hydrodynamiikka monimuotoisissa luonnonuomissa
Download
Skip this Video
Download Presentation
Hydrodynamiikka monimuotoisissa luonnonuomissa

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 37

Hydrodynamiikka monimuotoisissa luonnonuomissa - PowerPoint PPT Presentation


  • 64 Views
  • Uploaded on

Hydrodynamiikka monimuotoisissa luonnonuomissa. Terhi Helmiö Tutkija TKK Vesitalous ja vesirakennus http://www.water.hut.fi/wr/research/luomu.html Hydrologian päivä 27.11.2003. Esityksen runko. luonnonmukainen vesirakennus luonnonmukainen tulvasuojelu virtaus monitasoisissa uomissa

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' Hydrodynamiikka monimuotoisissa luonnonuomissa' - thai


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
hydrodynamiikka monimuotoisissa luonnonuomissa

Hydrodynamiikka monimuotoisissa luonnonuomissa

Terhi Helmiö

Tutkija

TKK Vesitalous ja vesirakennus

http://www.water.hut.fi/wr/research/luomu.html

Hydrologian päivä 27.11.2003

esityksen runko
Esityksen runko
  • luonnonmukainen vesirakennus
  • luonnonmukainen tulvasuojelu
  • virtaus monitasoisissa uomissa
  • miten mallintaa jokivirtausta?
  • esimerkki: muuttuvan virtauksen 1D-mallinnus tulvatasanteisessa, osittain kasvillisuuden peittämässä Reinjoessa
luonnonmukainen vesirakennus
Luonnonmukainen vesirakennus
  • eliöstölle turvattava sopivia elinalueita koko luontaisella virtaamavaihtelualueella eikä vain keskiarvotilanteessa (esim. MQ)
  • tavoitteina
    • uomien ennallistaminen/ kunnostus
    • luonnon monimuotoisuuden parantaminen
  • sallittavia/ suosittavia
    • mutkaisuus
    • poikkileikkauksen muodon ja koon vaihtelu
      • uoman pituussuuntaan
      • eri virtaustilanteissa
    • kasvillisuus, puuaines
  • luonnonmukaisten uomien hydrauliikka monimutkaisempaa kuin suorien tasakokoisten uomien hydrauliikka
hydraulisessa mitoituksessa tarvitaan
Hydraulisessa mitoituksessa tarvitaan:
  • erilaisia elinolosuhteita
    • vaihtelevia vesisyvyyksiä eri virtaamilla
    • erilaisia karkeuselementtejä aiheuttamaan eri virtausnopeuksia
  • hyvä vedenjohtokyky tulvan aikana
luonnonmukainen tulvasuojelu
Luonnonmukainen tulvasuojelu
  • lisäreunaehtona luonnonmukaisin menetelmin toteutettu tulvasuojelu mm. asutuksen ja maatalouden tarpeisiin
  • uomien ylimitoittaminen aiheuttaa suurten kulujen lisäksi ekologisia haittoja
esim rein joki
Esim. Rein-joki
  • Mitä tapahtuu kun valuma-alueen luontaiset tulva-alueet vähenevät?
    • tulvien äärevöityminen: tulvahuippujen kasvu ja keston lyheneminen
tulvasuojelun k kohtia
Tulvasuojelunäkökohtia

Miten voidaan parantaa joen virtauskapasiteettia ja lisätä uoman stabiliteettia?

  • ”vähemmän ekologisia” menetelmiä
    • poikkileikkauksen suurentaminen
    • puuaineksen tai kasvillisuuden vähentäminen
    • uoman suoristus
    • pengertäminen
  • ”ekologisempia” menetelmiä
    • tulvauomien ja laajennusten rakentaminen
    • kaksitasouoman rakentaminen
sama poikkipinta ala eri poikkileikkausmuoto
Sama poikkipinta-ala, eri poikkileikkausmuoto!

Vaihtelevia elinolosuhteita!

