin selviää. Voimakkuudeltaan ja kestoltaan erilaisia vaikutuksia ilmenee tarkastelualueen eri osissa. Yleisesti ottaen ravinnepitoisuuksien muutokset ovat aika pieniä ja niiden vaikutusten rehevyystason arvioidaan jäävän vähäiseksi planktisen levästön osalta. Seuraavalla kalvolla on esitetty ne alueet, joilla kokonaisfosforipitoisuuden muutos on yli 0,5 µg/l ja kokonaistyppipitoisuuden muutos yli 15 µg/l yli 5 %:n kestolla laskentaajasta. Tulovesien ja taustapitoisuuden suhteista riippuen typen ja fosforin vaikutusalueet ovat hieman erilaisia; typen vaikutusalue sijaitsee Oulun edustalla kun taas pienet muutokset fosforipitoisten Siikajoen vesien leviämisessä näkyvät Luodonselän eteläosassa. Vaikutuksiltaan fosfori on rehevyyden kannalta merkittävämpi ravinne, joskin molemmilla ravinteilla on rannikolla merkitystä, voidaan vaikutusalueiksi rajata Luodonselän eteläosa ja penkereen pohjoispuolinen merialue. Siikajoen edustalla ravinteita on ylimäärin, joten päävaikutusalue on penkereen pohjoispuoli. Nostamalla fosforipitoisuuden vaikutusraja yli 0,75 µg/l poistuu samalla frekvenssivälillä vaikutusalue kokonaan kartoilta. Syksyllä typen vaikutusalue on hieman laajempi, kun taas fosforin osalta tilanne on päinvastainen.

42 8.4 Vaikutusalueet Kesä, KokP VE1-VE0 pitoisuuseron 0.5 µg/l ylitysten ajallinen prosenttiosuus Kesä, KokN VE1-VE0 pitoisuuseron 15 µg/l ylitysten ajallinen prosenttiosuus

43 9. Aaltoeroosio Aallonkorkeus, laskenta (1/3) Laskentaperiaate Aallokossa tapahtuvat muutokset arvioidaan tuulen vapaaseen pyyhkäisymatkaan perustuen Kullekin tuulensuunnalle ja laskentapisteelle lasketaan 15 etäisyyttä rantaan tai esteeseen tuulen tulosuuntaan kohdistuvassa 84 asteen sektorissa. Etäisyyksien painotettu keskiarvo on tehoisa pyyhkäisymatka F eff Pyyhkäisymatkasta lasketaan lineaarisen aaltoteorian kaavojen (liite 1) mukaiset aallon korkeus, jakso, pituus ja kehävirtauksen nopeus u o pohjalla u 0 = πh T sinh s s ( kh) missä H s on aallon korkeus,t s on jakso, k aaltoluku (2π /L s ), L s aallon pituus ja h vesisyyys Kehävirtausnopeudesta lasketaan pohjastressi kaavasta τ = ρ C bw d u 2 o missä ρ on veden tiheys ja C d kitkakerroin ( 0.015).

44 9. Aaltoeroosio Aallonkorkeus (2/3) Aallon korkeus etelätuulella 10 m/s Nykytila Maksimivaihtoehto Merentutkimuslaitos on arvioinut laskennalliseksi suurimmiksi aallonkorkeuksiksi Hailuoto-Siikajoki alueella 1,4 m ja Kellon Kraaselin alueella 0,9 m 1) 1) Pettersson 1997, cit. Offshore-tuulivoimala Perämeren jääolosuhteissa, VTT julkaisuja 828

45 9. Aaltoeroosio Aallonkorkeus (3/3) Aallon korkeus luoteistuulella 10 m/s Nykytila Maksimivaihtoehto Navakalla 10 m/s tuulella nykytilassa aallon korkeus luokkaa 0,8 m. Penger varjostaa siten, että tuulen alapuolella aallon korkeus pienenee cm riippuen penkereen etäisyydestä. Vaikutus kohdistuu eniten luoteistuulella Oulunsalon luoteisrannalle ja etelätuulella Oulun edustalle sekä penkereen lähirannoille.

46 9. Aaltoeroosio Pohjastressi Aallokon aiheuttama pohjastressi etelätuulella 10 m/s Huom! Kuvan skaala on logaritminen, eli arvo -2 vastaa pohjastressin arvoa 10-2 Pascalia Nykytila Maksimivaihtoehto Aallon korkeuden muutokset heijastuvat matalilla alueilla pohjastressin muutoksina, mikä vähentää hieman pohjaeroosiota k.o. alueilla

47 9. Aaltoeroosio Pohjastressi Penkereen lähialueen lisäksi suurimmat muutokset pohjastressissä esiintyvät Kraaselin-Kotakarin ja Lumijoenselällä Karvonlahden ja Lamukarinmatalan alueilla. Kuvassa on esitetty alueet, joissa pohjastressi on yli 0.1 Pa (eroosioalueet) siten, että kuviin on yhdistetty kaikillla (pää- ja väli-ilmansuunnilla) lasketut tulokset. Varjostetuilla alueilla eroosiovoimat pienenevät.

