Hydraulics of vegetated flows: estimating riparian plant drag with a view on laser scanning applications

Julkaisun otsikon käännös: Kasvipeitteisten uomien hydrauliikka näkökulmana virtausvastuksen määrittäminen laserkeilauksen avulla

Johanna Jalonen

    Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

    Abstrakti

    Jokivarsien kasvillisuudella on merkittävä rooli tulvanhallinnassa, eroosiosuojana sekä kiintoaineen ja ravinteiden pidättäjänä. Vedenpinnankorkeuksien, virtausnopeuksien ja aineiden kulkeutumisen arvioimisen luotettavuuden parantamiseksi tarvitaan malleja, jotka käyttävät parametreina kasvien fysikaalisia ominaisuuksia ja ottavat huomioon kasvien muodonmuutoksen virtaustilanteessa (virtaviivaistuminen ja taipuminen). Puiden oksilla tehdyt kourukokeet ovat kuitenkin olleet vaikeasti skaalattavia luonnonpuille ja -pensaille. Modernit kaukokartoitusmenetelmät, kuten maalaserkeilaus (TLS), puolestaan mahdollistavat erittäin tarkan 3D-paikkatiedon keräämisen kasvillisuudesta ja sen ominaisuuksista maastossa. Työn päämääränä oli kasvipeitteisten uomien virtausmallintamisen kehittäminen: 1) määrittämällä päätekijät, jotka vaikuttavat kasvillisuuden aiheuttamaan vastusvoimaan erikokoisilla ja erilaisilla tiheyksillä kasvavalle lehdelliselle, puuvartiselle kasvillisuudelle ja 2) selvittämällä maalaserkeilauksen luotettavuus ruoho- ja puuvartisen kasvillisuuden sekä tulvatasanteen maanpinnan kartoittamiseksi eri vuodenaikoina. Tätä tarkoitusta varten kasvillisuuden virtausvastusvoimia mitattiin laboratoriossa virtauskourussa ja hinausaltaassa. Kourussa kasvitiheyksiä vaihdeltiin sekä muuttamalla yksittäisten kasvien pinta-alaa että kasvien välisiä etäisyyksiä. Hinausaltaassa tutkittiin neljän puulajin vastusvoimia ja muodonmuutoksia virtauksessa 1-3.5 m korkeilla yksilöillä. Maalaserkeilauksia tehtiin sekä hinausallaskokeiden yhteydessä että maastossa tulvatasannealueella. Virtausvastuksen mallinnuksessa tulisi käyttää kaavaa, jossa käytetään kokonaispinta-alaa lehdellisille puille sekä varsipinta-alaa lehdettömille puille. Kaavoissa usein käytetty kasvien projektiopinta-ala ei ole riittävä parametri, sillä lehdet projektiopinta-alan takana aiheuttivat virtausvastusta. Muodonmuutoksen vaikutus virtausvastukseen voitiin kuvata samalla parametriarvolla erikokoisille puille. Kasvillisuuden ominaisuuksien kartoittamiseksi maastossa kehitettiin menetelmä, jolla saadaan laserkeilausaineistosta virtausmallinnuksessa tarvittavat kasviparametrit eri tulvakorkeuksille ja - tarkasteluresoluutioille. Tulvatasanteen taso tulisi mitata keväällä ennen kasvipeitteen muodostumista, sillä erityisesti tiheä ruohomainen kasvillisuus estää lasersäteen pääsyn maahan asti. Maanpinnan tason määritykseen vaikuttavat mm. lasersäteen tulokulma, mittaustiheys sekä kasvillisuus ja sen tyyppi ja tiheys. Väitöskirjan tulokset kasvillisuuden virtausvastuksen määrittämiseksi sekä lähtöaineiston keräämiseksi maastosta toimivat apuna joki- ja vesiympäristön seurannassa ja mallintamisessa.
    Julkaisun otsikon käännösKasvipeitteisten uomien hydrauliikka näkökulmana virtausvastuksen määrittäminen laserkeilauksen avulla
    AlkuperäiskieliEnglanti
    PätevyysTohtorintutkinto
    Myöntävä instituutio
    • Aalto-yliopisto
    Valvoja/neuvonantaja
    • Koivusalo, Harri, Vastuuprofessori
    • Järvelä, Juha, Ohjaaja
    Kustantaja
    Painoksen ISBN978-952-60-6384-3
    Sähköinen ISBN978-952-60-6385-0
    TilaJulkaistu - 2015
    OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

    Tutkimusalat

    • kasvillisuus
    • virtausvastus
    • mallinnus
    • hydrauliikka
    • maalaserkeilaus
    • kartoitus

    Sormenjälki

    Sukella tutkimusaiheisiin 'Kasvipeitteisten uomien hydrauliikka näkökulmana virtausvastuksen määrittäminen laserkeilauksen avulla'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

    Siteeraa tätä