Virtausmalli Pyhäjoen edustalle lämpöpäästöjen leviämisen arviointiin

Virtausmalli Pyhäjoen edustalle lämpöpäästöjen leviämisen arviointiin Raportti..13 Hannu Lauri, YVA Oy Sinimäentie A, 23 Espoo puh: 9-71 email: hannu.lauri@eia.fi Sisällys 1. Tutkimuksen sisältö ja tavoitteet... 2 2. Laskentamalli ja lähtötiedot... 2 2.1. Mallihila... 2 2.2. Laskentamenetelmät ja parametrit... 2.3. Olosuhdetiedot kesäjaksoilta... 2.4. Olosuhdetiedot talvijaksoilta -11 ja -13... 9 2.. Alku- ja reunaehdot... 9 3. Vertailu mittauksiin... 3.1. Vertailu virtausmittauksiin... 3.2. Vertailu lämpötilamittauksiin... 13 3.3. Jäälaskennan vertailu havaittuihin jäätilanteisiin... 1 4. Jäähdytysveden leviämisen arviointi... 19 4.1. Otto- ja purkupaikat mallihilassa... 4.2. Kesäjaksojen laskenta... 21 4.3. Lämpötilan nousu kesäkuussa eri syvyyksillä... 21 4.4. Lämpötilan nousu heinä-elokuussa pintakerroksessa... 24 4.. Keskimääräinen lämpötilan nousu eri tuulilla... 2 4.. Veden lämpötila ottopisteessä... 2 4.7. Veden lämpötilan muutos valituissa aikasarjapisteissä... 29 4.. Keskimääräiset virtaukset kesäkuussa... 34 4.9. Talvijaksojen -11 ja -13 laskenta... 3 4.. Jäätilanteet voimalaitosvaihtoehdolla... 3. Yhteenveto... 4. Lähdeluettelo... 41

1. Tutkimuksen sisältö ja tavoitteet Tutkimuksessa arvioitiin ydinvoimalaitoksen jäähdytysvesipäästöjen vaikutuksia veden lämpötiloihin Pyhäjoen Hanhikiven edustalla 3D-virtausmallia käyttäen. Tarkastelun kohteena oli suunnitellun voimalaitosyksikön jäähdytysvesien otto- ja purkuvirtaaman vaikutus veden lämpötilaan vuosina 9-, sekä vuoden 13 osalta sikäli kun lähtötietoja oli saatavilla. Raportti jakautuu kolmeen pääosaan, jotka ovat, 1) alueelle laaditun mallin ja sen lähtötietojen kuvaus, 2) mallin laskemien tulosten vertailu mittauksiin, sekä 3) skenaariolaskentojen asetukset ja tulokset. 2. Laskentamalli ja lähtötiedot 2.1. Mallihila Mallihila konstruoitiin digitoidusta kartta-aineistosta. Lähtöaineisto sisälsi syvyyskäyriä, syvyyspisteitä ja rantaviivoja vektorimuodossa. Seuraavat kartta-aineistot olivat käytössä: ETOPO2v2, Itämeren alueen syvyystiedot 2 minuutin tarkkuudella (ETOPO2v2, ) Merenkulkulaitoksen digitaalinen kartta-aineisto (Merenkulkulaitos, ) jäähdytysveden otto- ja poistoaukkojen järjestelytiedot Aineisto yhdistettiin yhdelle karttapohjalle, josta sitten muodostettiin syvyysmalli, eli valitulla rasterikoolla oleva syvyysrasteri. Rasteripisteille arvioitiin syvyysarvo lähialueen syvyystiedoista käyttämällä interpolointiin YVA Oy:ssä kehitettyä interpolointialgoritmia. Varsinainen mallihila konstruoitiin syvyysmallin perusteella laskemalla keskiarvo hilakopin sisältämistä syvyysmallipisteistä. Rannikkoalueen mallintamiseen käytettiin alueellisesti tarkennettua hilaa, jossa on useita sisäkkäisiä tasoja. Varsinainen kohdealue on pyritty mallintamaan tutkimuksen tavoitteisiin nähden riittävällä tarkkuudella. Karkeampia hiloja käytetään määrittämään kohdealueen hilalle reuna-arvoja. Tässä sovelluksessa voimalaitoksen lähialue mallinnettiin m hilakoolla (hilatason koko. x 1.7 km). Mallihilan uloin taso käsittää Perämeren Merenkurkusta pohjoiseen hilakoolla 21 m. Lähialueen ja uloimman alueen väliin tarvitaan lisäksi kaksi hilatasoa joiden hilakoot ovat 24 m ja 7 m. Syvyyssuunnassa hila on jaettu 17 syvyystasoon, joiden koko vaihtelee pinnan lähellä käytetystä yhdestä metristä avomeren syvänteissä käytettyyn kahteenkymmeneen metriin. Laskentahilan parametrit on esitetty taulukoissa 1 ja 2, ja laskentahila kuvissa 1 ja 2. Purku- ja poistopisteiden läheisen hilan syvyydet numeroarvoina on esitetty luvussa 4. Taulukko 1: Sisäkkäiset hilojen parametrit Taso nro Hilakoppeja vaakasuunta Hilakoppeja pystysuunta Hilaruudun koko (m) Koko, vaaka suunta (km) Koko, pystysuunta (km) 1 139 21 229 3.2 2 7 41. 1.2 3 139 24 2.4 33.4 4 11 19. 1.7 2

Taulukko 2: Hilakoppien syvyystasot Taso Syvyys (m) Taso Syvyys (m) 1 1 11 2 2 1 2 2 3 3 2 3 13 3 4 4 3 4 4 4 1 7 7 1 7 9 7 7 9 17 9 1 9 11 9 11 1 1 Kuva 1: Lähialue, hilakoppien koko karkeammassa hilassa 24m ja tarkemmassa m. 3

Kuva 2: Koko mallihila, jossa sisäkkäistykset rajattu tummalla värillä alueen yläreunassa. Hilakoppien koot laajimmasta pienimpään 21m, 7m, 24m, m. 4

2.2. Laskentamenetelmät ja parametrit Mallilaskelmat suoritettiin YVA Oy:n 3D-virtausmallilla, joka on hydrostaattisiin Navier-Stokesin yhtälöihin perustuva barokliininen vesialueille soveltuva malli (Koponen et.al, ). Sovelluksessa käytettiin seuraavia laskenta-asetuksia: Laskennassa käytetään epälineaarisia virtausyhtälöitä, joissa liikemäärän kulkeutuminen lasketaan upwind-menetelmällä. Lämpötilan tiheysvaikutus on mukana virtauslaskennassa. Suolaisuuden tiheysvaikutus on mukana virtauslaskennassa. Vertikaalisuuntaisen turbulenssin laskennassa käytetään k-e turbulenssimallia. Vaakasuuntainen turbulenssi lasketaan Smagorinskyn mallilla. Lämpötilan ja suolaisuuden kulkeutuminen lasketaan TVD-superbee algoritmilla. Lämpötilan vertikaalisuuntainen diffuusio lasketaan k-e turbulenssimallin avulla. Veden pintakerroksen lämpötilatasapaino lasketaan tulevan ja lähtevän säteilyn, haihdunnan ja lämmön johtumisen perusteella jokaiselle pintakerroksen hilakopille erikseen. Vedenkorkeuden vaihtelu mallin reunalla on laskettu koko Itämeren mallilla. Valittuja laskentamenetelmiä käyttämällä on pyritty mahdollisimman hyvin todellisuutta vastaavaan virtausten kuvaamiseen, nykytason mallitietämyksen ja laskentatehon asettamissa rajoissa. Numeerisissa malleissa laskennallisten menetelmien käyttö tuo aina mukanaan laskentamenetelmästä riippuvan virheen. Virheen laatu ja suuruus riippuu käytetystä menetelmästä, ja kuhunkin laskentaongelmaan onkin aina pyrittävä valitsemaan siihen sopivat laskentamenetelmät virheiden minimoimiseksi. Ydinvoimalaitoksen tapauksessa ehkä olennaisin mallinnusongelma on lämpötilakerrostuneen virtauksen laskenta poistopaikan edustalla ja ottojen lähialueilla. Tarkkaan laskentaan on pyritty käyttämällä laskennassa turbulenssin mallinnusta, hyviä kulkeutumisalgoritmeja, sekä riittävän tiheää hilaa. Reunaehtojen laskemiseksi mallissa on käytetty sisäkkäisiä hiloja. Hilojen reunojen laskenta aiheuttaa paikoitellen ylimääräisiä vertikaalisuuntaisia virtauksia, jotka näkyvät esim. jääkuvissa. Poikkeamat ovat kuitenkin pääasiassa pieniä ja näkyvät lähinnä paikallisina vaikutuksina hilatasojen reunojen kohdalla. 2.3. Olosuhdetiedot kesäjaksoilta Mallin avoveden ajan laskentajaksona käytettiin viittä eri avovesijaksoa, vuosina 9- jaksoa 1..-1.., ja vuonna 13 jaksoa 1..-31.. (lähtötietojen saatavuuden takia). Jäätilannetta simuloitiin kahdelta jaksolta 1.11.-1.3. vuosilta ja. Kesäjaksoiksi valittiin viimeisimmät viisi vuotta, talvijaksoista vuosi -11 oli normaalia ankarampi ja vuosi -13 keskimääräinen. Olosuhdetietoina käytettiin Hanhikiven lähialueella Ilmatieteen säähavaintoasemilla mitattuja tuuli-, lämpötila- ja kosteustietoja. Pyhäjoen sovelluksessa lähialueen säätietona käytettiin Nahkiaisen sääasemalta mitattua arvoja. Asema sijaitsee ulkomerellä noin 1 km Hanhikivestä länsiluoteeseen koordinaattipisteessä lat 4 3' lon 23 4'. Aseman tuuli ei välttämättä edusta Hanhikiven tuulia aivan täsmällisesti, sillä asema on kohtuullisen kaukana avomerellä. Lähempänä rannikkoa tuuli on tyypillisesti heikompi kuin avomerellä, varsinkin jos tuulen suunta on rannalta merelle. Rannan lähellä voi esiintyä myös meri- ja maatuulta, jotka paikallisina ilmiöinä eivät näy kauempana merellä tehdyissä mittauksissa. Vaihtoehtoisesti laskennassa olisi mahdollista käyttää Raahen Lapaluodon sääaseman tietoja. Laajemman merialueen säätiedot saatiin ECMWF ERA-interim reanalysis -säädatasta. ECMWF:n datan tarkkuus oli.7 x.7 astetta.

