Hulevesien laatu eräillä kaupunkivaluma-alueilla Helsingissä

Transkriptio

1 Ympäristötieteiden laitos Bio- ja ympäristötieteellinen tiedekunta Helsingin yliopisto Ville-Juhani Karvinen Hulevesien laatu eräillä kaupunkivaluma-alueilla Helsingissä Ympäristönsuojelutieteen Pro gradu tutkielma Helsinki 2010

2

3 TIIVISTELMÄ Tiedekunta/Osasto Fakultet/Sektion Bio- ja ympäristötieteellinen tiedekunta Tekijä Författare Ville-Juhani Karvinen Työn nimi Arbetets titel Hulevesien laatu eräillä kaupunkivaluma-alueilla Helsingissä Oppiaine Läroämne Ympäristönsuojelutiede Työn laji Arbetets art Pro gradu -tutkielma Aika Datum 05/2010 Laitos Institution Ympäristötieteiden laitos Sivumäärä Sidoantal 70 s. + 5 liit. Tiivistelmä Referat Hulevesiä eli kaupunkialueiden pintavalumavesiä on viime vuosiin asti tarkasteltu lähinnä tulvasuojelun ja kiinteistöjen kuivatuksen näkökulmasta. Tehokkaan hulevesiviemäröinnin kautta kaupunkipuroihin päätyvän huleveden on aiemmin oletettu olevan ainepitoisuuksiltaan sadeveden kaltaista, mutta tutkimukset ovat osoittaneet laadun ja määrän vaihtelevan suuresti. Huleveden mukana vastaanottaviin vesistöihin päätyy huomattavia määriä liikenteestä ja muusta ihmistoiminnasta peräisin olevia aineita kuten raskasmetalleita ja ravinteita. Ainepitoisuuksien määriin vaikuttavat pääasiassa valuma-alueen päällystetyn pinta-alan määrä ja välillisesti myös maankäyttömuodot. Toksisuus ja muut huleveden laadulliset sekä määrälliset vaikutukset kuten virtaamien äärevöityminen ja siitä seuraava eroosion lisääntyminen ovat haitallisia vastaanottavien vesistöjen ekologiselle tilalle. Perinteisten tulvasuojelullisiin näkökohtiin perustuvien hulevesien hallintamenetelmien rinnalle on kehitetty luonnonmukaisia huleveden hallintamenetelmiä, jotka hyödyntävät luonnossa ilmeneviä puhdistusprosesseja. Näitä menetelmiä on Suomessa käytetty toistaiseksi vain harvoilla alueilla koeluontoisesti, mutta niiden soveltaminen maankäytön suunnittelussa on lisääntymässä. Kansainvälistä esimerkkiä seuraten Helsingin kaupunki on julkaissut oman hulevesistrategiansa, jonka avulla puututaan hulevesien kaupunkivesistöille aiheuttamiin ongelmiin. Tämän työn tavoitteena oli tuottaa tietoa huleveden laadun vaihtelusta Helsingin kaupungin hulevesistrategian tulevan toimeenpanon ja hulevesien puhdistustarpeen arvioimisen tueksi. Tutkimusalueiksi valittiin maankäytöltään erilaista kaupunkivaluma-alueita: golfkenttä, kerrostalovaltainen asuinalue, rahtiliikenteen terminaalialue, teollisuusalue, liike- ja kauppakeskuskeskittymä sekä pientalovaltainen asuinalue. Lisäksi yhdeltä alueista otettiin aikasarjanäytteet yksittäisen sateen aikana esiintyvien ainepitoisuuserojen havainnoimiseksi. Tutkimuksessa havaittiin huleveden laadun vaihtelevan suuresti paitsi eri tutkimusalueiden myös yksittäisen sateen aikana. Useiden yksittäisten muuttujien kohdalla korkeimmat pitoisuudet ja suurin vaihteluväli havaittiin nimenomaan aikasarjanäytteissä. Maankäytöltään erilaisten tutkimusalueiden välillä esiintyi vaihtelua veden laadussa, mutta erot eivät useiden muuttujien osalta olleet tilastollisesti merkitseviä. Tutkimuksessa havaittiin myös, että yksittäisellä hulevesiviemärillä ei välttämättä ole merkittävää vaikutusta pääasiassa hulevesistä vetensä saavien kaupunkipurojen vedenlaatuun, mutta että lukuisilla putkilla on todennäköisesti huomattava yhteisvaikutus. Tulevaisuudessa ilmastonmuutoksen myötä kasvava sadanta yhdessä tiivistyvän kaupunkirakenteen ja uudisrakentamisen kanssa lisäävät entisestään tarvetta hulevesien kokonaisvaltaiselle ja luonnonmukaiselle hallinnalle, jossa otetaan huomioon paitsi tulvasuojelu, myös vaikutukset vastaanottaviin vesistöihin. Mahdollisissa jatkotutkimuksissa suositellaan keskittymään hulevesien aiheuttaman kuormituksen ja hulevesien puhdistustarpeen arvioimiseen. Avainsanat Nyckelord hulevesi kaupunkihydrologia vedenlaatu kaupunkipurot ympäristö Säilytyspaikka Förvaringställe Helsingin yliopisto, Viikin tiedekirjasto Muita tietoja Övriga uppgifter

4

5 ABSTRACT Faculty Department Department of Environmental Sciences Faculty of Biological and Environmental Sciences Author Ville-Juhani Karvinen Title The Quality of Stormwater Runoff in Some Urban Drainage Areas of Helsinki Subject Environmental Science and Policy Level Master s thesis Abstract Month and year 05/2010 Number of pages 70 p. + 5 app. Stormwater runoff has earlier been seen as a flood management issue and urban drainage has therefore been designed to mitigate the problems associated with the quantity rather than the quality of urban stormwater runoff. However, studies have shown that nutrients, heavy metals and other types of pollution associated with traffic and other urban activities are often present, which combined with the changes in the hydrological cycle lead to the deterioration of receiving urban watersheds. The aim of this study was to examine the quality of stormwater runoff in several urban drainage areas of different land use characteristics in the city of Helsinki, Finland. The city of Helsinki has recently produced their Urban Runoff Strategy to assess the effects and future actions regarding stormwater runoff. This study was aimed provide information to be used in the enforcing of this strategy. Sampling was performed in each of the areas during six different rainfall events and in one area a time-series of samples was taken to evaluate the fluctuations in concentrations during a single rainfall event. The results showed fluctuation in the quality of stormwater runoff both between sites and within sites investigated. In the case of some measured factors the widest scale of concentrations and the highest single concentrations were measured during a single event of rainfall. This shows that the difference in the concentrations in stormwater runoff can indeed be considerable. As the urban brooks receiving the stormwater runoff from the drainage systems derive most of their flow from urban runoff, the effect of a single stormwater pipe to an urban brook may not be visible. However, the combined effect of several pipes is most likely to be significant. In the future as increased rainfall associated with the global climate change combines with tightening land use and the growing amount of water impervious surfaces in the city, even more pressure is exerted on the wellbeing of urban drainage areas and the use of mitigating measures will become unavoidable. The need of building mitigating facilities such as artificial wetlands should be evaluated in future studies by estimating the pollutant loads carried by the stormwater runoff and these loads effect on the receiving watersheds. Keywords stormwater runoff urban hydrology urban drainage water quality urban brooks environment Where deposited University of Helsinki, Viikki Science Library Additional information

6

7 SISÄLLYSLUETTELO 1 Johdanto Hulevesi ja kaupunkihydrologia Hulevesi Kaupunkihydrologian erityispiirteitä First flush alkuhuuhtouma Huleveden muodostuminen ja ainepitoisuuksien lähteet Ilmalaskeuma Liikenne Rakentaminen Muut lähteet Huleveden päästölähteiden suhteelliset osuudet Huleveden laatu ja sen vaihtelu Huleveden laadun vaihtelu suomalaisilla kaupunkivaluma-alueilla Huleveden laadun vaihtelu ulkomaisissa tutkimuksissa Talviolosuhteet ja hulevesi Huleveden vaikutukset vastaanottavissa vesistöissä Huleveden määrälliset vaikutukset Huleveden laadulliset vaikutukset vesiekosysteemissä Huleveden toksisuus Huleveden aiheuttama kuormitus Huleveden hallintamenetelmät Huleveden luonnonmukainen käsittely Hulevedet lainsäädännössä ja hallinnossa Tulevaisuudennäkymiä 18 2 Aineisto ja menetelmät Näytteenotto Mitatut muuttujat ph-arvo Ravinteet Kemiallinen hapenkulutus Johtokyky Kiintoaine Kloridi Sulfaatti Metallit Hygieeninen laatu Mineraaliöljyt ja haihtuvat orgaaniset yhdisteet Tutkimusalueet Talin Golfkenttä Mätäjoki Kauppalanpuisto, Etelä-Haaga Mätäpuro Maaliikennekeskus, Metsälä Mätäpuro 27 1