YKSIPUOLISET

ELINOLOSUHTEET!

monitasoiset uomat
- tulvatasanne/ levennys

uoman toisella tai

molemmilla reunoilla,

samalla tai eri korkeudella

(engl. compound channel)

tulvatasanteet voivat olla osittain tai kokonaan

kasvillisuuden peittämiä

Monitasoiset uomat

Tulvatasanteita voidaan hyödyntää mm. virkistykseen =>

monitasoinen uoma voi olla
Monitasoinen uoma voi olla
  • luonnollinen
    • yliveden aikana vesi nousee pois uomasta tulvatasanteelle tai laajemmalle uomanosuudelle; tulvatasanne voi olla jopa kilometrejä leveä; mm. tulvaniityt
    • uoman rannoilla on tapahtunut sedimentoitumista ja keskiuomassa eroosiota
  • rakennettu
    • uomaa on laajennettu keskiveden yläpuoliselta osaltaan tulvasuojelun tarpeisiin
esim p nt neenjoki
Esim. Päntäneenjoki
  • MQ 1.8 m3/s, MHQ 22 m3/s, HQ1/20 40 m3/s, valuma-alue 210 km2
  • poikkileikkausta laajennettu keskivedenpinnan yläpuolelta tulvasuojelua varten
slide15

yliveden aikana hyvä vedenjohto-kyky!

aliveden aikana riittävän pieni poikki-leikkaus ja riittävän suuri vesisyvyys

liikem r n siirtyminen p uoman ja tulvatasanteen v lill
Liikemäärän siirtyminen pääuoman ja tulvatasanteen välillä
  • hidastaa virtausta pääuomassa
  • lisää virtausta tulvatasanteella
  • lopputuloksena virtauskapasiteetin pieneneminen koko uomassa
liikem r n siirtyminen kasvittoman ja kasvillisuuden peitt m n uomanosan v lill
Liikemäärän siirtyminen kasvittoman ja kasvillisuuden peittämän uomanosan välillä

Sama ilmiö kuin tulvatasanteen ja pääuoman rajapinnassa

virtauskapasiteetin ja h vi iden laskentamenetelmi kaksitasouomissa
Virtauskapasiteetin (ja häviöiden) laskentamenetelmiäkaksitasouomissa
kuvitteellinen rajapinta
Kuvitteellinen rajapinta

Rajapinnan sijainti määritetään (menetelmästä riippuen)joko etsimällä kasvillisuuden/ tulvatasanteen reuna (manuaalisesti)tai vuorovaikutusalueenleveyden ja sijainnin perusteella iteroiden

virtaus kaksitasouomassa ei kasvillisuutta
Virtaus kaksitasouomassa- ei kasvillisuutta
  • Uoman vedenjohtokyky riippuu
    • tulvatasanteen ja pääuoman
      • syvyyksien suhteista
      • leveyksien suhteista
      • karkeuseroista
    • pääuoman leveys/syvyys -suhteesta
    • tulvatasanteen leventäminen kasvattaa vedenjohtokykyä
    • pääuoman ja tulvatasanteen välisen luiskan kaltevuuden loiventaminen kasvattaa vedenjohtokykyä
virtaus kaksitasouomassa tulvatasannekasvillisuutta
Virtaus kaksitasouomassa- tulvatasannekasvillisuutta