% % % % % Nahkiainen-9 Nahkiainen,1.-1..9 2 4 4 2 2 4 1 Tuuli m/s Nahkiainen- tuuli m/s Nahkiainen,1.-1.. 2 4 4 2 2 4 1 Tuuli m/s Nahkiainen-11 tuuli m/s Nahkiainen,1.-1..11 2 4 4 2 2 4 1 Tuuli m/s Nahkiainen- tuuli m/s Nahkiainen,1.-1.. 1 2 3 4 4 2 Nahkiainen-13 2 4 1 tuuli m/s Nahkiainen,1.-1..13 Tuuli m/s 1 2 3 4 4 2 2 4 1 Kuva 3. Tuulen suunta- ja nopeusjakaumat (%) sääasemalla Nahkiainen, vuodet 9-13 jakso 1..-1.. tuuli m/s Tuuli m/s

Temp [C] Kuvassa 3 on esitetty Nahkiaisen säähavaintoaseman tuulen suunta- ja nopeusjakaumat kesien 9-13 ajalta aikajaksolta 1.. 1.. kullekin vuodelle erikseen. Tuulen keskiarvotiedot eri vuosille löytyvät taulukosta 3. Aseman keskituuli oli koko jaksolta päivämäärävälille 1..-1.. laskettuna.4 m/s, ja suunnan mediaani kymmenen asteen suuntajaolla 2 astetta (.7 % tuulista). Ilman lämpötilan suhteen välin 9-13 lämpimin vuosi oli 13 ja viilein. Ilman lämpötilan kuukausikeskiarvot on esitetty taulukossa 3 ja kuvassa 4. Nahkiaisen sääaseman ilman lämpötilat vuosien 9-13 kesäjaksoille kullekin vuodelle erikseen on esitetty kuvassa. Jatkuvasti mittaavalla laitteistoll tehtyjä veden lämpötilamittauksia Hanhikiven lähialueelta oli saatavilla vuodesta alkaen. Lähin intensiivipiste, jossa mittauksia on pidemmältä jaksolta, on Hailuodossa noin 7 km Hanhikivestä pohjoiskoilliseen. Lähialueella olevista vedenlaadun mittauspisteestä Ouvy1 oli yksi havainto vuosittain. Veden pintalämpötila-havainnot on esitetty kuvassa. Taulukko 3: Vuosien 9-13 kesäjakson 1..-1.. säätietojen keskiarvoja. Vuosi Tuulen nopeus ka.[m/s] Tuulensuunta med. [astetta] Ilman keskilämpötila [ C] 9. 2 11.7. 2.1 11.93 17 13..47 2 11.3 13.3 2 13. ka..4 2.3 1 - - -1 Nahkianen, -13 9 11 13 Kuva 4: Lämpötilan kuukausikeskiarvot vuosille 1/-/13, sääasema Nahkiainen. 1 Ouvy-1 Hanhikivi - O3 Hailuoto Hailuoto 9 11 13 Kuva : Mitattuja veden pintalämpötiloja mittauspisteestä Hailuoto, Ouvy1 ja Hanhikivi/O3 vuosilta -13. 7

Nahkiainen,1.-1..9 1 1/ 1/7 1/ 1/9 1/ Nahkiainen,1.-1.. 1 1/ 1/7 1/ 1/9 1/ Nahkiainen,1.-1..11 1 1/ 1/7 1/ 1/9 1/ Nahkiainen,1.-1.. 1 1/ 1/7 1/ 1/9 1/ Nahkiainen,1.-1..13 1 1/ 1/7 1/ 1/9 1/ Kuva : Ilman päivittäiset keski-, minimi- ja maksimilämpötila sääasemalla Nahkiainen. Vuodet 9-13 jakso 1..-1..

2.4. Olosuhdetiedot talvijaksoilta -11 ja -13 Nahkiaisen sääasemalla mitatut ilman lämpötilat talvijaksoille on esitetty kuvassa 7. Ilman keskilämpötila vuoden -11 jaksolla oli -. C ja vuoden -13 jaksolla -4. C. Talvella -11 lämpötila painui nollan alle marraskuun alkupuolella, ja pysyi pakkasen puolella lähes koko laskentajakson ajan. Selkeitä pakkasjaksoja, joiden aikana lämpötila laski alle kymmenen pakkasasteen, oli joulukuun jälkimmäisellä puoliskolla ja helmikuun jälkimmäisellä puoliskolla. Nollan ylittäviä lämpötiloja esiintyi lyhyinä jaksoina tammikuussa ja maaliskuusta eteenpäin. Talvella -13 lämpötila siirtyi nollan alapuolelle vasta marraskuun viimeisinä päivinä. Pidempiä pakkasjaksoja, joissa lämpötila laski alle - C, oli yksi joulukuun loppupuolella sekä lyhempi jakso tammikuun puolivälissä. Lämpimiä jaksoja, joissa lämpötila ylitti nollan, oli tammikuun alussa sekä helmikuun alussa ja lopussa. Maaliskuu oli selvästi vuotta 11 kylmempi. Lämpötila,1.11.-1.4.11 - - -1 - -2 1/11 1/ 1/1 1/2 1/3 1/4 Lämpötila,1.11.-1.4.13 - - -1 - -2 1/11 1/ 1/1 1/2 1/3 1/4 Kuva 7: Ilman päivittäiset keski-, minimi- ja maksimilämpötilat jaksoilla 1.11.-1.4.11 ja 1.11.-1.4.13 sääasemalta Nahkiainen laskettuna 3h välein tehdyistä havainnoista. 2.. Alku- ja reunaehdot Mallihilassa Merenkurkun avoimelle reunalle laskettiin vedenkorkeusarvot koko Itämeren mallilla. Lämpötilatiedot reunoille laskettiin lähimmän ECMWF Reanalysis-säätietojen ilman lämpötilatiedoista seuraavalla menetelmällä. T ws (d)=.99 T ws (d-1)+.1 T a (d) T ws (i) = päivän i veden pintalämpötila T a (i) = päivän i ilman lämpötila d = päivän numero Lämpötilat reunan syvemmissä kerroksissa laskettiin arvioidusta pintalämpötilasta seuraavasti 9

