KAUPUNKIALUEIDEN HYDROLOGIA - VALUNNAN JA AINEHUUHTOUMAN MUODOSTUMINEN RAKENNETUILLA ALUEILLA

Transkriptio

1 Teknillisen korkeakoulun vesitalouden ja vesirakennuksen julkaisuja Helsinki University of Technology Water Resources Publications Espoo 3 TKK-VTR- KAUPUNKIALUEIDEN HYDROLOGIA - VALUNNAN JA AINEHUUHTOUMAN MUODOSTUMINEN RAKENNETUILLA ALUEILLA osa : koealuetutkimus Jyrki Kotola Jyrki Nurminen

2 Teknillisen korkeakoulun vesitalouden ja vesirakennuksen julkaisuja Helsinki University of Technology Water Resources Publications Espoo 3 TKK-VTR- KAUPUNKIALUEIDEN HYDROLOGIA - VALUNNAN JA AINEHUUHTOUMAN MUODOSTUMINEN RAKENNETUILLA ALUEILLA osa : koealuetutkimus Jyrki Kotola Jyrki Nurminen Teknillinen korkeakoulu Rakennus- ja yhdyskuntatekniikan osasto Vesitalouden ja vesirakennuksen laboratorio

3 Teknillinen korkeakoulu Vesitalouden ja vesirakennuksen laboratorio PL TKK Puh. (9) Fax. (9) Sähköposti: Jyrki Kotola, Jyrki Nurminen, Teknillisen korkeakoulun vesitalouden ja vesirakennuksen laboratorio ISBN (nid.) ISBN (PDF) ISSN Otamedia Oy Espoo 3

