Rakentamisen aiheuttamat valuntamuutokset asuinalueilla ja vaihtoehtoisten hulevesijärjestelmien mallinnus

Transkriptio

1 Rakentamisen aiheuttamat valuntamuutokset asuinalueilla ja vaihtoehtoisten hulevesijärjestelmien mallinnus Hydrologian päivä , Suomen ympäristökeskus Nora Sillanpää, Mingfu Guan, Harri Koivusalo Aalto-yliopisto, vesi- ja ympäristötekniikan tutkimusryhmä

2 Tavoitteet ja menetelmät KAUPUNGISTUMISEN AIHEUTTAMAT VALUNNAN JA VEDENLAADUN MUUTOKSET KAUPUNKIALUEIDEN VALUNTAONGELMIEN EHKÄISY JA RATKAISUVAIHTOEHDOT MONITOROINTI Valuma-aluetutkimus Rakennettava asuinalue, pientaloalue ja kerrostalo-alue Espoossa Monitorointijakso 5 vuotta (21-26) Mittaus: sadanta ja valunta (havaintoväli 2-1 min), automaattinen näytteenotto MALLINNUS Stormwater Management Model 5.1 (SWMM) Rakennettava valuma-alue 1) kalibroitu/validoitu malli rakennetulle asuinalueella 2) mallit vaihtoehtoisille hulevesijärjestelmille 3) vertailu rakentamista edeltäneeseen tilanteeseen (mitattu)

3 Rakennettava tutkimusalue Saunalahdenranta (SR) Vuonna 21: metsäalue Ala 8.5 ha 1.5 % läpäisemätöntä Vuonna 26: kerrostaloalue Ala 12 ha, 39 % läpäisemätöntä Laitoksen nimi 3

4 Mallinnus Stormwater Management Model 5.1 (US EPA) 93 osavaluma-aluetta (ArcGIS): - DEM, korkeusmalli (Maanmittauslaitoksen digitaaliaineistot) - viemäriverkostodata - pintatyypit digitoitu manuaalisesti (24, 25, 26) - kalibrointi-/validointiaineistona sadantavaluntatapahtumia rakentamisen eri vaiheista vuosilta (24-26) - valunnan muutoksia tutkittiin kalibroidulla mallilla vuosien sadeaineistolla, vertailu mitattuun valuntaan Lähteet: Guan, M., Sillanpää, N., Koivusalo, H Modeling and assessment of hydrological changes in a developing urban catchment. Manuscript submitted to Hydrological Processes Guan, M., Sillanpää, N., Koivusalo, H Assessment of LID practices for restoring pre-development flows in an urbanized catchment in southern Finland. Manuscript submitted to Water Science & Technology.

5 Rakentamisen vaikutukset valuntaan Rakentamisen aiheuttamat valuntamuutokset riippuvat vuodenajasta: - Kesäaikana rakentaminen kasvattaa merkittävästi valunnan määrää ja virtaamahuippuja sekä lyhentää valuma-alueen viivettä - Talviaikana rakentaminen pienentää tapahtumakohtaista valuntaa 5 25 mediaani 5 1 mediaani 24 Välitön Ylivirtaama valunta (l/s) (m3) Välitön valunta (m3) Ylivirtaama (l/s) ? Kesätapahtumat Muokattu lähteestä: Sillanpää, N Effects of suburban development on runoff generation and water quality. Aalto University DOCTORAL DISSERTATIONS 16/ Talvitapahtumat

6 Monthly Keskim. runoff valunta (mm) (mm) Keskim. Monthly valunta runoff (mm) Rakentamisen vaikutukset valuntaan - Vaikka rakentaminen muuttaa talvella tapahtumakohtaista valuntaa, se ei pienennä talviaikaista valunnan kokonaiskertymää - Rakentaminen muuttaa talviaikaisten valuntatapahtumien ajoittumista: tapahtumien lukumäärä kasvaa ja kevätsulanta aikaistuu ja lyhenee Department of Civil and Environmental Engineering LL VK Pientaloalue 2 % läpäisemätöntä Kerrostaloalue 5 % läpäisemätöntä 6

7 Hulevesimallinnus SWMM, Stormwater Management Model 5.1 Perinteinen erillisviemäröinti yhdistettynä muihin hulevesirakenteisiin: 1) Keskitetty ratkaisu: - Viivytysallas 2) Hajautetut ratkaisut: - Sadevesisäiliöt - Läpäisevä päällyste Valitut hajautetut ratkaisut ovat tyypillisiä ns. retrofit-rakenteita. Muokattu lähteestä: Guan, M., Sillanpää, N., Koivusalo, H Assessment of LID practices for restoring pre-development flows in an urbanized catchment in southern Finland. Manuscript submitted to Water Science & Technology.