48 10. Virtauseroosio Laskenta Virtauksen aiheuttama pohjastressi voidaan arvioida mallilla lasketun nopeuden syvyyskeskiarvosta U kaavalla (van Rijn) τ = bc ρ w gn 2 U 2 h 1/3 missä ρ w on veden tiheys, h on syvyys ja n pohjan karkeutta kuvaava Manningin kerroin Pohjasta erodoituvaa ainesmäärää kuvataan usein verrannollisena pohjastressiin kaavan E mukaisesti. = A(τ τ ) bc cr a tai E τ bc τ cr = A τ τ cr missä A ja a ovat kertoimia ja cr kriittinen pohjastressi, jota pienemmillä arvoilla eroosiota τ ei tapahdu. Kertoimen a arvo koheesiopohjille on noin 1 ja löyhille sedimentaatiopohjille 1.5. Hienojakoiselle hiekalle on kriittiselle pohjastressille esitetty arvoa 0.1 Pa 1) a 1) Tahirih Lackey and Jarrell Smith 2008, Application of the particle tracking model to predict the fate of dredged suspended sediment at the Willamette river.

49 10.1 Virtauseroosio silta-aukoissa Virtausnopeuden muutos (m/s) maksimivaihtoehdon ja nykytilan välillä lounaistuulella 5 m/s (maksimivaihtoehto nykytila).

50 10.1 Virtauseroosio silta-aukoissa Kohtalaisella 5 m/s lounaistuulella silta-aukoissa virtausnopeudet kasvavat noin 0,2 m/s. Kovalla tuulella virtausnopeudet nousevat silta-aukoissa yli 0,6 m/s. Tämä aiheuttaa silta-aukoissa ja niiden välittömässä läheisyydessä epävakautta jäätilanteessa. Virtausnopeuden muutos (m/s) maksimivaihtoehdon ja nykytilan välillä luoteistuulella 5 m/s (maksimivaihtoehto nykytila).

51 10.1 Virtauseroosio silta-aukoissa Virtaus kasvattaa pohjaeroosiota, jota saattaa esiintyä vielä 2.5 kilometrin etäisyydellä silta-aukoista. Kuvassa on tilanne laskennan loppupuolelta (22. lokakuuta, tuuli 13 m/s) Nykytila VE1 Sinisellä alueella leikkausjännitys ylittää arvon 0.1 Pa Nykytilanteessa suurimmat pohjastressin arvot esiintyvät Hailuodon eteläpuolella. VE1-vaihtoehdossa stressi pienenee tiepenkereen pienentäessä virtausnopeuksia Hailuodon eteläpuolella.

52 10.2 Pohja-aineksen kulkeutuminen Hienon hiekan eroosion käynnistymiselle kriittisenä arvona pidetty 0.1 Pa ylittyy laskentajakson aikana noin 20 prosenttia ajasta. Ylityksiä on vain muutamia tuulen nopeuden ollessa alle 5 m/s. Myös nykytilanteessa ylittyy itäisen aukon alueella arvo 0.1 Pa ajoittain alueen mataluudesta johtuen (4% ajasta). Taulukossa on esitetty ylittymisten tiheys silta-aukoissa eri leikkausjännityksen arvoille (VE1). τ cr Läntinen Itäinen % 23 % % 9 % % 4 % % 2 % % 1 % VE1, virtauksen pohjastressi 0.7 Pa Läntinen silta-aukko Itäinen silta-aukko VE0, virtauksen pohjastressi Pa Sedimenttikerroksen paksuuden kasvaessa ja pohja-aineksen pakkautuessa, jolloin koheesiovoimat kasvavat, on kriittisen leikkausjännityksen havaittu kasvavan jopa yli yhteen Pascaliin 1). Tällaisille pohjatyypeille ei eroosiota tapahtuisi alueella lainkaan. Silta-aukkojen virtaukset liikuttelevat pohjahiekkoja silta-aukkojen läheisyydessä. 1) Gary Parker and Marcelo H Garcia 2005, 4th IAHR symposium on river, coastal and estuarine morphodynamics, volume 1, sivu 273

53 10.2 Pohja-aineksen kulkeutuminen Erodoituvasta ainemäärästä voidaan antaa vain karkea arvio, koska kaavoissa esiintyviin kertoimiin liittyy suurta vaihtelua mm. pohjan laadusta riippuen. Esimerkiksi kaavan τ bc E = A 0.1 soveltaminen eri aineistoihin johtaa kertoimen A kertaluokkaa olevaan vaihteluväliin 1). Vaihteluväliltään eroosiomäärä on maksimivirtaustilanteessa (22.10) k.o. julkaisun parametriarvoja käytettäessä g/m 2 d läntisen silta-aukon pohjoispuolella. (laskettuna kertoimen A arvoilla 0.85 ja 8.5) Arvio pohjasta irtautuvasta ainemäärästä (g/m 2 d) ) Gary Parker and Marcelo H Garcia 2005, 4th IAHR symposium on river, coastal and estuarine morphodynamics, volume 1, sivu 273

54 10.2 Pohjaeroosio Aallokon aiheuttamalla pohjavirtauksella on suurempi merkitys eroosioissa kuin tuulivirtauksilla. Hailuodon eteläkärjen ja Siikajokisuun alueelle hanke ei pienenä aaltoeroosiota. Aallokon aiheuttama eroosiomäärä voi olla yli kolminkertainen virtauksen aiheuttamaan verrattuna. Tuulivirtaus Aallokko Tuulivirtausten (vas.) ja aallokon (VE0) aiheuttama pohjastressi lounaistuulella 13 m/s ( ).