T = T ws kun syvyys on alle 9m T =. T ws kun syvyys on 9-1m T =. T ws kun syvyys on 1-2m Reunan suolaisuusarvo asetettiin mittausten perusteella alueen keskisuolaisuusarvoa vastaavaksi arvoon PSU. Syvin hilapiste reunalla on 23.1 m. Lämpötilan ja suolaisuuden alkuarvoja asetettaessa hyödynnettiin Merentutkimuslaitoksen FIMR BMP-data arkistosta saatuja Perämeren mittauspisteiden BO3 ja F2 CTD-profiileja (Olsonen, 7). Lämpötilan alkuarvoksi asetettiin 3 ºC pinnalta 4m syvyyteen ja syvemmälle 1 ºC. Suolaisuusarvot asetettiin välille 3-4 PSU, siten että pohjalla oleva vesi oli suolaisinta ja halokliini oli 4 m syvyydellä. Alueelle tulevista joista malliin otettiin mukaan suurimmat alueelle (keskivirtaama > m 3 /s) tulevat joet sekä mallin kohdealueen lähellä oleva Pyhäjoki. Mallissa mukana olevat joet ja niiden keskivirtaama jaksolta - on esitetty taulukossa 4. Suomen joille päivittäiset jokivirtaamat poimittiin ympäristökeskuksen HERTTA-tietokannasta (Hertta, 13), Ruotsin puoleisille joille SMHI:n vattenwebb palvelusta (SMHI, 13). Taulukko 4: Malliin sisällytetyt joet ja niiden keskivirtaamat vuosina -. Joki Keskivirtaama (m 3 /s) Säännöstely Kemijoki 7 säännöstelty Torniojoki 434 luonnontila Oulujoki 24 säännöstelty Lulea 27 säännöstelty Kalix 3 luonnontila Pyhäjoki 33 säännöstelty 3. Vertailu mittauksiin Laskettuja mallituloksia vertailtiin mitattuihin virtaamiin ja lämpötiloihin. Virtausmittausvertailu suoritettiin Hanhikiven edustalla jaksolla 9/-11/ tehtyihin virtausmittauksiin. Lämpötilavertailu suoritettiin Hanhikiven edustalla jaksolle / -/ tehtyihin mittauksiin. Lisäksi mallilaskentoja vertailtiin Hailuodon intensiiviaseman mittauksiin, jotka poimittiin HERTTAtietokannasta. Hertta-aineiston vedenlaatumittauksia on tehty vähän, Hanhikiven lähialueelta vuosille 9- löytyy ainoastaan Ouvy-1 pisteestä kerran vuodessa mitattu lämpötilatieto. Mittauspisteiden sijainnit on esitetty kuvassa.

4 km 1 2 km O1 PP4 O2 K2 O3 PP Syvyystiedot: Merenkulkulaitos lupa /721/ Syvyys (m) 3 4 Kuva : Mittauspisteiden sijainnit 11

Jakauma % Jakauma % Jakauma % 3.1. Vertailu virtausmittauksiin Virtausmittauksia Hanhikiven edustalla oli saatavilla jaksolle 1.9.-27..13 (Kiirikki & Lindfors, 13). Mittauksia on jatkettu myös kesällä 13. Mittaukset on tehty profiloivalla ADCP-mittarilla pisteessä O2 (kuva ). ADCP mittaa virtaukset akustisesti pohjalta noin 2 m syvyyteen asti. Mittauksia verrattiin mallilaskelmiin jaksolla 1.9.-1.11.. Kuvassa 9 on vertailtu mallin ja mittausten välisiä suunta- ja nopeusjakaumia vertailujakson keskiarvona syvyyksiltä 2 m, m ja m. Kuvassa on vertailtu mallin laskemia virtausnopeuden komponentteja mitattuihin virtauskomponentteihin. Sekä mittauksista että mallituloksista on vertailua varten laskettu h keskiarvo. 1 2m 3 2 1 2m Mittaus Malli 2 3 1 2 Virtausnopeus cm/s m 3 3 2 Mittaus Malli 1 m 1 2 3 1 2 Virtausnopeus cm/s. 1 1. m 4 3 3 2 1 m Mittaus 1 2 Virtausnopeus cm/s Kuva 9: Virtauksen suunta- ja nopeusjakaumien vertailu mallin ja mittausten välillä pisteessä O2 jaksolla 1.9.-1.11.. Syvyydet 2m, m ja m. Malli

Flow [cm/s] Flow [cm/s] Virtausten suunta- ja nopeusjakaumien sopivuus mallin ja mittausten välillä pisteessä O2 on hyvä: mallin virtausten suuntajakauma vastaa vähintään kohtuullisesti mitattua suuntajakaumaa kaikilla esitetyillä syvyyksillä. Mallin laskema suuntajakauma on terävämpi kuin mitattu, mikä johtunee mallissa käytettävien tuulitietojen jaksottelusta (h välein). Lasketut virtausnopeusjakaumat vastaavat hyvin mitattuja nopeusjakaumia. Pinnan läheisessä kerroksessa mallin laskemat virtausnopeudet ovat jossain määrin liian pieniä 3- cm/s nopeuksien osalta, ja vastaavasti liian suuria 1-2 cm/s nopeuksien osalta. Virtaus 2m U-komponentti malli u mittaus u - - /9 1/9 22/9 29/9 / 13/ / 27/ Virtaus 2m V-komponentti malli v mittaus v - - /9 1/9 22/9 29/9 / 13/ / 27/ Kuva : Lasketut ja mitatut virtauksen U (itä-länsi) ja V (pohjois-etelä)-komponentit, h keskiarvo, mittauspisteessä O2 jaksolla 1.9.-1.11. syvyydellä 2m. Virtausnopeuden komponenttien sopivuutta mittauksiin testattiin Nash-Suthcliffe Efficiency tunnusluvulla (NSE), joka saa arvoja väliltä -.. 1 siten, että sopivuus on sitä parempi mitä lähempänä ykköstä NSE arvo on. Tyypillisesti sopivuusarvot virtauskomponenttien vertailussa ovat luokkaa. -.. Tässä sopivuusarvo oli virtauksen U-komponentille.19 ja virtauksen V-komponentille.49. Arvojen perusteella malli pystyy toistamaan virtausten vaihtelun mallin pintakerroksessa mittauspisteen kohdalla kohtuullisella tarkkuudella. 3.2. Vertailu lämpötilamittauksiin Laskettuja lämpötiloja verrattiin Hanhikiven edustalla jatkuvatoimisella lämpötilamittarilla mitattuihin lämpötiloihin kolmessa pisteessä (O1, O2, O3) keväästä tai alkukesästä alkaen (Kiirikki & Lindfors,, 13). Lasketut ja mitatut lämpötilan aikasarjat kahdelta tai kolmelta syvyydeltä on esitetty kuvassa 11. Lasketut lämpötilat seuraavat mitatuissa kolmessa pisteessä mittauksia keskimäärin hyvin. Kumpuamisjaksot, jossa pohjalle virtaa kylmempää vettä eivät mallissa aina toistu oikein, varsinkin elo-syyskuussa mallissa ei kumpuamista esiinny vaikka mittauksista kumpuamisjaksoja löytyy. Syksyllä mallinnettu veden lämpötila laskee jonkin verran liian nopeasti mittauksiin verrattuna. 13

Temp [C] Temp [C] Temp [C] 1 O1_3m O1_m O1_m 1/ 1/7 1/ 1/9 1/ 1/ 1/7 1/ 1/9 1/ 1/ 1/7 1/ 1/9 1/ 1 O2_3m O2_m O2_m 1/ 1/7 1/ 1/9 1/ 1/ 1/7 1/ 1/9 1/ 1/ 1/7 1/ 1/9 1/ 1 O3_3m O3_m Malli Mittaus 1/ 1/7 1/ 1/9 1/ 1/ 1/7 1/ 1/9 1/ Kuva 11: Lämpötilavertailut mittausten ja mallitulosten välillä pisteissä O1, O2 ja O3, jakso 1.. 1...