8 2.2.5 Peilitie, Vartiokylä Mustapuro Vastaanottavien vesistöjen ominaispiirteitä Mätäjoki Mätäpuro Mustapuro 30 3 Tulokset Yleisesti tuloksista Tulokset näytepaikoittain Talin golfkenttä Kauppalanpuisto Maaliikennekeskus, Metsälä Roihupelto ja Itäkeskus Peilitie, Vartiokylä Aikasarjanäytteet 43 4 Tulosten tarkastelu Huleveden laatu ja sen vaihtelu Kauppalanpuisto Maaliikennekeskuksen hulevesiputki ja hulevesioja Roihupellon hulevesioja Itäkeskuksen hulevesiputki Peilitien hulevesiputki Huleveden laadun vertailu Vertailu muihin aiempiin tutkimuksiin ja vedenlaatusuosituksiin Vertailu aiempiin huleveden laatuluokituksiin Huleveden vaikutukset vastaanottavan vesistön laatuun Virhelähteet 58 5 Johtopäätökset 59 KIITOKSET 60 LÄHDELUETTELO 61 LIITTEET Liite 1 Standardit ja määritysrajat Liite 2 Kaikki tulokset Liite 3 Tilastolliset tunnusluvut Liite 4 Sadanta Liite 5 Kartat 2

9 1 Johdanto 1.1 Hulevesi ja kaupunkihydrologia Hulevesi Hulevesi on rakennetuilta alueilta muodostuvaa pintavaluntaa eli kaduilta, teiltä, rakennusten katoilta ja muilta vettä huonosti läpäiseviltä pinnoilta pois johdettavaa sade- ja sulamisvettä. Hulevesiin katsotaan useimmiten kuuluviksi myös rakennusten perustusten kuivatusvedet (Kotola ja Nurminen 2003a). Vaikka hulevesi -käsite onkin ollut suomen kielessä käytössä jo ainakin vuosina toteutetusta valtakunnallisesta hulevesitutkimuksesta asti, on se vasta tällä vuosikymmenellä vakiintunut yleisempään käyttöön. Aiemmin sadevesiviemäröinniksi kutsuttua järjestelmää on Havun (2007) mukaan kutsuttu lainsäädännön tasolla hulevesiviemäröinniksi ensimmäistä kertaa vuoden 2001 vesihuoltolaissa. Hulevesiviemäröinti on Suomessa suurimmaksi osin järjestetty erillisviemäröintinä, jossa erilliset hulevesiviemärit tai ojat johtavat hulevedet vastaanottaviin vesistöihin kuten kaupunkipuroihin tai järviin. Hulevedet yhdessä asutusjätevesien kanssa puhdistamolle johtava sekaviemäröinti on käytössä lähinnä vain vanhojen kaupunkikeskusten alueella, Helsingissä esimerkiksi keskustassa, Munkkiniemessä ja vanhan Herttoniemen alueella Kaupunkihydrologian erityispiirteitä Kaupungistumisella on monisyisiä vaikutuksia hydrologiseen kiertoon (kuva 1). Kaupungistumisen on havaittu lisäävän sadantaa 5 10 % (Manual on data collection ref. Melanen 1986), jolloin myös valunta kasvaa. Kaupunkirakentamisen yhteydessä laajoja maa-alueita päällystetään vettä läpäisemättömillä tai huonosti läpäisevillä pinnoilla, kuten teillä ja rakennuksilla, mikä muuttaa valunnan jakautumista eri osatekijöihinsä. Päällystettyjen pintojen estäessä veden imeytymistä maaperään pintakerrosvalunta ja pohjavesivalunta pienenevät ja pintavalunta kasvaa. Kasvillisuuden vähentyessä haihdunta pienenee, mikä myös osaltaan kasvattaa pintavaluntaa. Nämä muutokset yhdessä rakennetuilla alueilla tulvahaittojen estämiseksi tehtyjen kuivatustoimien eli huleveden pois johtamisen kanssa laskevat pohjaveden pintaa ja vähentävät pohjavesivirtausta, mikä saattaa aiheuttaa vastaanottavien kaupunkipurojen virtaaman pienenemistä kuivan kauden aikana. Vastaavasti kasvanut pintavalunta ja hulevesien tehokas poisjohtaminen puolestaan lisäävät virtaamia sateiden aikana. Tätä kutsutaan virtaaman äärevöitymiseksi. (Melanen 1986.) Vettä läpäisemättömien pintojen määrän arvioinnissa on todettu olevan tarpeellista huomioida onko kyse läpäisemättömän pinnan kokonaismäärästä (engl. Total Impervious Area, TIA) vai tehollisesta läpäisemättömästä pinnasta (engl. Effective Impervious Area, EIA). Tehollisella läpäisemättömällä pinnalla tarkoitetaan sitä osaa päällystetyn pinnan kokonaismäärästä, joka on suoraan tai muiden läpäisemättömien pintojen kautta kytkeytynyt hulevesiverkostoon. (Booth ja Jackson 1997.) Tehollisesta läpäisemättömästä pinnasta on 3

10 käytetty myös suomenkielisiä nimityksiä tehokas päällystetty pinta (Helle 2005) ja tehokkaasti päällystetty pinta (Koho 2008) First flush alkuhuuhtouma First flush on sadantatapahtuman alussa esiintyvä ilmiö, jossa huleveden ainepitoisuudet ovat korkeimmillaan ja sen laatu huonoimmillaan läpäisemättömille pinnoille kertyneiden epäpuhtauksien lähtiessä sadeveden mukana liikkeelle. Suomenkielisessä kirjallisuudessa ilmiöstä on käytetty nimityksiä alkuhuuhtouma (mm. Kotola ja Nurminen 2003a) ja ensihuuhtouma (mm. Ruth 2004), joista edellinen näyttää vakiintuneen käyttöön RYVEprojektin julkaisujen ja niitä siteeranneiden tahojen myötä. Alkuhuuhtouman tarkempi määrittely vaihtelee eri tutkimuksissa, mikä paitsi vaikeuttaa tulosten vertailua, on myös johtanut vaihteleviin johtopäätöksiin ilmiön esiintymisestä eri muuttujien kohdalla (Deletic 1998). Changin ym. (1990 ref. Schueler 1994) tutkimuksessa osoittautui, että alkuhuuhtouma esiintyy yleensä vain valuma-alueen läpäisemättömyyskertoimen ollessa yli 30 % ja silloinkin vain tiettyjen muuttujien osalta. Deletic (1998) ei kahdella koealueella Ruotsin Lundissa ja Jugoslavian (nykyisen Serbian) Belgradissa havainnut alkuhuuhtoumaa kuin kiintoaineen osalta ja vain kolmasosassa Lundin näytteistä sekä Belgradissa vain suurten sateiden yhteydessä. Sähkönjohtavuuden kohdalla ilmiö havaittiin vain ajoittain ja lämpötilan ja ph:n osalta ei ollenkaan. Muissa tutkimuksissa alkuhuuhtouma on havaittu muun muassa kaupunkialueiden tiealueilla syntyvissä hulevesissä liukoisten sinkin ja kuparin osalta (Sansalone ja Buchberger 1997) sekä moottoritiealueen hulevesissä kemiallisen hapenkulutuksen osalta (Stenstrom ym ref. Kotola ja Nurminen 4

