Hydrologinen kierto ja vesitase. Vesi- ja ympäristötekniikka - ENY-C Harri Koivusalo

Samankaltaiset tiedostot
Viikkoharjoitus 2: Hydrologinen kierto

Globaali näkökulma ilmastonmuutokseen ja vesivaroihin

HYDROLOGINEN KIERTO Pertti Vakkilainen, vesitalouden emeritusprofessori

Lämpöoppi. Termodynaaminen systeemi. Tilanmuuttujat (suureet) Eristetty systeemi. Suljettu systeemi. Avoin systeemi.

Veden kiertokulku ja maankuivatus

Hydrologia. Säteilyn jako aallonpituuden avulla

Hydrologia. L6 Haihdunta. Määritelmiä

Ilmastonmuutos ja ilmastomallit

Harjoitus 2: Hydrologinen kierto

Kasvin soluhengityksessä vapautuu vesihöyryä. Vettä suodattuu maakerrosten läpi pohjavedeksi. Siirry asemalle: Ilmakehä

Ilmasto muuttuu kuinka muuttuu veden kierto? HSY Esko Kuusisto SYKE

TOSKA hankkeen tuloksia Täydennysojitus savipellolla

Muuttuvan ilmaston vaikutukset vesistöihin

Hydrologia. Lumen ja jään fysikaaliset ominaisuudet

Hydrologia. L10 Valunta. Valunta: määrittely

Itämeren fosforikuorma Suomen vesistöistä

HYDROLOGINEN KIERTO: LASKENTAMENETELMIÄ

RATU rankkasateet ja taajamatulvat TKK:n vesitalouden ja vesirakennuksen hankeosien tilanne ja välitulokset T. Karvonen ja T.

Sääilmiöt tapahtuvat ilmakehän alimmassa kerroksessa, troposfäärissä (0- noin 15 km).

Metsät osana veden kiertoa

Hannu Mannerkoski Miten metsätaloustoimenpiteiden vaikutukset näkyvät pohjavedessä

T F = T C ( 24,6) F = 12,28 F 12,3 F T K = (273,15 24,6) K = 248,55 K T F = 87,8 F T K = 4,15 K T F = 452,2 F. P = α T α = P T = P 3 T 3

Ilmastonmuutoksen vaikutukset Kyyveden tilaan skenaariot. SYKE:n VEMALA-mallinus Kymijoen päävesistöalueella

Kuivauksen fysiikkaa. Hannu Sarkkinen

BILKE-raportti Paimion-, Mynä- ja Sirppujoen ilmastonmuutostarkastelut, hydrologia Harri Myllyniemi, Suomen ympäristökeskus

Lapin tulvatilannekatsaus

Vantaanjoen tulvat, ilmastonmuutos ja sateet

Liika vesi pois pellolta - huuhtotuvatko ravinteet samalla pois?

Vesistömallit: havainnot

Kasvihuoneen kasvutekijät. ILMANKOSTEUS Tuula Tiirikainen Keuda Mäntsälä Saari

Termodynamiikan suureita ja vähän muutakin mikko rahikka

Energiatehokkaan rakentamisen parhaat käytännöt Perusteet

Hydrologia. Munakan W-asema Kyrönjoella

Työpaketti 5: Taajamien rankkasadetulvien hallinnan parantaminen

MINIMIVIRTAAMA KALATIEN TOIMINNAN KANNALTA. Esa Laajala Pohjois-Pohjanmaan elinkeino-, liikenne- ja ympäristökeskus

Pintavesien hydrologia

Yhteensä: ,13 381,57

Säätiedon hyödyntäminen WSP:ssä

Luku 8 EXERGIA: TYÖPOTENTIAALIN MITTA

IGS-FIN allasseminaari Hulevesialtainen hydrologinen mitoitus Heli Jaakola

RATKAISUT: 12. Lämpöenergia ja lämpöopin pääsäännöt

KOSTEUS. Visamäentie 35 B HML

Ilmaston ja sen muutoksen

Ilmastonmuutos pähkinänkuoressa

TUTKIMUS IKI-KIUKAAN ENERGIASÄÄSTÖISTÄ YHTEISKÄYTTÖSAUNOISSA

Hydrologian perusteet ja maan vesitalous

Yhteensä: ,13 381,57

Muuttuvan ilmaston vaikutukset vesistöihin

Mitä ilmastolle on tapahtumassa Suomessa ja globaalisti

Inarijärven säännöstelyn sopeuttaminen ilmastonmuutokseen

Aineen olomuodot ja olomuodon muutokset

Päällysveden sekoittuminen Jyväsjärvessä

Ilmatieteen laitos - Sää ja ilmasto - Ilmastotilastot - Terminen kasvukausi, määritelmät. Terminen kasvukausi ja sen ilmastoseuranta

