Kaupunkitulvien mallinnus ja CLASS-hankkeen tuloksia

Transkriptio

1 Kaupunkitulvien mallinnus ja CLASS-hankkeen tuloksia Pääkaupunkiseudun sopeutuminen ilmastonmuutokseen seminaari Juhani Korkealaakso, VTT

2 Kaupungistuminen ja ilmastonmuutos Kaupungistuminen lisää läpäisemättömän pinnan määrää sekä tehostaa pinnan kuivatusta ojilla sekä viemäreillä ja kasvattaa täten pintavalunnan osuutta vesitaseesta samalla kun virtaamahuiput kasvavat Luonnollinen imeytyminen ja haihtuminen vähenee samoin kuin hulevevesien laatu huononee Taajamatulvia aiheuttavat sateet ovat pääasiassa konvektiivisia ja usein ne ovat lyhytkestoisia ja intensiteetiltään voimakkaita Ilmastomalleilla tehdyt tutkimukset osoittavat rankkasateiden toistuvuuden ja voimakkuuden lisääntyvän Suomessa tasaisesti tällä vuosisadalla Myös lämpötilan ennustetaan nousevan Taustakuvan lähde: Ruotsalainen Grey-Green -project Kimmo Ruosteenoja, Ilmatieteen laitos 2

3 Esimerkkejä rankempien kesäsateiden intensiteetin vaihteluista ajan suhteen Rankkasadeasteikko: >= - 2,5 mm 5 minuutissa - 5,5 mm 30 minuutissa - 7,0 mm 1 tunnissa - 10 mm 4 tunnissa - 15 mm 12 tunnissa - 20 mm 24 tunnissa

4 Rankkasateiden vaikutusten dynaaminen kaupunkimalli Esimerkki simulointi:helsinki klo Rankkasateen (28 mm/1.5 h) virtaaman eteneminen Helsingin ydinkeskustan kaduilla, katoilta, maanalaisissa tiloissa ja verkostoissa 4

5 5

6

7

8

9

10

11

12

13 Mikonkadun nurkilla on satanut ennenkin

14 Simuloinneissa kytketään pinta- ja verkostomallinnus toisiinsa

15 Esimerkki simulointi (verkosto-osa): Helsinki

16 Esimerkki simulointi (verkosto-osa): Helsinki

17 Virtauksen simulointi sekaviemärijärjestelmässä

18 Esimerkki simulaatio: Pori 2007 sade Helsingissä Porin 2007 kaltaisen rankkasateen eteneminen Helsingin ydinkeskustan kaduilla ja verkostoissa

19

20 Rankkasateiden vaikutusten dynaaminen kaupunkimalli Sadannasta valunnaksi Valunnasta vedenpinnan korkeusennusteeksi Tulva-alueen ajallinen ja paikallinen laajuus Viemäriverkon vaikutus, katot ja maanalaiset tilat otetaan huomioon Porin sade Helsingissä Kööpenhaminan sade Helsingissä Reaaliaikainen ennustaminen - yhdistettynä säätutkaennusteisiin, varoitusjärjestelmä (SmartAlarm) Tulvariskien kartoitus Mitoitustyökaluna viemäriverkoston uudistamishankkeissa Läpäisevät päällysteet ja muut hajautetut hallintamenetelmät

21 HULEVESIEN HAJAUTETTUJA HALLINTARAKENTEITA: - hulevesien synnyn vähentäminen, imeyttäminen ja viivyttäminen ja johtaminen Läpäisevät päällysteet Kasvillisuuden käyttö Viherkatot Kattovesien johtaminen Viherpainanne Avoin imeytys/viivytyspainanne Kosteikot Lammikot Altaat Imeytys- ja viivytyskaivannot Imeytysojat Ylisuuret hulevesiputket jne

22 HULEVESIEN HALLINTA JA LUONNONMUKAISTEN HALLINTAMENETELMIEN HYDROLOGINEN ROOLI 22

23 POISTAA, VIIVYTTÄÄ, HAIHDUTTAA Pyritään vähentämään hulevesien kokonaismäärää, pienentämään virtaamahuippuja sekä poistamaan epäpuhtauksia hulevesistä esimerkiksi viivyttämällä, imeyttämällä ja haihduttamalla hulevesia erilaisissa luonnonmukaisissa ja/tai keinotekoisissa rakenteissa ja niiden yhdistelmissä 23

24 Hulevesien määrän ja laadun hallinta vaatii usein 3-ulotteisia, yksityiskohtaisia, moni-ilmiötarkasteluja ja simulointeja

