Tiesitkö? Hydrodynaaminen malli on tärkeä työkalu, joka auttaa arvioimaan vaikutuksia Kemijärveen
Hydrodynaaminen mallintaminen on keskeinen, laajasti käytössä oleva työtapa, kun halutaan arvioida miten erilaiset kuormitukset ja toimenpiteet vaikuttavat veden käyttäytymiseen tietyssä vesistössä. Monet meille tutut asiat kuten rannikko- ja tulvaennusteet tehdään veden liikkeitä mallintamalla. Niihin liittyy paljon dataa, matemaattisia kaavoja, erikoisosaamista sekä yksityiskohtia, joita ei ehkä tunneta. Jaamme tässä juttusarjassa kiinnostavaa pumppuvoimalaitoksiin liittyvää tietoa eri näkökulmista. Tällä kertaa kerromme, mitä hydrodynaamiset mallit ovat, miksi niitä tehdään ja miten niitä voidaan hyödyntää pumppuvoimalaitosta suunniteltaessa.
Hydrodynaamisen mallinnuksen lähtökohtana on, että veden liikettä ohjaavat prosessit kuvataan matemaattisesti. Valmiin mallin parametrejä muuttamalla voidaan ennustaa, miten jokin toiminta vaikuttaa joko laajalla tai paikallisemmalla alueella veden käyttäytymiseen.
Hydrodynaamisilla malleilla voidaan kuvata veden liikettä vesistön tai sen osan, tai usean vesistön alueella. Hydrodynaamisia malleja käytetään muun muassa tulvien ja kuivuuden ennustamisessa, vesivoimalaitosten toiminnan ohjaamisessa, järvien säännöstelyn suunnittelussa, vesirakentamisessa sekä vesistöjen ravinnekuormituksen arvioinnissa.
Mallissa yhdistetään pitkän aikavälin dataa ja paikallistuntemusta
Jokaisessa hankkeessa valitaan juuri kyseisen hankkeen tarpeisiin soveltuva mallinnusohjelmisto. Mallinnus on vaativaa asiantuntijatyötä, jossa tarvitaan mallinnusohjelmiston lisäksi luotettavaa dataa, vesistöön vaikuttavan toiminnan teknistä tuntemusta sekä ymmärrystä paikallisista olosuhteista kuten veden virtauksista, vedenpinnan korkeudesta ja sen vaihteluista, ja veden lämpötilasta. Malli rakennetaankin asiantuntijoiden tiiviissä yhteystyössä.
Mallissa kuvattava alue jaetaan osiin sekä vaaka- että syvyyssuunnassa, jotta monimutkaisetkin vesialueet voidaan kuvata oikein. Malliin määritetään reunaehdot, joita voivat olla esimerkiksi vesistön syvyys, pohjanmuodot ja poikkipinta-alat. Lisäksi malliin syötetään alueen pitkäaikaista seurantadataa esimerkiksi eri kohtien virtaamista, tulo- ja laskujokien vesimääristä, pinnan korkeudesta eri vuodenaikoina ja sulamisvesistä. Tarkoituksena on saada luotettava kokonaiskuva veden käyttäytymisestä ilman hankkeen vaikutusta.
Mitä kaikkea Puhdin hydrodynaamisesta mallista voidaan tarkastella?
- Kemijärven nykyisten virtausten suuntia ja voimakkuuksia, ja pumppuvoimalaitoksen toiminnan aiheuttamia muutoksia näihin
- Pumppuvoimalaitoksen toiminnan aiheuttamia veden pinnan korkeuden vaihteluita suhteutettuna eri vuoden aikoina vallitseviin vesiolosuhteisiin
- Kemijärven lämpötilakerrostumia, ja pumppuvoimalaitoksen toiminnan aiheuttamia muutoksia näihin
- Ravinteiden, kiintoaineksen ja haitta-ainesten kulkeutumista pumppuvoimalaitoksen toiminnan vaikutuksesta Kemijärvellä
- Pumppuvoimalaitoksen vaikutuksia Kemijärven pohjan ja rantojen eroosioon
- Voimalaitoksen vaikutuksia Kemijärven jääpeitteeseen
Laadukas malli palvelee koko hankkeen ajan
Mallista halutaan mahdollisimman tarkka ja tarpeeksi laaja, sillä se palvelee hankkeen suunnittelun ajan monia eri asiantuntijoita. Malliin vietyjen parametrien lukuarvoja muuttamalla voidaan analysoida, miten pumppuvoimalaitoksen toiminta vaikuttaisi Kemijärveen eri vuodenaikoina, eri vedenkorkeustasoilla ja eri kohdissa vesistöä. Mallinnustulokset ohjaavat pumppuvoimalaitoksen suunnittelua: mallin avulla voimme esimerkiksi kokeilla, miten pumppuvoimalaitoksen eri osat kannattaisi suunnitella niin, että ne vaikuttaisivat mahdollisimman vähän Kemijärveen. Matemaattisen mallin kaavat ja laskenta rakennetaan niin, että erilaiset olosuhteet ja vaikutukset voidaan havainnollistaa visuaalisesti esimerkiksi erilaisina kuvaajina tai karttakaavioina. Näin suuri määrä lukuja muutetaan havainnolliseen muotoon, jota voidaan analysoida.
Hydrodynaaminen malli on tärkeä työväline suunnittelun lisäksi ympäristövaikutusten arvioinnissa. Mallin avulla arvioimme pumppuvoimalaitoksen suoria vesistövaikutuksia, minkä lisäksi sen tuottamia lähtötietoja käytetään myös muiden vaikutusarvioiden pohjana. Esimerkiksi virtausmallinnuksen tuloksia ja veden laatua koskevia laskentoja tarvitaan kaloihin ja kalastukseen kohdistuvien vaikutusten arvioinnissa. Jääpeitettä koskevia tuloksia taas tarvitaan jäillä liikkumiseen, ja siten välillisesti esimerkiksi matkailuun tai kalastukseen kohdistuvien vaikutusten ymmärtämiseksi. Vesistövaikutuksista ei voi puhua ilman, että myös sosiaaliset vaikutukset huomioidaan. Mallin yksi tärkeimmistä tehtävistä onkin auttaa paikallisia arvioimaan vaikutuksia omasta näkökulmastaan ja arjestaan käsin.