Siikajoki Ruukin alueen yksityiskohtaiset tulvavaarakartat HW1/20 HW1/1000

Transkriptio

1 SIIKAJOEN KUNTA Siikajoki Ruukin alueen yksityiskohtaiset tulvavaarakartat HW1/20 HW1/ Insinööritoimisto Pekka Leiviskä Vauhtipyörä 4, Tyrnävä

2 SISÄLLYSLUETTELO 2 SISÄLLYSLUETTELO YLEISTÄ VESISTÖALUEKUVAUS Vesistöalue Hydrologia Ruukinkosken voimalaitos LASKENTAMENETELMÄT JA LÄHTÖAINEISTO Laskentaohjelmistot Maaston korkeusaineistot Sillat Muut rakenteet VIRTAAMAMALLIN KALIBROINTI Mallin rakenne Kalibrointi Vedenkorkeudet HW1/20 HW1/ Jääpatotulvat Metatietolomake TULVAKARTAT Tulvavedenkorkeudet HW1/20 HW1/ KIRJALLISUUS...18 Liitteet 1. Siikajoki, Ruukki, maaston korkeuserot 2. Siikajoki, Ruukki, kalibrointi HW mukaiselle virtaamalle 3. Maastomallin kolmioverkko ja aluerajat 4. Lasketut tulvavedenkorkeudet HW1/20 HW1/ Metatietolomake 6a-e. Tulvavaaraluonnoskartat, HW1/20 HW1/1000

3 1 YLEISTÄ 3 Tässä työssä käytetty korkeusjärjestelmä on N60+. MML laserkeilatun korkeusmallin tiedot olivat N2000+ korkeusjärjestelmän mukaisia. Ne muutettiin N60+ korkeusjärjestelmään vähentämällä lukemasta 0,40 m. Lisäksi korkeustietoja on hyödynnetty tässä työssä vanhasta NN+ ja N43+ korkeusjärjestelmästä.

4 4 2 VESISTÖALUEKUVAUS 2.1 Vesistöalue Siikajoen vesistöalueen koko mallinnettavan alueen alaosilla on F = km 2 ja järvisyys 2,4 %. Vesistöalue ja Ruukinkosken voimala ilmenee oheisesta kuvasta 1. Kuva 1. Ruukinkosken sijainti Siikajoen vesistöalueella. 2.2 Hydrologia Vesistöalueella lähimpänä sijaitsevat havaintoasemat ovat alueen yläpuolella sijaitseva Harjunniva (F = km 2, L = 2,7 %) ja alempana sijaitseva Länkelän (F = km 2, L = 2,2 %) havaintoasema. Mallinnetun alueen alaosalla valuma-alueen koko on valuma-alueen osa-alueen Kursunpuron kohdalla km 2 ja L = 2,4 %. Kursunpuro laskee Siikajokeen lähellä Ruukin taajamassa sijaitsevaa rautatiesiltaa.

5 5 Länkelä Harjunniva Kuva 2. Harjunnivan ja Länkelän havaintoasemien sijainti. Taulukkoon 1 on kerätty alueen virtaamahavaintoasemien tiedot vuoden 2008 loppuun saakka. Taulukko 1. Vesistöalueen havaintoarvoja eri virtaama-asemilta. (Pohjois-Pohjanmaan ELYkeskus) * Havaintoarvot käyttöönotosta vuoden 2008 loppuun. ** Havainnoissa paljon puutteita MQ = keskivirtaama, HQ = ylivirtaama, NQ = alivirtaama, MHQ = keskiylivirtaama, MNQ = keskialivirtaama

