Läpivirtausjärvi

Läpivirtausjärvi (engl. flow-dominated lake) on järvi, johon virtaa muualta paljon pinta- ja pohjavettä ja josta poistuu paljon pinta- ja pohjavettä. Näitä virtaamia kutsutaan maanpäällisiksi tulo- ($I_{s}$) ja menovirtaamiksi ($Q_{s}$) ja vastaavasti maanalaisiksi virtaamiksi ($I_{u}$ ja $Q_{u}$). Muut hydrologiset virtaamasuureet ovat silloin oltava pienet. Näitä ovat sadanta ($P_{l}$) ja haihdunta ($E_{l}$). Nämä suureet ilmaistaan usein järven pinta-alalle levitettyinä millimetreinä tai veden tilavuutena kuutiometreinä.

Suomalaiset järvet ovat usein juuri läpivirtausjärviä, jolloin ne ovat osa suuren valuma-alueen vesistöreittiä, jonka yläpuoliset vedet virtaavat järven läpi. Suomessa ilmaston lämpötilat ovat maltillisia, jolloin haihdunta jää pienemmäksi kuin monesti kuumissa maissa, ja sadanta on vain 400–600 millimetriä vuodessa.

Vaikutus järven ominaisuuksiin Suomessa

Läpivirtausjärvissä järven vedenpinnan korkeusvaihtelut ovat vähäisiä, koska suuret tulo- ja menovirtaamat suhteessa sadantaan ja haihduntaan pystyvät ylläpitämään jatkuvaa läpivirtaamaa järvialtaassa. Toisaalta veden vaihtuminen erityisesti pintavirtaamien kautta tasoittaa veden kemiallisia muutoksia ja estävät joidenkin aineiden konsentroitumista. Tämä on hyvä asia erityisesti happamoitumiskehityksessä, joka voimistui 1960–1980-luvuilla. Tutkimusten mukaan läpivirtausjärvissä puskurikyky happamoitumista vastaan oli keskimääräistä parempi kuin muissa suomalaisissa vertailujärvissä. Tämä johtunee järven laajemmasta valuma-alueesta, joka aiheuttaa suuret virtaamat. Valuma-alueen monipuolinen kemiallinen kuorma auttaa neutraloimaan veteen joutuneet hapot. Tämän vuoksi järven mitattu alkaliteetti on suurempi kuin muissa järvissä. Samasta syystä johtunee myös veden parempi sähkönjohtavuus.

Latvajärvet eivät sen sijaan ole useinkaan läpivirtausjärviä, sillä niillä ei ole merkittävää tulovirtaamaa ja laskuvirtaamakin jää siksi korostuneesti sadannan varaan. Latvajärvien muutokset virtaamissa eivät näy merkittävästi esimerkiksi vedenlaadussa tai vedenpinnan korkeudessa. Läpivirtausjärvissä järven vedenpinnan korkeus ei myöskään vaikuta merkittävästi tulovirtaaman ja lähtövirtaaman suhteeseen, sillä ne kasvavat yhtäaikaa. Toisaalta, jos kuivana kesänä tulovirtaama alkaa ehtyä, vaikuttaa se merkittävästi ja lyhyellä aikaa vedenpinnan korkeuteen, sillä lasku-uoma vetää kuitenkin paljon vettä kuivuuden alkaessa.

Luokittelu

Szesztayn luokittelu

Unkarilaisen hydrologin Károly Szesztayn järvien luokittelussa lasketaan tulovirtaamatekijä ($F_{I}$) ja menovirtaamatekijä ($F_{Q}$):

$F_{I}={\frac {I_{s}+I_{u}}{I_{s}+I_{u}+P_{l}}}$ ja $F_{Q}={\frac {Q_{s}+Q_{u}}{Q_{s}+Q_{u}+E_{l}}}.$

Lausekkeista saadut luvut voidaan muuntaa prosenteiksi, jolloin tekijä ilmaisee pinta- ja pohjaveden yhteistä osuutta kaikesta virtaamasta, joka sisältää myös ilman kautta kulkevan virtaaman. Suomessa nuo prosenttiluvut ovat suurissa järvissä sekä tulo- että menovirtaamissa tyypillisesti noin 90 %. Selkeissä läpivirtausjärvien tapauksissa nuo luvut ovat 99 % tai yli. Mainittakoon, että Suomen vesistöjen vedenpinnan pienen korkeusvaihtelun takia järvien virtaamatekijät ovat noin 67–100 %. Muualla maailmassa tilanne on usein vallan toinen.