4 Kotola, J. & Nurminen, J. 3. Kaupunkialueiden hydrologia - valunnan ja ainehuuhtouman muodostuminen rakennetuilla alueilla, osa : koealuetutkimus. Teknillisen korkeakoulun vesitalouden ja vesirakennuksen julkaisuja, 3 s. ISBN (nid.), ISBN (PDF), ISSSN Asiasanat: kaupunkihydrologia, sadanta, haihdunta, valunta, hulevesi, veden laatu, ainehuuhtouma, empiirinen tutkimus Kotisivu: TIIVISTELMÄ Tässä Kaupunkivedet ja niiden hallinta -projektiin (RYVE) kuuluvassa hankkeessa tutkittiin kahden rakennetun ja yhden rakentuvan alueen hydrologiaa. Espoossa sijaitsevat tutkimusalueet olivat Vallikallion,13 km kerrostaloalue ( 3 as km - ), Laaksolahden,3 km pientaloalue ( as km - ) ja Saunalahdenrannan noin,1 km kaupungistuva alue. Noin 5 % Vallikallion ja noin % Laaksolahden pinta-alasta on päällystetty. Vertailualueena toimi Rudbäckin,1 km metsäalue Siuntiossa. Tutkimusalueilla suoritettiin intensiivisiä säämuuttujien, valunnan määrän ja laadun mittauksia kesästä 1 syksyyn. Lisäksi tehtiin pohjavesi- ja lumimittauksia. Tutkimusjakso oli tavanomaista hieman vähäsateisempi. Vuositasolla alueiden kokonaisvaluntakertoimet (valunnan ja sadannan suhde) olivat,3,7. Suurimmat kokonaisvaluntakertoimet saatiin Saunalahdenrannassa ja Vallikalliossa sekä pienimmät Laaksolahdessa. Vallikallion Laaksolahtea ja Rudbäckiä korkeamman kokonaisvaluntakertoimen katsottiin johtuvan suuremmasta päällystettyjen pintojen määrästä. Sekä rakentamattomilla että rakennetuilla alueilla valunta oli keskimäärin voimakkai n- ta sulantakaudella, jolloin rakentamattomilla alueilla mitattiin myös suurimmat hetkelliset valunnat. Kaupunkirakentamisen valuntaa lisäävä vaikutus näkyi selvimmin kesällä ja sateettomien jaksojen jälkeen sattuneiden sateiden yhteydessä. Rakennetuilla alueilla suurimmat hetkelliset valunnat havaittiin rankkojen kesä- ja syyssateiden yhteydessä. Sadanta-valuntatapahtumien valuntakerroin vaihteli suuresti ollen keskimäärin Saunalahdenrannassa,1, Laaksolahdessa, ja Vallikalliossa,1. Valuntakerroin oli yleensä sitä suurempi, mitä suurempi oli tapahtuman sadanta. Samansuuruinen sadanta saattoi aikaansaada hyvin erilaisia valuntakertoimia. Vallikalliossa pieneenkin sateeseen saattoi liittyä suuri valuntakerroin ja Saunalahdenrannassa valuntakerroin saattoi suuresta sademäärästä huolimatta olla alhainen. Valumaveden ainepitoisuudet vaihtelivat tutkimusalueilla suuresti, eniten vaihtelua oli kiintoainepitoisuudessa ja vähiten kokonaistyppipitoisuudessa. Rakennetuilla tutkimusalueilla suurimmat pitoisuudet havaittiin sulan kauden sateiden yhteydessä. Saunalahdenrannassa vuonna suoritetut kunnallisteknilliset maanrakennustyöt nostivat etenkin kiintoaine- ja fosforipitoisuuksia. Kokonaistyppipitoisuutta, joka oli korkein Vallikalliossa, lukuun ottamatta valumaveden keskimääräiset pitoisuudet olivat Saunalahdenrannassa korkeampia kuin rakennetuilla alueilla. Ainepitoisuuksien tapaan valumaveden ainehuuhtoumat vaihtelivat voimakkaasti. Rakennetuilla tutkimusalueilla huuhtoumat olivat suuria sekä sulantakaudella että sulan kauden sateiden yhteydessä. Saunalahdenrannan maanrakennustöiden aikaiset ainehuuhtoumat olivat keskimäärin yli kolminkertaisia Laaksolahden ja Vallikallion huuhtoumiin nähden. Tämän ja aiemman laajan suomalaisen kokeellisen hulevesitutkimuksen (Melanen 19, tutkimusalueiden päällystetty pinta-ala 9 7 %) perusteella tehtiin seuraavia johtopäätöksiä päällystetyn pinta-alan hydrologisista vaikutuksista: Sadanta-valuntatapahtumien keskimääräisen valuntakertoimen havaittiin olevan rakennetulla alueella noin puolet alueen päällystettyjen pintojen osuudesta. Valumaveden ainepitoisuudet ovat yleensä sitä korkeampia, mitä suurempi osa alueen pinta-alasta on päällystetty. Eniten päällystetyn pinta-alan määrä vaikuttaa tutkituista aineista kiintoaine- ja kokonaisfosforipitoisuuksiin, ja vähiten kokonaistyppipitoisuuteen sekä kemialliseen hapenkulutukseen. Ravinnepitoisuudet ovat kaupunkialueiden valumavedessä keskimäärin korkeampia kuin Suomen jokivesissä, mutta monesti alhaisempia kuin peltoalueiden valumavesissä. Suurempi päällystetyn pinnan osuus merkitsee isompia ainehuuhtoumia. Kaupunkialueen valumaveden ravinnehuuhtoumat ovat tavallisesti pienempiä kuin peltojen valumavesissä. Ravinnekuorma asukasta kohden on puhdistetun jäteveden osalta tavallisesti selvästi korkeampi kuin valumaveden osalta. 3

