Liite 47. Hourunkosken ympäristövirtaamaselvitys. Anna Klobut (Fortum), Olli van der Meer (T:mi Olli van der Meer), Markku Lahti (Fortum) 2014 Lapuanjoen Hourunkosken virtaus- ja habitaattimallinnus Sisällys 1. Johdanto 2 2. Tutkimusalueen kuvaus 2 3. Maastomittaukset ja virtaus- ja elinympäristömallinnus 3 4. Tulokset 3 4.1. WUA 3 4.2. Virrannopeus ja syvyys 4 4.2.1. Virtaama 0,21 m 3 /s 4 4.2.2. Virtaama 0,5 m 3 /s 5 4.2.3. Virtaama 1,0 m 3 /s 6 4.2.4. Virtaama 2,0 m 3 /s 7 4.3. Taimenen preferenssikartat 8 4.3.1. Kutu 8 4.3.2. Alle 10 cm:n poikanen kesällä 13 4.3.3. Alle 10 cm:n poikanen talvella 15 4.3.4. 10-15 cm:n poikanen kesällä 17 4.3.5. 10-15 cm:n poikanen talvella 19 4.3.6. Yli 15 cm:n poikanen kesällä 21 4.3.7. Yli 15 cm:n poikanen talvella 23 4.3.8. Aikuinen taimen kesällä 25 4.3.9. Aikuinen taimen talvella 27 5. Yhteenveto 29 Viitteet 29 1
1. Johdanto Lapuanjoen Hourunkosken luonnonuomaan virtaa vettä vähintään noin 210 l/s padon neulojen välistä vuotovirtaamana. Työn tarkoitus on tehdä ympäristövirtaamaselvityksen mallinnus Lapuan Hourunkosken luonnonuoman soveltuvuudesta taimenen elinympäristöksi. 2. Tutkimusalueen kuvaus Lapuanjoki on vedenlaadultaan tummaa ja hyvin ravinteikasta. Myös happamuus ja rehevyys ovat vedenlaadun ongelmia taimenen viihtyvyyden kannalta. Ravinne- ja orgaaninen kuormitus tulee pääosin maa-ja metsätalousalueilta (Länsi-Suomen ympäristökeskus 2009). Lapuanjoen pääuoman pituus on 45 km, valuma-alueen pinta-ala 4122 km 2 ja virtaamat seuraavat: keskivirtaama 37m 3 /s, ylivirtaama 224 m 3 /s ja alivirtaama 4,0 m 3 /s (Länsi-Suomen ympäristökeskus 2009). Hourunkoskessa sijaitsee voimalaitos ja säännöstelypato, joka ei aiheuta suurta virtaamanvaihtelua (Länsi-Suomen ympäristökeskus 2009). Hourunkoski sijaitsee Lapuan keskustan tuntumassa, muutama kilometri itä-kaakkoon (kuva 1). Kuva 1. Mallinnusalue. Tarkempaan karttaan mallinnusalueen rajat on merkitty tummalla viivalla. 2
3. Maastomittaukset ja virtaus- ja elinympäristömallinnus Tilaaja suoritti virtaus- ja elinympäristömallinnusta varten tarpeelliset maastomittaukset. Näissä mitatttiin uoman topografiaa ja pohjan laatua. Vesirajoja ja veden pinnankorkeuksia mitattiin 0,21 ja 1,2 m 3 /s virtaamilla. Pohjan laadusta määritettiin karkein, yleisin ja toiseksi yleisin raekoko mukautetulla Wentworthin asteikolla. Maastomittausten perusteella laadittiin korkeusmalli. Mallin korkeustietoja täydennettiin valokuvien perusteella yhden sivu-uoman ja lähes uoman poikki kulkevan niemen kohdalla. Maastomittaustietojen perusteella laadittiin alueesta virtausmalli käyttäen DHI:n Mike3D-virtausmallia. Mallissa oli elementtejä vaakasuunnassa 17793 kpl ja pystysuunnassa 5 elementtikerrosta. Pienellä virtaamalla, 0,21-0,25 m 3 /s virtaus on kovin vähäistä verrattuna maastomittausten resoluutioon, uoman leveyteen ja kivikokoon. Tämän vuoksi mallin veden pinnankorkeutta korjattiin osassa aluetta mittauksia vastaavaksi ja käytettiin mallinnuksessa samaa tilannetta kuin jossa mittaukset oli suoritettu. Elinympäristömallinnus suoritettiin FISU-mallilla (Lahti 2009). Taimenen elinympäristövaatimukset, ns. preferenssikäyrät, on laadittu käyttäen monipuolista aineistoa, jotta käyristä on saatu mahdollisimman yleispätevät. Laajojen suomalaisten tutkimusten aineistoja on täydennetty tarvittaessa ulkomaisilla. Lähteitä ovat Heggenes (1990), Huusko ym. (2003), Louhi ym. (2008), Mäki-Petäys (2001), Mäki-Petäys & Huusko (2001), Mäki-Petäys ym. (1999), Mäki-Petäys (1999) ja Raleigh ym. (1986). 