11 2003a). Suomalaisissa tutkimuksissa alkuhuuhtouma on havaittu valtakunnallisessa hulevesitutkimuksessa osalla koealueista (Melanen ja Laukkanen 1980). 1.2 Huleveden muodostuminen ja ainepitoisuuksien lähteet Huleveden muodostumisen voidaan katsoa olevan kaksivaiheinen prosessi (Stutler ym. 1995). Kertymisvaiheessa läpäisemättömille pinnoille kertyy aerosoleja, hiukkasia ja muita kiinteitä kappaleita, joihin on sitoutunut erilaisia haitta-aineita. Huuhtoutumisvaiheessa sadevedestä syntyvä pintavalunta huuhtoo läpäisemättömiltä pinnoilta tätä niille kertynyttä materiaalia, liuottaa aineita mukaansa ja aiheuttaa eroosiota sille herkillä läpäisevillä pinnoilla Ilmalaskeuma Ilmalaskeuma, eli ilmasta maahan päätyvät aerosolit ja hiukkaset sekä niihin sitoutuneet aineet, on kaupunkiympäristössä yleensä seurausta ihmistoiminnasta kuten energiantuotannosta ja lämmityksestä, liikenteestä, teollisuudesta ja jätteiden poltosta, joiden päästöt voivat päätyä kaupunkialueille kaukokulkeutumana tai paikallisista lähteistä. Ilmalaskeuma jaetaan edelleen kahteen osaan, märkä- ja kuivalaskeumaan. Märkälaskeumaan lukeutuvat hiukkaset, jotka huuhtoutuvat alas sateen mukana ja kuivalaskeumaan ne, jotka asettuvat pinnoille ja ajan mittaan mahdollisesti huuhtoutuvat satavan veden mukana eteenpäin. Laskeumaa vastaanottavan alueen ilmastollisista ja maantieteellisistä ominaisuuksista riippuu, tuleeko suurin osa ilmalaskeuman ainekuormasta märkä- vai kuivalaskeumana. Kaupunkialueilla tai muuten paljon hiukkaspäästölähteitä sisältävillä alueilla kuivalaskeuman on todettu vaikuttavan huleveden ainepitoisuuksiin märkälaskeumaa enemmän. (Butler ja Davies 2004.) Kuormitetuilla kaupunkialueilla ilmalaskeuman on myös esimerkiksi typen kohdalla todettu olevan paikoin kolminkertainen taustalla vaikuttavaan kaukokulkeutumaan verrattuna (Malmqvist 1983). Ilmalaskeuman mukana hulevesiin päätyy ainakin sulfaattia, typpeä, vanadiinia, orgaanista ainesta, kuparia, fosforia, lyijyä, kiintoainetta ja sinkkiä (Melanen 1982, Malmqvist 1983) Liikenne Liikenne on Svenssonin ja Malmqvistin (1995 ref. Kotola ja Nurminen 2003a) mukaan suuri hulevesien kemiallisen hapenkulutuksen eli käytännössä orgaanisen aineksen lähde. Moottoriajoneuvot tuottavat päästöjä polttoaineen palamisen sivutuotteina. Näitä ovat esimerkiksi typen oksidit, erilaiset palamatta jääneet hiilivedyt ja polttoaineen mahdollisesti sisältämät epäpuhtaudet ja lisäaineet kuten rikki ja lyijy. Osa päästöistä laskeutuu välittömästi läheisille pinnoilla ja osa jää ilmaan päätyen myöhemmin ilmalaskeumana läheisille alueille. (Folkeson 1994.) Malmqvist (1983) esittää lyijypäästöjen olevan suurin yksittäinen liikenteen aiheuttama ympäristöongelma. Lyijyttömien polttoaineiden käyttöön siirtyminen on kuitenkin 5

12 puolittanut hulevesien lyijypitoisuuden Ruotsissa 1980-luvun alusta 1990-luvun puoliväliin tultaessa (Larm 1994 ref. Kotro 2001). Ajoneuvojen käytön yhteydessä sattuvat polttoaine-, öljy- ja rasvavalumat kuormittavat hulevesiä hiilivedyillä ja lyijyllä mikäli polttoaine sitä sisältää (Legret ja Pagotto 1999) sekä voitelu- ja hydrauliikkaöljyt myös raskasmetalleilla (Pettersson 1983 ref. Folkeson 1994). Ajoneuvojen korroosio ja peseminen puolestaan tuottavat rautaa, sinkkiä, lyijyä, kromia ja kadmiumia (Sörme ja Lagerkvist 2002, Butler ja Davies 2004). Autojen jarrujen osista irtoaa mekaanisen kulumisen vaikutuksesta kuparia ja nikkeliä (Legret ja Pagotto 1999, Butler ja Davies 2004). Renkaiden kuluminen irrottaa kumin vulkanoinnissa käytettyä sinkkiä ja nastarenkaista puolestaan irtoaa sinkin lisäksi myös rautaa ja alumiinia (Folkeson 1994). Nastarenkaiden on myös havaittu jopa viisinkertaistavan tienpinnan kulumisen, jolloin myös asfaltin kulumisessa vapautuvien hiukkasten ja kiintoaineen määrä kasvaa huomattavasti (Malmqvist 1983). Teiden kaiteista on havaittu liukenevan sinkkiä (Legret ja Pagotto 1999). Talvisin liukkaudenestoon käytetystä tiesuolasta (natriumkloridi) paikoin jopa 50% päätyy hulevesiin (Ruth 2003) ja hiekoitushiekasta osa päätyy kiintoaineena hulevesiin (Folkeson 1994). Kuivan kauden aikana sora- ja hiekkateillä käytetään toista suolaa, kalsiumkloridia, pölyn sitomiseen, joskin kaupunkialueilla tällaisia teitä on vähän (Tiehallinto 2006) Rakentaminen Rakennusten kattojen suuri pinta-ala kerää ilmalaskeumaa, joka päätyy sadeveden mukana hulevedeksi (Stutler ym. 1995). Galvanoiduilta peltikatoilta ja sadevesiränneistä liukenee sinkkiä ja kuparikatoilta kuparia (Thomas ja Greene 1993, Sörme ja Lagerkvist 2002). Betonin kalkkipitoiset valmistusaineet saattavat nostaa huomattavasti sen pinnalta valuvan sadeveden ph-arvoa vaikka sadevesi olisi hapanta (Messenger 1986). Lisäksi rakennusten pihoilta ja niiden ympäristön tienpientareilta ja viheralueilta saattaa joutua torjunta-aineita ja lannoitteiden mukana ravinteita (Ellis ym. 2004). Sillanpään (2007) mukaan rakennustyömailta voi eroosion seurauksena päätyä hulevesiin yhtä paljon typpeä, fosforia ja kiintoainetta kuin maatalousvaltaiselta valuma-alueelta. Rakennusvaiheessa myös vahingossa tehdyt viemärien ristiinkytkennät ovat mahdollisia ja tapahtuessaan kuormittavat hulevesiä huomattavalla määrällä ravinteita ja bakteereja (Kotola ja Nurminen 2003a, Sillanpää 2007) Muut lähteet Eläinten ulosteiden on todettu olevan hulevesien bakteeripitoisuuksien pääasiallinen lähde (Schueler 1999). Niiden mukana vesiin päätyy myös kemiallista hapenkulutusta nostavaa orgaanista ainetta sekä ravinteita (Butler ja Davies 2004). 6