5 Kotola, J. & Nurminen, J. 3. Urban hydrology - runoff and pollution load in urban areas, Part : experimental study. Helsinki University of Technology Water Resources Publications, 3 p. ISBN (printed), ISBN (PDF), ISSSN Keywords: urban hydrology, precipitation, evaporation, runoff, storm water, stormwater, water quality, pollution load empirical research Homepage: ABSTRACT This experimental study is a part of the "Urban Waters and Stormwater Management Practices in Finland (RYVE)" project. In this study three areas were monitored intensively for meteorological parameters, runoff volume, and runoff quality from summer 1 through fall. The areas, located in Southern Finland, were the high-rise residential area of Vallikallio (area.13 km, 5 % paved, 3 inhabitants per km ), the low-rise residential area of Laaksolahti (area.3 km, % paved, inhabitants per km ), and the forested area of Saunalahdenranta (area.1 km ) which is currently under development. Reference data were obtained from a.1 km forested catchment area. The yearly runoff coefficients in the study areas varied from.3 to.7. The highest values were discovered in Vallikallio and Saunalahdenranta, and the lowest in Laaksolahti. The higher runoff coefficient in Vallikallio was due to a larger proportion of paved surfaces. Snowmelt led to the largest seasonal runoff volumes in each area, and to the peak runoff in forested areas. In residential areas peak runoff occurred following heavy summer or autumn rainfalls. Within each study area the runoff coefficients determined for a single rainfall-runoff event varied widely. The average runoff coefficient was.1 in Saunalahdenranta,. in Laaksolahti and.1 in Vallikallio. In general, the runoff coefficient usually correlated with the rainfall. However, in Vallikallio even a small rainfall occasionally yielded a high runoff coefficient. While a large rainfall in Saunalahdenranta was sometimes associated with a low runoff coefficient. The quality of runoff waters varied extensively within study areas. The largest variation was found in the variable of suspended solids concentration and the smallest in total nitrogen concentration. In the urbanised areas (Laaksolahti and Vallikallio), the highest contaminant concentrations in runoff were observed during rainfalls. Street construction in Saunalahdenranta during deteriorated the quality of runoff water increasing notably the concentrations of suspended solids and total phosphorus. The average suspended solids and phosphorus concentrations, and chemical oxygen demand were higher in Saunalahdenranta than in Laaksolahti and Vallikallio. The highest average total nitrogen concentration was observed in Vallikallio. In the urbanised study areas the nutrient load, suspended solids load, and organic substance (COD) load were high both during the melting period and rainfalls. The loads in Saunalahdenranta during the street construction were on average over three times higher than in the urbanised areas. This project and the Finnish Urban Stormwater Project (Melanen 19) include urban study areas with the proportion of paved surfaces ranging from to 7 %. Conclusions on the effects of paved surfaces in Finnish urban areas on hydrology were drawn from the results of these two studies. It was concluded that: The average runoff coefficient of a rainfall-runoff event is about half of the proportion of paved surfaces. The contaminant concentration in runoff water is usually correlated with the proportion of paved area. The proportion of paved area has the greatest influence on suspended solids and total phosphorus concentration and least on chemical oxygen demand and total nitrogen concentration. On average, nutrient concentrations are higher in urban runoff waters than in Finnish rivers, however the nutrient concentrations are often lower in urban runoff than in agricultural runoff. A larger proportion of paved areas contributes to more discharges of nitrogen, phosphorus, suspended solids, and organic substance (COD). The discharges of nutrients in the urban runoff waters are usually lower than in runoff waters from agricultural areas. The nutrient load per capita caused by treated waste water is usually considerably higher than the load of the urban runoff waters.

6 SISÄLLYSLUETTELO TIIVISTELMÄ...3 ABSTRACT... SISÄLLYSLUETTELO...5 TAULUKKOLUETTELO...7 KUVALUETTELO... LIITELUETTELO... SYMBOLILUETTELO...13 ESIPUHE JOHDANTO...1. TUTKIMUSALUEET JA VERTAILUALUE Tutkimusalueiden valinta Saunalahdenranta, kaupungistuva alue Laaksolahti, pientaloalue.... Vallikallio, kerrostaloalue....5 Tutkimusalueiden yhteenveto.... Vertailualue MITTAUS- JA NÄYTTEENOTTOTOIMINTA Mittaus- ja näytteenottoasemat Virtaaman mittaus Sääasema Valumaveden lämpötila ja sähkönjohtavuus Valumavesinäytteiden otto Pohjavesimittaukset Lumimittaukset LABORATORIOANALYYSIT....1 Valumavesianalyysit.... Muut laboratorioanalyysit SADANTA JA VALUNTA Sadannan määrittäminen Vuorokausisadanta ja -valunta Kuukausi- ja vuosisadanta Kuukausivalunta ja kokonaisvaluntakerroin Vuoden kokonaisvaluntakerroin Valunnan vuodenaikaisvaihtelu Yksittäiset sadanta-valuntatapahtumat.... VALUMAVEDEN AINEPITOISUUDET Valumavesien kemiallinen hapenkulutus (COD Mn ), kokonaistyppi-, kokonaisfosfori- ja kiintoainepitoisuus Näytteenotosta ja sen virhelähteistä Pienimmät ja suurimmat mitatut pitoisuudet Saunalahdenrannan jätevesiviemärivuoto Pitoisuudet vuorokausitasolla Keskimääräiset pitoisuudet kuukausitasolla ja koko tarkastelujaksolla...9. Valumavesien fosfaattifosforipitoisuudet Valumavesien kemiallinen hapenkulutus dikromaattimenetelmällä (COD Cr ) Valumavesien kemiallisen hapenkulutuksen, kokonaistypen ja -fosforin sitoutuminen kiintoaineeseen Valumavesien bakteeripitoisuus VALUMAVEDEN AINEHUUHTOUMAT Ainehuuhtouman laskenta Ainehuuhtouman suuruus Laskeuman osuus huuhtoumasta VALUMAVEDEN SÄHKÖNJOHTAVUUS Valumaveden sähkönjohtavuus Valumaveteen liuenneiden aineiden pitoisuuksien ja huuhtoumien arviointi sähkönjohtavuuden avulla MUUT TULOKSET Lumen ainepitoisuudet, sähkönjohtavuus ja tiheys Ilman ja valumaveden lämpötila Vedenpinnan korkeus ja veden laatu pohjavesiputkissa VERTAILU MUIHIN TUTKIMUKSIIN

