RATU rankkasateet ja taajamatulvat TKK:n vesitalouden ja vesirakennuksen hankeosien tilanne ja välitulokset T. Karvonen ja T.

Transkriptio

1 RATU rankkasateet ja taajamatulvat TKK:n vesitalouden ja vesirakennuksen hankeosien tilanne ja välitulokset T. Karvonen ja T. Tiihonen

2 RATU/TKK:n osuus Laaditaan kahdentyyppisiä malleja: * taajamavesien hallintaan soveltuvat GISpohjaiset 2D/3D mallit * taajamatulvien reaaliaikaiseen ennustamiseen soveltuvat vesitasemallit Lasketaan molemmilla malleilla IL:n tuottamien uusien rankkasadejakaumien vaikutus valuntavesien määrään, sadevesiverkoston ja avouomien mitoittamiseen sekä valuntavesien hallintaan Koealueina ovat Vallikallion ja Laaksolahden alueet (RYVE ja Suomen Akatemian projekti)

3 RATU/liittymät muihin vesitalouden laboratorion tutkimuksiin RYVE ja sen jatkoprojekti/akatemia (P. Vakkilainen, N. Metsäranta) Taajamavesien luonnonmukainen hallinta (O. Salminen, Metsäranta, J. Järvelä) Luonnonmukainen vesirakennus (Järvelä ja T. Helmiö) Valuntamallit eri maankäyttämuodoille (T. Karvonen, H. Koivusalo, T. Kokkonen) GIS ja hydrologia (T. Kokkonen, A. Jolma)

4 Kaupunkialueiden hydrologia valunnan ja ainekuormituksen muodostuminen rakennetuilla alueilla o Kaupunkivedet ja niiden hallinta (RYVE) projekti o21 23 Kuinka kaupunkirakentaminen muuttaa valunnan määrää, ajallista vaihtelua ja valumavesien laatua? o Kolme koealuetta: kerrostaloalue (Vallikallio 13 ha) pientaloalue (Laaksolahti 3 ha) kaupungistuva alue (Saunalahti 11 ha) Vertailuna myös metsäalue Siuntiossa. o Alueilla hydrometeorologisten muuttujien mittaus 1 sadanta min välein 2. valunta.8 fosforipitoisuus o Valumavesianalyysit sadanta ja valunta (mm / 1 min) : 4: 8: 12: 16: valumaveden fosforipitoisuus (mg/l)

5 RYVE, Akatemian projektit Keskeisiä tutkimusaiheita: taajamien vesitase, erityisesti haihdunnan ja valunnan suhde sadantaan sekä pohjaveden pinnan taso veden imeytyminen maaperään ja sen parantamismahdollisuudet kärjistyneet virtaamavaihtelut luonnonmukaisten avouomien ja kosteikkojen hydraulinen mitoitus, vedenjohtokyky urbaanien alueiden kuivatuksen aiheuttaman vesistökuormituksen suuruus ja vähentämismahdollisuudet luonnon ja maiseman monimuotoisuuden parantaminen talviolosuhteiden vaikutukset em. kysymyksissä

6 LUONNONMUKAINEN VESIRAKENNUS Tähtää uusien toimintamallien kehittämiseen vesirakennushankkeissa tavoitteena mm. luonnon monimuotoisuuden palauttaminen luonnonmukaisten uomien hydrauliikka: pienoismallikokeet laboratoriossa ja matemaattiset mallit mitattu aineistoa mm. kasvillisuuden vaikutuksesta virtaushäviöihin

7 RATU/Taajamavesien hallintaan soveltuvien mallien kehittäminen 2D/3D malleja, joissa mukana Taajamahydrologian osamallit Taajamahydrauliikan osamallit (urban hydraulic modelss) Putkivirtaukset (SYKE) GIS työkalut virtausreittien automaattiseen laskentaan

8 Taajamahydrologian mallit/1 Infiltraation, todellisen haihdunnan ja syntyvän valunnan laskenta Jaetaan valuma alue laskennalliseen verkkoon (2D) Käytetään lähtötietoina alueen todellista maankäyttöaineistoa ja digitaalista korkeusmallia Lasketaan vesitaseen komponentit erikseen jokaiselle solmulle Kuljetetaan valuntaa hydraulisilla malleilla

9 Taajamahydrologian mallit/2 Vallikallion koealue, 13 ha

10 Taajamahydrologian mallit/3 käytetään lähtötietoina todellista maankäyttöä, rakennusten sijaintia jne.

11 Taajamahydrologian mallit/4 annetaan putkistojen ja sadevesikaivojen sijainti lähtötietoina

12 Sadevesiviemärit Vallikallion alueella

13 Korkeusmalli taajamien hydraulisen mallin lähtötiedoksi

14 Taajamahydrauliikka eri pintojen karkeuskertoimien arviointi kasvillisuuden vaikutuksen arviointi pintavalunnan etenemisen laskenta: virtaussuunnat maanpinnan kaltevuuden perusteella imeytysalueiden, kosteikkojen ja laskeutusaltaiden vaikutus vesien virtauksiin ja viipymiin (normaali avouomavirtaus ja altaiden vesitaseyhtälö)

15 Taajamahydrauliikka/Virtaushäviöiden laskenta arvioidaan kaikille pinnoille karkeuskorkeus ks (roughness height) kasvillisuuden osalta käytetään mm. Järvelän väitöskirjan mittauksia karkeuskorkeus ja vesisyvyys määräävät häviökertoimen pyritään puolueettomaan arviointitapaan

16 Taajamahydrauliikka/putkistot (SYKE:n osio) sadevesikaivojen kautta imeytynyt vesi syötetään hulevesiviemäreihin lasketaan putken koon ja putken kaltevuuden perusteella virtaaman eteneminen putkistossa voidaan käyttää mitoituksen apuvälineenä arvioitaessa kuinka suuri putki tarvitaan valunnan kuljettamiseen

17 GIS työkalut Lasketaan eri koealueille valunnan reitit maanpinnan korkeusmallin perusteella Saadaan selville kaikki mahdolliset purkautumisreitit Voidaan laskea miten suuri osa valumaalueen vesistä on menossa * sadevesiviemäreihin * erityyppisiin altaisiin, kosteikkoihin

18 Suurimman kaltevuuden etsintä Slope: = = 14

19 Virtaussuuntien koodaus

20 Virtaussten suunnat maastomallin perusteella

21 Virtausverkko

22 Kunkin solmun yläpuolisten alueiden laskenta

23 Taajamien virtausreitit Stream network for a 5 cell threshold drainage area

24 Valuntojen vertailua Tapahtuman sadesumma 15 mm/laaksolahti; 21 mm/vallikallio

25 Valuntojen vertailua Tapahtuman sadesumma 31 mm/laaksolahti; Vallikallio mittari ei toiminut

26 Laaksolahti ja Vallikallio Syyskuu 22, 15 mm sadetapahtuma vesitasemalli

27 Jatkotoimenpiteet Viimeistellään korkeusmallit Vallikallion ja Laaksolahden osalta (tarkistusvaaituksia) laaditaan GIS työkaluilla taajamien virtausreitit valitaan pintojen karkeuskorkeudet ja lasketaan Darcy Weissbach häviökertoimet valitaan 1 15 edustavaa sadetapahtumaa kummaltakin alueelta ja testataan mallit tutkitaan miten mallia voi käyttää * putkistojen mitoituksessa * taajamavesien vaihtoehtoisten keräily ja käsittelyjärjestelmien suunnittelussa