Oulankajoen virtausolosuhteiden vuodenaikainen vaihtelu : tarkastelussa Jäkälämutka

Abstract

Jokiuoman virtausolosuhteet vaihtelevat voimakkaasti korkeilla leveysasteilla vuodeaikojen mukaan sääolosuhteiden kausittaisten vaihteluiden seurauksena. Talvella virtaus hidastuu jääpeitteen vaikutuksesta, keväällä lumien sulaminen aiheuttaa tulvia ja kesällä sekä syksyllä vesisateet voivat nostaa virtaamaa hetkellisesti. Ilmastonmuutoksen on havaittu vaikuttavan voimakkaammin korkeiden leveysasteiden virtavesiympäristöihin kuin muihin alueisiin. Aikaisemman tutkimuksen mukaan ilmastonmuutoksen myötä esimerkiksi sadanta lisääntyy ja ilman lämpötilat nousevat.

Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää millaiset ovat jokiuoman virtausolosuhteet yhden meanderikaarteen alueella talvella, keväällä ja syksyllä yhden vuoden aikana. Lisäksi tavoitteena oli tarkastella vuodenaikaisiin muutoksiin liittyviä tekijöitä, kuten nopean virtauksen solun sijainnin vaihtelua ja kevättulvan vaikutusta sedimentin liikkeellelähtöön. Virtausolosuhteita tarkasteltiin akustisella virtausprofiilimittarilla talvella, keväällä ja syksyllä tutkimusalueella kerätystä aineistosta. Tarkemmassa tarkastelussa olivat virtausnopeus, virtaussuunta, nopean virtauksen solun sijainti, vedenkorkeus ja virtaama. Aineiston perusteella laskettiin lisäksi Reynoldsin luvut jokaiselle tutkimusjaksolle. Sedimentin liikkeellelähtöä tarkasteltiin Hjulströmin diagrammin, mitattujen virtausnopeuksien ja tutkimusalueen sedimentin raekokojakauman avulla.

Virtausolosuhteiden havaittiin vaihtelevan tutkimusalueella merkittävästi eri vuodenaikoina. Kevättulvan aikana vedenpinnankorkeus oli yli kolme metriä muina tutkimusjaksoina mitattuja vedenpinnankorkeuksia korkeammalla. Myös virtausnopeus ja virtaama olivat kevään virtausolosuhteissa merkittävästi suurempia kuin muina vuodenaikoina. Nopean virtauksen solun sijainnin havaittiin muuttuvan vuodenaikojen välillä niin, että talvella ja syksyllä se seuraa meanderikaarteen syvintä osaa, kun taas keväällä se oikaisee yläjuoksulta särkän yli alajuoksulle. Lisäksi kevään ja talven aineistosta havaittiin nopean virtauksen solun meanderikaarteen sisäreunalta ulkoreunalle ulottuva vaihettumisvyöhyke. Kevättulvan ensimmäisinä päivinä suurimmat kulutusvoimat kohdistuivat meanderikaarteen yläjuoksulla sisäreunaan ja särkkään, kun taas alajuoksulla ne kohdistuivat uoman syvimmälle osalle ulkoreunan läheisyyteen. Talven aikana virtausolosuhteisiin vaikutti jääpeite ja kevättulvan muodostumiseen jääkannen sekä lumien sulaminen.

Flow conditions in river channels vary significantly at high latitudes due to the seasonal changes in weather conditions. In winter, the flow slows down due to the effect of ice cover, and in spring, snowmelt causes flooding. In summer and autumn, rainfall can lead to temporary increases in discharge. Climate change has been studied to impact fluvial environments at high latitudes more strongly than in other areas. Previous studies have shown that climate change has increased precipitation and raised temperatures in these areas.

The aim of this study was to examine the flow conditions of a river channel within a single meander bend during winter, spring, and autumn within one year. In addition, the aim was to examine factors related to seasonal changes, such as the spatial variation of the high velocity core (HVC) and the impact of the spring flood on sediment movement. Flow conditions were analyzed using data collected with an acoustic doppler current profiler (ADCP) during winter, spring, and autumn. The analysis focused on discharge, flow velocity, flow direction, the location of the HVC and water level. Reynolds numbers were also calculated for each measurement period, based on the data collected. Sediment movement was estimated using the Hjulström diagram, measured flow velocities, and the grain size distribution of sediments from the study area.

The flow conditions in the study area were found to vary significantly between seasons. During the spring flood, the water level was more than three meters higher than the levels measured during the other study periods. Both discharge and flow velocity were also significantly higher in spring compared to other seasons. The location of the HVC was observed to shift seasonally: in winter and autumn it followed the deepest part of the meander bend, and in spring it cut across the point bar from the upstream to the downstream section. In winter, the flow conditions were influenced by the effect of ice cover, and the formation of the spring flood was driven by both ice breakup and snowmelt. Additionally, data from winter and spring revealed a transitional zone where the HVC extended from the inner to the outer bank of the meander bend. During the first days of the spring flood, the strongest erosional forces were located on the inner bank and point bar of the upstream area, while downstream they affected the deepest part of the channel near the outer bank.