13 Paitsi että hulevesiin päätyvät roskat ovat esteettinen haitta, ne saattavat myös tukkia hulevesiviemäreitä. Ne myös kuormittavat hulevettä ravinteilla (Ferguson 1998). Asutusjätevesiviemärien käytön ja rakentamisen yhteydessä tapahtuu satunnaisesti rikkoutumisia ja väärinkytkentöjä. Jätevesien päästessä hulevesiviemäriin aiheutuu niistä huomattavaa ravinne-, bakteeri- ja kiintoainekuormitusta (Kotola ja Nurminen 2003b, Ruth 2007, Sillanpää 2007.) Huleveden päästölähteiden suhteelliset osuudet Svenssonin ja Malmqvistin (1995, taulukko 1) mukaan liikenne on kemiallisen hapenkulutuksen ja lyijyn pääasiallinen lähde sekä typen, sinkin ja kuparin kohtalainen lähde. Lyijyn käyttö polttoaineiden lisäaineena on kuitenkin vähentynyt tai lopetettu useimmissa teollisuusmaissa 1980-luvun jälkeen, joten liikenteen osuuden huleveden lyijykuormittajana voitaneen olettaa pienentyneen vuoden 1995 jälkeen. Taulukko 1. Huleveden päästölähteiden suhteelliset osuudet (Svensson ja Malmqvist 1995). Liikenne Korroosio, eroosio Sade, laskeuma Eläinten jätökset Kemiallinen hapenkulutus **** ** ** * Typpi ** * *** ** Fosfori * ** ** *** Lyijy **** * ** * Sinkki ** *** *** * Kupari ** **** ** * **** = hallitseva, *** = suuri, ** = kohtalainen, * = vähäinen Korroosio ja eroosio ovat kuparin pääasiallisia lähteitä, suuria sinkin lähteitä sekä kemiallisen hapenkulutuksen ja fosforin kohtalaisia lähteitä. Sade ja ilmalaskeuma puolestaan ovat typen ja sinkin suuria lähteitä sekä kemiallisen hapenkulutuksen, fosforin, lyijyn ja kuparin kohtalaisia lähteitä. Eläinten jätöksen ovat ravinteiden lähteinä suuria fosforin ja kohtalaisia typen osalta. (Svensson ja Malmqvist 1995.) 1.3 Huleveden laatu ja sen vaihtelu Huleveden laadun vaihtelu suomalaisilla kaupunkivaluma-alueilla Hulevesien laadun on todettu vaihtelevan suuresti sekä ulkomaisissa että suomalaisissa tutkimuksissa (Kotola ja Nurminen 2003a). Suomessa hulevesiä on tutkittu suhteellisen vähän. Vuosien valtakunnallinen hulevesitutkimus (Melanen 1982) on tähän mennessä perusteellisimpia katsauksia hulevesien laatuun Suomessa. Tutkimuksessa määritettiin huleveden laatu ja ainehuuhtoumaa lähes 30 eri parametrin kuten ravinteiden, kiintoaineen, 7

14 sähkönjohtavuuden, raskasmetallien, kloridin, sulfaatin ja bakteerien osalta. Tutkimusalueet valittiin edustamaan erilaisia maankäyttömuotoja ja hulevesinäytteet otettiin virtaamapainotteisina kokoomanäytteinä automaattisilla näytteenottimilla. Myös sulantakauden ainepitoisuudet ja huuhtoumat olivat mukana tutkimuksessa. Tutkimuksessa havaittiin huleveden laadun vaihtelevan laajasti (taulukko 2) sekä erityyppisten valumaalueiden sisällä että välillä. Laadusta ei voitu tehdä selkeitä yleistyksiä ja ainoana tilastollisesti merkittävänä erona alueiden välillä havaittiin pientaloalueiden hulevesien olevan puhtaampia kuin muiden alueiden. Valtakunnallisen hulevesitutkimuksen jälkeen on hulevesiä tutkittu Suomessa muun muassa Espoossa, Mikkelissä, Vaasassa, Helsingissä, Järvenpäässä ja Hämeenlinnassa. Mikkelin kaupunkialueen hulevesiselvityksessä (Teiska 1997) mitattiin kaupungin lähialueiden vesistöihin päätyvän huleveden laatua ja ainekuormaa sekä esitettiin arvio vuoden 1997 kokonaiskuormituksesta. Hulevesien laadun todettiin parantuneen aiempiin vuosiin verrattuna, mikä saattoi osin selittyä erilaisilla sääoloilla. Analysoidut pitoisuudet olivat pienempiä kuin paikalliselta jätevedenpuhdistamolta vesistöön johdetun puhdistetun jäteveden pitoisuudet, mutta huleveden käsittelyyn katsottiin silti olevan tarvetta joidenkin vastaanottavien vesistöjen kohdalla. Taulukko 2. Hulevesistä mitattuja pitoisuuksia Suomessa tehdyissä tutkimuksissa (ref. Kotola ja Nurminen 2003a, Kotola ja Nurminen 2003b). Melanen 1982 (yhteensä 6 aluetta) Kannala 2001 (2 aluetta) Nurmi 2001 (7 sadevesikaivoa) Kotola ja Nurminen 2003b (3 aluetta) min max ka min max ka min max ka min max ka Kok. typpi (mg/l) 0, ,9 1 6,4 2,4 0,7 45 a 1,9 0,08 12,8 1,7 Kok. fosfori (mg/l) 0,019 2,3 0,34 0,087 1,5 0,19 0,03 6 <0,1 0,014 3,78 0,11 COD Mn (mg/l) , , ,7 Johtokyky (ms/m) ,1 2, , , Kiintoaine (mg/l) < ,5 <0, Kloridi (mg/l) 0,4 39 5, Sulfaatti (mg/l) 2, Kupari (mg/l) 0,01 0,9 0,099 0,02 0,062 0,031 0,002 0,26 0, Lyijy (mg/l) 0,013 1,5 0,23 0,01 0,02 0,011 0,001 0,021 0, Sinkki (mg/l) 0,039 1,8 0,39 0,18 0,49 0,224 0,015 0,15 0, a todettu jätevesipäästö Kannala (2001) havaitsi hulevesien määrän ja laadun vaihtelevan suuresti (taulukko 2) tutkituilla kolmella valuma-alueella Vaasan keskustassa. Haitta-aineista oleellisin oli kiintoaine kun taas ravinnepitoisuudet olivat melko pieniä. Hulevesissä havaittiin myös melko runsaasti bakteereja ja raskasmetallien osalta pitoisuudet enimmäkseen ylittivät Vaasan puhdistetun jäteveden pitoisuudet. Tutkimuksessa selvitettiin myös erilaisten puhdistusmenetelmien kuten kivivilla- ja hiekkasuodatuksen sekä kosteikkokäsittelyn soveltuvuutta hulevesien puhdistukseen ja esitettiin tulosten pohjalta periaatteet Vaasan keskusta-alueen hulevesien käsittelyyn. Nurmi (2001) tutki hulevesien laatua Helsingissä ottamalla näytteitä sadevesiviemäreistä sateiden aikana. Havaitut kiintoaine- ja raskasmetallipitoisuudet olivat suhteellisen pieniä 8

15 (taulukko 2). Maankäytöltään erilaisten valuma-alueiden välillä ei havaittu suuria eroja teollisuusalueiden haihtuvien orgaanisten yhdisteiden korkeampia määriä lukuun ottamatta. Kivikangas (2002) tutki Järvenpäässä hulevesien laatua erityyppisillä kaupunkialueilla ja kahdella peltovaltaisella vertailualueella. Alueiden välistä vaihtelua huleveden laaduissa oli vaikea osoittaa toteen, mutta keskusta- ja kerrostaloalueiden hulevedet vaikuttivat olevan likaisempia kuin pientalovaltaisella alueella. Raskasmetallien osalta teollisuusalueiden vaikutus oli havaittavissa ja peltoalueiden valumavesiin verrattuna hulevedet olivat pääosin heikkolaatuisempia. Kotola ja Nurminen (2003b) tutkivat Espoossa kolmen eri valuma-alueen hydrologiaa osana RYVE-projektia. Erityyppisiä alueita edustivat Vallikallion kerrostaloalue, pientaloalue ja rakenteilla oleva asuinalue sekä vertailualueena sipoolainen metsäalue. Tutkimuksessa mitattiin intensiivisesti säämuuttujia, valunnan määrää ja laatua sekä tehtiin pohjavesi- ja lumimittauksia. Valumaveden ainepitoisuuksissa havaittiin suurta vaihtelua, jota ilmeni eniten kiintoainepitoisuudessa ja vähiten kokonaistypen pitoisuudessa (taulukko 2). Kahdella rakennetulla tutkimusalueella suurimmat pitoisuudet havaittiin sulan kauden sateiden yhteydessä. Kaupungistuvalla alueella maanrakennustyöt nostivat selvästi kiintoaine- ja kokonaisfosforipitoisuuksia, ja kokonaistyppeä lukuun ottamatta keskimääräiset pitoisuudet olivat korkeampia kuin rakennetuilla alueilla. Kotola ja Nurminen esittävät tutkimuksensa (2003b) ja Melasen valtakunnallisen hulevesitutkimusten tulosten perusteella, että mitä suurempi osa valuma-alueen pinta-alasta on päällystetty, sitä korkeampia valumaveden ainepitoisuudet ovat. Päällystetyn alueen määrä vaikuttaa eniten kiintoaine- ja kokonaisfosforipitoisuuteen, vähiten kokonaistyppeen ja kemialliseen hapenkulutukseen. Ravinnepitoisuudet ovat kaupunkialueiden valumavesissä keskimäärin korkeampia kuin Suomalaisissa jokivesissä, mutta monesti alhaisempia kuin peltoalueiden valumavesissä Huleveden laadun vaihtelu ulkomaisissa tutkimuksissa Ulkomailla hulevesiä on tutkittu laajalti. Duncan (1999) on koonnut huleveden laatuparametreja 154 kirjallisuuslähteestä vuosilta tilastollista tarkastelua varten. Katsauksessa havaittiin huleveden keskimääräisten pitoisuuksien vaihtelevan suuresti. Bakteeripitoisuuksissa havaitut erot olivat suurimmillaan kertaisia ja kiintoaineen, lyijyn, sinkin ja kuparin keskimääräisissä pitoisuuksissa 1000-kertaisia. Duncan luokitteli tutkimusalueet eri luokkiin valuma-alueen maankäytön mukaan ja totesi tilastollisen tarkastelun perusteella olevan vaikeaa havaita selkeitä maankäyttömuodoista johtuvia eroja hulevesien laadussa. Laajasti tarkasteltuna asuinalueiden valumavesissä havaittiin keskimäärin vähemmän metalleja ja orgaanista hiiltä sekä enemmän fosforia ja bakteereja kuin muilla kaupunkimaisilla alueilla. Kasvavan asukastiheyden vaikutuksia huleveden laatuun olivat korkeampi biologinen hapenkulutus ja kokonaistypen pitoisuus sekä mahdollisesti korkeampi 9