4. Tulokset 4.1. Soveltuvuudella painotettu pinta-ala (WUA) Kesätilanteessa (yhtenäiset viivat) virtaaman kasvu lisää taimenelle soveltuvaa elinympäristöä. Soveltuvan elinympäristön määrä on 0,21 kuution virtaamalla hyvin pieni (liite 1, kuva 2). Talvitilanteessa (katkoviivat) virtaaman kasvu ei aikuista taimenta lukuun ottamatta yksiselitteisesti lisää soveltuvan elinympäristön määrää (liite 1, kuva 2). Kutuun soveltuvaa elinympäristöä on vähän kaikissa virtaamatilanteissa (liite 1, kuva 2). 14000 12000 WUA (m 2 ) 10000 8000 6000 4000 2000 Kutu Alle 10 cm, kesä Alle 10 cm, talvi 10-15 cm, kesä 10-15 cm, talvi Yli 15 cm, kesä Yli 15 cm, talvi Aikuinen, kesä Aikuinen, talvi 0 0.21 0.5 1 2 Virtaama (m 3 /s ) Kuva 2. Soveltuvuudella painotetun pinta-alan (WUA) arvot (weighted usable area) neljällä eri virtaamalla. 3
4.2. Virtausnopeus ja syvyys 4.2.1. Virtaama 0,21 m 3 /s Näin pienellä virtaamalla tutkimusalue on erittäin hitaasti virtaavaa aluetta ja ainoastaan yläosan pienellä alueella on nähtävissä pieni virta-alue (kuva 3.). Syvyys vielä pääosin riittää taimenen poikasille (kuva 4). Kuva 3. Virrannopeus mallinnusalueella 0,21 kuution virtaamalla. Kuva 4. Syvyys mallinnusalueella 0,21 kuution virtaamalla. 4
4.2.2. Virtaama 0,5 m 3 /s Puolen kuution virtaamalla alueen virrannopeus muuttuu lähes seisovasta vedestä hitaaksi virraksi (kuva 5) ja veden syvyys on pääosin 20-40 cm. Muutama noin yhden metrin syvyinen monttu löytyy (kuva 6). Kuva 5. Virrannopeus mallinnusalueella 0,5 kuution virtaamalla. Kuva 6. Syvyys mallinnusalueella 0,5 kuution virtaamalla. 5
4.2.3. Virtaama 1,0 m 3 /s Yhden kuution virtaamalla alue alkaa jo näyttää virralta. Yli 0,2 m/s nopeuksia ei kuitenkaan esiinny vielä kuin muutamissa paikoissa (kuva 7). Syvyys on taimenen kannalta edelleen sopivaa (kuva 8). Kuva 7. Virrannopeus mallinnusalueella 1,0 kuution virtaamalla. Kuva 8. Syvyys mallinnusalueella 1,0 kuution virtaamalla. 6
4.2.4. Virtaama 2,0 m 3 /s Kahden kuution virtaamalla alue on jo selvästi virtaavaa vettä: pääosin noin 0,2 m/s ja paikoitellen 0,3-0,4 m/s (kuva 9). Syvyys on suurimmaksi osaksi noin yhden metrin luokkaa (kuva 10). Kuva 9. Virrannopeus mallinnusalueella 2,0 kuution virtaamalla. Kuva 10. Syvyys mallinnusalueella 2,0 kuution virtaamalla. 7
4.3. Taimenen preferenssikartat Karttakuviin on vaalealla raidoituksella merkitty alue, joka on kuivilla kyseisellä virtaamalla. 4.3.1. Kutu Taimenen kudun rajoittavana (estävänä) tekijänä on sopivan kutusoran puute (kuva 11). Myös virrannopeudet ovat liian alhaisia kahdella pienimmällä mallinnusvirtaamalla (kuvat 12-20). Kuva 11. Mallinnusalueen kivikoon soveltuvuus taimenen kudulle. 8
Kuva 12. Mallinnusalueen soveltuvuus taimenen kudulle 0,21 kuution virtaamalla. Kuva 13. Mallinnusalueen virrannopeuden soveltuvuus taimenen kudulle 0,21 kuution virtaamalla. 9