25 CLASS - Climate Adaptive Surfaces 25

26 Vettä läpäisevä päällyste Vettä läpäisevä päällyste (Pervious/permeable pavement) Päällysterakenne, jonka pintakerros koostuu monoliittisesta läpäisevästä materiaalista (AA, LB) tai päällystekivistä tai laatoista (betoni/luonnonkivi), jotka itse tai joiden saumat tai aukkokohdat sekä niiden täyttömateriaali kuten myös tasauskerroksen materiaali mahdollistavat veden pääsyn alapuolisiin rakennekerroksiin, jotka on mitoitettu huleveden viivyttämiseen. a) Avoin järjestelmä, jossa kaikki päällysteen läpäissyt vesi imeytetään maahan. b) Suljettu järjestelmä, jossa kaikki päällysteen läpäissyt vesi viivytetään ja johdetaan muualle. c) Yhdistetty järjestelmä, jossa osa vedestä imeytetään maahan ja osa viivytetään ja johdetaan muualle 26

27 CLASS - Climate adaptive surfaces 27

28 Vettä läpäisevät päällysteet Käsikirja suunnitteluun, rakentamiseen ja ylläpitoon Termit ja määritelmät Yleiset suunnitteluperiaatteet Suomalaiset käytännöt Materiaalit Vaatimukset Suomessa, kestävyys, laadunvalvonta Mitoitus Kantavuus ja hydrologinen toiminta, vesilaatu, routa Rakentaminen Kunnossapito Vedenläpäisevyys, puhdistus, talvikunnossapito Kustannukset ja elinkaari Työkalut Tutkimustarpeet 28

29 Projektiraportit Kaupunkien tarpeet. Pervious pavement systems and materials State-of-the-Art. The impact of pervious pavements on water quality State-of-the-Art. Pervious pavement testing methods State-of-the-Art. Review of pervious pavement dimensioning, hydrological models and their parameter needs. State-of-the-Art. Vettä läpäisevät pinnoitteet ja rakenteet Materiaalikehitys ja simulointitestaus. Pervious pavement winter performance State-of-the-Art and recommendations for Finnish winter conditions. Life Cycle assessment (LCA) and costing analysis (LCCA) for conventional and permeable pavement walkways. Mallinnustyökalu tukemaan CLASS-tulosten soveltamista läpäisevien päällysrakenteiden hydrologisessa mitoituksessa ja suunnittelussa. Disseminaton plan. Julkaisusuunnitelma. Green-Grey-projektin yhteenveto. 29

30 Läpäisevien päällysteiden käyttökohteet Tietyn katuluokan kadut, pienet liikennemäärät (autoa/d (KVL) <1000) Kävely- ja pyöräilyväylät Pysäköintialueet Välialueet, katujen, pysäköintialueiden ja viherkaistojen välillä Torit Urheilukentät, urheilu- ja liikunta-alueet Yhdistetyt alueet Rudus Oy Beeldens/BRRC Rudus Oy 30

31

32

33

34 Seuraava tutkimusaskel also Water Quality - Reinventing Stormwater Infiltration and Filtration to Enhance Urban Water Supplies Although engineered infiltration systems have capacity to remove contaminants, the potential has not be fully exploited, controlled or optimized The opportunities to effectively optimize treatment of stormwater include choice of infiltration media with adsorptive/reactive materials as well as manipulation of system hydraulic behaviour and redox conditions without disturbing the hydrologic mission New innovative, embedded sensor and actuator platforms offer possibilities to remotely monitor and control the activity of the infiltration systems

35 Hulevesien monitorointi- ja mallinnusmoduulit: The importance of key processes is studied by modeling the movement of water, heat, and multiple solutes in variably saturated media Coupled thermo-hydro-chemical and mechanical (THCM) models Short and Long-term Climate Effects: precipitation, evaporation, wind, temperature Freezing-Thawing Processes Maintenance Effects: clogging, snow, ice Coupled Thermo-Hydro- Mechanical Behaviour Infiltration and Geochemical Processes

36 Läpäisevä päällysterakenne ja imeytyminen - nykytila > suunnittelu/mitoitus 36

37 Läpäisevä päällysterakenne ja imeytyminen - nykytila > suunnittelu/mitoitus 37

38 Läpäisevä päällysterakenne ja imeytyminen nykytila suunnittelu/mitoitus 38

39 Läpäisevä päällysterakenne ja imeytyminen nykytilasuunnittelu/mitoitus 39

40 KIITOS

41 TEKNOLOGIASTA TULOSTA