16 kemiallinen hapenkulutus ja koliformisten bakteerien kokonaismäärä. Metallipitoisuuksiin asukastiheydellä ei ollut vaikutusta. Eri kaupunkimaisten maankäyttömuotojen välillä ei ollut merkittävää eroa typen ja kiintoaineen määrissä. Muista luokittelevista muuttujista vuosisadannan määrän havaittiin korreloivan negatiivisesti useimpien aineiden pitoisuuksien kanssa bakteereita lukuun ottamatta ja läpäisemättömän pinnan määrän kasvun todettiin nostavan lyijyn ja sinkin pitoisuuksia. Duncanin mukaan maankäyttömuodon sijasta huleveden laatuun vaikuttaakin oikeastaan päällystetyn pinnan tyyppi, sillä esimerkiksi kattovesien ainepitoisuudet ovat sinkkiä lukuun ottamatta selvästi alhaisempia kuin muiden pintojen. Tiealueet puolestaan tuottavat suuren osan kaikesta rakennetun alueen ainehuuhtoumasta. Toisin kuin Kivikankaan (2002) tutkimuksessa havaittiin, Duncanin laajemman aineiston mukaan verrattaessa kaupunkimaisia valuma-alueita muihin ovat valumavesien ainepitoisuudet kiintoaineen, kokonaistypen ja kokonaisfosforin osalta suurimpia maatalousvaltaisilla alueilla, keskimääräisiä kaupunkialueilla ja pienimpiä metsävaltaisilla valuma-alueilla. Duncanin mukaan maatalous- ja metsävaltaisilta alueilta ei ole tarpeeksi aineistoa, jotta vastaavaa erottelua voitaisiin tehdä lyijypitoisuuden, hapenkulutuksen tai bakteeripitoisuuksien osalta. Asukasmäärältään eroavien kaupunkialueiden välillä ero on kuitenkin havaittavissa, jolloin em. pitoisuudet ovat sitä korkeampia, mitä enemmän asukkaita alueella on. Yleisesti ottaen huleveden laatu siis vaihtelee voimakkaasti paitsi eri kaupunkivaluma-alueiden välillä myös paikallisesti riippuen muun muassa sääoloista kuten sateen kestosta ja intensiteetistä ja sadantatapahtumaa edeltävän kuivan kauden kestosta (Hogland 1986 ref. Kotola ja Nurminen 2003a) Talviolosuhteet ja hulevesi Kaupunkialueilla kevätvalunta eli lumen sulamisen ja sulantakauden sadannan aiheuttama valunta tuottavat Hyvärisen (1996) mukaan % vuosivalunnasta, mutta ilmastonmuutoksen myötä yleistyvien lauhojen talvien aikana osa kevätvalunnasta tapahtuu jo talven aikaisina tulvina. Vaikka kaupungistuminen lisää lumisadantaa keskimäärin 5 % (Landsberg 1970 ref. MacPherson 1974), on lumikausi toisaalta kaupunkialueilla yleensä lyhyempi ja lumen sulaminen on myös nopeampaa alkaen ja päättyen aiemmin kuin kaupunkia ympäröivällä alueella (Bengtsson ja Westerström 1992). Lumihiutaleet keräävät ilmasta sekä muodostuessaan että maahan sataessaan hiukkasmaisia ja aerosolisia epäpuhtauksia (Colbeck 1981). Tämä näkyy myös siten, että suurin osa kaupunkialueiden lumen epäpuhtauksista on partikkeleihin sitoutuneina (Viklander 2003). Jo sataneeseen lumipeitteeseen päätyy myös ilmalaskeumaa ja päästöjä suoraan esimerkiksi ajoneuvoista. Lumen sulaessa epäpuhtaudet päätyvät hulevesiin (Westerlund ym. 2003). Kaupunkialueiden lumiolosuhteisiin vaikuttavat huomattavasti myös ihmistoimet kuten lumen auraus, läjitys ja poisto. Kun kaupunkialuilta kerätään lunta lumenkaatopaikoille, keskittyvät myös likaisen lumen luomat hulevesiongelmat näille alueille (Bengtsson ja Westerström 1992). 10

17 Tiealueiden talvikauden hulevesien pitoisuuksien on havaittu olevan korkeimmillaan tilanteissa, joissa lumipeitteelle sataa vettä. Seuraavaksi korkeimpia pitoisuuksia on havainnoitu itse sulamisvaiheessa ja suhteessa matalimpia niinä talvikauden aikoina kun vettä sataa lumettomille pinnoille (Westerlund ym. 2003). Sulan kauden hulevesiin verrattuna kaupunkien keskusta-alueiden lumen sulamisvesien laadun on havaittu olevan selvästi huonompi (Melanen 1982). Talvikaudella käytettävät hiekoitussora ja -hiekka sekä tiesuola kuormittavat omalta osaltaan hulevesiä. Suomessa yleisimmin käytetty tiesuola on natriumkloridia (NaCl). Pohjavesialueilla pyritään nykyään käyttämään vähemmän haitallista kaliumformiaattia, mutta sen lähes 15-kertainen hinta on laajemman käytön esteenä (Tiehallinto 2006). Tiesuolaan myös lisätään paakkuuntumisenestoainetta (yleensä ferrosyanidia) ja suola saattaa myös sisältää jopa 5 % epäpuhtauksia kuten fosforia, rikkiä, typpeä, kuparia ja sinkkiä (Marsalek 2003). Ruth (2003) on arvioinut %:n Helsingissä käytetystä tiesuolasta päätyvän hulevesien kautta kaupunkipuroihin, joissa se on havaittavissa kohonneina natrium- ja kloridipitoisuuksina. Tiesuola saattaa myös lisätä raskasmetallien kuten sinkin (Ruth 2003) ja kadmiumin (Rasa ym. 2005) liukoiseen muotoon uuttumista ja vesistöihin päätymistä. 1.4 Huleveden vaikutukset vastaanottavissa vesistöissä Huleveden määrälliset vaikutukset Erillisviemäröintinä toteutettu hulevesien johtaminen kaupunkipuroihin saa aikaan suuria vaihteluita vastaanottavien purojen virtaamissa, jotka ovat suurimmillaan rankkasateiden aikana ja vähän niiden jälkeen. Kasvaneet ylivirtaamat lisäävät purouoman eroosiota ja pienentyneet alivirtaamat johtavat veden lämpenemiseen ja ajoittain jopa purouoman kuivumiseen vaikuttaen siten myös puron ekologiseen tilaan. (Schueler 1995a.) Hulevesien tehokas pois johtaminen yhdessä pienentyneen imeytymisen kanssa yleensä myös laskevat pohjaveden pintaa (Chocat ym. 2001) Huleveden laadulliset vaikutukset vesiekosysteemissä Lisääntynyt kiintoaineen määrä lisää sameutta vähentäen perustuotantoa ja eliöiden monimuotoisuutta (Ferguson 1998). Suuret kiintoainemäärät myös haittaavat kalojen kidusten toimintaa ja kasvanut sedimentaatio vaikeuttaa lohikalojen mädin ja poikasten selviytymistä kutusoraikoilla. Lisäksi useimmat metallit ja raskasmetallit kulkeutuvat kiintoaineeseen sitoutuneina. (Ellis ym ) Niistä monet ovat eliöille välttämättömiä pienissä määrissä, mutta korkeat metallipitoisuudet vähentävät eliöiden vastustus- ja lisääntymiskykyä sekä aiheuttavat toksisia vaikutuksia (Ferguson 1998, Ellis ym. 2004). 11