1 Hailuoto 9 malli -1m mittaus -2m malli 9-11m mittaus 9-11m 1/ 1/7 1/ 1/9 1/ 1/11 1 Hailuoto malli -1m mittaus -2m malli 9-11m mittaus 9-11m 1/ 1/7 1/ 1/9 1/ 1/11 1 Hailuoto 11 malli -1m mittaus -2m malli 9-11m mittaus 9-11m 1/ 1/7 1/ 1/9 1/ 1/11 1 Hailuoto malli -1m mittaus -2m malli 9-11m mittaus 9-11m 1/ 1/7 1/ 1/9 1/ 1/11 Kuva : Hailuoto, veden lämpötilan lasketut ja mitatut arvot pinnalla ja m syvyydellä vuosille 9-. Vertailut mallin ja HERTTA-tietokannan mittauspisteiden välillä on esitetty ainoastaan Hailuodon pisteestä (kuva ), koska muista lähiseudun pisteistä dataa oli vain kerran vuodessa. Mittausten ja malliarvojen tilastolliset tunnusluvut löytyvät taulukosta vuoden tiedoille laskettuna. Hailuodossa lasketut pintalämpötilat vastasivat havaintoja kohtuullisesti. Vertailun mukaan malli arvioi

lämpötilan keskimäärin oikein sekä pinnalla että m kerroksissa, mutta lämpötilan vaihtelu jää kesäheinäkuussa liian pieneksi ja syksyllä lämpötila laskee jonkin verran liian nopeasti mittauksiin verrattuna. Pinnan ja m lämpötilaero jää mallissa keskimäärin liian pieneksi. Taulukko : Hailuodon laskettujen ja mitattujen veden lämpötilojen erotuksien keskiarvot (ka.) ja keskihajonnat (sd) mittauspisteissä avovesijaksolle 1..-1.11.. Piste N ka. ( C) sd ( C) Mittaus pinta.4 3.2 m 11.3 3.2 pinta-m 1.2 1. Malli pinta 11.9 3. (mittaushetkiltä) m 11.3 3.7 pinta-m.7.7 Malli-mittaus Pinta -.49 1.4 (mittaushetkiltä) m. 1. 3.3. Jäälaskennan vertailu havaittuihin jäätilanteisiin Talvijaksojen -11 ja -13 simuloinneissa laskentajakso oli 1.11. 1.3. Veden lämpötilan lähtötilanne 1.11. asetettiin arvoon C koko mallialueelle. Jäälaskennassa malli simuloi lämmönvaihtoa ja jään muodostumista ja sulamista veden pintakerroksessa, mutta ei ota huomioon jäiden kulkeutumista ja ahtojäitä. Tästä johtuen alueilla ja aikajaksoina, joissa jään liikkeet ovat merkitseviä, malli ei pysty toistamaan jäätilannetta todenmukaisesti. Laskennan tuloksia vertailtiin Ilmatieteen laitoksen jääpalvelun satelliittipohjaisiin jäänpaksuushavaintoihin (Ilmatieteenlaitos/Polarview). Simuloidut ja havaitut jäätilanteet koko Perämeren alueelta on esitetty kuvissa 13 ja. Vuonna 11 talven mallilaskennan alussa jäätä muodostuu mittauksiin nähden jonkin verran liian paljon. 1.1.11 tilanteessa paksumman jään alue Perämeren pohjoisosassa on mallissa mittauksia suurempi. 1.2.11 tilanteessa mittauksissa näkyy ohuen jään ja avoveden alueita, joita ei näy mallilaskennassa. Jään paksuus on kuitenkin mallissa ja mittauksissa lähellä toisiaan. 1.3.11 tilanteessa mallin laskema jään paksuus jää hieman alle mitattujen arvojen. Mallin vuoden 13 laskemat jäätiedot suhteessa mittauksiin vastaa pitkälti vuoden 11 laskentaa, 1.1.13 tilanteessa mallin arvioima jäätyminen on hieman mitattuja arvoja nopeampaa, ja Perämeren pohjoispäässä paksumman jään alue on mitattua arvoa suurempi. 1.2.13 tilanteessa malli arvioi jään paksuuden Perämeren länsipuolella liian suureksi, mittauksissa näkyvä ohuemman jään alue ei mallissa toistu mittauksia vastaavasti. Pohjois- ja itärannan tilanne on lähellä mitattua. 1.3.13 mallin laskema jäänpaksuus on jossakin määrin liian ohut Perämeren keskiosissa. Mittauksissa näkyy suuri tuulen irti työntämä jäälautta, jonka pohjoispuolelle on syntynyt ohuen jään alue. Yleisesti mallin laskema jäänpaksuus on noin cm etäisyydellä mitatusta paksuudesta siten, että jää on alkutalvesta liian paksua ja lopputalvesta jonkin verran liian ohutta. Mallin eteläreunan (Merenkurkku) veden lämpötila on laskettu ilman lämpötilasta, eikä välttämättä vastaa todellisia arvoja, aiheuttaen mittauksista poikkeavia jääarvoja reunan läheisellä alueella. 1

Laskettu jäätilanne 1.1.11 klo : Havaittu jäätilanne 1.1.11 Laskettu jäätilanne 1.2.11 klo : Havaittu jäätilanne 1.2.11 Laskettu jäätilanne 1.3.11 klo : Havaittu jäätilanne 1.3.11 Kuva 13. Lasketut ja havaitut jäätilanteet talvella /11. Jäätilanne Ilmatieteenlaitos/Polarview 17

Laskettu jäätilanne 1.1.13 klo : Havaittu jäätilanne 1.1.13 Laskettu jäätilanne 1.2.13 klo : Havaittu jäätilanne 1.2.13 Laskettu jäätilanne 1.3.13 klo : Havaittu jäätilanne 1.3.13 Kuva. Lasketut ja havaitut jäätilanteet talvella /13. Jäätilanne Ilmatieteenlaitos/Polarview 1

4. Jäähdytysveden leviämisen arviointi Voimalaitoksen aiheuttama veden lämpiäminen laskettiin avovesijaksoille 9-13. Voimalaitokselle suunnitellut jäähdytysveden otto- ja purkupaikat näkyvät kartalla kuvassa 1. Simulaatiossa, joissa voimalaitosyksikkö oli mukana, voimalalle asetettiin läpivirtaama ja läpivirtaavalle vedelle lämpötilan nousu taulukon arvojen mukaisesti. Poistuvan jäähdytysveden lämpötila asetettiin lisäämällä simuloituun ottoveden lämpötilaan voimalaitoksen lämmitysvaikutus. Poiston suolaisuus oli sama kuin oton suolaisuus. Laskennassa on käytetty noin % arvioitua jäähdytystehoa suurempaa arvoa. Taulukko : Voimalaitosyksikön jäähdytysvesivirtaama ja lämmönnousu Laitosvaihtoehto Laskennassa käytetty jäähdytysveden virtaama 4 m 3 /s Laskennassa käytetty jäähdytysveden lämpötilan nousu ºC Laskennassa käytetty jäähdytysteho 22 MW Laitoksen arvioitu sähköteho 1 MW Laitoksen arvioitu jäähdytysteho MW Otto- ja purkujärjestelyt: O1 P1 Otto sijaitsee 4-11 m syvyydellä Hanhikiven länsipuolelle rakennettavassa aallonmurtajilla suojatussa satama-altaassa. Altaan syvyys on - m, ja siihen rakennetaan lännestä m syvä ja m leveä kanava. Sataman suulla on kynnys m syvyydellä estämässä hiekan kulkeutumista satama-altaaseen. Hanhikiven pohjoisrannalta suuntaa 33 astetta (pohjoisesta hieman luoteeseen), Poistokanavan syvyys on rakenteen suulla 3 m ja leveys m. Rakenteesta pohjoiseen rakennetaan 3 m syvä kanava, joka ulottuu 3 m syvemmälle alueelle. 1 2 km P1 O1 Syvyystiedot: Merenkulkulaitos lupa /721/ Syvyys (m) 3 4 Kuva 1: Suunnitellut jäähdytysveden otto- ja purkupaikat. 19

