Pintavesien hydrologia Käsittää pintavesien virtaukset ja niihin liittyvät ilmiöt, joissa, järvissä sekä maan pinnalla. Veden lämpötila Vedenkorkeus Valunta-virtaama ja niiden mittaaminen
Sataneen veden pitkä tie virtaamaksi Sadanta Interseptio ja varastoituminen maan pinnalle Sadantaylijäämä Infiltraatio Evapotranspiraatio Pintavalunta Pinnanalainen valunta Suodanta Nopea pinnanalainen valunta Hidas pinnanalainen valunta Pohjavesivalunta Välitön valunta Pohjavalunta Kokonaisvirtaama
Veden lämpötila Veden lämpötila vaikuttaa mm. Haihdunnan voimakkuuteen Vesimassan energiataseeseen Veden laatuun Pintaveden lämpötilaa avovesikaudella: päivittäin noin 30 asemalla. Pisimmät pintalämpötilan havaintosarjat alkavat 1910-luvulta. Tunnetuin on Saimaan Lauritsalan sarja, joka luotettavana vuodesta 1924 alkaen.
Kaikkiaan hydrologisessa tietorekisterissä on pintaveden lämpötilatietoja noin 80 kohteesta. Pintaveden lämpötilan mittauspaikat sijaitsevat yleensä vedenkorkeusasteikkojen yhteydessä. Lisäksi järvien pystysuuntainen lämpötilajakauma mitataan kolme kertaa kuukaudessa ympäri vuoden yhdeksän järvisyvänteen kohdalla. Mittaukset tehdään aamuisin klo 8 rannan tuntumassa 20 sentin syvyydestä. Miltei kaikilla havaintopaikalla on nykyisin mittalaitteena kelluva automaattinen pintaveden lämpötila-anturi reaaliaikaisella tiedonsiirrolla. Muutamilla Lapin asemilla pintaveden lämpötilaa havaitaan vielä manuaalisesti digitaalimittareilla, joiden anturi on 1-2 metrin pituisen kaapelin päässä.
Veden lämpötilaan vaikuttavat tekijät Järven lämpöoloihin vaikuttavat fysikaaliset prosessit. SW on tuleva lyhytaaltoinen säteily SW on heijastuva lyhytaaltoinen säteily LW on tuleva pitkäaaltoinen säteily LW on heijastuva pitkäaaltoinen säteily ja vedenpinnan lähettämä lämpösäteily H e on latenttilämpövuo H C on havaittava lämpövuo ja H m on sedimentin lämpövuo. SYKE, 2002. Suomen vesistöjen lämpötilaolot 1900-luvulla
Lämpöenergiaa voi siirtyä faasin muutoksissa, säteilemällä johtumalla, ku1jettumalla tai diffuusion avulla. Tietyssä pisteessä olevan vesipartikkelin lämpötilan määrää lämmön vaihtuminen sekä siirtyminen lähiympäristön kanssa. Näitä lämpöoloja muokkaavia tekijöitä ovat 1yhyt- ja pitkäaaltoinen säteily ja niiden absorptio, latentti lämmön vaihtuminen (haihtuminen/tiivistyminen), havaittava lämmön vaihtuminen, sedimentin ja veden välinen lämmön vaihtuminen, tuulen aiheuttama sekoittuminen, advektio, konvektio sekä diffuusio.
Veden lämpötilamittaukset Lämpötilamittausten syvyydet 0.2 m: pintaveden lämpötila 1-20 m: metrin välein 20-50 m: kahden metrin välein 50 m-> : viiden metrin välein Lisäksi: 0.5 m pohjan yläpuolella pohjan lämpötila
SYKE, 2002. Suomen vesistöjen lämpötilaolot 1900-luvulla
Kallaveden vuotuiset lämpötilavaihtelut (Pohjois-Savon ympäristokeskus)
Järven pintalämpötilan satelliittimittaukset Rannan pintaveden lämpötila- ja lämpötilaluotausmittausten lisäksi on saatavilla satelliittikuvia järven pintalämpötilan alueellisen vaihtelun arvioimiseksi. Satelliittikuvia saadaan NOAA -satelliitista ja SYKEn kaukokartoitusryhmässä kuvat jatkokäsitellään lämpötilakartoiksi. Kuvien prosessointiohjelma on tarkoitettu merialueille, mutta sitä voi käyttää myös suurimmille järville. Resoluutio on neliökilometrin luokkaa, joten saaret ja rannat aiheuttavat virhettä lämpötila-arvoihin. Satelliittikuvat ovat hyvin riippuvaisia pilvisyydestä, joten hyviä käyttökelpoisia kuvia saa vain pilvettömällä säällä. Satelliitit ylittävät Suomen muutamia kertoja päivässä, kesäaikaan aamuisin (noin klo 7-9), iltapäivisin (klo 14-15) ja alkuillasta (klo 16-18).