PHYS-C0220 Termodynamiikka ja statistinen fysiikka Kevät 2017

Jatkuvatoiminen ravinnekuormituksen seurantaverkosto Kirmanjärven valumaalueella

Peltosalaojituksen suunnittelu

Luento Kyösti Ryynänen

Suljetun kierron kasvihuone - ympäristömyötäistä huipputekniikkaa

Energiatehokkuuden analysointi

Veden stabiilit isotoopit vedenhankinnan ja viemäriverkoston analysointityökaluna

Salajärven ja Ruuhijärven vedenkorkeuksien muuttamismahdollisuudet Vedenkorkeuksien muutokset erilaisissa vaihtoehdoissa.

Ilmastonmuutoksen vaikutukset tiemerkintäalaan

Katsaus valuma-alueiden vesi- ja lumitilanteeseen. Maantieteen tutkimusyksikkö Oulun yliopisto

MONIMUOTOISET TULVAT

Ilmasto muuttuu mitä tapahtuu Suomessa?

IHMISKUNTA MUUTTAA ILMASTOA

Lake and Stream Hydrology 2009 UJ, UH, & TPU. Timo Huttula JY/BYTL& SYKE/VTO

ILMASTONMUUTOS JA SIIHEN VARAUTUMINEN SUOMEN VESIHUOLLOSSA

Hulevesien hallinta tiivistyvällä pientaloalueella

Ilmastonmuutos ja vesivarat. Noora Veijalainen Suomen ympäristökeskus Vesikeskus

Hulevesien hallintaratkaisut tänään mitoitus ja menetelmät

Toimenpiteiden ilmastokestävyyden arviointi & yhteensovittaminen vesienhoitoon. Anne-Mari Rytkönen, SYKE Tulvaryhmien koulutuspäivä 28.5.

Jupiter-järjestelmä ja Galileo-luotain II

Lumetuksen ympäristövaikutukset

Rakentamisen aiheuttamat valuntamuutokset asuinalueilla ja vaihtoehtoisten hulevesijärjestelmien mallinnus

= 1 kg J kg 1 1 kg 8, J mol 1 K 1 373,15 K kg mol 1 1 kg Pa

LUONNONHUUHTOUMA Tietoa luonnonhuuhtoumasta tarvitaan ihmisen aiheuttaman kuormituksen arvioimiseksi Erityisesti metsätalous

Peltokuivatuksen tarve

Lämpöistä oppia Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka

Ilmastonmuutoksen vaikutukset jokien hydrologiaan ja pohjaeläinyhteisöihin

Miksi meillä on talvi? Kirsti Jylhä Ilmatieteen laitos Ilmastotutkimus ja -sovellukset

Luonnonmukaisen vesirakentamisen edistäminen maankuivatuksessa Katsaus tulevaisuuteen Markku Puustinen , Hämeenlinna

Yleistä. Millaiseksi ilmastomme on muuttumassa?

1. Kumpi painaa enemmän normaalipaineessa: 1m2 80 C ilmaa vai 1m2 0 C ilmaa?

Kiintoaineen ja humuksen mallintaminen. Markus Huttunen ja Vanamo Seppänen 11/11/2013

Kosteusmittausten haasteet

Hulevesien laadun hallinta

Oulujoki, Merikosken 1/250 virtaama

Säämittauksen tuloksia Pohjois-Pohjanmaan koeasemalla Ruukissa

Vesiensuojelutoimenpiteiden vaikutusten mittaaminen vesistössä. Pasi Valkama Vantaanjoen ja Helsingin seudun vesiensuojeluyhdistys ry

Ravinteiden, hiilen ja energian kierto ja virrat - Maatilan tehokas toiminta. Miia Kuisma Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus MTT

Ilmastonmuutoksen vaikutukset säähän Suomessa

ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto Luento 8 /

KAINUUN KOEASEMAN TIEDOTE N:o 5

Ilmasto. Maisema-arkkitehtuurin perusteet 1A Varpu Mikola

Ilmastonmuutos ilmiönä ja ilmastonmuutoksen vaikutukset erityisesti Suomessa

Veikö syksyn sateet ravinteet mennessään?