Kuva 14. Mallinnusalueen syvyyden soveltuvuus taimenen kudulle 0,21 kuution virtaamalla. Kuva 15. Mallinnusalueen soveltuvuus taimenen kudulle 0,5 kuution virtaamalla. 10
Kuva 16. Mallinnusalueen soveltuvuus taimenen kudulle 1,0 kuution virtaamalla. Kuva 17. Mallinnusalueen virrannopeuden soveltuvuus taimenen kudulle 1,0 kuution virtaamalla. 11
Kuva 18. Mallinnusalueen syvyyden soveltuvuus taimenen kudulle 1,0 kuution virtaamalla. Kuva 19. Mallinnusalueen soveltuvuus taimenen kudulle 2,0 kuution virtaamalla. 12
Kuva 20. Mallinnusalueen virrannopeuden soveltuvuus taimenen kudulle 2,0 kuution virtaamalla. 4.3.2. Alle 10 cm:n poikanen kesällä Pienintä virtaamaa lukuunottamatta taimenen ensimmäisen kesän poikasille löytyy sopivaa kesähabitaattia tasaisesti koko alueelta. Ainoastaan muutama syvä hidasvirtainen alue näkyy kartoissa huonona habitaattina (kuvat 21-24). Kuva 21. Mallinnusalueen soveltuvuus taimenen poikaselle (alle 10 cm, kesä) 0,21 kuution virtaamalla. 13
Kuva 22. Mallinnusalueen soveltuvuus taimenen poikaselle (alle 10 cm, kesä) 0,5 kuution virtaamalla. Kuva 23. Mallinnusalueen soveltuvuus taimenen poikaselle (alle 10 cm, kesä) 1,0 kuution virtaamalla. 14
Kuva 24. Mallinnusalueen soveltuvuus taimenen poikaselle (alle 10 cm, kesä) 2,0 kuution virtaamalla. 4.3.3. Alle 10 cm:n poikanen talvella Talvella taimenen poikaset hakeutuvat hidasvirtaisempiin ja syvempiin joen aluesiin. Hourunkoskella mallinnuksen perusteella pienimpää mallinnusvirtaamaa lukuun ottamatta pienille poikasille löytyy hyvin talvihabitaattia (kuvat 25-28, ks. myös kuva 2). Kuva 25. Mallinnusalueen soveltuvuus taimenen poikaselle (alle 10 cm, talvi) 0,21 kuution virtaamalla. 15
Kuva 26. Mallinnusalueen soveltuvuus taimenen poikaselle (alle 10 cm, talvi) 0,5 kuution virtaamalla. Kuva 27. Mallinnusalueen soveltuvuus taimenen poikaselle (alle 10 cm, talvi) 1,0 kuution virtaamalla. 16
Kuva 28. Mallinnusalueen soveltuvuus taimenen poikaselle (alle 10 cm, talvi) 2,0 kuution virtaamalla. 4.3.4. 10-15 cm:n poikanen kesällä Kun taimen kasvaa isommaksi, se hakeutuu kesällä kohtalaisen voimakkaaseen virtaan jossa on sopiva pohjanlaatu (suojapaikka). Hourunkoskessa tämä näkyy selvästi siten, että mitä suurempi virtaama sen enemmän poikasille sopivaa elinympäristöä (kuvat 29-32). Kuva 29. Mallinnusalueen soveltuvuus taimenen poikaselle (10-15 cm, kesä) 0,21 kuution virtaamalla. 17
Kuva 30. Mallinnusalueen soveltuvuus taimenen poikaselle (10-15 cm, kesä) 0,5 kuution virtaamalla. Kuva 31. Mallinnusalueen soveltuvuus taimenen poikaselle (10-15 cm, kesä) 1,0 kuution virtaamalla. 18
Kuva 32. Mallinnusalueen soveltuvuus taimenen poikaselle (10-15 cm, kesä) 2,0 kuution virtaamalla. 4.3.5. 10-15 cm:n poikanen talvella Talvihabitaattia on hyvin tarjolla pienintä virtaamaa lukuun ottamatta, koska veden syvyys ja virrannopeus (suhteellisen pieni kaikissa tapauksissa) on talvehtimiselle sopivaa (poikaset pyrkivät mahdollisimman pieneen energiankulutukseen) (kuvat 33-36). Kuva 33. Mallinnusalueen soveltuvuus taimenen poikaselle (10-15 cm, talvi) 0,21 kuution virtaamalla. 19