4.1. Otto- ja purkupaikat mallihilassa Otto- ja purkuaukkojen leveytenä käytettiin laskennoissa mallin tarkimman hilan resoluutiota, joka on m. Tästä johtuen otto- ja purkuaukkojen kohdalla virtaamat eivät välttämättä vastaa todellisuutta, vaan jakautuvat m levyiseen hilakoppiin. Otto- ja poistorakenteet konstruoitiin malliin voimalaitoksen suunnitelmia vastaavasti. Jäähdytysveden purkupisteen syvyystiedoista poikkeava hilan järjestely johtuu laskennallisista syistä. Purkupisteen ympärillä on oltava riittävästi maa-aluetta, muuten lämpötila-asetukset vuotavat ympäristön vesialueelle. Poistosuihku on pyritty mallintamaan siten että sen nopeus vastaa suunniteltua poistosuihkun nopeutta. Poistorakenteen poikkipinta-ala on normaalivedenkorkeudella 3m x m, jolloin poistosuihkun virtausnopeus on noin 19 cm/s virtaamalla 4 m 3 /s. 11 11 11 11 11 11 11 11 11 9 7 7 7 4 4 3 3 3 4 4 11 11 11 11 11 11 11 11 11 9 9 9 7 7 3 3 4 4 4 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 9 9 9 7 3 4 4 3 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 9 9 9 9 9 9 7 7 4 4 4 4 3 3 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 9 9 9 9 9 9 7 7 4 4 4 4 4 4 4 4 4 3 3 11 11 11 11 11 9 9 9 9 7 7 7 7 4 4 4 4 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4 4 3 3 9 9 9 7 7 7 7 4 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 3 4 3 3 3 9 9 7 7 4 3 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 3 3 3 3 3 3 3 9 9 9 9 9 7 4 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 7 4 4 4 3 3 3 3 3 2 3 3 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 3 3 3 9 9 9 9 9 9 9 4 4 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 9 9 7 4 4 4 4 3 3 3 3 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 9 7 7 7 4 4 3 3 3 3 3 3 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 7 7 4 3 3 3 2 3 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 7 7 4 3 3 3 2 2 3 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 7 7 7 7 7 7 7 3 3 3 3 2 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 7 7 7 7 7 4 4 3 3 3 2 3 1 1 1 1 1 4 4 3 3 2 2 1 3 1 1 1 1 1 7 7 7 7 4 3 3 2 2 1 1 1 1 1 7 7 7 4 3 3 2 1 1 1 1 7 7 7 4 3 3 1 1 1 1 7 2 1 1 7 7 4 7 7 7 4 3 7 7 7 4 4 7 7 7 4 4 4 4 4 4 4 4 7 7 7 4 4 4 4 4 4 4 4 4 7 7 7 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 2 1 1 7 7 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 3 3 3 2 2 2 1 7 7 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 3 3 3 2 2 1 1 7 4 4 4 4 4 3 3 4 4 4 4 4 4 3 3 3 3 3 1 1 1 7 4 4 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 3 3 3 3 3 2 1 1 7 7 4 4 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 3 3 3 3 3 2 1 1 7 7 4 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 3 3 3 3 3 3 2 1 1 1 7 7 4 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 3 3 2 2 2 2 2 2 1 1 7 7 4 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 1 1 1 7 7 4 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 1 1 1 1 7 4 4 4 4 4 3 3 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 1 1 1 1 1 7 4 4 4 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2 2 2 1 1 1 1 1 7 4 4 3 3 3 3 3 3 3 3 2 2 2 1 1 1 1 1 4 4 3 3 3 3 3 3 3 3 2 2 2 1 1 1 1 4 4 4 4 4 4 4 4 3 3 3 3 3 3 2 2 2 1 1 1 4 4 4 4 4 4 4 4 3 3 3 3 3 3 3 2 2 2 1 1 3 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 3 3 3 3 3 3 3 3 2 1 1 Maa -m >m Kuva 1: Otto ja poisto mallihilassa. Syvyydet pyöristetty kuvassa lähimpään kokonaislukuun.

4.2. Kesäjaksojen laskenta Kesäjaksojen simuloinnit suoritettiin käyttämällä mitattuja vuosien 9-13 olosuhdetietoja. Simulointijakso oli 1.. 1.. Laskennan alkujakso noin kesäkuun alkuun asti kuluu alkutilanteen vaikutuksen tasoittumiseen. Laskennoista esitetään tässä seuraavat tulokset: Voimalaitoksen aiheuttama lämpötilan nousu -1m ja 2-3m kerroksissa kesäkuussa Voimalaitoksen aiheuttama lämpötilan nousu -1m kerroksessa vuosille 9-13 Ottopisteiden lämpötilat aikasarjoina vuosille 9- (aikasarjatuloksia ei esitetä vuodelle 13, koska laskentajakso oli muita vuosia lyhyempi lähtötietojen saatavuuden takia). Lämpötilojen muutos valituissa pisteissä aikasarjoina kaikille 9- Voimalaitoksen aiheuttama veden pintalämpötilojen muutos tyypillisissä säätilanteissa Keskimääräiset virtaukset kesäkuussa eri syvyyksillä Voimalaitoksen aiheuttama muutos keskimääräisiin virtauksiin kesäkuussa 4.3. Lämpötilan nousu kesäkuussa eri syvyyksillä Voimalaitoksen poistovesien lämmittävää vaikutusta eri syvyyksillä arvioitiin kesäkuun (1..- 1.7.) keskilämpötilakentästä. Nollavaihtoehdon ja voimalaitosvaihtoehdon keskiarvolämpötilat on esitetty kuvassa 17 kahdelta syvyydeltä, pinnalta -1m kerroksesta ja 2-3m kerroksesta. Kuvassa 1 on esitetty lämpötilan nousu, syvyyksiltä -1m ja 2-3m. Lämpötilan nousu on laskettu vähentämällä voimalaitosvaihtoehdon lämpötilakentästä nollavaihtoehdon lämpötilakenttä. Syvemmissä kerroksissa lämpötilan nousu oli vähäistä, eikä poiston aiheuttama lämpötilan nousu ylittänyt yhtä astetta yli 4 m syvyydellä. Taulukoon 7 on laskettu alueen koko, jolla lämpötilan nousu ylittää annetun raja-arvon. Alueet on laskettu syvyyskerroksittain m syvyyteen asti. Kuvassa 19 on esitetty laskettu veden lämpötila ja lämpölämpötilan nousu pintakerroksessa ja taulukossa alueet, joilla lämpötilan nousu ylittää annetun raja-arvon. Hanhikiven niemeä kiertävä vesi kuljettaa voimalayksikön jäähdytysvettä kesäkuussa rantaa myötäillen pääasiassa itään ja pohjoiseen. Veden lämpötilan keskimäärin kahden asteen ylittävä lämpötilan nousu rajoittuu Hanhikiven pohjoispään ja itärannan läheisille merialueille. Taulukko 7: Pinta-alat joilla lämpötila ylittää raja-arvon eri syvyyksillä, vuoden kesäkuun keskiarvo Ala jolla lämpötilan nousu ylittää raja-arvon (km 2 ) Skenaario Syvyystaso 1 C 2 C 3 C 4 C C 7 C 9 C -1m 1. 4.47 2.2 1.11.71.33.11 1-2m.31..1...3.1 2-3m 3.99.1.1 3-4m 1.1 4-m Taulukko : Pinta-alat joilla lämpötilan nousu ylittää raja-arvon pintakerroksessa, kesäkuun keskiarvo Ala jolla lämpötilan nousu ylittää raja-arvon (km 2 ) Skenaario Syvyystaso 1 C 2 C 3 C 4 C C 7 C 9 C 9-1m.7 3.1 1.1.94.4.29.7-1m. 3.39 1.2 1..7.37. 11-1m.34 1.9.9..42.17. -1m.1 4.2 1.97 1.9.9.32. 13-1m 7.1 2.3 1...4..3 ka. -1m.94 3.2 1.49.7.7.2.7 21

/ pintakerros, nollavaihtoehto / 2-3m kerros, nollavaihtoehto / pintakerros, voimalaitosvaihtoehto / 2-3m kerros, voimalaitosvaihtoehto 1 1 C Kuva 17: Kesäkuun veden keskilämpötilat pintakerroksessa ja 2-3m kerroksessa, nollavaihtoehto ja voimalaitosvaihtoehto. /, -1m kerros, erotus /, 2-3m kerros, erotus 1 2 3 4 7 9 C Kuva 1: Lämpötilan nousu erotuksena nollavaihtoehtoon -1m ja 2-3m kerroksissa, kesäkuun keskiarvo, vuosi. 22

9 11 13 1 1 C 1 2 3 4 7 9 C Kuva 19:Veden lämpötilat voimalaitosvaihtoehdolla ja erotuksena nollavaihtoehtoon -1m kerroksessa, kesäkuun keskiarvo, vuodet 9-13 (vasemmalla voimalaitosvaihtoehto ja oikealla voimalaitosvaihtoehdon ero nollavaihtoehtoon). 23