18 Ravinteiden kuten typen ja fosforin kasvaneet määrät vedessä haittaavat ekosysteemin toimintaa sekä aiheuttavat rehevöitymistä ja leväkukintoja (Ferguson 1998), joskin makean veden ekosysteemeissä fosfori on useimmiten kasvua rajoittava tekijä (Malmqvist 1983). Suuret kloridipitoisuudet saattavat edesauttaa maaperän kadmiumin siirtymistä liukoiseen muotoon (Rasa ym. 2005) sekä heikentää kasvien kasvuedellytyksiä (Ferguson 1998). Eläinten ulosteista peräisin olevien bakteerien kasvaneet määrät aiheuttavat tautivaaran vesistöjen virkistyskäytössä (Ferguson 1998). Jätevesiviemärien ristiinkytkennät ja rikkoutumiset sekä yhteisviemäreiden ylivuodot voivat aiheuttaa bakteeripäästöjä hulevesiviemäreihin. Ylivuotoja tapahtuu etenkin kovien sateiden aiheuttamien virtaamapiikkien aikaan kun puhdistamon kapasiteetti ei riitä ja jätevettä joudutaan laskemaan vesistöön vain mekaanisen puhdistuksen jälkeen. Tällöin vastaanottavalle vesistölle aiheutuu ylimääräistä ravinne-, bakteeri- ja kiintoainekuormitusta. (Ellis ym ) Muun muassa Schueler (1995a) on todennut vastaanottavan vesistön ekologisen tilan olevan sitä heikompi, mitä enemmän vettä läpäisemätöntä pintaa valuma-alueella on. Myös Helsingin purojen pohjaeläimiä tutkinut Helle (2005) havaitsi pohjaeläinyhteisön monimuotoisuuden vähenevän valuma-alueen läpäisemättömän pinnan kasvaessa. Havaituille muutoksille on vaikea osoittaa yksittäistä syytä. Kyseessä onkin ennemmin kaupungistumisen aiheuttamien hydrologisten muutosten kokonaisvaikutus, joka näkyy sekä määrällisinä että laadullisina muutoksina verrattuna ei-kaupungistuneisiin valuma-alueisiin (Schueler 1995) Huleveden toksisuus Vastaanottavien vesistöjen eliöstö altistuu sekä hulevesien sisältämien haitta-aineiden kuten raskasmetallien akuuteille että kroonisille vaikutuksille. Akuutti toksisuus ilmenee lyhyen aikavälin altistuksessa, tuntien tai muutaman vuorokauden kuluessa. Siihen liittyy usein kudosten tai fysiologisten järjestelmien tuhoutumista nopeudella, joka ylittää organismin korjaus- tai sopeutumiskyvyn. Krooninen toksisuus puolestaan on pitkäkestoista ja sen vaikutukset voivat ulottua useampaan kuin yhteen sukupolveen. Vaikutukset eivät yleensä ole yhtä voimakkaita kuin akuutissa toksisuudessa, joka useimmiten on organismille tappava. (Ellis ym ) Hulevesien toksisuutta ovat tutkineet muun muassa Marsalek ym. (1999). Tutkimuksessa verrattiin erilaisten kaupunkialueiden ja moottoritien hulevesien toksisuutta biotesteihin perustuen ja havaittiin etenkin moottoritien hulevesien olevan ajoittain toksisia. Maankäyttömuodoltaan sekalaisten kaupunkialueiden hulevesistä myrkyllisiä tai vakavasti myrkyllisiä oli yhteensä 21 % kun moottoritien kohdalla vastaava määrä oli 42 %. Vakavasti myrkyllisistä näytteistä suurin osa oli talvikauden näytteitä moottoritieltä. Toksisuuden havaittiin myös noudattavan alkuhuuhtouma-ilmiötä. 12

19 1.4.4 Huleveden aiheuttama kuormitus Hulevesien vastaanottaville vesistöille aiheuttamaa ravinnekuormitusta on Suomessa selvittänyt Peltola-Thies (2002), joka tutki rakennetun ympäristön aiheuttamaa vesistökuormitusta ja muun muassa vertasi sitä Suomen ympäristökeskuksen vuoden 2004 tilastoihin vesistöjen kuormituksesta ja luonnonhuuhtoumasta (taulukko 3). Hulevesien osuus kokonaiskuormituksesta oli kokonaisfosforin osalta 2,1 % ja kokonaistypen osalta 1,5 %. Vertailussa todettiin rakennetun ympäristön hulevesien koko maan tasolla aiheuttaman kuormituksen olevan pienempi kuin yhdyskuntajätevesien, massa- ja paperiteollisuuden, hajaasutuksen sekä maa- ja metsätalouden aiheuttama kuormitus mutta suurempi kuin muun teollisuuden, kalankasvatuksen, turkistarhauksen ja turvetuotannon aiheuttama kuormitus. Peltola-Thies:n mukaan verrattaessa hulevesiä muodostavaa pinta-alaa (2 % vuonna 2000) ja maatalouden varaamaa pinta-alaa (8 % vuonna 2004) voidaan päätellä hulevesikuormituksen kohdistuvan suhteellisen pieneen määrään vesistöjä ja sen merkityksen vesien tilan heikentäjänä olevan korostuneen näillä alueilla suhteessa muihin, valtakunnallisella tasolla merkittävämpiin kuormituslähteisiin. Hänen mukaansa hulevesikuormitus ei siis ole ominaisuuksiltaan yhtä diffuusia kuin perinteisten hajakuormituslähteiden kuten maatalouden, metsätalouden ja haja-asutuksen vaan on ennemminkin verrattavissa turvetuotantoalueiden aikaansaamaan kuormitukseen, joka on luvanvaraisesti säänneltyä, mutta silti pinta-alaan verrannollista kuormitusta. Taulukko 3. Hulevesien aiheuttama ravinnekuormitus verrattuna muihin kuormituslähteisiin (Peltola-Thies 2005) Kokonaisfosforikuorma (T P a -1 ) Osuus (%) Kokonaistyppikuorma (T P a -1 ) Osuus (%) Yhdyskunnat 224 5, ,8 Massa- ja paperiteollisuus 205 4, ,3 Muu teollisuus 25 0, ,2 Kalankasvatus 80 1, ,8 Turkistarhaus 45 1, ,6 Turvetuotanto 45 1, ,3 Maatalous , ,5 Haja-asutus 355 8, ,2 Metsätalous 350 8, ,2 Laskeuma suoraan vesistöihin 280 6, ,6 Rakennetun ympäristön hulevedet 92 2, ,5 Yhteensä Kuusiston (2002) tutkimuksessa todettiin tutkituilla kaupunkimaisilla valuma-alueilla suurimman osan kuormituksesta olevan peräisin hulevesistä. Laskelmien mukaan ravinteiden huuhtoutuminen on kaupunkialueilla maatalousalueita pienempää, mutta luonnontilaisiin metsäalueisiin verrattuna suurta. Kotolan ja Nurmisen (2003b) tulosten mukaan espoolaisilla koealueilla asukasta kohden lasketut keskimääräiset kokonaisravinnehuuhtoumat olivat fosforin osalta 8 27 % ja typen osalta 3 9 % puhdistetun jäteveden aiheuttamasta kokonaisravinnekuormituksesta. 13