6 6 Siikajoen suurimmat vesistötulvat ovat esiintyneet vuosina 1936, 1944 ja 1955, jolloin virtaamat Länkelän havaintoasemalla ovat kohonneet yli 600 m 3 /s. Ujuan ja Kortteisen tekojärvien rakentamisen jälkeiset suurimmat vesistötulvat ovat sattuneet vuosina 1977, 1981, 1982, 1983 ja 2000, jolloin virtaamat ovat kohonneet yli 400 m 3 /s. Keväällä 2000 sattuneen tulvan suuruus oli Harjunnivan asteikon kohdalla 376 m 3 /s. Taulukkoon 2 on koostettu Harjunnivan ja Länkelän virtaamatiedot eri tulvantoistuvuuksilla ja taulukkoon 3 vastaavasti ylivalumina. Kuvassa 3 on esitetty Harjunnivan ylivirtaaman toistumiskuvaaja. Taulukko 2. Ylivirtaama eri toistuvuuksilla Harjunnivan ja Länkelän havaintoasemilla. Havaintopaikka F [km 2 ] Havaintojakso HQ1/20 HQ1/50 HQ1/100 HQ1/250 HQ1/1000 Harjunniva Länkelä Taulukko 3. Ylivaluma eri toistuvuuksilla eri havaintoasemilla. Havaintopaikka F [km 2 ] Havaintojakso Hq1/20 Hq1/50 Hq1/100 Hq1/250 Hq1/1000 Harjunniva Länkelä Kuva 3. Harjunnivan ylivirtaaman toistuvuuskäyrä vuosijaksolla Edellä esitetyissä taulukoissa esitetyt arvot on havaintoasemien koko aikajaksolta. Vesistössä on 1970 luvun alussa otettu käyttöön Uljuan tekojärven säännöstely, jolla ylivirtaamiin on voitu vai-

7 7 kuttaa merkittävästi niitä pienentävästi. Uljuan säännöstelytilavuus on 78 % koko vesistöalueen käytettävissä olevasta säännöstelytilavuudesta (Arola & Leiviskä 2006). Säännöstelyn kapasiteetti kuitenkin riittää vain kohtuullisen suurien tulvien hallintaan, eikä Uljuankaan avulla allastilavuuden täyttyessä voida enää merkittävästi vaikuttaa hyvin suurien tulvien ylivirtaamiin. Tällöin tekojärvestä sen vedenpinnan jo noustua ylärajalle, joudutaan juoksuttamaan kaikki tulovirtaama altaan ylittymisen ja padon murtumisen ehkäisemiksi. Suurista virtaamista esimerkkinä ylivirtaaman toistuvuudet HQ1/250 ja HQ1/1000, niiden suuruisilla tulvilla on jo aika vaikeaa hallita säännöstelyn avulla tulvahuipun leikkausta. Edellä esitettyyn perustuen tässä työssä on katsottu perustelluksi käyttää koko havaintojakson aineistoa ylivirtaamia arvioitaessa. Tällöin aikajaksoon sisältyy sekä säännöstelemätöntä että säännösteltyä aikajaksoa. Koska Harjunnivan ja Länkelän ylivaluma-arvot ovat hieman toisistaan poikkeavat, on tässä laskettu Ruukin alueen Kursunpuron (Siikojen pl ) kohdalle arvot painottaen molempien havaintoasemien valuma-arvoja niiden pinta-alojen suhteessa. Alueen valuma- ja virtaama-arvot laskettuina koko havaintoaineistoa käyttäen on esitetty taulukoissa 4 ja 5. Taulukko 4. Ylivaluma Kursunpuron kohdalla mallinnetun alueen alaosalla. Havaintopaikka F [km 2 ] Hq1/20 Hq1/50 Hq1/100 Hq1/250 Hq1/1000 Kursunpuro Taulukko 5. Ylivirtaama Kursunpuron kohdalla mallinnetun alueen alaosalla. Havaintopaikka F [km 2 ] HQ1/20 HQ1/50 HQ1/100 HQ1/250 HQ1/1000 Kursunpuro Ruukinkosken voimalaitos Ruukinkosken voimalaitos on valmistunut vuonna Voimalaitoksen teho on 140 kw, rakennusvirtaama 5,5 m 3 /s ja putouskorkeus 3,1 m. Patoturvallisuusluokituksen mukaisesti padon luokka on 3. Ruukinkosken voimalaitoksen rakenteet on mitoitettu käyttäen HQ1/500 mukaista virtaamaarvoa. Mitoitusvirtaaman suuruudeksi on aikoinaan arvioitu HQ1/500 = 800 m 3 /s. Mitoitusvirtaaman suuruus on looginen tässä työssä arvioitujen ylivirtaamien HQ1/250 = 741 m 3 /s ja HQ1/500 = 865 m 3 /s kanssa. Ruukinkosken voimalaitos on tullut Koskienergia Oy:n omistukseen vuonna Voimalaitoksen on meneillään laitoksen uudistushanke. Uudistuksen myötä tehoa tuova virtaama olisi 40 m/s, mikä on kahdeksankertainen nykyiseen verrattuna. Virtaama voisi olla tätäkin suurempi mutta rajoitteena ovat rautatiesillan tukirakenteet ja maantiesilta. Kuvassa 4 on esitetty Ruukinkosken voimalaitos.