4.4. Lämpötilan nousu heinä-elokuussa pintakerroksessa Voimalaitoksen poistovesien lämmittävää vaikutusta kesän lämpimimpänä aikana arvioitiin laskemalla keskimääräinen lämpötila jaksolle 1.7.-1.. Voimalaitosvaihtoehdolle lasketut keskimääräiset veden lämpötilat, sekä lämpötilan nousu verrattuna voimalaitosvaihtoehtoon eri laskentavuosille on esitetty kuvassa. Taulukossa 9 on esitetty alueen koko, jolla lämpötila ylittää annetun raja-arvon. Taulukossa on esitetty pinta-alat, joilla lämpötilan nousu ylittää annetun raja-arvon. Jäähdytysveden lämmittämä vesialue oli kaikkina laskettuina vuosina Hanhikiven pohjoispäästä katsottuna pohjoiseen ja itään. Keskikesän tuulet ovat tyypillisesti pääasiassa lounaan puolelta ja keskimääräistä jonkin verran heikompia, mikä selittää lämmenneen vyöhykkeen sijaintia. Lämpötilakuvissa näkyy selvästi eri kesien erot veden lämpötilan osalta, vuosi on selvästi viilein, kun taas lämpimintä vesi oli vuonna. Lämmenneiden alueiden koot ovat samalla tasolla vuosina 9,, 11 ja 13. Vuonna lämmenneiden alueiden koko oli keskimääräistä noin 24 % suurempi. Taulukko 9: Pinta-ala jossa lämpötila ylittää raja-arvon, jaksolla 1.7.-1.. laskentavuosille 9-13, *** = koko alue. Ala jolla lämpötila ylittää raja-arvon (km 2 ) Vuosi C C 1 C 1 C C 22 C 24 C 2 C 2 C 3 C 9 *** *** 374.1 11.4 3.2 1.3..3.1. *** *** 4.4 2.. 2.1.9..2.1 11 *** *** 379.1 7.3 1.9.9.4.2.. *** 444.1 7.3.4 1.9.7.4.1.. 13 *** *** 37.1 7. 1.9..4.2.1. ka. *** 444.1 349. 4.9 3.4 1.2..2.1. Taulukko : Pinta-alat joilla lämpötilan nousu ylittää raja-arvon, jakso 1.7.-1.. laskentavuosille 9-13 Ala jolla lämpötilan nousu ylittää raja-arvon (km 2 ) Vuosi Syvyys 1 C 2 C 3 C 4 C C 7 C 9 C 9-1m.7 3.23 1.4.9.2.2.9-1m 9.93 2.73 1.37.4.1.31. 11-1m.2 2.2 1.1.74.4.2. -1m.7 4.44 2.11 1.27.2.42.19 13-1m 7.94 2.4 1.2.77.4.2. ka. -1m.77 3.7 1.4.9.3.31. 24

9 11 13 1 17 19 21 23 2 C 1 2 3 4 7 9 C Kuva :Veden lämpötilat voimalaitosvaihtoehdolla ja erotuksena nollavaihtoehtoon -1m kerroksessa, jakson 1.7. 1.. keskiarvo, vuodet 9-13 (vasemmalla voimalaitosvaihtoehto ja oikealla voimalaitosvaihtoehdon ero nollavaihtoehtoon). 2

4.. Keskimääräinen lämpötilan nousu eri tuulilla Tyypillistä lämpöpäästön leviämistä eri tuuliolosuhteissa arvioitiin laskemalla lämpötilan nousut säädatasta poimituilla kolmen päivän jaksoilla, joilla vallitsi samansuuntaiset tuulet. Lounaistuulille valittiin jaksolla.7.9 klo 3-1.7.9 klo 3 ja pohjoistuulille jakso 4.7.9 klo -.7.9 klo (pohjoistuuli). Heikkoja tuulia edustamaan valittiin jakso 23..11 klo 2..11 klo. Tuulien suunta- ja nopeusjakaumat em. jaksoilta on esitetty kuvassa 21. Lämpötilan nousu jakson aikana laskettiin vähentämällä skenaariotapauksen tuloskentästä vertailutilanteen tulokset. Tuloskentät ja vastaavat lämpötila-alueet on esitetty kuvassa 22, sekä taulukossa 11. 3 Nahkiainen 4-.7.9 9 7 4 3 2 1 2 4 Nahkiainen -1.7.9 9 7 4 3 2 1 2 4 3 9 7 4 3 2 1 Nahkianen 23-2..11 2 4 Kuva 21: Tuulen tulosuunta- ja nopeusjakaumat lounais- ja pohjois- ja heikon tuulen jaksoille.- 1.7.9 (lounaistuuli), 4.-.7.9 (pohjoistuuli) ja 23.-2..11 (heikko tuuli). Lounaistuulilla keskinopeus.1 m/s, pohjoistuulilla.7 m/s, ja heikolla tuulella 2.4 m/s. Lounaistuulilla lämpöpäästö pyrkii kertymään Hanhikiven pohjoisen puoleiseen Kultalanlahteen, jolloin yhden asteen lämmennyt alue jää suureksi pohjoistuulitilanteeseen verrattuna. Lämmin vesi sekoittuu kuitenkin kohtuullisen hyvin rannikon suuntaiseen virtaukseen. Pohjoistuulilla rannikolla tapahtuu kerrostuneessa tilanteessa kumpuamista, jolloin tuuli painaa lämpimän pintaveden ulapalle ja kylmä pohjavesi kiertyy syvemmältä pintakerrokseen. Näissä olosuhteissa voimalaitoksen lämpöpäästö laimenee tehokkaasti kumpuavaan kylmään veteen, ja lämmönnousualueet jäävät etelätuulitilanteita pienemmiksi. Heikolla tuulella lämpöpäästö leviää jokseenkin tasaisesti poistopaikan ympäristöön, kulkeutuen kuitenkin hieman enemmän pohjoiseen ja itään kun etelän suuntaan. Yhden asteen lämmennyt ala 2

vastaa kooltaan lounaistuulitilannetta, kaksi astetta tai enemmän lämmenneet pinta-alat ovat lounaistuulitilanteeseen verrattuna noin kaksinkertaisia. Taulukko 11: Pinta-alat joilla lämpötilan nousu ylittää raja-arvon. Ala jolla lämpötilan nousu ylittää raja-arvon (km2) Vaihtoehto syvyys 1ºC 2ºC 3ºC 4ºC ºC 7ºC 9ºC lounaistuuli pinta 19.13 4.43 1.97 1.19.7.33. pohjoistuuli pinta 4.99 2.4 1.22.7.4.34. heikko tuuli pinta 19.2 7. 3.99 2.24 1..3.1 pintakerros lounaistuulet pintakerros pohjoistuulet 1 2 3 4 7 9 C pintakerros heikko tuuli Kuva 22: Pintakerroksen keskimääräinen lämpeneminen lounais- ja pohjoistuulilla sekä heikoilla tuulilla. 27

4.. Veden lämpötila ottopisteessä Alla olevassa kuvassa 23 on esitetty lasketut ottopisteen (O1) veden lämpötilat jakson 1..-1.. ajalta kaikille laskentavuosille voimalavaihtoehdolla. Vastaavat lämpötila-aikasarjojen tilastolliset tunnusluvut löytyvät taulukosta. Lämpötila on laskettu mallin 7-9 m kerroksesta ottopisteen kohdalta. 1 1 O1/7-9m,9 1/ 1/7 1/ 1/9 1/ 1 1 O1/7-9m, 1/ 1/7 1/ 1/9 1/ 1 1 O1/7-9m,11 1/ 1/7 1/ 1/9 1/ 1 1 O1/7-9m, 1/ 1/7 1/ 1/9 1/ Kuva 23: Ottopisteen lämpötila-aikasarjat eri laskentavuosille voimalaitosvaihtoehdolla. Taulukko : Ottopisteen lämpötilan tilastolliset tunnusluvut jaksolta 1..-1.. Tapaus Piste ka. ( C) sd ( C) min ( C) max ( C) 9 O1 13. 2.39.1 1.3 O1.2 3.3 7.9.2 11 O1 13.92 2.4.77 19.3 O1 13. 2.3 7.7 17.4 k.a. 13.77 2.72.11 19.11 2

4.7. Veden lämpötilan muutos valituissa aikasarjapisteissä Voimalaitoksen aiheuttama lämpötilan muutos laskettiin aikasarjapisteissä PP,O3, O1, K2 ja PP4. Pisteiden paikat löytyvät kuvasta. Tulosaikasarjat sekä nollavaihtoehdolle että voimalavaihtoehdolle on esitetty kuvissa 24-2. Aikasarjojen tunnusluvut on laskettu taulukkoon 13. Esitetyistä pisteistä lämpötila nousee keskimäärin eniten pisteessä K2 Hanhikiven pohjoisrannalla (keskimäärin 1. C), ja seuraavaksi eniten pisteessä PP4 Hanhikivestä luoteeseen (keskimäärin. C). Pienintä lämpötilan nousu on pisteessä PP Hanhikivestä kaakkoon. 1 1 PP/-1m_9 V1 V 1/7 1/ 1/9 1/ 1 1 PP/-1m_ V1 V 1/7 1/ 1/9 1/ 1 1 PP/-1m_11 V1 V 1/7 1/ 1/9 1/ 1 1 PP/-1m_ V1 V 1/7 1/ 1/9 1/ Kuva 24: Lämpötilan muutos nollaskenaarioon verrattuna, piste PP/pinta, eri laskentavuodet. (V1=voimalaitosvaihtoehto, V=nollavaihtoehto) 29