Pääuoman virtauskapasiteetti riippuu lähes täysin tulvatasanteen ominaisuuksista

  • mitä tiheämpi kasvillisuus, sitä enemmän turbulenssi heikkenee tulvatasanteella sekä tulvatasanteen ja pääuoman rajapinnassa
  • pääuoman ja tulvatasanteen välisen luiskan kaltevuuden merkitys vedenjohtokykyyn häviää
  • jos tulvatasanteen kasvillisuus on jäykkää (puita, pensaita), virtauskenttä riippuu
    • kasvillisuuden peittoasteesta (kasvaa kasvien halkaisijan ja tiheyden lisääntyessä)
    • herätteen pituudesta (kasvaa halkaisijan lisääntyessä ja tiheyden vähetessä)
  • jos kasvillisuus on erittäin tiheää, rajapinnan vastuskerroin saattaa kasvaa tulvatasanteen kaventuessa
hydrodynaaminen mallinnus luonnonmukaisissa uomissa
Hydrodynaaminen mallinnus luonnonmukaisissa uomissa
  • virtausmallin soveltuvuus riippuu joen mittakaavasta ja siitä, mitä virtausilmiötä halutaan mallintaa
  • virtausmalli on oikein käytettynä tehokas apuväline sekä uomien suunnittelussa ja mitoituksessa että habitaattien palauttamisessa
montako dimensiota malliin
Montako dimensiota malliin?
  • Suomen jokia ja puroja voidaan kohtalaisella luotettavuudella mallintaa yksiulotteisesti
    • suhteellisen pieniä ja stabiileja
  • 2D/3D-malli tarpeen, kun halutaan mallintaa ilmiötä uoman leveys- ja/tai syvyyssuunnassa, esim.
    • uomassa tapahtuvia poikittaisvirtauksia
    • virtausta uomasta tulvatasanteelle
    • virtausta tulvatasanteella
  • joihinkin tapauksiin kehitetty yksiulotteisia tai näennäisesti kaksiulotteisia malleja, jotka ovat helppokäyttöisempiä kuin useampidimensioiset mallit
  • yleensä koko jokialueelle 1D-malli ja monimutkaisia yksityiskohtia tarkennetaan 2D/3D-malleilla tarvittaessa
pysyv n vai muuttuvan virtauksen malli
Pysyvän vai muuttuvan virtauksen malli?
  • pysyvä = stationäärinen = ajasta riippumaton
  • muuttuva = epästationäärinen = ajasta riippuva
  • yksinkertaisimmissa tapauksissa pysyvän virtauksen malli on usein riittävä
    • pikkupuroissa jo yksittäiset karkeuselementit voivat aiheuttaa moninkertaisesti suurempia virheitä kuin mitä mallin tarkkuus on
  • suuremmissakin virtavesissä muuttuvan virtauksen mallinnustarve on tapauskohtaista
    • tulva-aallon eteneminen ja viipymä vesistössä
    • sivu-uomien tulvahuippujen ajoittuminen toisiinsa nähden
k yt nn n virtausmallinnus luonnonuomissa
Käytännön virtausmallinnusluonnonuomissa
  • luonnonmukaisten uomien mitoituksessa ja mallinnuksessa olennaista ottaa huomioon
    • vaihteleva karkeus/vastus uoman eri osissa
    • liikemäärän siirtymisen aiheuttama häviö
    • uoman epäsäännöllisyyden eli äkillisen laajenemisen tai supistumisen aiheuttamat häviöt
  • vähimmäisvaatimuksena
    • malliin voidaan syöttää eri karkeusparametreja virtaustilanteista tai uomankohdista riippuen
    • ei oleteta että ali- ja ylivirtaamalla uomassa on sama vakiona pysyvä Manningin kerroin
    • tulvatasanteen ja pääuoman rajapintaan voidaan lisätä suurempi vastus kompensoimaan liikemäärän siirtymisen aiheuttamaa häviötä
muita huomattavia asioita
Muita huomattavia asioita
  • Mallien stabiilius voi olla vaikeasti saavutettava luonnonmukaisissa uomissa
    • suuret poikkileikkausmuodon ja –koon vaihtelut uoman pituussuunnassa
    • suuret karkeusvaihtelut sekä uoman pituussuunnassa että vesisyvyyden funktiona
  • Lisäongelmia
    • vuorovesi
    • sedimentin kulkeutuminen
    • uoman haarautuminen
ep station rinen 1d malli osittain kasvillisuuden peitt mille uomille
Epästationäärinen 1D-malli osittain kasvillisuuden peittämille uomille
  • sisältää erilliset vastuskertoimet kasvillisuusalueille, kasvittomille uomanosille ja rajapinnoille
  • laskee tulva-aallon etenemisen ja viipymän
  • laskee osavirtaamat ja nopeuskomponentit erikseen tulvatasanteille ja pääuomaan
esim rein joki1
Esim. Rein-joki
  • 28 km jakso Ylä-Reinillä Rheinweilerista Hartheimiin (n. 200 km alavirtaan Constance-järveltä)
  • 140 poikkileikkausta 100-320 m välein, poikkileikkauksessa 42…227 koordinaattipistettä
  • enimmäkseen kasvipeitteinen penkka Ranskan puolella ja leveä kasvipeitteinen tulvatasanne Saksan puolella
ad