Tio Huttula WETA150 Hydrologia Laskuharjoitustehtävät 1. Ilan läpötila järvellä syyskuisena iltapäivänä on 21 0 C ja ilankosteus 5 %. Missä läpötilassa suua alkaa syntyä eli ilan sisältää vesihöyry tiivistyy? 2. Tutki Vantaan valua-aluetta ja sen oinaisuuksia. Käytä apunasi www.yparisto.fi sivustoa sekä julkaisua Matti Ekhol, 1993, (Vesi- ja ypäristöhallituksen julkaisuja sarja A nuero 12). Selvitä seuraavat asiat: a. niet ja nuerot b. kokonaispinta-ala c. osavalua-alueet ja niiden pinta-ala d. hydrologiset havaintoaseat (sadeaseat, virtaaa, vedenkorkeus, pohjavesi, haihdunta) havainnot 3. Helsinki-Vantaalla itattiin syyskuun 2003 sadannaksi 22. Syyskuun pitkäaikainen keskiarvo on siellä 79. Oletetaan, että sade tässä tapauksessa lankeaa saanlaisena yli koko Vantaanjoen valua-alueen. Ota Valua-alueen pinta-alatiedot edellisten harjoitusten ratkaisuista. a. Laske kuinka suuri äärä vettä satoi syyskuun 2003 aikana ( 3 ) Vantaanjoen valuaalueelle. Mitä virtaaaa se vastaa? b. Laske kuinka suuri äärä vettä sataa noraalisti syyskuun aikana ( 3 ) Vantaanjoen valuaalueelle. Mitä virtaaaa se vastaa? c. Laske kuinka suuri äärä vettä satoi syyskuun 2003 aikana ( 3 ) Tuusulanjärven pinnalle. Järven pinta-ala on k 2. Mitä virtaaaa se vastaa? d. Laske kuinka suuri äärä vettä sataa noraalisti syyskuun aikana ( 3 ) Tuusulanjärven pinnalle. Mitä virtaaaa se vastaa? 4. Päijänteen hydrologiaa kesällä 200. www.yparisto.fi sivustolta saatiin syksyllä 200 seuraava Päijänteen vedenkorkeutta ja virtaaaa kuvaavat tulokset.
Selvitä a. Paljonko Päijänteen vedenpinnan korkeus Kalkkisissa 30.9.200 oli alepana pitkäaikaista arvoa? b. Laske paljonko Päijänteeseen olisi pitänyt lisätä vettä, jotta vedenkorkeus olisi saatu noraali tasolle? (Päijänteen pinta-ala on keskivedellä 111 k 2 ). Montako säiliöautollista se on? Arvioi itse säiliöauton tankin tilavuus. c. Paljonko Päijänteen lähtövirtaaa oli keskiäärin kesä-syyskuussa 200? d. Kuinka onta e. säiliöautollista olisi tarvittu kuljettaaan saa äärä vettä, kuin kesäsyyskuussa 200 poistui Kalkkisten kautta Päijänteestä 5. Vantaanjoen valua-alueella Vantaan lentokentällä itatut sadeäärän havaintoarvot v. 2002 saatiin IL:n rekisteristä. Laske korjatut sadeäärät. Mittausarvot ja kuukausikohtaiset korjauskertoiet (k ) Tretjakovin ittarille (Etelä-Suoi) ovat: kk 1 2 3 4 5 7 8 9 10 11 12 P () 8.8 52.2 38.1 7.5 25.5 7.7 5. 17. 21.5 3. 42.8 11.1 k 1.38 1.40 1.3 1.19 1.15 1.13 1.08 1.07 1.10 1.11 1.23 1.27 a. Laske korjattu kunkin kuukauden sadeäärä b. Laske vuosisadanta c. Lake vuosisadannan korjauskerroin. Suur-Saiaan vedenkorkeus oli eräänä vuonna heinäkuun alussa NN+7,00. Tulovirtaaa oli tään kuukauden aikana keskiäärin 40 3 s -1 ja lähtövirtaaa 420 3 s -1. Keskisadanta järven alueella oli 54. Järven vedenkorkeus oli kuukauden lopussa NN+7.08. Mikä oli haihdunta? Järven pinta-ala on 447 k 2. 7. Vuotoksen valua-alueella keskiääräinen korjattu vuosisadannan aluearvo on 520. Valuaalueen pinta-ala on 940 k 2. Alueelle suunniteltiin tekojärveä, jonka pinta-ala altaan ylä-rajalla olisi ollut 23 k 2. Kuinka paljon tekojärvi olisi uuttanut vuosivaluntaa, jos järvihaihdunta alueella on 300 vuodessa? Keskiääräinen valunta Suoessa on 10 ls -1 k -2.