8 8 Kuva 4. Ruukinkosken voimalaitos. (Kuva Estormiz, Wikipedia) Uudistuksen osana Ruukinkosken voimalaitoksella on suunnitteilla rakenteiden uusiminen. Uusi voimalaitos tulisi nykyiselle paikalle. Voimalaitokselle on suunnitteilla tehon nosto, joka kasvaisi tehon nykyisestä 140 kilowatista 990 kilowattiin ja vuosienergia nousisi 0,7 gigawattitunnista 5,7 gigawattituntiin Laitoksen yläpuolista kanavaa on tarkoitus syventää ja mahdollisesti myös leventää. Padotuskorkeutta ei nosteta ja myös patorakennelmat säilyvät nykyisellä paikalla. Suunnitelman mukaan uuteen vesivoimalaitokseen tulee kaksi uutta koneistoa, jotka toimivat parhaalla mahdollisella hyötysuhteella. Koneistojen rakennevirtaamat ovat m 3 /s. Rakennustöiden yhteydessä peruskorjataan Kreivinsaareen johtava silta, vanhojen neulapatojen tilalle asennetaan uudet kauko-ohjatut luukut. Pääuoman pohjapadon yhteydessä on vanha kalaporras. Voimalaitoksen uusimisen yhteydessä rakennetaan luonnonmukainen kalaporras, jonka yläpää tulee joko yläkanavaan tai Kreivinsaaren poikki pääuomaan. Pääuomaan voidaan rakentaa pohjapatoja työmaalta tulevalla louheella, jolloin nykyisin pienillä virtaamilla kuivana oleva jokiuoma tulee vesittymään. Pohjapadot ovat n cm korkuisia. Tulevilla muutoksilla ei ole vedenkorkeuteen tulvatarkastelun kannalta haitallisia muutoksia tulossa. Koska padotuskorkeutta ei tarvitse nostaa, ei siten alueelle myöskään aiheudu negatiivisia vaikutuksia veden nousun osalta jokiuomassa. Toisaalta laitoksen yläpuolisen kanavan syventäminen ja leventäminen pikemminkin hieman alentaa rautatiesillan yläpuoleisen alueen tulvavedenkorkeuksia ohjaten vettä hieman enemmän Ruukinkosken vesivoimalaitoksen kautta.