Kuva 34. Mallinnusalueen soveltuvuus taimenen poikaselle (10-15 cm, talvi) 0,5 kuution virtaamalla. Kuva 35. Mallinnusalueen soveltuvuus taimenen poikaselle (10-15 cm, talvi) 1,0 kuution virtaamalla. 20
Kuva 36. Mallinnusalueen soveltuvuus taimenen poikaselle (10-15 cm, talvi) 2,0 kuution virtaamalla. 4.3.6. Yli 15 cm:n poikanen kesällä Iso poikanen on jo niin selvä koskimaisen alueen suosija, että Hourunkoskella virtaaman kasvu parantaa kesähabitaatin määrää suorassa suhteessa virtaamaan (kuva 2). Pienin mallinnusvirtaama ei tuo tämän kokoluokan poikaselle ollenkaan kunnollista habitaattia. Ero on todella iso muihin virtaamatilanteisiin verrattuna (kuvat 37-40). Kuva 37. Mallinnusalueen soveltuvuus taimenen poikaselle (yli 15 cm, kesä) 0,21 kuution virtaamalla. 21
Kuva 38. Mallinnusalueen soveltuvuus taimenen poikaselle (yli 15 cm, kesä) 0,5 kuution virtaamalla. Kuva 39. Mallinnusalueen soveltuvuus taimenen poikaselle (yli 15 cm, kesä) 1,0 kuution virtaamalla. 22
Kuva 40. Mallinnusalueen soveltuvuus taimenen poikaselle (yli 15 cm, kesä) 2,0 kuution virtaamalla. 4.3.7. Yli 15 cm:n poikanen talvella Talvella isot poikaset suosivat syviä alueita eikä heikko virrannopeuskaan tee elinympäristöstä huonoa. Suurempi virtaama tuo syvyyttä lisää, mikä näkyy habitaatin laadun parantumisena (kuvat 41-44). Kuva 41. Mallinnusalueen soveltuvuus taimenen poikaselle (yli 15 cm, talvi) 0,21 kuution virtaamalla. 23
Kuva 42. Mallinnusalueen soveltuvuus taimenen poikaselle (yli 15 cm, talvi) 0,5 kuution virtaamalla. Kuva 43. Mallinnusalueen soveltuvuus taimenen poikaselle (yli 15 cm, talvi) 1,0 kuution virtaamalla. 24
Kuva 44. Mallinnusalueen soveltuvuus taimenen poikaselle (yli 15 cm, talvi) 2,0 kuution virtaamalla. 4.3.8. Aikuinen taimen kesällä Aikuinen taimen viihtyy koskimaisessa elinympäristössä (tosin myös koskialueiden sisällä olevissa syvissä ja hidasvirtaisissa montuissa, ns. pooleissa). Mallinnuksessa voimakkaan virran suosiminen näkyy selvästi ja pienimmällä virtaamavaihtoehdolla ei alueelta löydy hyvää habitaattia (kuvat 45-48). Kuva 45. Mallinnusalueen soveltuvuus aikuiselle taimenelle (kesä) 0,21 kuution virtaamalla. 25
Kuva 46. Mallinnusalueen soveltuvuus aikuiselle taimenelle (kesä) 0,5 kuution virtaamalla. Kuva 47. Mallinnusalueen soveltuvuus aikuiselle taimenelle (kesä) 1,0 kuution virtaamalla. 26
Kuva 48. Mallinnusalueen soveltuvuus aikuiselle taimenelle (kesä) 2,0 kuution virtaamalla. 4.3.9. Aikuinen taimen talvella Samat alueet kuin kesällä käyvät aikuiselle taimenelle myös talvihabitaatiksi (vrt. edellisen kappaleen kuvia kuviin 49-52). Myös aikuiselle soveltuvan talvihabitaatinhabitaatin määrä on lähellä kesätilannetta ja kasvaa lähes lineaarisesti virtaaman kasvaessa (kuva 2). Kuva 49. Mallinnusalueen soveltuvuus aikuiselle taimenelle (talvi) 0,21 kuution virtaamalla. 27
Kuva 50. Mallinnusalueen soveltuvuus aikuiselle taimenelle (talvi) 0,5 kuution virtaamalla. Kuva 51. Mallinnusalueen soveltuvuus aikuiselle taimenelle (talvi) 1,0 kuution virtaamalla. 28