Pintaveden lämpötilavaihtelut: satelliitit 2003-05-11 2003-06-08 2003-07-18 (SYKE, 2003)
Vedenkorkeus Vedenkorkeuden mittaamisen merkitys Yleinen vesivarojen seuranta Kaavoitus- ja rantojen käytön suunnittelu Vesitase-, säännöstely, ym. laskelmat Tulvaennusteet Virtaaman mittaus muu käyttö: liikenne, virkistykäyttö, suojelu Termejä: HW-ylivesi, tietyn ajanjakson suurin vedenkorkeus MW- keskivesi, tietyn ajanjakson vedenkorkeuksien keskiarvot NW-alivesi, alivesi, tietyn ajanjakson matalin vedenkorkeus
Vedenkorkeus: mittausmenetelmät Manuaaliset menetemät Luetaan vedenkorkeus kiinteästi asetetulta asteikolta Mitataan vedenkorkeus pohjassa olevasta kiintopisteestä eli ns. pohjapaalusta Mitataan vedenkorkeus pinnan yläpuolella olevasta kiintopisteestä esim. sillassa olevasta merkistä Rekisteröivät mittaukset (Limnigrafit,Mareografit) Uimuri Paineanturi Pneumaattinen mittari Kaikuluotain
Vedenkorkeus: mittatikku ja pohjapaalu
Limnigrafi: laitteisto
Limnigrafi: asennus
Vedenkorkeuden mittaaminen: Mareografi Ilmatieteen laitos mittaa meriveden korkeutta Suomen rannikolla neljällätoista asemalla eli mareografilla. Mareografit on sijoitettu riittävän lähelle toisiaan, jotta vedenkorkeuden muutokset voidaan laskea melko tarkasti koko Suomen rannikkoalueella. Mittaustoiminta alkoi Hangossa vuonna 1887 ja Helsingissä 1904. Muut asemat perustettiin 1920-luvulla paitsi Raumalle 1933. Aluksi rekisteröintilaitteet olivat paperirullille piirtäviä ja havainnot luettiin niiltä kuukauden välein. Nykyisin havainnot kerätään mareografien digitaalisilta, automaattisesti rekisteröiviltä tallennuslaitteilta reaaliajassa.
Merenpinnan korkeutta mitataan mareografi rakennuksen sisällä olevassa syvässä kaivossa, jonka yhdistää mereen riittävän syvällä kulkeva kapea putki. Yhdys- eli vaimennusputken tarkoituksena on poistaa aallokon vaikutukset vedenpinnan korkeuteen. Mittauskaivossa kelluva uimuri nousee ja laskee vedenpinnan muutosten mukana. Uimurin liike välittyy vastapainoon yhdistetyn reikänauhavaijerin ja kooderin kautta rekisteröintilaitteelle.
Vedenkorkeustietoja käytetään muun muassa merikartoituksessa, meri- ja rannikkoalueen rakennustoiminnassa sekä satama- ja väyläsuunnittelussa. Reaaliaikaiset havainnot liittyvät meriturvallisuuteen ja niitä tarvitaan merenkulkua varten. Vedenkorkeushavaintoja hyödynnetään ennustemallien kehittämisessä. Ennusteet auttavat esimerkiksi rannikkotulviin varautumisessa. Pitkien aikasarjojen avulla tutkitaan ilmastonmuutoksen vaikutuksia Itämeren vedenkorkeuteen sekä jääkauden jälkeistä maankohoamista.