Taulukko 13: Lämpötilan keskiarvot valituissa aikasarjapisteissä, v1= voimalaitosvaihtoehto, v=nollavaihtoehto. piste Vuosi ka. sd min max PP/v1 9. 2.4. 1.4 PP/v 9 13.7 2.4.4 17.9 PP/v1. 3. 7.3.9 PP/v.2 3.7.. PP/v1 11.2 2.4 9. 19.4 PP/v 11 13. 2.4.9 1. PP/v1 13.3 2. 7.4 17.7 PP/v 13. 2. 7.2 17.7 PP/v1-v ka.3 O3/v1 9.2 2..9. O3/v 9 13.7 2.3 9. 17.9 O3/v1. 3.7.1 22.1 O3/v.1 3. 7.2. O3/v1 11.4 2.7.7 22.3 O3/v 11 13.7 2.4. 1.7 O3/v1 13.4 2..2 19.9 O3/v.9 2.3. 17.2 O3/v1-v ka. O1/v1 9.3 2.. 19. O1/v 9 13. 2.3.9 1.3 O1/v1.4 3..2 22. O1/v.1 3.4 7..1 O1/v1 11.4 2.7.2.3 O1/v 11 13. 2.. 1. O1/v1 13.4 2.4.1.1 O1/v.9 2.2. 17.1 O1/v1-v ka.4 K2/v1 9 1.1 2. 9.2 23. K2/v 9.2 2..1 19.7 K2/v1 1.4 4. 7. 2.2 K2/v. 4.2. 22. K2/v1 11 1.9 2.9 9.7 23.9 K2/v 11. 2.9.9 22.1 K2/v1 1.3 3.3 7.1 22.4 K2/v 13.4 2.9.9 19.1 K2/v1-v ka 1.79 PP4/v1 9. 2.7.7 19. PP4/v 9 13.9 2.3 9. 1.4 PP4/v1 1. 3.9.2 22. PP4/v.3 3.7.. PP4/v1 11.7 2. 9.3 19. PP4/v 11 13.9 2. 9.1 1. PP4/v1 13.9 2..2 19.1 PP4/v 13.1 2. 7. 17.4 PP4/v1-v ka.77 3

1 1 O3/-1m_9 V1 V 1/7 1/ 1/9 1/ 1 1 O3/-1m_ V1 V 1/7 1/ 1/9 1/ 1 1 O3/-1m_11 V1 V 1/7 1/ 1/9 1/ 1 1 O3/-1m_ V1 V 1/7 1/ 1/9 1/ Kuva 2: Lämpötilan muutos nollaskenaarioon verrattuna, piste O3/pinta, eri laskentavuodet. (V1=voimalaitosvaihtoehto, V=nollavaihtoehto) 31

1 1 O1/-1m_9 V1 V 1/7 1/ 1/9 1/ 1 1 O1/-1m_ V1 V 1/7 1/ 1/9 1/ 1 1 O1/-1m_11 V1 V 1/7 1/ 1/9 1/ 1 1 O1/-1m_ V1 V 1/7 1/ 1/9 1/ Kuva 2: Lämpötilan muutos nollaskenaarioon verrattuna, piste O1/pinta, eri laskentavuodet. (V1=voimalaitosvaihtoehto, V=nollavaihtoehto) 32

1 1 K2/-1m_9 V1 V 1/7 1/ 1/9 1/ 1 1 K2/-1m_ V1 V 1/7 1/ 1/9 1/ 1 1 K2/-1m_11 V1 V 1/7 1/ 1/9 1/ 1 1 K2/-1m_ V1 V 1/7 1/ 1/9 1/ Kuva 27: Lämpötilan muutos nollaskenaarioon verrattuna, piste K2/pinta, eri laskentavuodet. (V1=voimalaitosvaihtoehto, V=nollavaihtoehto) 33

1 1 PP4/-1m_9 V1 V 1/7 1/ 1/9 1/ 1 1 PP4/-1m_ V1 V 1/7 1/ 1/9 1/ 1 1 PP4/-1m_11 V1 V 1/7 1/ 1/9 1/ 1 1 PP4/-1m_ V1 V 1/7 1/ 1/9 1/ Kuva 2: Lämpötilan muutos nollaskenaarioon verrattuna, piste PP4/pinta, eri laskentavuodet. (V1=voimalaitosvaihtoehto, V=nollavaihtoehto) 4.. Keskimääräiset virtaukset kesäkuussa Virtauksista on esitetty hetkelliset virtaukset navakalla lounais- ja pohjoistuulilla, sekä voimalaitoksen jäädytysveden oton ja poiston aiheuttama keskimääräisten virtausten muutos kesäkuun keskimääräisiin virtauksiin. Hetkelliset virtaukset nollavaihtoehdolle tyypillisillä tuulilla on esitetty kuvassa 29. Kuvista huomataan että virtaus on koko syvyydeltä rannikon suuntainen, ja seuraa rantaviivan suuntaa varsinkin rannan läheisellä alueella. Voimalaitoksen aiheuttama keskimääräisten virtausten muutos eri syvyyksiltä vuoden kesäkuun keskimääräisiin virtauksiin eri syvyyksillä on esitetty kuvissa 3 ja 31. Virtaukset on piirretty nollavaihtoehdon ja voimalaitosvaihtoehdon erotuksena. Kuvista näkyy selvästi poiston vaikutus pintavirtauksiin, sekä ottokanavan vaikutus pintavirtauksiin sekä 2-9 m syvyyden virtauksiin. 34

1.7.9-1m kerros 1.9.11-1m kerros 1.7.9 4-m kerros 1.9.11 4-m kerros 1.7.9 9-11m kerros 1.9.11 9-11m kerros Kuva 29: Hetkelliset virtaukset 1.7.9 (lounaistuulet) ja 1.9.11 (pohjoistuulet), nollavaihtoehto. 3

-1m kerros 2-3m kerros 3-4m kerros Kuva 3: Kesäkuun keskimääräisten virtausten muutos, voimalaitosvaihtoehto-nollavaihtoehto. kerrokset -1, 2-3 ja 3-4m. 3

-7m kerros 7-9m kerros 9-11m kerros Kuva 31: Kesäkuun keskimääräisten virtausten muutos, voimalaitosvaihtoehto-nollavaihtoehto, kerrokset -7, 7- ja 9-11m. 37