8 Hulevesijärjestelmien vertailu Virtaama (l/s) Mallinnettu: putkiviemäröity asuinalue Mitattu: rakentamaton metsäalue 1: 1:3 2: 2:3 3: 3:3 4: 4:3 Aika Sadanta (mm/1 min) Muokattu lähteestä: Guan, M., Sillanpää, N., Koivusalo, H Assessment of LID practices for restoring pre-development flows in an urbanized catchment in southern Finland. Manuscript submitted to Water Science & Technology.

9 Hulevesijärjestelmien vertailu Virtaama (l/s) Keskitetty viivytysallas Keskitetty viivytysallas Sadevesisäiliöt TAI läpäisevät päällysteet Sadevesisäiliöt Sadevesisäiliöt, JA läpäisevät läpäisevät päällysteet päällysteet ja viivytysallas Sadanta (mm/1 min) 1: 1:3 2: 2:3 3: 3:3 4: 4:3 Aika 24 Muokattu lähteestä: Guan, M., Sillanpää, N., Koivusalo, H Assessment of LID practices for restoring pre-development flows in an urbanized catchment in southern Finland. Manuscript submitted to Water Science & Technology.

10 Johtopäätelmät Kaupungistumisen aiheuttamat valuntamuutokset: - Rakentamisen aiheuttamat valuntamuutokset ovat erilaisia eri vuodenaikoina - Kaupungistuminen kasvattaa valuntaa erityisesti kasvukaudella ja erityisesti usein toistuvien kesäsateiden valuntaa Hulevesien hallinta: - Voidaanko hulevesien hallinnalla palauttaa luonnontilainen valuntakäyrä? Ei tämän esityksen esimerkissä. - Pelkän viivyttämisen sijaan tulisi aina vähentää myös muodostuvan pintavalunnan määrää. - Yksittäisten hulevesiratkaisujen sijaan tulisi hyödyntää usean eri menetelmän yhdistelmiä. Tutkimustarpeita mm.: Valunnan ja kuormituksen muodostuminen, hajautettujen hulevesien hallintajärjestelmien kehittäminen, mallintaminen

11 KIITOS! Lisätietoja: Nora Sillanpää, Hulevesitutkimusta ovat rahoittaneet Euroopan aluekehitysrahasto EAKR (tuen myöntänyt viranomainen Päijät-Hämeen liitto), Suomen Akatemia, MVTT, Aalto-yliopiston Insinööritieteiden korkeakoulu, Sven Hallinin tutkimussäätiö ja Tekniikan edistämissäätiö.

12 Muutokset kesäaikaisissa vesisateissa Rakentaminen kasvattaa (suhteellisesti) eniten pienten ja keskisuurten sateiden aikaista hulevesivaluntaa. Valuntakerroin C VOL SR, TIA 1.5% SR, TIA % < > 4 Sademäärä (mm) Muokattu lähteistä: Sillanpää, N Effects of suburban development on runoff generation and water quality. Aalto University DOCTORAL DISSERTATIONS 16/213. Sillanpää, N., Koivusalo, H Impacts of urbanization and event magnitude on runoff contributing area and runoff coefficients. Proceedings ICUD 214, , Sarawak, Malesia.

13 Sadetapahtumien ryhmittely Sadetapahtumat voidaan jakaa kahteen ryhmään sadetapahtuman suuruuden ja valuntaa tuottavan alueen perusteella Sademäärä <17-2 mm Usein toistuva pieni/keskisuuri sade 8% kaikista tapahtumista Tehoisa läpäisemätön pinta imeytys suodatus puhdistus Sademäärä > 17-2 mm Harvoin toistuva suuri sade 2% kaikista tapahtumista Läpäisemätön ja läpäisevä pinta viivytys tulvariskien hallinta Välitön valunta (mm) Taitepiste 17 2 mm Sademäärä (mm) Muokattu lähteistä: Sillanpää, N Effects of suburban development on runoff generation and water quality. Aalto University DOCTORAL DISSERTATIONS 16/213. Sillanpää, N., Koivusalo, H Impacts of urbanization and event magnitude on runoff contributing area and runoff coefficients. Proceedings ICUD 214, , Sarawak, Malesia.

14 Hulevesijärjestelmien vertailu 12 9 Mallinnettu: putkiviemäröity asuinalue 5 1 Virtaama (l/s) 6 3 Mallinnettu: hajautettu hulevesijärjestelmä Mitattu: rakentamaton metsäalue Sadanta (mm/1 min) 17: 18: 19: 2: 21: 22: 23: Aika 1: 1:3 2: 2:3 3: 3:3 4: 4:3 Aika 35 Muokattu lähteestä: Guan, M., Sillanpää, N., Koivusalo, H Assessment of LID practices for restoring pre-development flows in an urbanized catchment in southern Finland. Manuscript submitted to Water Science & Technology.