20 Kaupunkialuilla on todettu myös rakennustyömaiden aiheuttaman hulevesikuormituksen olevan kokonaistypen, kokonaisfosforin ja kiintoaineen osalta yhtä suurta tai jopa suurempaa kuin maatalousvaltaisten valuma-alueiden vesistökuormituksen (Sillanpää 2007). Helsingissä Ruth (1998) on laskenut hulevesikuormitetun Mätäjoen osuuden Laajalahden ulkoisesta ravinnekuormituksesta olevan noin 15 % fosforin ja 26 % typen osalta. Munne ja Autio (2005) puolestaan arvioivat valtakunnallisen hulevesitutkimuksen tulosten perusteella hulevesien osuuden Laajalahden ulkoisesta kuormituksesta olevan noin 26 % ja typen osalta noin 12 %. Hulevesikuormitetun Mätäpuron osuuden Seurasaarenselälle tulevasta ulkoisesta kuormituksesta arvioitiin olevan noin 44 % fosforista ja noin 25 % typestä sekä hulevesien osuuden olevan 15 % fosforista ja 13 % typestä (Munne ja Autio 2005). 1.5 Huleveden hallintamenetelmät Hulevesien hallinnassa on perinteisesti ollut käytössä kaksi eri tapaa, yhteisviemäröinti ja erillisviemäröinti. Yhteisviemäröinnissä hulevedet johdetaan vedenpuhdistamolle yhdessä kiinteistöjen jätevesien kanssa, kun taas erillisviemäröinnissä hulevedet johdetaan rakennetuilta alueilta hulevesiviemäreitä tai avo-ojia pitkin lähivesistöihin kuten kaupunkipuroihin. Yli 90 % Suomen taajamien viemäriverkostosta on erillisviemäröityä ja yhteisviemäröinti onkin käytössä enää lähinnä vanhoissa kaupunkikeskuksissa (Vesi- ja viemärilaitosyhdistys 2008). Nykyään useat kaupungit myös velvoittavat kiinteistön liittymään hulevesiviemäriverkkoon, mikäli siihen on mahdollisuus. Yhteisviemäröinnin ongelmia ovat runsaiden sateiden ja keväisen lumen sulamisen aikana tapahtuva puhdistusprosessien toimintaa haittaava viemäriveden liiallinen laimeneminen ja puhdistamoille päätyvät liian suuret vesimäärät, joita puhdistuskapasiteetin loppuessa joudutaan laskemaan vesistöihin puhdistamattomina. Erillisviemäröintinä toteutettu hulevesien johtaminen kaupunkipuroihin puolestaan saa aikaan aiemmin mainittuja veden laadullisia ja määrällisiä ongelmia, joiden välttämiseksi on kehitetty niin sanottuja huleveden luonnonmukaisia käsittelymenetelmiä Huleveden luonnonmukainen käsittely Huleveden luonnonmukainen käsittely hyödyntää luonnossa ilmeneviä vedenpuhdistumisprosesseja huleveden laadun parantamiseksi ja kuormituksen vähentämiseksi. Viivyttämisen ja varastoinnin avulla pyritään tasaamaan virtaamahuippuja ja maahan imeyttämisen avulla vähentämään suoraan vesistöihin päätyvän huleveden määrää. Luonnonmukaisen hulevedenkäsittelyn on tarkoitus myös ylläpitää pohja- ja pintavesivarastoja sekä maan kosteustasapainoa ja näin myös luoda ekologisempaa ja viihtyisämpää asuinympäristöä. (Butler ja Davies 2004.) Ahponen (2005) jaottelee huleveden luonnonmukaiset käsittelymenetelmät johtamis-, imeyttämis- ja viivyttämismenetelmiin sekä kosteikkokäsittelyyn. 14

21 Huleveden johtamismenetelmien avulla (Ferguson 1998) vesi johdetaan pois tonteilta ja kiinteistöiltä kasvillisuuden peittämillä painanteilla tai ojilla sadevesiviemärien ja putkiojien sijasta. Painanteissa veden viipymä lisääntyy ja virtaamahuiput tasaantuvat. Virtausnopeuden ollessa tarpeeksi pieni kasvillisuus voi suodattaa vedestä kiintoainetta ja siihen kiinnittyneitä epäpuhtauksia ja osa vedestä ehtii imeytyä maaperään. Myös ravinteita poistuu jonkin verran kasvillisuuden pidätyksen ja maaperän mikrobiologisen toiminnan vaikutuksesta. Jotta kasvillisuuspainanteella olisi vaikutusta veden laatuun, on sen kuitenkin oltava tarpeeksi pitkä. Painanteen yhteyteen rakennetut hidastus- ja imeytysaltaat hidastavat virtausta ja lisäävät veden viipymää, jolloin uoman eroosioriski pienenee. Eroosion hallinnassa tärkeitä ovat myös uoman poikkileikkauksen epäsäännöllisen muoto ja tiheä kasvillisuus. Imeytysmenetelmien tarkoitus on imeyttää hulevesi maahan, jossa sen laatu paranee maakerrosten läpi suodattuessa. Imeytyspintoina voidaan yksinkertaisimmillaan käyttää nurmipeitteisiä, kaltevia maa-alueita, joille hulevettä johdetaan. Veden virratessa kasvipeitteisellä maalla pidättyy kiintoainetta ja maaperän mikrobitoiminta puhdistaa vettä (Ferguson 1998). Imeytysaltaat ovat matalia syvennyksiä tai painanteita joihin vesi johdetaan. Vesi varastoituu altaaseen kunnes se on imeytynyt maahan. Kasvillisuus pitää maan huokoisena ja vettä läpäisevänä sekä pidättää osan ravinteista. Altaita voidaan myös rakentaa useammalle tasolle, jolloin ylivuotovesi siirtyy aina alemmalle tasolle veden määrän mukaan (König 1996 ref. Ahponen 2005). Niin sanottujen vihreiden kattojen tarkoitus on imeyttää vedet kasvillisuuden peittämille katoille. Katon vedenpitävän osan päällä on vettä johtava kerros ja irtonainen maakerros tai kasvimatto. Tällaiset katot sopivat erityisesti tiheästi rakennetuille alueille, joilla ei välttämättä ole tilaa maahan sijoitettaville puhdistusmenetelmille. Katoilla on kuitenkin rajallinen vedenpidätyskyky, mikä rajoittaa niiden toimivuutta tasaisesti ympäri vuoden esiintyvien ja usein tapahtuvien sateiden maissa kuten Suomessa (Larm ym ref. Ahponen 2005). Maanalaiseksi imeytysrakenteeksi kutsutaan hiekalla, soralla tai muulla karkealla materiaalilla täytettyä kaivantoa, jonka päällä on pintamaata. Maanalaiset rakenteet säästävät tilaa ja toimivat erityisesti jos maan pinnalla ei ole tilaa altaille tai pintakerros on huonosti läpäisevää (Bingman 1983 ref. Ahponen 2005). Hulevesi johdetaan rakenteeseen läpäisevän pintamaan tai sadevesikaivojen kautta, mistä se sitten suodattuu ympäröivään maaperään. Maanalaisesta rakenteesta voidaan myös rakentaa imeytysoja lisäämällä siihen salaojitus veden maaperään jakautumisen tehostamiseksi (Ferguson 1998). Imeytysaltaasta ja -ojasta voidaan myös rakentaa altaan puhdistusvaikutuksen ja ojan varastointi- ja imeytysominaisuudet yhdistävä rakenne. Tällaisia yhdistelmärakenteita voidaan sijoittaa useita peräkkäin ja ne voivat korvata perinteisen sadevesiviemäröinnin joko osittain tai kokonaan. (König 1996 ref. Ahponen 2005.) Läpäiseviä päällysteitä voidaan käyttää hidasliikenteisillä kaduilla ja pysäköintialueilla, joilla ei tarvita tiivistä asfalttipintaa. Läpäisevä päällystemateriaali suodattaa kiintoainetta läpikulkevasta vedestä. Päällysteen alla on sorapatja ja tarpeen vaatiessa putkia, joita myöten vettä voidaan johtaa eteenpäin. (Larm ym ref. Ahponen 2005, Schueler 1995b ref. Ahponen 2005.) 15