4.9. Talvijaksojen -11 ja -13 laskenta Talvijakson simuloinnit suoritettiin käyttämällä talvien -11 ja -13 talvien olosuhdetietoja. Simulointijakso oli 1.11. 1.3. Veden lämpötilan lähtötilanne simuloinneissa oli vakiolämpötila C koko mallialueella. Laskennan alkujakso noin marraskuun puoliväliin asti kuluu alkutilanteen vaikutuksen tasoittumiseen. Jäätyminen alkoi molempina laskentavuosina noin 1.. ja jatkui siten että noin 1.1. mennessä koko Perämeri oli jäätynyt umpeen. Jään peittäessä veden pinnan tuuli ei enää vaikuta virtauksiin, ja virtaukset määräytyvät jokivirtaamien, mallin reunan vedenkorkeuden vaihtelun, sekä lämpötila- ja suolaisuuserojen perusteella. Laskentajaksolta esitetään tässä seuraavia tietoja: Lasketut jäätilanteet 1.1., 1.2. ja 1.3. kuvina Avoimen vesialueen koko ja ohentuneen jään alueet em. päivinä. Perämerellä talvisaikainen pinnan läheinen virtaus kulkee laskelmien mukaan rantoja pitkin kiertäen vastapäivään, Suomen rannikolla pääasiassa pohjoiseen ja Ruotsin rannikolla etelään. Kierron aiheuttaa jokien tuoma makea vesi, ja pinnankorkeuden vaihtelu sekä suolaisuuserot Merenkurkussa. Pyhäjoen edustalla virtaus on em. päävirtauksen mukainen, joskin rannikon matalammat alueet aiheuttavat virtaukseen kiertoja ja pyörteitä. 4.. Jäätilanteet voimalaitosvaihtoehdolla Kuvassa 32 on esitetty hetkelliset jäätilanteet tilanteet 1.1., 1.2. ja 1.3. molemmilta lasketuilta jäätalvilta (11 ja 13). Kuvissa näkyy sulan alueen sijainti, ja alueet missä jää on ohentunut. Sulan alueen koko, sekä niiden alueiden koot, joilla jää on ohentunut, on esitetty taulukossa. Pieni sula alue Pyhäjoen suulla on mukana lasketuissa pinta-aloissa. Jäätalvi 11 oli vuotta 13 ankarampi, mikä näkyy kuvassa 32. Jään paksuus on vuonna 11 selvästi suurempi, noin 3 cm ja avoin alue pienempi kuin vastaavana päivänä vuodelle 13 laskettu tilanne. Helmikuun alussa vuosien välinen ero avoimen alueen osalta on pieni, ohenneen jään alue on sen sijaan vuonna 13 selvästi vuotta 11 suurempi. Avoin vesialue ulottuu helmikuussa molempina vuosina noin km etäisyydelle virtausten menosuuntaan päin. Taulukko : Alueiden koot, joilla jään paksuus on ohentunut (*** = koko alue), ilman voimalaitoksen vaikutusta jäätä on vuodesta riippuen 1.1. noin -3 cm, ja 1.2. noin -4 cm. Ala (km 2 ), jolla jään paksuus alle raja-arvon (cm) Päivämäärä avoin cm cm cm 3cm 4cm cm 1.1.11 2.2 4.. 1.7 111. *** *** 1.2.11 3. 9. 13. 23. 4.1 134. *** 1.3.11 2.4 4.2.1 21.7 3.3 7.2 *** 1.1.13 2. 4. 7.1 13. *** *** *** 1.2.13 4.4.. 27. 3. *** *** 1.3.13 4..9 1. 2.3. 11. *** 3

Jäätilanne 1.1.11 Jäätilanne 1.1.13 Jäätilanne 1.2.11 Jäätilanne 1.2.13 Jäätilanne 1.3.11 Jäätilanne 1.3.13 3 4 cm 3 4 cm Kuva 32: Jäätilanteet vuosina 11 ja 13 39

. Yhteenveto Raportissa arvioitiin Pyhäjoen Hanhikivelle rakennettavan voimalaitosyksikön jäähdytysvesien vaikutusta lähialueen veden lämpötiloihin ja talviaikaiseen sulan alueen kokoon. Laskennassa käytettiin Hanhikiven edustalle laadittua 3-dimensioista laskentamallia, jossa on voimalaitoksen lähialueella tarkennettu mallihila. Mallin karkein hila sisälsi koko Perämeren 2.1 km resoluutiolla, ja tarkin alue Hanhikiven edustan m resoluutiolla. Lähtötietona mallissa käytettiin Nahkiaisen sääasemalta mitattuja meteorologisia tietoja, ECMWF Reanalysis säädataa, sekä erillisellä Itämeren mallilla laskettuja vedenkorkeuksia mallialueen reunalla. Mallin toiminta varmistettiin vertaamalla laskentatuloksia vuoden aikana tehtyihin veden virtaus- ja lämpötilamittauksiin. Skenaariolaskelmia tehtiin vuoden 9-13 kesien, -11 talven ja -13 talven olosuhdetiedoilla 1 MW voimalavaihtoehdolle. Voimalaitoksen otto oli rannalla Hanhikiven länsipuolella ja poisto Hanhikiven pohjoispäästä pohjoiseen. Voimalan jäähdytysveden otto ja poisto ovat vähäsaaristoisella, joskin matalalla rannikkoalueella, jossa veden päävirtaussuunta on etelästä pohjoiseen. Tyypillisillä lounaisen puoleisilla tuulilla voimalaitoksen jäähdytysvesi sekoittuu rannikon suuntaiseen virtaukseen, ja suuntautuu rantaa myöten pohjoiseen ja itään. Pohjoisenpuoleisilla tuulilla jäähdytysvesi kulkeutuu jonkin verran lounaaseen, mutta jäähtyy lounaistuulitilannetta nopeammin näillä pohjoistuulilla tyypillisesti esiintyvän kumpuamisen johdosta. Veden lämpötilan yli kahden asteen keskimääräinen nousu rajoittuu voimalan kaikissa tilanteissa noin 2-3 km etäisyydelle jäädytysveden poistopisteestä. Hetkellisissä tilanteissa lämmin jäähdytysvesi voi kulkeutua selvästi tässä esitettyjä keskiarvotilanteita pidemmälle. Lämpötilan nousu kesäkuussa Kesätilanteessa 1 MW tehoisella voimalayksiköllä veden lämpötila nousi kesäkuussa keskimäärin vähintään yhden asteen alueella jonka koko vaihteli -1 km 2 välillä. Lämmennyt alue sijoittuu lasketuilla vuosilla poistopaikan pohjois- ja itäpuolille. Lämpötilan nousu heinä-elokuussa Kesän lämpimimmän jakson aikana 1.7.-1.. keskimääräinen veden lämpötila pysyi lähes koko alueella alle 2 C. Kyseessä on kuitenkin kuukauden mittaisen jakson keskilämpötila, joten veden lämpötila voi nousta keskiarvoa korkeammalle useammankin päivän jaksolla. Ottoveden lämpötila Ottoveden lämpötilat olivat laskelmien perusteella kesätilanteessa (1..-1..) keskimäärin 13. C. Mallin avulla laskettu lämpötila m syvyydellä ei aina ottanut huomioon kumpuamista riittävässä määrin, joten on mahdollista että ottolämpötilan keskiarvo on jonkin verran liian korkea. Talvitilanteet Talvisaikaan poistovesi pitää veden avoimena ja aiheuttaa jään ohenemista pääasiassa Hanhikiven pohjois- ja itäpuolille. Avoimen veden alue oli lasketuissa tapauksissa paksumman jään (1.3.) aikana 2.4-4. km 2, ohuemman jään aikana suurempi. Avoin vesialue ulottui laskettujen tilanteiden kohdalla helmi- ja maaliskuun alussa noin 2- km etäisyydelle poistopisteestä, ja ohenneen jään alue (jään paksuus alle 1 cm) noin.-2 km etäämmälle. Virtaussuuntien vaihtuessa avoimen alueen sijainti voi siirtyä lännen, pohjoisen ja idän välillä. 4

. Lähdeluettelo ECMWF ERA-Interim reanalysis data product, accessed 9/13, www.ecmwf.int ETOPO2v2, 2-Minute Gridded Global Relief Data,, US National Geophysical Data Center (NGDD), http://www.ngdc.noaa.gov/mgg/fliers/1mgg4.html Hertta-tietokanta, 13, Suomen ympäristökeskuksen ympäristötiedon hallintajärjestelmä. Ilmatieteen laitos, avoin data aineisto, haettu 9/13, Nahkiaisen ja Lapaluodon sääasemien säätiedot. Ilmatieteen laitos, Polarview jäätilanneanimaatio,http://haavi.fimr.fi/polarview/, haettu 9/13 Kalliosaari, Simo, 3, Jäätalvi 2/3, Merentutkimuslaitoksen jääpalvelun www-sivut, http://www.fimr.fi/fi/palvelut/jaapalvelu/jaatalvi/3.html Kiirikki M., Lindfors A.,, Vedenlaatu Hanhikiven edustan merialueelle suunnitelluilla vedenottopaikoilla O1, O2 ja O3 sekä vedenlaadun tarkkailupaikoilla PP2 ja PP4, väliraportti 2, Luode Consulting Oy Kiirikki M., Lindfors A., 13, Vedenlaatu Hanhikiven edustan tarkkailupaikoilla PP2 ja PP4, Väliraportti 3, Luode Consulting Oy Koponen J., Kummu M., Lauri H., Virtanen M., Inkala A., Sarkkula J., Suojanen I.,Veijalainen N.,, EIA 3D Model Manual, http://www.eia.fi/wup-fin/training/manuals.html Merenkulkulaitos,, digitaalinen kartta-aineisto, Merenkulkulaitos, lupa nro /721/ MyOcean Products, Water level data from www.myocean.eu, accessed 9/13 Olsonen, R. (ed.) 7: FIMR monitoring of the Baltic Sea environment: Annual report. - Meri - Report Series of the Finnish Institute of Marine Research no. 9. - 113 pp. SMHI, 13, http://vattenweb.smhi.se/ 41