8. Erään aanäytteen assa oli uunissa suoritetun kuuennuksen jälkeen 52,47 g. Kun näyte kyllästettiin kerosiinilla, sen assaksi tuli 731,51 g. Kun se tään jälkeen upotettiin kerosiiniin, oli syrjäytetyn nesteäärän assa 300, g. Mikä oli aanäytteen huokoisuus? 9. Mikä on pohjaveden virtausnopeus rajoittaattoassa hiekkapitoisessa harjussa, jossa pohjaveden pinta laskee 100 2 k atkalla? 10. Vuonna 2004 Lieksan Kivipurossa itattiin vuoden sadekertyäksi lähes ennätykselliset 1003 illietriä. Mikä oli valunta? 11. Kuinka usein Vuoksen vuotuinen ylivirtaaa saa Tainionkoskella arvon 840 3 s -1? Milloin tällainen arvo on saavutettu? 12. Päijänteen vesistön Leppäveden reitin valua-alueen (nr 14.311) pinta-ala Vaajakoskella on 1784 k 2. Vuonna 1995 Vaajakoskella itattiin keskivirtaaan arvoksi 14 3 s -1. Arvioi saan vuoden keskivirtaaa Tourujoelle. Tourujoen valua-alueen pinta-ala Lohikoskella on 334 k 2. Vertaa saaaasi arvoa havaittuun MQ:n arvoon, joka oli 1. 3 s -1. Onko eroa ja istä se johtuu? 13. Miten syvälle routa voi painua kahdessa kuukaudessa aukealla kuivassa saviaassa seuraavissa tilanteissa: a. luen syvyys keskiäärin 5 c, keskiläpötila -10 0 C b. luen syvyys keskiäärin 20 c, keskiläpötila -10 0 C 14. Eräänä keväänä kahden viikon keskiläpötilat olivat +2,0 0 C ja +7,2 0 C. Paljonko oli sulanta noiden viikkojen aikana yhteensä?
Vastaukset: Tehtävä 1. Kaava löytyy luentojen WETA150_3.pdf kalvosta 15. Sen avulla saae kastepisteeksi 14.27 0 C. Kastepistelaskuri löytyy yös sivulta http://www.decatur.de/javascript/dew/index.htl Sen avulla saae kastepisteen arvoksi: 14,18 0 C. Tehtävä 2. Matti Ekholin (1993, Vesi- ja ypäristöhallituksen julkaisuja sarja A nuero 12) ukaan alat ovat: Vantaanjoen valua-alue Pinta-ala Järvisyys k 2 % 21.01 Vantaan-alaosan valua-alue 147.13 0.42 21.02 Vantaan yläosan valua-alue 299.35 0.75
21.03 Kytäjärven valua-alue 14.81.59 21.04 Lepsäänjoen valua-alue 213.71 3.31 21.05 Luhtajoen valua-alue 153.54 1.44 21.0 Keihäsjoen valua-alue 91.35 1.58 21.07 Palojen valua-alue 88.41 0.05 21.08 Tuusulanjoen valua-alue 125.44 5.99 21.09 Keravanjoen valua-alue 402.18 1.49 21 185.92 2.25 Tehtävä 3. Sadanta: P () Pinta-ala: A (k2) Sataneen veden tilavuus = Sadanta*pinta-ala = P*A Muunnetaan sadanta illietreistä etreiksi: 1=0.001 Muunnetaan pinta-ala neliökiloetreistä neliöetreiksi: 1k 2 =1 000 000 2 P P A A Aika Aika P P P k2 2 Vrk s 3/s 3 ilj 3 A 22 0,022 185,92 2E+09 30 2592000,00 14,31 37090240,00 37,09 B 79 0,079 185,92 2E+09 30 2592000,00 51,38 13318780,00 133,19 C 22 0,022 E+0 30 2592000,00 0,05 132000,00 0,13 D 79 0,079 E+0 30 2592000,00 0,18 474000,00 0,47 Tehtävä 4. www.yparisto.fi sivulla entiin ensin Suoen ypäristökeskuksen sivulle ja etsitään sieltä vaseasta palstasta 'Ypäristön tila'-sivu. Sitten etsitään oikealta 'Ajankohtainen vesitilanne'-sivu. Se näkyy alla.
a. Paljonko Päijänteen vedenpinnan korkeus Kalkkisissa 30.9.200 oli alepana pitkäaikaista arvoa?