9 9 3 LASKENTAMENETELMÄT JA LÄHTÖAINEISTO 3.1 Laskentaohjelmistot Aineiston käsittely on suoritettu maastomallin osalta Autodeskin Civil 3D versiolla. Poikkileikkaukset maastomallista sekä tulva-alueiden vedensyvyyksien karttapohjainen esitys on luotu Rivercad Professional 8 -ohjelmistolla. Mainitulla ohjelmistolla on myös tehty maasto- ja uomapoikkileikkauksen yhdistäminen. Virtauksen laskenta eri tulvatilanteissa on suoritettu HEC-RAS versiolla. 3.2 Maaston korkeusaineistot Tulvavaarakartoitettavalta alueelta oli käytettävissä Maanmittauslaitoksen laserkeilaustekniikkaan perustuva maastomalli. Laserkeilaus on suoritettu vuonna Aineisto saatiin maanmittauslaitoksen kautta TM35FIN koordinaatistossa ja N2000 korkeusjärjestelmässä. Maanmittauslaitoksen laserkeilausaineistojen pistetiheys on ollut 0,9 pistettä neliölle. Alkuperäisen pistepilven korkeustarkkuus on ± 0,15 m. Tässä työssä alkuperäisestä pistepilvestä laadittiin harvennettu kolmioverkko käyttäen harvennuksessa 0,15 m korkeuskriteeriä. Siten saadun kolmioverkon korkeustarkkuudeksi voidaan määritellä koko aineiston alalta olevan ± 0,30 m. Siikajoen kunnan hankkiman aineiston Maanmittauslaitoksen julkaisulupa on NRO 53/MML/11. Liitteessä 1 olevaan kuvaan on piirretty mallinnetun alueen korkeussuhteita esittävä karttakuva. 3.3 Sillat Siltatiedot saatiin käyttöön Siikajoen kunnasta sekä Pohjois-Pohjanmaan ELY-keskukselta. Sillat on tallennettu virtausmallin sillan vapaa-aukkotietojen osalta. Siltoja mallinnettavalla alueella on kaikkiaan 3 kpl. 3.4 Muut rakenteet Alueelle sijaitsee yksi voimalaitos, Ruukinkosken voimalaitos. Lisäksi rautatiesillan yhteydessä sijaitsee ruukinkosken pohjapato, jonka harjankorkeus on N60+ 44,45 m. Pohjapato on varustettu 2,0 m:n levyisellä kalaväylällä, jonka harja on korkeudessa N60+ 43,95 m. Pohjapadon alapuolella on vaimennuskynnys, jonka harjan korkeus on N60+ 43,80 m.

10 4 VIRTAAMAMALLIN KALIBROINTI Mallin rakenne Työssä laskettiin HEC-RAS ohjelmistolla vedenkorkeudet Siikajoen uomaan eri tulvavirtaamatoistuvuuksilla. Mallin yläpuolisena reunaehtona käytettiin virtaamaa ja käytettiin tulvatilanteen mukaista pituuskaltevuutta paaluvälille Tulvaveden pituuskaltevuus tuolloin oli 0,0002. Tätä pituuskaltevuutta on käytetty jatkossa kaikkien virtaamatilanteiden osalta mallin alapuolisena reunaehtona. Rautatiesillan alapuolisella jokiosuudella poikkileikkauksia oli käytettävissä aika harvoin poikkileikkausvälein. Käytännössä tämä tuo hieman epätarkkuutta mallinnetun alueen alaosalle. 4.2 Kalibrointi Kalibrointiaineistoa oli käytettävissä varsinaiselta mallinnettavalta alueelta keväällä tehdyistä mittauksista sekä hieman suuremmalla virtaamalla tehdyistä havainnoista. Lisäksi alueelta tai sen läheisyydestä oli joitain havaintoarvoja kevään 1981 mukaisesta tulvavedenkorkeuksista. Havaintopäivän virtaama Harjunnivassa oli 173 m 3 /s ja Länkelässä 259 m 3 /s. Näiden avulla arvioiden virtaaman suuruus on Ruukissa ollut samana ajankohtana 221 m 3 /s. Taulukko 5. Vedenkorkeudet eri tulvantoistuvuutta vastaavasti, virtaama rautatiesillan kohdalla vastaavana ajankohtana noin 221 m 3 /s. Havaintopaikka nro Siikajoki PL Havaintoaika HW N60+ [m] , , , , , , , , ,07 Taulukko 6. Vedenkorkeudet eri tulvantoistuvuutta vastaavasti, virtaama rautatiesillan kohdalla vastaavana ajankohtana oli noin 453 m 3 /s. Havaintopaikka nro Siikajoki PL Havaintoaika HW N43+ [m] , , , , , , ,80