22 Huleveden viivyttämisellä pyritään tasaamaan virtaamahuippuja varastoimalla hulevettä viivytysaltaisiin. Altaissa veden laatu paranee kiintoaineen laskeutuessa altaan pohjalle. Veden poistumista altaasta voidaan säädellä padon avulla. Pysyvästi vettä sisältäviä altaita voidaan hyödyntää virkistyskäytössä vesiaiheina. Altaan koko määritellään yleensä usein toistuvien pienten sateiden mukaan, jolloin veden viipymäaika altaassa pitenee ja laatu paranee eikä allas vie liikaa tilaa tai pääse kuivumaan kokonaan. (Ferguson 1998.) Luonnossa kosteikot ovat matalia, koko tai osan ajasta veden peitossa olevia alueita, joilla kasvaa kosteille alueille tyypillisiä kasveja ja mahdollisesti myös pensaita tai puita. Sekä peltoalueiden valumavesien että hulevesien käsittelyssä voidaan käyttää sekä luonnollisia että rakennettuja kosteikkoja. Rakennettujen kosteikkojen ja viivytysaltaiden ero on usein liukuva, eikä välttämättä selkeästi määriteltävissä. Kosteikot tasaavat virtaamahuippuja ja lisäävät viipymää jolloin kiintoaineen laskeutuminen tehostuu sekä puhdistavat hulevettä mikrobiologisesti. Kosteikon kasvillisuus pidättää kiintoainetta hidastamalla virtaamaa ja sen myötä lisäämällä sedimentaatiota. Kasvit myös käyttävät vedestä liukoisessa muodossa olevia ravinteita. Kiintoaineen mukana pidättyy myös sen kuljettamia aineita kuten metalleja ja fosforia. Vedessä ja sedimentissä tapahtuva denitrifikaatioprosessi poistaa vedestä typpeä. (Ellis ym. 2004, Puustinen ym ref. Ahponen 2005.) Paras puhdistusteho saavutetaan yhdistelemällä useita eri käsittelymenetelmiä siten, että puhdistuksen viimeisenä lenkkinä toimii kosteikkokäsittely. Ennen kosteikkoon päätymistä hulevedet kannattaa siis esimerkiksi johtaa kasvillisuuspainanteita pitkin viivytysaltaiden kautta kiintoaineen poistumisen tehostamiseksi. (Lundberg ja Lindmark 1994 ref. Ahponen 2005.) Käsittelyrakenteet myös tarvitsevat säännöllisiä huoltotoimenpiteitä kuten roskien ja kertyneen liiallisen sedimentin poistoa. Talviolosuhteiden huomioiminen on hulevesien käsittelyssä tärkeää. Lumenkaatopaikkojen valinnassa tulisi ottaa huomioon lumen sisältämät haitta-aineet ja estää niiden pääsy suoraan pinta- ja pohjavesiin. Sulamisvesien imeytysalueiden kasvillisuuden tulisi myös olla suolaa sietävää jos lumi on peräisin alueilta, joilla käytetään tiesuolausta. Lumen sulamisvesien pidätysaltaat täytyy myös salaojittaa, jotta sulamiskauden suuret vesimäärät saadaan tehokkaasti imeytettyä ja ylivuodoilta vältytään. (Oberts 1994a, Oberts 1994b.) Huleveden luonnonmukaisten käsittelykeinojen lisäksi myös jo olemassa oleviin sadevesiviemärirakenteisiin voidaan tarpeen vaatiessa soveltaa erilaisia puhdistustekniikoita kuten öljynerottimia, suodatinkaivojärjestelmiä ja sadevesikaivoihin asennettavia suodattimia (Ahponen 2005). Suomessa hulevesien maanalaisia hidastus- ja imeytysrakenteita kokeiltiin jo 1980-luvulla Espoon Pihlajarinteessä. Rakenteiden avulla osa hulevedestä saadaan imeytettyä maahan ja sadevesiviemäreiden putkikokoa on voitu pienentää, mikä on säästänyt kustannuksia. (Ahponen 2005.) Helsingin Viikin ekologisella asuinalueella hulevesien luonnonmukainen käsittely on ollut mukana jo kaavoitusvaiheesta asti. Alueella on toteutettu imeytysaltaiden, 16

23 maanalaisten imeytysrakenteiden ja viheralueiden avulla luonnonmukaistettuun Viikinojaan yhdistyvä hulevesien käsittelyjärjestelmä. (Ahponen 2005.) Jormolan (2004) mukaan Viikin ekologinen asuinalue on Suomen toistaiseksi merkittävin ja laajin aluekokonaisuus, jossa on toteutettu monipuolisesti hulevesien käsittelyä ja purouoman muotoilua. Ulkomailla toteutettuja hankkeita ja alueita ovat suomenkielisessä kirjallisuudessa esitelleet muun muassa Virkkunen (2002) ja Jormola (2004). 1.6 Hulevedet lainsäädännössä ja hallinnossa Suomessa vesihuoltolaki (119/2001) edellyttää, että erillisviemäröidyillä alueilla kiinteistöjen on liityttävä hulevesiviemäriverkostoon. Perinteisesti hulevesiä on Suomessa siis katsottu kiinteistöjen kuivatuksen ja tulvasuojelun näkökulmasta. Selkeää lainsäädäntöä aiheesta ei ole, joten hule- ja kuivatusvesien johtamiseen ja hallinnointiin on muodostunut useita erilaisia käytäntöjä. Jotta ympäristönsuojelullinen näkökulma ja kontrolli saataisiin mukaan, olisi otettava käyttöön alueelliseksi hulevesisuunnitelmaksi kutsuttu menettely. Alueellisessa hulevesisuunnitelmassa esitettäisiin vesien keruu- ja johtamisjärjestelmät, purkupaikat, lumenkaatopaikat, arviot vesi- ja haitta-ainemääristä, vastuutahot ja maksuperusteet. Menettely liitettäisiin osaksi kaavoitusprosessia ja sisällytettäisiin uusiin asemakaavoihin ja kaavamuutoksiin. (Sario ym ) Helsingin kaupunki onkin vuoden 2007 lopussa julkaissut oman hulevesistrategiansa (Helsingin kaupunki 2007), tiettävästi ensimmäisenä kaupunkina Suomessa. Strategian keskeinen lähtökohta on, että koska hulevesien hallinta liittyy Helsingin kaupungin organisaatiossa usean hallintokunnan toimialaan, tarvitaan hulevesien hallintaa koskevat yhteisesti noudatettavat periaatteet. Nämä periaatteita tullaan noudattamaan aina maankäytön ja vesihuollon suunnittelusta alkaen yksityisten tonttien rakentamiseen sekä yleisten alueiden hoitoon, kehittämiseen ja ympäristönsuojeluun liittyen. Strategian päämääriä ovat tulvimishaittojen poistaminen ja ehkäiseminen, pohjaveden pinnan ennallaan pitäminen, alueellisen ja paikallisen kuivatuksen varmistaminen, haitallisten aineiden minimoiminen hulevesissä sekä huleveden hyödyntäminen resurssina. Hulevesien käsittelylle ja johtamiselle on myös esitetty kuusiportainen prioriteettijärjestys, jossa korostetaan hulevesien paikallista ja luonnonmukaista käsittelyä ensisijaisena menettelytapana. Hulevesistrategiaa varten tilatussa konsulttiyhtiön esiselvityksessä (Suunnittelukeskus 2007) todetaan, että koska valtaosa Helsingin purojen valuma-alueista on jo rakennettua, on kokonaisuuden kannalta vähäisellä uudisrakentamisella marginaalinen merkitys ja huleveden kuormittamien purovesien laadun parantamiseksi tarvittaisiin toimenpiteitä myös vanhojen alueiden osalta. Kaupungin kannalta on kuitenkin ongelmallista, että hulevesien varsinaiset syntypaikat eli läpäisemättömät pinnat kuten tiepinnat ja rakennetut tontit eivät yleensä ole suoraan kaupungin hallinnan alaisia. Näin ollen hulevesistrategiassa on päädytty kohdentamaan toimenpiteitä tällaisten alueiden osalta lähinnä uusien rakennettavien alueiden suunnitteluvaiheisiin. Esimerkiksi kaavamuutos menettelykeinona on varattu vain tulvaongelmien vähentämisen yhteydessä käytettäväksi. Hulevesien laatuun vaikuttavina 17