Kaksitasouomat nykytietämys ja jatkotutkimustarpeet TkT Kaisa Västilä & TkT Juha Järvelä, Aalto-yliopisto

Transkriptio

1 Kaksitasouomat nykytietämys ja jatkotutkimustarpeet TkT Kaisa Västilä & TkT Juha Järvelä, Aalto-yliopisto

2 Sisältö tuloksia Ritobäckenin kaksitasouomalta jatkotutkimustarpeet + Västilä, K. & Järvelä, J Vesitalous 6(2015): Kaksitasouomien mahdollisuudet pyrittäessä ympäristöystävällisempään maankuivatukseen. + Järvelä, J. & Västilä, K Luonnonmukaisen vesirakentaminen. Teoksessa: Paasonen-Kivekäs, M. (ed) Sven Hallinin tutkimussäätiö 70 vuotta.

3 Luonnonmukaisella vesirakentamisella pyritään - säilyttämään tai palauttamaan vesistöjen monimuotoisuus, tai - turvaamaan vesivarojen käyttö ja hallinta siten että vesistövaikutukset ovat mahdollisimman pienet - kustannustehokkaisiin ja pitkäikäisiin ratkaisuihin

4 Luonnonmukaiset kaksitasouomat: etuja verrattuna puolisuunnikkaanmuotoisiin uomiin Vesisyvyys ja virtausnopeus pysyvät kohtalaisina Eroosion ja kasautumisen hallinta -> vähemmän ylläpitoa Monimuotoisemmat elinympäristöt Mahdollisesti parempi vedenlaatu

5 Kaksitaso- vs. tavanomainen yksitasopoikkileikkaus

6 Tärkeitä uomien suunnittelussa huomioitavaa tekijöitä Vedenjohtokyky - virtausvastus (Manningin n / kitkahäviökerroin f) -> vedenkorkeus, virtausnopeus Alivedenkorkeudet -> eliöiden elinolosuhteet Sedimenttiprosessit ja valuma-alueelta tuleva kiintoainekuorma -> uomien morfologinen kehitys, veden laatu

7 Ritobäcken: tulvatasanteellinen peruskuivatusuoma Sipoossa Valuma-alue 10 km 2 : 13% viljelyalueita Laskee Sipoonkorven kansallispuiston kautta Sipoonjokeen Maaperä pääosin savea ja silttiä Keskivirtaama n. 115 l/s Tulvatasanne keskivedenkorkeudella (Ympäristötekniikan insinööritoimisto Jami Aho; lisätietoa mitoituksesta ja suunnittelusta: Särkelä ym. 2011) Ennen kaivua Kaivun jälkeen Kaisa Västilä Vesitekniikka kaisa.vastila@aalto.fi

8 Kaksitasopoikkileikkaus

9 Kasvillisuuden vaikutuksia sedimenttiprosesseihin tutkittiin tulvatasannekoealoilla Luonnollisesti kehittyvä kasvillisuus Koripaju (pistokkaista) Laidunnurmiseos (englannin raiheinä, niittynurmikka, punanata, timotei) Kasviton vertailualue

10 Virtaus-kasvillisuus-sedimentti-vuorovaikutukseen liittyvät maastomittaukset vuosina Poikkileikkausgeometrian kehitys koealoilla Virtausvastus koealoilla vedenpinnankorkeuksien avulla Jatkuvatoiminen virtaama- ja kiintoainemittaus 2 kohdassa uomaa Kasviominaisuuksien määritys (pinta-alat, massat, poikkileikkauksen peittävyys, vertikaalinen rakenne ym.) Kaisa Västilä Vesitekniikka kaisa.vastila@aalto.fi

11 2010, kevät, kasvillisuutta ei ollut vielä kylvetty Tasannekasvillisuuden kehitys Kesä 2010 Syksy 2010 Kevät 2011 Joulukuu 2011 Alkusyksy 2011

12 Kasvillisuuden peittävyys ja virtausvastus

13 Tulvatasannekasvillisuus vaikuttaa vedenkorkeuksiin Vedenjohtokyky ollut pääosin riittävä (Järvelä & Västilä 2016)

14 Peittävyyden avulla voitiin ennustaa virtausvastus (n) ja vedenkorkeudet (Luhar & Nepf 2013) (Västilä & Järvelä 2015)

15 Kasvillisuuden korkeus sääteli kasautumista ja eroosiota Kasautuminen (m/a) Kasautuminen poistaa myös kiintoaineeseen sitoutunutta fosforia (Västilä ym. 2016) Kasvillisuuden korkeus (m) Kasautumista voidaan mahdollisesti tehostaa osittaisella niitolla; kasvillisuuden ylläpito

16 Kiintoaineen ainetase Ritobäckenillä 190 m pitkällä uomajaksolla (Västilä & Järvelä 2017)

17 Kolmen vuoden maastotutkimuksen havaintoja Luonnonmukainen ratkaisu paransi peltojen kuivatustilaa ja uoman rakenteellista monimuotoisuutta sekä piti sedimenttiprosessit hallittuina Uomaeroosio tasanteelta vähäistä Uomakasvillisuuden aiheuttama virtausnopeuden lasku vähensi eroosiota ja aiheutti sedimentin kasautumista -> kasvillisuuden hoidon mahdollisuudet! Kasvillisuuden vaikutus vedenkorkeuksiin ja sedimenttiprosesseihin voidaan arvioida uoman suunnitteluvaiheessa