Transkriptio:

Kysymykset Miten hydrologinen kierto muodostuu ja miten/miksi se vaihtelee eri aikajaksoilla? Miten haihdunta riippuu energiataseesta, mistä tulee haihduntaan tarvittava energia ja mikä on niiden vaihtelu? Miten selität suuren valuntamäärän (tulvat) ja pienen valuntamäärän (kuivuus) vesitaseen vaihtelun perusteella? Miten arvelet hydrologisen kierron muuttuvan tulevaisuudessa ja miten se vaikuttaa ihmisten elämään?

Hydrologinen kierto ja vesitase Vesi- ja ympäristötekniikka - ENY-C2003 27.9.2016 Harri Koivusalo

Globaali hydrologinen kierto Yksiköt suhteessa sadantaan maan päällä (100)

Vesivarat globaalisti Ilmakehän vesimäärä n. 0.04 % makean veden määrästä Ilmakehän vesimäärä n.13 % makean pintaveden määrästä

Hydrologisen kierron pääkomponentit valuma-alueella Sadanta Interseptio Lumen kertyminen ja sulanta Haihdunta Evaporaatio, transpiraatio, evapotranspiraatio Infiltraatio ja varastoituminen maa- ja pohjaveteen Valunta Varastoituminen Maa- ja pohjavedet, pintavedet, lumi Paasonen-Kivekäs M, Peltomaa R, Vakkilainen P, Äijö H. (toim.) 2009. Maan vesi- ja ravinnetalous ojitus, kastelu ja ympäristö. Salaojayhdistys ry. 452 s.

Valuma-alueen vesitase P R E S G P on sadanta (esim. mm/aika) R on valunta E on haihdunta S on maavesivaraston muutos G on pohjavesivaraston muutos S = 0 ja G = 0 pitkän ajan kuluessa

Maapallon keskimääräinen vesitase Haihdunta merillä 505 000 km 3 /a Energiana 1 139 280 EJ/a (1 EJ = 10 18 J) Suomen energiankulutus 1.4-1.5 EJ Ihmisen kuluttama (primääri) energia luokkaa 500 EJ Haihdunta merillä kuluttaa yli 2000 kertaisesti http://blog.environmentalresearchweb. org/2010/02/18/energy-for-globalwater-cycle/

Mannerten keskimääräinen vesitase

Vesitase Suomessa Espoo Sodankylä Vuosisadanta 700 mm 600 mm Lumisadetta 210 mm 270 mm Valunta 300 mm 350 mm Maksimivesiarvo 100 mm 180 mm... ja sen ajankohta 18.3. 10.4. Pysyvä lumipeite 18.12. 1.11. Globaalisti keskimäärin Maa-alueilla sadanta 750-800 mm/a haihdunta 480-490 mm/a valunta 270-320 mm/a

Energiatase

Säteily Lyhytaaltosäteily (auringonsäteily) Pitkäaaltosäteily

Maapallon energiataseen kuvaus Lyhytaaltosäteily Pitkäaaltosäteily 30 70 6 Latentti lämpö Tuntuva lämpö Kiely, G. 1997. Environmental Engineering, Chapter Four: Concepts in Hydrology. McGraw-Hill International Editions, Chemical and Petroleum Engineering Series, Boston.

Energiatase (vaakapinnalla) Nettosäteily R n R sd R su R ld R lu LE R sd on tuleva lyhytaaltosäteily (esim. J/s/m 2 = W/m 2 ) R su on heijastunut lyhytaaltosäteily R ld on tuleva pitkäaaltosäteily R lu on lähtevä pitkäaaltosäteily LE on latentti lämpö H on lämmittävä lämpö G on lämmön johtuminen pintamateriaaliin ym. varastomuutokset, pitkällä ajalla G = 0 H G

Suuruusluokkakaavio energiataseesta Yksiköt suhteessa auringonsäteilyyn merellä (100)

Vesitaseen ja energiatase yhteys Haihtuminen ja siihen kuluva energia Sadannan olomuoto

Kysymys Mitä tapahtuu globaalin hydrologisen kierron komponenteille ja energiataseelle jos ilmasto muuttuu? P E R R n LE H 0

Sadanta

Sateen synty Sateen muodostuminen edellyttää, että ilmassa on vesihöyryä ilmassa on oltava hiukkasia, joiden pinnalle vesihöyry tiivistyy ilman on jäähdyttävä ns. kastepistelämpötilaan, missä vesihöyry tiivistyy nestemäiseen olomuotoon Sade alkaa, kun hiukkasten pinnalle tiivistyneiden pisaroiden massa kasvaa riittävän suureksi. Kondensaatio ja pisaroiden yhteensulautuminen (coalescence)