11 11 Muita havaintoja on esitetty taulukossa 7. Näistä havainnoista vain rautatiesillan läheisyydestä havaittu oli tässä työssä mallinnetulla alueella. Taulukko 7. Vuoden 1981 havaintoja, virtaama rautatiesillan kohdalla vastaavana ajankohtana oli noin 377 m 3 /s. Havaintopaikka Siikajoki pl Havaintoaika HW N60+ [m] ,61 Rautatiesillan yp ,52 pl n ,00 Seuraavassa kuvassa 5 on esitetty vedenkorkeuksien laskenta ja vertailu vuoden 1957 havaintoaineistoon. Vedenkorkeudet uoman alaosilla edustavat hyvin laskettuja arvoja, uoman yläosalla lasketut vedenkorkeudet ovat hieman havaittuja ylempänä. Ruukki_tulvavaarakartat Plan: Imported Plan 01 7/21/2011 RIVER-1 Reach-1 Legend 48 EG Q WS Q Crit Q Ground OWS Q Elevation (m) * 275.* * 296.* * Main Channel Distance (m) Kuva 5. Lasketut ja havaitut vedenkorkeudet mukaisella virtaamatilanteella Kuvassa 6 on esitetty kevään 2011 mukaiset vedenkorkeudet. Ruukinkosken ja sen yläpuolisen alueen lasketut vedenkorkeudet asettuvat tarkasti laskettujen vedenkorkeuksien kohdalle. Sen sijaan Ruukinkosken alapuoleiset havaitut vedenkorkeushavainnot ovat yllättävän lähelle edellisessä kevään 1957 havaintoarvoja. Siten onkin mahdollista että kyseisenä havaintopäivänä jäät olivat vaikuttamassa joen alapuoleisiin vedenkorkeuksiin, vaikka sillan yläpuolinen alue oli havaintopäivänä kyllä jo vapaa jäiden vaikutuksesta.

12 12 Toinen mahdollisuus on että suurempien tulvahavaintojen mukainen alapuolisena reunaehtona käytetty pituuskaltevuus 0,0002 ei sovellu näin pienille virtaamille ja alapuoleisen osan harva mitattu poikkileikkaustiheys aiheuttaa virheen laskenta-arvoihin. Reunaehto näyttää kuitenkin toimivan vuoden 1957 mukaisella selvästi suuremmalla tulvavirtaamalla ja on siten perusteltu. Ruukki_tulvavaarakartat Plan: Imported Plan 01 7/21/2011 RIVER-1 Reach-1 Legend 48 EG Q WS Q Crit Q Ground OWS Q Elevation (m) * 275.* * 296.* * Main Channel Distance (m) Kuva 6. Lasketut ja havaitut vedenkorkeudet mukaisella virtaamatilanteella Vedenkorkeudet HW1/20 HW1/1000 Vedenkorkeudet uomassa on laskettu aiemmin esitetyn kappaleen 2.2 mukaisilla virtaamatiedoilla. Laskennasta on tulostettu vedenkorkeudet eri poikkileikkauksissa tulvatilanteissa HW1/20, HW1/50, HW1/100, HW1/250 sekä HW1/1000. Tuloste on esitetty numeerisessa muodossa liitteessä 4. Vedenkorkeudet virtaamilla HW1/20 HW1/1000 on esitetty pituusleikkauksena kuvassa 7.