7 .1 Sadanta-valuntatapahtumat Valumaveden ainepitoisuudet Ainehuuhtoumat Valumaveden sähkönjohtavuus Lumen laatu ja tiheys YHTEENVETO JA JOHTOPÄÄTÖKSET Tutkimusalueet ja mittausjärjestelyt Sadanta ja valunta Valumaveden ainepitoisuudet Valumaveden ainehuuhtoumat Valumaveden sähkönjohtavuus Muut tulokset Johtopäätökset...17 LÄHDELUETTELO LIITTEET...17

8 TAULUKKOLUETTELO Taulukko 1 RYVE-tutkimuksen osahankkeet, osahankkeiden toteuttajat ja raportointi...15 Taulukko RYVE-tutkimuksen koealueet... Taulukko 3 Tutkimusalueiden sääasemien varustus...3 Taulukko Näytteenottimet ja imuletkut...35 Taulukko 5 Tutkimusalueiden näytteenottoasetukset Taulukko Pohjavesiputket...39 Taulukko 7 Valumavesianalyysien lukumäärät ja käytetyt analyysimenetelmät....1 Taulukko Talvikuukausien sadannan määrittäminen... Taulukko 9 Kuukausisadannat talvella Taulukko Kokonaisvaluntakertoimet ja Taulukko 11 Kokonaisvaluntakertoimet. 9..1, ja Taulukko Ilman lämpötilan vuorokausikeskiarvojen ja vuorokausivaluntojen keskiarvot ja Taulukko 13 Lumen syvyyksiä ja vesiarvoja alkutalvena....5 Taulukko 1 Lumen syvyyksiä ja vesiarvoja lopputalvena...5 Taulukko 15 Kokonaisvaluntakertoimet. 9..1, , ja Taulukko 1 Kokonaisvaluntakertoimet. 9..1, , , ja Taulukko 17 Keskimääräiset valunnat (mm h -1 ) vuodenajoittain (vuosi 1 suluissa)...79 Taulukko 1 Suurimmat valunnat vuodenajoittain... Taulukko 19 Pienimmät valunnat vuodenajoittain koko tutkimusjaksolla (vuoden 1 arvot suluissa)...1 Taulukko Sadanta-valuntatapahtumiin liittyvät parametrit.... Taulukko 1 Yhteenveto sadanta-valuntatapahtumien sadannasta ( P e ), välittömästä valunnasta ( R e ) ja valuntakertoimesta ( γ e ).... Taulukko Yhteenveto sadanta-valuntatapahtumien sateen intensiteetistä ( i max e sateen synnyttämästä hetkellisestä välittömästä valunnasta ( q, max e, mean mean i e, i P ) ja mean q e ).... Taulukko 3 Yhteenveto sadanta-valuntatapahtumien kestoista ( t P, t e ) sekä ajasta tapahtuman alusta sadanta- sekä valuntahuippuun ( t imax, t qmax ).... Taulukko Suurimmat ja pienimmät mitatut kemiallisen hapenkulutuksen (COD Mn ), kokonaistypen (tot-n), kokonaisfosforin (tot-p) ja kiintoaineen (SS) pitoisuudet...9 Taulukko 5 Saunalahdenrannan patoaltaan yläpuolelta manuaalisesti ja patoaltaasta automaattisesti (jv-saastunut) otettujen näytteiden ainepitoisuudet...93 Taulukko Valumaveden keskimääräinen kemiallinen hapenkulutus (COD Mn ), kokonaistyppi-, kokonaisfosfori- ja kiintoainepitoisuudet koko tarkastelujaksolla...11 Taulukko 7 Saunalahdenrannan valumaveden keskimääräinen kemiallinen hapenkulutus (COD Mn ), kokonaistyppi-, kokonaisfosfori- ja kiintoainepitoisuudet ennen rakentamista sekä maarakennustöiden aikana Taulukko Valumaveden keskimääräinen fosforipitoisuus sekä arvioitu keskimääräinen fosfaattifosforipitoisuus Taulukko 9 Yhteenveto valumavesien COD Cr / COD Mn -suhteesta Taulukko 3 Yhteenveto valumavesinäytteiden kiintoaineeseen sitoutuneiden ainepitoisuuksien osuudesta Taulukko 31 Valumaveden bakteerimäärät....1 Taulukko 3 Kemiallisen hapenkulutuksen (COD Mn ), kokonaistypen (tot-n), kokonaisfosforin (tot-p) ja kiintoaineen tuntihuuhtoumat (g km - h -1 )...3 Taulukko 33 Kemiallisen hapenkulutuksen (COD Mn ), kokonaistypen (tot-n), kokonaisfosforin (tot-p) ja kiintoaineen vuorokausihuuhtoumat (kg km - d -1 )... 7