18 Aalto Environmental Hydraulics Flow Channel: uusi laboratoriovirtauskouru

19 Aineiden sekoittuminen ja pidättyminen kaksitasoumissa: kourukokeet - varioidaan virtausolosuhteita, kasvillisuuden ominaisuuksia (mm. tiheys, kesä- vs. talviolosuhteet, korkeus, peittävyys) - lisänä mallinnus eri skenaarioista

20 Västilä, K., Järvelä, J. & Rowiński, P.M Flume measurements on the lateral diffusion of suspended sediment between flexible vegetation and open water. Submitted to Hydraulic Measurements and Experimental Methods conference, 9-13 July 2017, Durham, NH.

21 Lähteitä 1/2 Jormola, J., Harjula, H. & Sarvilinna, A. (toim.) 2003 Luonnomukainen vesirakentaminen Uusia näkökulmia vesistösuunnitteluun. Suomen Ympäristö 631. Järvelä, J. & Västilä, K Luonnonmukaisen vesirakentaminen peruskuivatuksessa [Environmentally sound hydraulic engineering in land drainage]. In: Paasonen-Kivekäs, M. (ed) Sven Hallinin tutkimussäätiö 70 vuotta. Sven Hallinin tutkimussäätiö sr, Helsinki. p ISBN (in Finnish) Luhar, M., and Nepf, H. (2013). From the blade scale to the reach scale: A characterization of aquatic vegetative drag. Adv. Water Resour., 51, doi: /j.advwatres Näreaho, T., Jormola, J., Laitinen, L. & Sarvilinna, A Maatalousalueiden perattujen purojen luonnonmukainen kunnossapito. Suomen Ympäristö 52/2006. Pajula, H. & Järvenpää, L Maankuivatuksen ja kastelun suunnittelu - Työryhmän mietintö. Suomen ympäristökeskuksen raportteja 23/2007, 187 s., Suomen ympäristökeskus. Puustinen, M., Koskiaho, J., Jormola, J., Järvenpää, L., Karhunen, A., Mikkola-Roos, M., Pitkänen, J., Riihimäki, J., Svensberg, M. & Vikberg, P Maatalouden monivaikutteisten kosteikkojen suunnittelu ja mitoitus. Suomen ympäristö 21/2007. Sarvilinna, A., Hjerppe, T., Arola, M., Hämäläinen, L. & Jormola, J Kaupunkupuron kunnostaminen. Ympäristöopas Suomen ympäristökeskus. Siitonen, N., Västilä, K. & Järvelä J Hienojakoisen sedimentin kulkeutuminen ja kasautuminen maatalousuomissa. Vesitalous 54(6): Särkelä, A., Aulaskari, H. & Västilä, K. Luonnonmukaisen kuivatushankkeen vesistövaikutukset ja uomassa tapahtuvat muutokset. Loppuraportti. Västilä, K Flow plant sediment interactions: Vegetative resistance modeling and cohesive sediment processes. Doctoral thesis, Aalto University School of Engineering, Espoo, Finland

22 Lähteitä 2/2 Västilä, K., Jalonen, J. & Järvelä, J. 2011a Sedimenttiprosessien vaikutukset luonnonmukaisten uomien suunnitteluun. Vesitalous 2011(4): Västilä, K. & Järvelä, J. 2011b Cohesive sediment dynamics in a vegetated two-stage drainage channel: the first year after floodplain excavation. Proceedings of River, Coastal and Estuarine Morphodynamics 2011 conference, 6-9 Sep 2011,Beijing. Västilä, K. & Järvelä, J. 2011c Environmentally preferable two-stage drainage channels: considerations for cohesive sediments and conveyance. Intl. J. River Basin Management. DOI: / Västilä, K. & Järvelä, J Vesitalous 6(2015): Kaksitasouomien mahdollisuudet pyrittäessä ympäristöystävällisempään maankuivatukseen. [The possibilities of two-stage channels in aiming at environmentally friendly land drainage, in Finnish] Västilä, K. & Järvelä, J Characterizing natural riparian vegetation for modeling of flow and suspended sediment transport. Journal of Soils and Sediments, DOI: /s Västilä, K., Järvelä, J., and Koivusalo, H Flow Vegetation Sediment Interaction in a Cohesive Compound Channel. J. Hydraul. Eng., /(ASCE)HY , Västilä, K., Järvelä, J. & Rowiński, P.M Flume measurements on the lateral diffusion of suspended sediment between flexible vegetation and open water. Proc. Hydraulic Measurements and Experimental Methods Conference, 9-13 July 2017, Durham, NH, US. 6 pp.

23 Yhteistyötahot Ritobäckenillä: Uudenmaan ELY-keskus Vantaanjoen ja Helsingin seudun vesiensuojeluyhdistys maanomistajat Tutkimusta ovat tukeneet Suomen Akatemia, Maa- ja vesitekniikan tuki ry, Maa- ja metsätalousministeriö, Oskar Öflundin säätiö, Emil Aaltosen säätiö, VALUE tutkijakoulu, Tekniikan edistämissäätiö ja Sven Hallinin tutkimussäätiö sr.