Kyllästyneen vesihöyryn paine (Pa) Kyllästyneen vesihöyryn paine Paine veden yllä Paine jään yllä Ilman lämpötila ( C) Esat Ea Esat = Kyllästyneen vesihöyryn paine Ea = vesihöyryn paine Suhteellinen kosteus = Ea / Esat %

Sateen tyypit Lämmin ilma Rintamasade Kylmä ilma Konvektiivinen sade Orografinen sade

Sateen olomuoto Form of precipitation Sateen olomuoto Esimerkki sateen olomuodon kuvauksesta Vesisade Räntäsade Lumisade Rainfall Mixed snow/rain Snowfall -4-3 -2-1 0 1 2 3 4 Temperature [C] Ilman lämpötila 2 m korkeudella ( C)

Haihdunta

Termejä Haihtuminen: nestemäisessä muodossa olevan veden muuttumista vesihöyryksi Haihtuminen lumesta (jään pinnalta): sublimoituminen Kondensoituminen: vesihöyryn tiivistymistä nesteeksi Härmistyminen: muutos vesihöyrystä kiinteään olomuotoon Ice Melting Freezing Sublimation liquid Water Deposition Evaporation Condensation H H O O O O H O O H O O O H O O H O Water Vapor O O H H H O O O O O O H

Pinnan energiatase R net LE H G R net on nettosäteily R su on heijastunut lyhytaaltosäteily R ld on tuleva pitkäaaltosäteily R lu on lähtevä pitkäaaltosäteily LE on latentti lämpö: haihduntaan tai tiivistymiseen liittyvä energiavirta H on lämmittävä lämpö: ilman sisältämän lämmön siirtymiseen liittyvä energiavirta G on lämmön johtuminen pintamateriaaliin 1 kg vesimäärän haihduttamiseen (T = 10 C ) vaatii energiaa höyrystymislämmön verran, eli 2 477 000 J 1 kg vesimäärän lämmittämiseen 1 C verran vaatii energiaa lämpökapasiteetin verran, eli 4 180 J

Haihduntatilannetta kuvaava kaavio Energialähde Haihdunta Tuulen nopeuden ero Lämpötilaero Ilmankosteuden ero Kiely, G. 1997. Environmental Engineering, Chapter Four: Concepts in Hydrology. McGraw-Hill International Editions, Chemical and Petroleum Engineering Series, Boston.

Valunta

Valuma-alueen vesitase ja vuodenajat korkeilla leveysasteilla Valunta + varasto Routa Sadanta - haihdunta Lumen vesiarvo Haihdunta Sadanta

Valunta Suomen oloissa Boreaalinen vyöhyke: kevättulvat Data from Koivusalo et al. (2006) Environmental Modelling & Software 21, 1324-1339

Valunnan jakaminen komponentteihin Pintavalunta vs pohjavalunta Välitön valunta Välikerrosvalunta, pintakerrosvalunta pohjavesivalunta Nopea vs hidas valunta http://fi.wikipedia.org/wiki/tiedosto:valumaalue.png

Säämuuttujat valunta Matemaattinen kuvaus Mallin parametrit, alkutila Pistemalli (lumped) Sadanta-valuntamalli Hajautettu malli (distributed)

Valunnan ja virtaaman yksiköt Valunta on maa-alueilta vesistöihin kulkeutuvaa vettä Valunta m 3 /m 2 /d m/d Valuma l/s/km 2 tai l/s/ha 1 l/s/ha = 8.64 mm/d Virtaama tarkoittaa uoman poikkileikkauksen läpi aikayksikössä kulkevaa vesimäärää Virtaama m 3 /d Valunta = virtaama / valuma-alueen pinta-ala

Globaali valunta ja jokien virtaama Sadanta Valunta Virtaama http://sciblogs.co.nz/waiology/tag/runoff/ http://daac.ornl.gov/rivdis/rivdis.shtml Esim Kemijoen Isohaarassa virtaama n. 17.5 km 3 /a

Loppuyhteenveto Vesitase Sadanta = haihdunta + valunta + varaston muutos Veden varastoituminen ja viipymä Vesitaseen ja energiataseen yhteys Vesitasekomponenttien (sadanta, haihdunta, valunta) vaihtelu ajan ja paikan suhteen Eri valuma-alueilla Eri vuodenaikoina ja vuorokaudenaikoina Pitkän ajan vaihtelut ja muutokset