Mareografiasemat: Föglö Degerby 1923 Hamina Pitäjänsaari 1928 Hanko Pikku Kolalahti 1887 Helsinki Kaivopuisto 1904 Kaskinen Ådskär 1926 Kemi Ajos 1922 Oulu Toppila 1922 Pietarsaari Leppäluoto 1922 Pori Mäntyluoto Kallo 1925 Porvoo Emäsalo Vaarlahti 2014 Raahe Lapaluoto 1922 Rauma Ulko-Petäjäs 1933 Turku Ruissalo Saaronniemi 1922 Vaasa Vaskiluoto 1922
Vedenkorkeusjärjestelmät Korkeusasteikko perustettaessa määritetään asteikon nollapisteen korkeustaso vaaitsemalla valtakunnallisesta kiintopisteestä Valtakunnalliset korkeusjärjestelmät perustuvat geodeettisen laitoksen tarkkavaaituksiin Korkeusjärjestelmät vaihtelevat korkeutta määriteltäessä aina tiedettävä mihin korkeusjärjestelmään tulokset sidottu
Vedenkorkeusjärjestelmät NN (Normaali Nolla) - perustuu 1. valtakunnalliseen tarkkavaaitukseen (1892-1910) N43 - perustuu vuosina 1935-1955 tehtyyn tarkkavaaitukseen N60 - perustuu vuoteen 1960 mennessä tehtyihin vaaituksiin N2000 tulossa uusi korkeusjärjestelmä, joka perustuu kolmanteen tarkkavaaitukseen (1978-2004); eepokiksi sovittu vuosi 2000 Paikalliset korkeusjärjestelmät - useilla kaupungeilla omansa
Meren keskivesi Teoreettinen meren keskivesi eli MW-taso, pitkän aikavälin keskiarvo tietyllä paikalla ja hetkellä Keskiveden aleneminen: Merenkurkku, Perämeri 7-8 mm/a, Suomenlahti 2-4 mm/a
Meriveden keskimääräinen korkeus on laskenut näiden järjestelmien suhteen. Sen vuoksi on otettu käyttöön nk. teoreettinen keskivesi (MW). Teoreettinen keskivesi (MW) on käytännön tarpeita varten tehty ennuste vedenkorkeuden pitkäaikaisesta keskiarvosta (täsmällisemmin odotusarvosta). Siinä on otettu huomioon maan kohoaminen, maailmanlaajuinen merenpinnan nousu sekä Itämeren kokonaisvesimäärän muutokset. Näiden muutosten vuoksi teoreettisen keskiveden nollataso ei ole vakio. Teoreettinen keskivesi ei myöskään aina muutu vakionopeudella vuodesta toiseen, koska merenpinnan nousunopeudessa ja Itämeren kokonaisvesimäärän vaihteluissa tapahtuu muutoksia. Ilmatieteen laitos vahvistaa teoreettisen keskiveden korkeuden vuosittain, jolloin apuna käytetään uusinta tutkimustietoa siihen vaikuttavien tekijöiden havaituista ja tulevista muutoksista. Teoreettista keskivettä käytetään Suomessa useimmiten ilmoitettaessa meriveden korkeustietoja esimerkiksi internetissä, radiossa ja sanomalehdissä.
Vesistöjen vedenkorkeuden mittaaminen Vesistöjen vedenkorkeuden seurantaohjelmaan kuuluu noin 310 asemaa, joista noin 240 on Suomen ympäristökeskuksen (SYKE) ja alueellisten elinkeino-, liikenne- ja ympäristökeskusten ylläpitämiä. Tärkeimmät ulkopuoliset tiedontuottajat ovat vesivoimayhtiöt, vesihuolto-organisaatiot ja merenkulkuhallinto. Kaikkiaan hydrologisessa tietorekisterissä on vedenkorkeushavaintoja noin 1500 kohteesta. Pisin havaintosarja on alkanut vuonna 1847. Vedenkorkeuden mittaukset ovat päivittäisiä, ja suurin osa asemista on varustettu jatkuvatoimisilla automaattimittareilla. Osalla asemista vedenkorkeus mitataan limnigrafilla eli mekaanisella piirturilla, joka piirtää paperille käyrää vedenkorkeuden muutoksista.
Vedenkorkeudet esitetään rekisterissä senttimetreinä yleensä ns. asteikkolukemina eli vedenkorkeusasteikon kantanollapisteestä ylöspäin. Mittauspaikan perustamisen yhteydessä on määritelty asteikon kantanollapisteen korkeus meren keskivedenpinnasta vaaitsemalla korkeuskiintopisteestä. Tarvittaessa vedenkorkeudet voi muuntaa asteikkolukemista haluttuun valtakunnalliseen korkeusjärjestelmään kantanollapisteen korkeustiedon avulla. Korkeusjärjestelmiä on käytössä neljä: N60-, N43-, NN- ja LNjärjestelmä. Lähivuosina käyttöön tulee N2000-järjestelmä. Lupapäätöksien perusteella tehtävät vedenkorkeushavainnot esitetään yleensä luvassa mainitussa korkeusjärjestelmässä.
