Kaltevuus (hydrologia)

Kaltevuus tai pituuskaltevuus on potamologiassa joen, muun virtaveden uoman, osuuden tai alku- ja loppupään välinen keskimääräinen pudotus. Se lasketaan jakamalla virtaveden kokema pudotus sen uoman pituudella ja tulos ilmaistaan yleensä metreinä kilometriä kohti (${\tfrac {\text{m}}{\text{km}}}$). Toisinaan kaltevuus ilmoitetaan promilleina (‰) tai harvemmin, jos joki on jyrkkä, myös prosentteina (%). Kaltevuutta voidaan tarkastella seuraamalla joko uoman pohjan kaltevuutta tai uoman vedenpinnan kaltevuutta.

Yläjuoksulla kaltevuus on yleensä suuri ja vesi virtaa nopeasti.

Joen keskijuoksulla saattaa vesi virrata rauhallisemmin.

Wiese-joen pituusleikkaus.

Narvajoen pituusleikkaus. Lopussa Narvan vesivoimalaitos aiheuttaa koskien kohdalla suuren pudotuksen.

Joen alajuoksu voi olla hitaasti virtaavaa osuutta, koska joki laskee esimerkiksi järveen.

Hydrologia, geologia ja eroosio

Virtavedet ovat yleensä yläjuoksulla vähävetisiä ja jyrkkiä, keskijuoksulla silmin nähden virtaavia ja loivia, ja lopuksi alajuoksulla runsasvetisiä ja lähes tasaisia. Maaston kallioperän rakenteella on virtavesien topografiaan suuri merkitys, sillä kalliopohjan muoto voi aiheuttaa pituusleikkaukseen jyrkkiä poikkeamia. Niistä syntyy uoman ominaisia piirteitä kuten esimerkiksi kiviset kosket, vesiputoukset, tulvivat laaksot tai suvannot. Jokien uomaverkostossa voidaan käyttää esimerkiksi Strahlerin luokittelua yhdessä kaltevuuden ja lukuisten muiden suureiden kanssa, jolloin joen toiminta voidaan selittää tarkemmin.

Kaltevuus liittyy veden virtausnopeuteen ja samalla veden liike-energiaan, jonka se saa virrattuaan kaltevaa uomaa alaspäin. Veden liike-energia vaikuttaa osaltaan veden aiheuttamaan uoman pohjan kulumiseen, irtoaineksen kuljetukseen ja aineksen laskeutumiseen takaisin pohjalle. Veden energia kuluttaa myös uoman rantaviivaa ja se voi siten jopa kääntää uoman kulkusuunnan. Suuri energia syö uomaa yleensä suoraksi, hitaampi aloittaa meanderoinnin ja pieni energia levittää uomaa kasautumisen ja tulvimisen yhteisvaikutuksena. Uoman kaltevuus on luonnonhistoriallisessa aikaperspektiivissä muuttuva suure, vaikka se ihmisen eliniän aikana se onkin melko pysyvä ominaisuus .

Vesistöhallinnossa pyritään toteuttamaan Euroopan unionissa käynnistettyä yhteistä vesistöluokittelua, jonka lopullinen päämäärä on turvata kansallisella ja kansainvälisellä tasolla puhtaan käyttöveden saatavuus sekä luoda yhteinen pohja luonnonsuojelulle. Vesistöjen kaltevuus liittyy niiden muokkaamisesta syntyneiden seurauksien hallintaan siten, että erilaisilla alueilla tulee huomioida maaperän, kaltevuuden ja sadannan yhteisvaikutus.

Laskeminen

Kun halutaan laskea koko uoman tai sen lyhyen osuuden keskimääräinen kaltevuus $k$, selvitetään osuuden päätepisteiden korkeusarvot metreinä ($h_{\text{alku}}$ ja $h_{\text{loppu}}$) sekä uoman pituus kilometreinä $d$. Nämä mittaustiedot sijoitetaan seuraavaan lausekkeeseen

$k={\frac {h_{\text{alku}}-h_{\text{loppu}}}{d}}.$

Mikäli tarkoituksena on ilmaista kaltevuus prosentteina tai promilleina, tulee lausekkeeseen sijoittaa uoman pituus metreinä. Silloin saadaan laskettua kaltevuus yksikössä metriä metrille (${\tfrac {\text{m}}{\text{m}}}$), mutta laskun tulos on yleensä hyvin pieni desimaaliluku. Tämä muutetaan prosenteiksi kertomalla tulos sadalla prosentilla, tai promilleiksi kertomalla se tuhannella promillella.

Esimerkiksi Lapissa virtaava Tornionjoki, joka seuraa jonkin matkaa Ruotsin ja Suomen rajaa, alkaa Ruotsissa sijaitsevasta Tornionjärvestä. Siellä järven vedenpinnan korkeus on 342 metriä mpy. Joki laskee Pohjanlahden pohjukkaan, jonka vedenpinnan korkeudeksi voidaan sopia 0 metriä mpy. Kun joki on 470 kilometriä pitkä, saadaan kaltevuudeksi

$k={\frac {342{\text{ m}}-0{\text{ m}}}{470{\text{ km}}}}\approx 0{,}73{\tfrac {\text{m}}{\text{km}}}.$

Kun halutaan ilmoittaa Tornionjoen kaltevuus promilleina, lasketaan

$k={\frac {342{\text{ m}}-0{\text{ m}}}{470000{\text{ m}}}}\approx 0{,}00073{\tfrac {\text{m}}{\text{m}}}=0{,}00073\cdot 1000\ {\text{‰}}=0{,}73\ {\text{‰}},$

tai vastaavasti prosentteina, niin lasketaan

$k\approx 0{,}00073{\tfrac {\text{m}}{\text{m}}}=0{,}00073\cdot 100\ \%=0{,}073\ \%.$

Topografinen määritys

Joen uoman pitkittäiskaltevuus on mahdollista määrittää karttakuvien perusteella karkeasti. Mikäli joki ei mutkittele suuresti, voidaan joen osuuksien pituudet mitata kartasta. Korkeuskäyrien korkeusluvuista voidaan päätellä osuuden pudotukset. Tällöin on jo saatu selvitettyä tarvittavat luvut kaltevuuden määrittämiseksi.

Lähteet

• Pajula, Heikki & Hanski, Minna: Jokien rakenteellisen tilan arviointi. Taustaa EU:n vesipolitiikan puitedirektiivin toimeenpanolle Suomen virtavesissä (Suomen ympäristö 379). Suomen Ympäristöhallinto, 2000. ISBN 952-11-0651-4. Teoksen verkkoversio (PDF).

Aiheesta muualla

• Salmela, Jouni: Meanderoivan jokiuoman vertikaalinen muutos: kohoumien ja syvänteiden välinen vuorovaikutus. Pro Gradu -tutkielma. Turku: Turun yliopisto, 2017. Teoksen verkkoversio (PDF).