13 13 Ruukki_tulvavaarakartat Plan: Imported Plan 01 7/21/2011 RIVER-1 Reach-1 Legend Elevation (m) EG HQ1/1000 WS HQ1/1000 EG HQ1/250 WS HQ1/250 EG HQ1/100 WS HQ1/100 EG HQ1/50 WS HQ1/50 EG HQ1/20 WS HQ1/20 Crit HQ1/1000 Crit HQ1/250 Crit HQ1/100 Crit HQ1/50 Crit HQ1/20 Ground * 275.* * 296.* * Main Channel Distance (m) Kuva 7. Siikajoen pituusleikkaus ja vedenkorkeudet HW1/20 HW1/ Jääpatotulvat Ruukin alue on ollut perinteinen jääpato-ongelmista kärsivä kohde. Ns. Liskon suvanto ja Ruukinkosken alapuoleinen suvanto ovat olleet paikkoja, jossa jääpatoja lähes säännöllisesti ilmenee. Keväisin nämä ovat paikkoja, johon jääpatojen ennakkotorjuntaa esimerkiksi jääsahauksen muodossa pyritään kohdentamaan ja haittoja siten ennaltaehkäisemään. (Arola & Leiviskä 2006) Alueelta on vuosien saatossa tehty havaintoja hyvinkin korkeista jääpatotilanteista. Seuraavassa esitetystä pituusleikkauskuvasta ilmenee, miten paljon havainnot ovat korkeammalla kuin esim. tässä työssä käytetyn kevään 1957 mukaiset havainnot. Jääpatokorkeudet pituusleikkauksessa ovat olleet pl kevät v ,00 m sekä pl kevät v ,30 m. Vedenpinnan korkeudet ovat olleet noin kaksi metriä ylempänä kuin kevään 1957 suurimmat tulvakorkeudet. Jääpadon padotuksen seurauksena kevään 1905 ylimmät korkeudet ovat likimain samassa korkeudessa kuin tässä työssä HQ1/1000 ylivirtaaman mukaiset vedenkorkeudet vastaavissa paikoissa.

14 14 v kevät jääpato HW Kuva 8. Jääpatohavainnot keväällä v sekä suurimpia vedenkorkeushavaintoja alueelta. Siten esimerkiksi rakentamisen ohjaamisessa jääpatotilanne tulisi erityisesti huomioida alueen kaavoitusta ja rakentamislupia alueelle annettaessa. 4.5 Metatietolomake Laskenta-aineiston osalta on laadittu metatietolomake. Lomake sisältää keskeiset tiedot lähtöaineistona käytetystä maastoaineistosta ja hydrologisista tiedoista. Metatietolomake on liitteenä 5.

15 15 5 TULVAKARTAT 5.1 Tulvavedenkorkeudet HW1/20 HW1/1000 Rautatiesillan alapuoleiselta alueelta oli käytettävissä vain vähän todellisia mitattuja poikkileikkauksia. Tämä aiheuttaa hieman epävarmuutta laskettujen vedenkorkeuksien tarkkuudelle mallinnetun alueen alaosalla. Lisäksi on huomattava, että erityisesti mallinnetun alueen alapuolella jääpadot ovat aiheuttaneet likimain samoja vedenkorkeuksia kuin kerran tuhannessa vuodessa avovesitilanteessa lasketun virtaaman mukainen vedenkorkeus. Tulvavaarakartoissa kastuva alue on määritetty Siikajoen uoman mukaisin korkeuksin myös uomaalueen ulkopuolelle. Käytännössä tämä tarkoittaa että kastuvaksi alueeksi on merkitty myös Ohtuanojan ympäristö. Käytännössä tie nro 807 rajoittaa veden pääsyä Siikajoesta alueelle ja tulvavesi ei Siikajoesta ainakaan vielä pienillä tulvan toistuvuuksilla pääse aluetta kastelemaan. Seuraavassa kuvassa 9 on esitetty kyseinen alue violetilla viistoviivoitusrasteroinnilla.

16 16 Tie 807 Kuva 9. Tie 807 suojaama alue HW1/100 Siikajoen laskettujen vedenkorkeuksien avulla violetti viistorasterointi. Siikajoki Ruukin alueen yksityiskohtaiset tulvavaarakartat HW1/20 HW1/

17 17 Luonnosversiot tulvaveden peittämistä tulva-alueista eri toistuvuuksilla on esitetty liitteissä 6a - e. Tyrnävällä Pekka Leiviskä, DI Insinööritoimisto Pekka Leiviskä Vauhtipyörä 4, Tyrnävä

18 18 KIRJALLISUUS Arola K. ja Leiviskä P Siikajoen vesistön tulvantorjunnan toimintasuunnitelma. Alueelliset ympäristöjulkaisut 416. Oulu s. Ekholm M., Suomen vesistöalueet. Vesi- ja ympäristöhallinnon julkaisuja sarja A 126. Helsinki s.