SYKEn ja alueellisten ELY-keskusten ylläpitämät vedenkorkeusasemat jakautuvat käytettävien mittalaitteiden ja mittaustekniikan osalta likimain seuraavasti: Manuaaliset mittaukset noin 40 asemalla (15 asemalla havaintojen välitys päivittäin puhelinautomaatin kautta) limnigrafi noin 20 asemalla digitaalinen tallennin noin viidellä asemalla automaattinen mittalaite noin 175 asemalla (mittausväli 15 min 2 h, tiedonsiirto päivittäin tai tiheämmin)
Vedenkorkeus: Saimaa, Lauritsala (Ympäristöhallinto)
http://wwwi2.ymparisto.fi/i2/60/q6000410y/w_simple.pdf
Valunta-virtaama: terminologiaa Valunta R [mm/aika] Valuma q [l/skm 2 ] Virtaama Q [m 3 /s] Valunta on pintayksikköä tai aikayksikköä kohden laskettu valumaalueelta maassa tapahtuvien virtauksien kautta poistuva vesimäärä Valunta käsittää sadantana, pohjavesivaroina ja lumen sulamisena syntyneen veden joka virtaa vesistöä kohti maan pinnalla, maaperässä tai kallioperässä Pintavalunta, pintakerrosvalunta ja pohjavesivalunta Vesitaseyhtälöstä valunta R = P E S [mm/aika] Valunta on siis vesitaseen osatekijä ja itse valumisprosessin nimi.
Valumalla tarkoitetaan virtaaman suhdetta valuma-alueen pinta-alaan eli = [l/skm2 ] Virtaamalla Q [m 3 /s] tarkoitetaan vesiuomassa tai maaperän poikkileikkauksessa kulkevaa vesimäärää sekunnissa m 3 tai litroina.
VALUNTA Valunnan muodot Valuntailmiön kolme muotoa: Pintavalunta, kulkeutuu painovoiman vaikutuksesta vesistöön. Pintakerrosvalunta, imeytyy maaperään ja kulkeutuu maan pintakerroksissa vesiuomiin. Pohjavesivalunta, imeytyy maaperään ja poistuu pohjavesien kautta vesistöön. Varastoituminen eli valumasta lyhyt- tai pitkäaikaisesti pois joutuva osa Interseptio Painannesäilyntä Maan kosteutta lisäävä osa
Valunnan eri osien suhteellinen suuruus riippuu sadannan tai sulannan ominaisuuksista ja alueen pinnan muodosta ja maaperästä. Maanpäällisen valunnan osuus muodostuu suureksi, jos maanpinta läpäisee huonosti vettä. Tämä voi johtua maalajin hienorakeisuudesta, roudasta sekä luonnollisesta tai ihmisen aiheuttamasta maanpinnan tiivistymisestä. Imeyntä on vähäistä silloinkin, kun maan huokostila on aikaisempien voimakkaiden sateiden tai sulannan vuoksi veden kyllästämää.
Pintakerrosvalunta on suurta, jos maanpinta läpäisee hyvin, mutta pinnan alapuolella on läpäisemätön kerros, joka estää veden suotautumisen syvemmälle. Esim. luonnontilaisilla moreenimailla löyhän pintamoreenin alla on tiivistä pohjamoreenia. Pohjavesivalunnan osuus on suurin karkearakeisilla mailla, joilla pinnan imeyntäkapasiteetti on suuri ja myös alla olevat kerrokset ovat hyvin vettä johtavia.
Valunnan muodot
Virtaaman aikakäyrä, valuntakäyrä Tyypillinen valuntakäyrä Pinta- ja pintakerrosvaluntaa, joista vesiuomien välitön valunta muodostuu, esiintyy yleensä vain keväällä sulamisvesien aikaan ja syksyllä runsaiden sateiden kyllästettyä maan. Sen sijaan kesällä ja talvella valunta on pääasiassa pohjavesivaluntaa. Virtaaman aikakäyrä (Vesiyhdistys ry., 1986)
Valumalajien ja varastoitumisen jakautuminen sateen rankkuus ja kesto (Vesiyhdistys ry., 1986)
Valuntaan vaikuttavat tekijät voidaan jakaa kolmeenryhmään: Ilmastollisiin Aluetekijöihin ihmistoiminnoista aiheutuviin. Valunnan vuotuinen vaihtelu noudattaa ilmastollisten tekijöiden rytmiä.
