Ajourapainuman dynaaminen mallinnus

1. © Natural Resources Institute Finland© Natural Resources Institute Finland
Ajourapainuman
dynaaminen mallinnus
Ari Laurén, Samuli Launiainen & Aura Salmivaara
ari.lauren@luke.fi
Retkeily Kurussa 11.10.2017

2. © Natural Resources Institute Finland2 17.10.2017
Kokemus / intuitio / teoria:
Ajourien muodostumiseen vaikuttavat
Urat?
Syvenee kun:
• Kuorma / pintapaine kasvaa (W)
• Rengas kapenee (b), renkaan läpimitta pienenee (d)
• Maan kantavuus (kuvataan penetrometrivastuksella) pienenee
• Ajokertojen lukumäärä kasvaa (n, yhden ajokerran vaikutus
kuitenkin pienenee)
• Yhtälö 1:
𝑧 𝑛~
𝑊
𝐶𝐼 ∗ 𝑑 ∗ 𝑏
𝑛
1
𝑎

3. © Natural Resources Institute Finland3 17.10.2017
Tarkastellaan lähikuljetusta avohakkuussa:Tekijät
• Vakiot, jotka eivät muutu yhdellä paikalla
– Täyden koneen massa, renkaan dimensiot (d, b); siis
pintapaine (W)
• Tilasta riippuva muuttuja:
– n, ajokertojen lukumäärä
• Puun jakautuminen hakkuualueelle
• Välivaraston paikka
• Välivarastojen lukumäärä
• Hakkuualueen geometria

4. © Natural Resources Institute Finland4 17.10.2017
Ajokerrat
Esimerkit Paappanen, ajokerrat
• Kuljetus aukkoa pitkin
lyhintä reittiä
• Paljonko puuta on
pisteen ’yläpuolella’
• Kapeikot, enemmän
ajokertoja
• Varastoa kohti
ajokerrat kasvavat
• Lasketaan ajokerrat

5. © Natural Resources Institute Finland5 17.10.2017
Maan kantavuus - penetrometrivastus
CI
• Mitataan penetrometrin tunkeumavastuksena
– Mitä helpommin uppoaa maahan, sitä vähemmän kantava maa
– Ongelma:
• kone ja penetrometri eri mittakaavassa,
→ Kivisyys, juuret
• Maalajit:
– Lajittuneet: Savet, keskikarkeat, karkeat maat
– Lajittumattomat: moreenit, karkeusasteet
– Orgaaniset: Turve
• Maan vesipitoisuus

6. © Natural Resources Institute Finland
SpatHy – catchment hydrological model
• Open gis-data: catchment creation
• Open meteorological data, including long-term forecasts:
model forcing
• Open streamflow data: model calibration
• Simple spatially distributed hydrologic + conceptual ground
water model
– StandGrid: gridded above-ground hydrology
– BucketGrid: root zone / topsoil water budget
– Topmodel: topography-based conceptual groundwater
model
6 17.10.2017

7. © Natural Resources Institute Finland
Local hydrology (stand or grid cell scale)
Water storages and flows
• Canopy
– Interception
– evaporation
• Snowpack (SWE)
– Throughfall, sublimation, melt,
refreezing
• Top soil (i.e. root zone) + ponds at
the surface
– Infiltration, soil evaporation,
transpiration (root uptake)
– Drainage (ground water recharge)
• Can be modeled in numerous
ways (simple, complex…)
• Compared to ground water, we
’understand’ and can measure
and model above fluxes and
storages

8. © Natural Resources Institute Finland
Moving to catchment scale: lateral flows in
saturated zone
TOPMODEL – assumptions
(Beven & Kirby, 1979)
• Lateral flows in saturated zone >> lateral
flows in unsaturated zone
• Ground water flow lines parallell to local
surface slope
• Quasi-steady state balance between
ground water recharge and lateral flow
• Computes ’catchment scale
saturation deficit’ S, i.e. the amount
of water needed to fill ’storage
space’ below the topsoil layer
• Qb = baseflow, Qr=returnflow,
R=ground water recharge (topsoil
drainage)
• Local saturation deficit (s) liked to
catchment average through
’hydrologic similarity’ index X
• Simplest case: spatially
homogenous recharge rate, ’soil
depth’ and transmissivity: X =
TWI !
8 17.10.2017
)( XXmSs 

9. © Natural Resources Institute Finland9 17.10.2017
Spathy: Maan vesipitoisuus
• Tässä versiossa pintamaan vesipitoisuus ’Ämpärimallista’
– Säätekijät vallitsevat
• Seuraavaksi kokeillaan vesipitoisuutta Topmodelista
– Topografia vallitsee

10. © Natural Resources Institute Finland10 17.10.2017
Vaikuttavat
Vesi
• Säätekijät: sade, lumi, säteily, ilman kosteus
– sääainesitot
• Kasvillisuus / puusto:
– Puulaji, pituus, määrä, lehtiala
– VMI
• Maalaji:
– GTK:n maalajikartta
• Topografia:
– Pintamalli, digitaalinen korkeusmalli

11. © Natural Resources Institute Finland11 17.10.2017
Kaikki tekijät yhtälöön 1
Urapainuma ajassa ja tilassa
Paljonko urapainuma olisi jos puut kuljetettaisiin varastoon tänään,
lähimpään välivarastoon, hakkuuaukkoa pitkin

12. © Natural Resources Institute Finland
Video: https://youtu.be/6kK_QJJEWJ0
12 17.10.2017