Szesztayn luokittelu sisältää yhdeksän luokkaa, joista läpivirtausjärvet muodostavat vain yhden luokan (I-O). Luokkia merkitään kirjainyhdistelmillä: I-O, IP-O, P-O, I-OE, IP-OE, P-OE, I-E, IP-E ja P-E. Kirjain I on suuri tulovirtaama, IP on keskinkertainen tulovirtaama/sadanta ja P on suuri sadanta. Vastaavasti O on suuri menovirtaama, OE on keskinkertainen menovirtaama/haihdunta ja E on suuri haihdunta. Tulo- ja menovirtaamien prosenttiasteikot ovat siis kolmiluokkaisia (33 %:n levyiset luokat). Pohjaveden vaikutukset virtaamiin on jätetty luokittelusta pois.

Esimerkiksi Kuollutmeri on järvi, johon sataa äärimmäisen vähän ja johon Jordanjoki tuo lähes kaiken veden. Järvestä ei ole muuta menovirtaamaa kuin haihdunta. Kuolleenmeren luokka on siten I-E. Aavikkojärvillä, joilla ei ole mainittavia tulouomia, muodostavat sadanta ja haihdunta vesitaseen huomattavimman osan. Näiden osuudet voivat kohota yli 50 %, mutta ne ovat yleensä pienempiä. Nämä järvet luokitellaan luokaan P-E.

Veden viipymä

Eräs tapa hahmottaa tulo- ja läpivirtauksen vaikutusta järven veteen, on mitata vedelle sen veden viipymä järvessä. Mittaamiseen on olemassa joitakin tapoja, mutta jos järven virtaamat tunnetaan hyvin, viipymän voi myös laskea lähes samalla tarkkuudella. Laskemisessa verrataan järven tulovirtaamia järven tilavuuteen. Järven keskimääräinen vuosittainen nettotulovirtaaman suhde järven tilavuuteen ($R_{f}$) lasketaan

$R_{f}={\frac {I_{s}+I_{u}+P_{l}}{V}}$.

Arvon $R_{f}$ käänteisluku on teoreettinen eli laskennallinen veden viipymä järvessä. Sen arvo on aikasuure, joka ilmoitetaan vaihtoehtoisesti joko vuorokausina, kuukausina tai vuosina. Läpivirtausjärvissä viipymä on yleensä lyhyempi kuin muiden luokkien järvissä .

Esimerkkejä

Päijänne on läpivirtausjärvi, sillä sen tulovirtaama muodostuu varsin suuren valuma-alueen virtaamasta. Sen lasku-uoma on Kymijoki, jonka keskivirtaama on Suomen suurimpia. Lisäksi Suomessa ovat sadanta ja haihdunta melko tasapainossa keskenään, mutta ne ovat samalla pieniä verrattuna järven pinta-alaa suurempien valuma-alueiden sadantaan.

Monien jokien pääuomassa on laajentumia, joita voidaan pitää järvinä tai lampina vaikka niitä kutsutaan suvannoiksi. Niitä voi hyvällä syyllä pitää läpivirtausjärvinä ja niissä viipymä on vain joitakin tunteja tai vuorokausia. Näiden järvien tulouomien ja lasku-uomien suissa on voimakkaita ja joskus vaarallisia virtauksia. Näissä kohdissa voi järven jää kehittyä heikosti ja jos jääkansi jää ohueksi, voi virtaava vesi puhkaista siihen sulan paikan.

Venäjällä sijaitsevan Baikaljärven tilavuus on maailman järvistä suurin. Siihen laskee yli 330 jokea ja sen laskujoki on Angara, jonka keskivirtaama on 5 100 kuutiometriä sekunnissa. Veden viipymä on Angaran virtaamalla laskettuna yli sata vuotta, mutta tulo- ja menovirtaamat ovat 87 % sen vesitaseesta. Baikaljärvi on siten läpivirtausjärvi.

Peipsijärvi sijaitsee Venäjällä Viron vastaisella länsirajalla. Sen tulovirtaamasta huolehtivat pääosin suurimmat joet Emajoki ja Velikaja ja menovirtaamasta laskujoki Narvanjoki. Narvanjoen keskivirtaamalla 415 kuutiometriä sekunnissa järven veden viipymäksi saadaan alle kaksi vuotta. Sen tulo- ja menovirtaamatekijät ovat vastaavasti noin 80 % ja 82 %.

Skutarijärvi sijaitsee Montenegron ja Albanian rajalla. Järven sadanta on noin 1 600 millimetriä (mm), kun tulovirtaama vastaa 19 350 mm ja menovirtaama 20 600 mm järven pinnalle levitettynä. Koska haihdunta (350 mm) on pienempää kuin sadanta, on menovirtaamatekijä suurempi 98 % kuin tulovirtaamatekijä 92 %. Prosenttilukujen valossa järvi on läpivirtausjärvi.

Lähteet

• Kämäri, Juha: Suomen karujen pienvesistöjen happamoitumisherkkyys. Tiedotus 239. Helsinki: Vesihallitus, 1984. ISBN 951-46-7488-X. Teoksen verkkoversio (PDF) (viitattu 20.8.2019).