Valuma-alueen ominaispiirteet vaikuttavat merkittävästi sekä valunnan määrään että sen ajalliseen jakautumiseen. Tällaisia piirteitä ovat Valuma-alueen koko, Muoto Järvisyys Topografia Maaperä Kasvillisuus Maastotyyppi Uomien määrä ja kaltevuus.
Alueen koko ja muoto vaikuttavat valunnan kerääntymisnopeuteen. Suurilla ja pitkänomaisilla valuma-alueilla valunnan kerääntyminen on hitaampaa kuin pienillä ja pyöreämuotoisilla alueilla ja tästä syystä valuntahuiput ovat loivemmat. Valuma-alueen suuri kaltevuus lyhentää valuman kerääntymisaikaa ja kasvattaa ylivalumia. Lumen sulamisesta aiheutuvaan ylivalumaan kaltevuudella ei ole suurta merkitystä, sillä eri suuntiin kaltevilla rinteillä sulanta tapahtuu eri aikoina. Korkeussuhteilla on myös välillinen vaikutus valuntaan, sillä korkeusaseman kasvu merkitsee sadannan lisääntymistä, lämpötilan alenemista ja haihdunnan pienenemistä ja näin valunnan kasvua.
Valuma-alue: Jonkun pisteen valuma-alueella tarkoitetaan sitä aluetta, jolta vesi kulkeutuu kyseisen pisteen kautta. Valumaalueen rajoina ovat vedenjakajat (pinta-/pohjavedet). Valuma-alueen määritys: Vesistöalueiden tiedot useimmiten ympäristökeskuksista (F > 100 km 2 ) Muiden suurten valuma-alueiden ala määritetään peruskartasta (F = 1-100 km 2 ) Pienet valuma-alueet: kartat ja maastokartoitus Määritys kartasta: Todetaan purkautumispisteen korkeus. Valumaalue käsittää vain tätä korkeammalla olevan maaston. Valuma-alueen rajat muodostuvat vedenjakajista, kukkulat jne. Välimaaston virtausta arvioidaan korkeuskäyrien avulla. Vesi valuu suurimman kaltevuuden suuntaan eli kohtisuoraan korkeuskäyrää vastaan. Muut tiedot: vesiväylät, tiet jne. (Pyhäjärven suojeluprojekti)
Valuma-alue: Kilpisjärvi
Vesistöalueet: Suomi
Uusi valuma-aluejako Suomen ympäristökeskus (SYKE) kehittää uutta valtakunnallista valuma-aluejakoa, joka tulee korvaamaan vanhan vuodelta 1993 peräisin olevan rajauksen. Uusi valuma-aluejako otetaan käyttöön vuosien 2015-2016 kuluessa, ja siitä on vuonna 2014 julkaistu ensimmäinen luonnos, jota voi tarkastella internetissä erityisellä karttasovelluksella (ArcGIS Online) osoitteessa http://paikkatieto.ymparisto.fi/agol/value/palaute.html.
Valuma-aluejakoluonnos koostuu kahdesta tasosta päävesistöalueista ja valuma-alueista. Päävesistöalueita on 73, yksi vähemmän kuin nykyisessä päävesistöaluejaossa. Uuden valuma-aluejaon luonnoksessa on yli 22 000 valuma-aluetta.
Uusi valuma-aluejako
Valuma-alueet: vedenkierto
Valunta: meriin Suomesta
Valuntaan vaikuttavat tekijät Ilmastolliset tekijät Sadantaan ja haihduntaan vaikuttavat tekijät Yksittäisen sateen vaikutukset: Intensiteetti, kesto, alueellinen jakauma Alueelliset tekijät Valuma-alueen koko ja muoto Järvisyys ja uomasto Topografia Maa-ja kallioperä Maastotyyppi ja kasvillisuus Ihmisen toiminnot ja luonnon muuttuminen Ilmastomuutos Kasvipeitteen häviäminen, eroosio Kastelu Kuivatus ja ojitus Tulva-alueiden poisto ja järvenlasku Metsätalous Veden säännöstely ja johtaminen Maan kohoaminen Urbanisaatio
Valunta: urbanisoitumisen vaikutus
Valuma-alueet vesistöalue