Kuva 52. Mallinnusalueen soveltuvuus aikuiselle taimenelle (talvi) 2,0 kuution virtaamalla. 5. Yhteenveto Virtausmallin perusteella habitaatin määrä kasvaa virtaaman kasvaessa kaikilla taimenen elinvaiheilla. Pienin mallinnusvirtaama tarjoaa taimenelle soveltuvaa habitaattia erittäin vähän. Taimenen kudulle soveltuvaa habitaattia saataisiin kutusoraikkoja tekemällä. Viitteet Heggenes, J. 1990. Habitat utilization and preferences in brown trout (Salmo trutta) and juvenile Atlantic salmon (Salmo salar) in streams, Oslo, Agricultural University of Norway, Department of Nature Conservation. Huusko, A., Kreivi, P., Mäki-Petäys, A., Nykänen, M. &Vehanen, T. 2003. Virtavesikalojen elinympäristövaatimukset. Perustietoa elinympäristömallisovelluksiin. Paltamo. (The habitat requirements of fluvial fish. base information for habitat model applications.) Kala- ja Riistaraportteja nro 284. Paltamo. 42 p. Lahti, M. 2009 Two-Dimensional Aquatic Habitat Quality Modelling 2009 Dissertation for the degree of Doctor of Science in Technology, the Faculty of Engineering and Architecture, Helsinki University of Technology Dissertation in PDF format (ISBN 978-952-248-027-9) [15724 KB] Dissertation is also available in print (ISBN 978-952- 248-026-2) Louhi, P., Mäki-Petäys, A. & Erkinaro, J. 2008 Spawning habitat of Atlantic salmon and brown trout: general criteria and intragravel factors River Research and Applications 24: 330 339. doi-link: 10.1002/rra.1072 Länsi-Suomen ympäristökeskus. Vesienhoidon toimenpideohjelma 25.11.2009. Lapuanjoen vesistöalueen vesienhoidon toimenpideohjelma vuoteen 2015. Mäki-Petäys, A. 2001. Preference information database, general preference curves for brown trout, 13.6.2001. Finnish Game and Fisheries Research Institute, Oulu. Mäki-Petäys, A. & Huusko, A. (2001) Taimenen poikashabitaatit kesällä yleiskriteerit syvyydelle, virrannopeudelle ja kivikoolle. (Summertime habitat use by juvenile brown trout - generalized habitat suitability criteria for 29
depth, velocity and substrate.) Riista- ja kalatalouden tutkimuslaitos. (Finnish Game and Fisheries Research Institute.) Research report. 14 p. Mäki-Petäys, A., Muotka, T. & Huusko, A. 1999. Densities of juvenile brown trout (Salmo trutta) in two subarctic rivers: a ssessing the predictive capability of habitat preference indices. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences 56(8),1420-1427. From and also in Mäki-Petäys 1999. Mäki-Petäys, A. 1999. Habitat Requirements of Juvenile Salmonids, doctoral thesis, A 322, The department of biology at the university of Oulu, Oulu. approx. 73 p. ISBN 951-42-5219-5, ISSN 0355-3191. Raleigh, R.F., Zuckerman, L.D. & Nelson, P.C. 1986. Habitat suitability index models and instream flow suitability curves: brown trout, revised. U.S. Fish and Wildlife Service Biological Rep. 82 (10.124). 65 p. (First printed as: FWS/OBS-82/10.71, September 1984). Liite 1. Soveltuvuudella painotetun pinta-alan (WUA) arvot (weighted usable area) neljällä eri virtaamalla. Q (m 3 /s) 0,21 0,5 1 2 Kutu 0 19 54 202 Alle 10 cm, kesä 126 3097 4102 4086 Alle 10 cm, talvi 1752 9363 10124 9208 10-15 cm, kesä 383 7863 10074 11999 10-15 cm, talvi 1109 5708 7416 9687 Yli 15 cm, kesä 115 3335 5168 7655 Yli 15 cm, talvi 615 2741 4251 6880 Aikuinen, kesä 89 2201 3986 7907 Aikuinen, talvi 84 2058 3650 6853 30