Kuvan perusteella W(30.9.200)-MW(30.9.)=78,00 78,2 = -0,2. Eli Päijänteen pinta oli 30.9.200 20 c pitkäaikaisen arvon alapuolella. b. Laske paljonko Päijänteeseen olisi pitänyt lisätä vettä, jotta vedenkorkeus olisi saatu noraalitasolle? (Päijänteen pinta-ala on keskivedellä 111 k 2 ). Montako säiliöautollista se on? Arvioi itse säiliöauton tankin tilavuus. Lisättävän veden tilavuus saadaan edellisen tehtävän tulosta käyttäen V = 111 k 2 *0,2 =111*1000*1000*0,2 3 = 2,23E+08 3 Olkoon nyt jonkin säiliöauton tankin tilavuus 3*3*7 3 =3 3. Jaetaan siis tarvittava vesiäärä 2,23E+08 3 yhden säiliön tilavuudella. Saadaan 3 542 857 kpl säiliöautollista. (Tää tosin oli aika pieni säiliöauto!) c. Paljonko Päijänteen lähtövirtaaa oli keskiäärin kesä-syyskuussa 200? Kuvan perusteella: Q(VI.200)=200 3 s -1 Q(VII.200)=187 3 s -1 Q(VIII.200)=155 3 s -1 Q(IX.200)=120 3 s -1 Ja näiden keskiarvo on siis 15,5 3 s -1 d. Kuinka onta säiliöautollista olisi tarvittu kuljettaaan saa äärä vettä, kuin kesäsyyskuussa 200 poistui Kalkkisten kautta Päijänteestä Olkoon säiliöauton tilavuus saa kuin edellä (3*3*7 3 =3 3 ) Päivien äärä jaksolla 1..-30.9.=30+31+31+30 pv= 122 pv Kalkkisten kautta poistui siis 15,5 3s -1 *0*0*24*122 s vettä= 1744 502 400 3. Jakaalla tää säiliöauton tilavuudella 3 3 saadaan 27 90 514 autollista
Tehtävä 5. Havaittu sadanta: P Korjauskerroin: k Korjattu sadanta: P korjattu = korjauskerroin * havaittu sadanta = k*p Vuosisadanta saadaan laskealla sadannat yhteen. Lasketaan vuosisadannat sekä korjatuista että havaituista sadannoista. Vuosisadannan korjauskerroin= k vuosi = korjattu vuosisadanta / havaittu vuosisadanta=545,57/44,00=1,22 KK 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00,00 7,00 8,00 9,00 10,00 11,00 12,00 Sua P() 8,80 52,20 38,10 7,50 25,50 7,70 5,0 17,0 21,50 3,0 42,80 11,10 44,00 k 1,38 1,40 1,3 1,19 1,15 1,13 1,08 1,07 1,10 1,11 1,23 1,27 Pkorjattu () 94,94 73,08 51,82 8,93 29,33 7,50 1,13 18,83 23,5 40,3 52,4 14,10 545,57 k(vuosi) 1,22 Tehtävä : P=54 /kk Vedenkorkeusuutos kuukauden aikana oli W(lopussa)-W(alussa) = 7.08-7.00 = 0.08 +80 /kk Tulovirtaaa =40 3 s -1 Lähtövirtaaa=420 3 s -1 Saiaan pinta-ala = 447 k 2 Järven vesitaseyhtälö heinäkuulle: sadanta-haihdunta+nettotulovirtaaa=varaston uutos (R=nettotulovirtaaa = tulovirtaaa-lähtövirtaaa) Vesitase on siis: W W (7.08 7.00) 3 1 1 P E R E P R 0.054 (40 420) s * t t 1kk kk 447*10 3 1 220 s *31*8400s 0.08 0.054 ( 0.08 0.054 0.132) 0,10 / kk 10 / kk 2 kk kk 447 *10 kk 2 Vastaus: Haihdunta oli 10 /kk. Tehtävä 7. P=520 a -1 E järvi =300 a -1 Valua-alueen pinta-ala = 940 k 2 Valunta=10 ls -1 k -2
Tekoaltaan pinta-ala = 23 k 2 Vuositasolla vedenkorkeuden uutos on nolla. Valunta on valua-alueelta poistuva veden äärä. Tällöin vesitaseyhtälö saa uodon: haihdunta = sadanta-valunta E P R Valunta aa-alueelta ennen allasta (/a) 3 1 10*0,001 s R *8400*35s 0,315 315 2 1000*1000 Haihdunta aa-alueelta ennen allasta saadaan siis (/a) vesitaseyhtälöä käyttäen: E P R 0,520 0,315 0,205 205 Kokonaishaihdunta alueelta altaan rakentaisen jälkeen = haihdunta pienentyneeltä aa-alueelta + allashaihdunta E E aa tot E järvi (1880 70,8)*10 1951*10 205*(940 23)*10 3 3 1951*10 / 940*10 2 3 207 2 300*23*10 Kokonaishaihdunta alueelta on siis kasvanut 2 eli prosentteina: =100*(207-205)/205=0,98% Uusi valunta saadaan vanhasta valunnasta vähentäällä se osa, joka enee nyt varastoaltaan kohdalta tapahtuvaan haihdunnan lisäykseen (300-205 )= 95. Lasketaan tää vesivolyyiksi: 0.095 * 23 k 2 =0.095*2,3*10 8 2 = 22420 000 3. Tää äärä jää siis pois aikaiseasta kokonaisvalunnasta, joka oli 315 *940 k2=2,9*10 9 3. Eli valunta pienenee äärällä: 100*(22420 000 3 )/( 2,9*10 9 3 )=0,7 % Vastaus: valunta pienenee 0,7 % 2 Tehtävä 8: Uunista otettu kuivan aaassan paino = M s = 52,47 g Kerosiinilla kyllästetty assa= M to t = huokosiin ieytynyt kerosiini+ aaassa= M kerosiini + M s =731,51 g
Siis kerosiinin assa on näiden erotus: M kerosiini = M tot - M s =(731,51 52,47 )g=79,04 g. Tuo assa=kerosiinin tiheys ( )*huokosten tilavuus (U h ). Saadaan huokosten tilavuus jakaalla assa tiheydellä. Eli siis U h =79,04 g/ Kappale upotettiin kokonaan kerosiiniin ja syrjäytetty kerosiinivolyyi painoi 300. g. Se on saa kuin kerosiinin tiheys ( ) * aanäytteen tilavuus (U) Näin ollen U=300, g/ Huokoisuus on ääritelän ukaan= huokosten tilavuus/kokonaistilavuus = U h /U=(79,04 g/ )/(300, g/ )=79,04/300, = 0,23 = 2,3 % Vastaus: Maanäytteen huokoisuus oli 2,3 % Tehtävä 9. Tää on suora Darcyn kaavan sovellus: H q K L issä K=hydraulinen johtavuus, otetaan hiekalle arvo 10-4 /s H=painepotentiaaliero, joka vapaassa varastossa on suoraan pohjaveden pintojen korkeusero = 100 L=atka 2 k Eli H 100 q K 10 4 0,000005 0, 43 L s 2 *1000 s d Tehtävä 10. Sadanta=1003 /a Luennoilla esitetyn vuotuisen valuntakertoien alueellisen jakauakartan ukaan valuntakerroin keskiääräisenä vuonna Lieksan tasolla on 42. Koska parepaa tietoa ei ole, oletae, että yös ennätystilanteessa alueellinen jakaua on saa. Tällöin 1003 /a sadantaa vastaava valunta olisi: 0,42*1003/a = 421 /a
Tehtävä 11. Luennon WETA150_11.ppt kalvolla 9 esitetyn taulukon ukaan vastaus on Vuoksen vuotuisen ylivirtaaan arvon 840 3s -1 toistuisaika on 8 vuotta.
Tehtävä 12. Ratkaistaan vertailuenetelällä valua-alueiden pinta-alojen suhteessa. Pinta-alojen suhde on 334/1784 = 0.018887. Virtaaa on 14 3 s -1 *0.01887 = 2.8 3 s -1. Se on selvästi suurepi kuin havaittu 1. 3 s -1. Johtunee Äänekosken reitin erilaisesta luonteesta. Tehtävä 13. Sijoitetaan roudan syvyyden laskukaavaan 42CM F 15L R L R = roudan syvyys (c), F=talven pakkassua (d 0 C ), L=luen syvyys (c), M=aastokerroin. Nyt aukea aastoa eli aukeilla:m=1. Kuvia saviaa saadaan ateriaalikerroin taulukosta C= 0,91. Vastaukset: a) kun luen syvyys keskiäärin 5 c, keskiläpötila -10 0 C Saadaan R= 175, 15 c b) kun luen syvyys keskiäärin 20 c, keskiläpötila -10 0 C. Saadaan R= 33,10 c Tehtävä 14. Kahden viikon keskiläpötilat olivat +2,0 0 C ja +7,2 0 C. Paljonko oli sulanta noiden viikkojen aikana yhteensä? K = 3,5 0 C -1 d -1 aukeilla, etsässä 2,8 1,2 0 C -1 d -1 T =-1 0 C Viikolla 1 M=7* 3,5 0 C -1 d -1 (2+1 ) 0 C= 73,5 Viikolla 2 M=7* 3,5 0 C -1 d -1 (7,2+1 ) 0 C= 200,9 Vastaus on 274,4