9 Taulukko 3 Kemiallisen hapenkulutuksen, kokonaistypen, kokonaisfosforin ja kiintoaineen vuosihuuhtoumat (kg km - a -1 )...7 Taulukko 35 Vuoden mittaisten jaksojen (n = ) huuhtouman (kg km - a -1 ) ja sademäärän (mm a -1, korjattu) välinen yhteys Laaksolahdessa ja Vallikalliossa... Taulukko 3 Kokonaistypen ja -fosforin märkälaskeuma Espoossa ja Vihdissä vuonna 199 (perustuu Vuorenmaa ym. 1)...13 Taulukko 37 Pienin ja suurin mitattu sähkönjohtavuus (ms m C) sekä sähkönjohtavuuden aritmeettiset ja virtaamilla painotetut keskiarvot Taulukko 3 Sähkönjohtavuuden kuukausikeskiarvojen ja Mätäjoen tutkimuksessa (Ruth 199) purovedelle määritetyn kertoimen, avulla lasketut valumaveden liuenneiden aineiden keskimääräiset pitoisuudet (mg l -1 ) Taulukko 39 Mitatun (mittausväli s) sähkönjohtavuuden ja virtaaman sekä Mätäjoen tutkimuksessa (Ruth 199) määritetyn kertoimen, avulla lasketut valumaveden liuenneiden aineiden huuhtoumat (kg) Taulukko Vastasataneen lumen ainepitoisuudet Taulukko 1 Vanhan lumen tiheys, ainepitoisuudet ja sähkönjohtavuus Taulukko Kasoille auratun lumen tiheys, ainepitoisuudet ja sähkönjohtavuus...13 Taulukko 3 Lumen ja valumaveden keskimääräiset ainepitoisuudet ja sähkönjohtavuudet Taulukko Pohjavesiputkista otettujen vesinäytteiden ainepitoisuudet, sähkönjohtavuus ja ph...1 Taulukko 5 Sulantakauden ja sulan kauden hulevesien keskimääräisten pitoisuuksien suhde KUVALUETTELO Kuva 1 Kallioinen ja metsäinen Saunalahdenrannan tukimusalue....1 Kuva Vanha Saunalahdentie uusittiin kesällä Kuva 3 Saunalahdenrannan tukimusalueella hakattiin tammi- ja helmikuussa metsä uusien teiden kohdalta....1 Kuva Saunalahdenrannassa tietyöt alkoivat keväällä ja kesän aikana tiet saatiin asfalttipäällystettä lukuun ottamatta valmiiksi...19 Kuva 5 Rakentaminen Saunalahdenrannan tonteille alkoi suunnitellusta aikataulusta myöhässä joulukuussa...19 Kuva Saunalahdenrannan tutkimusalueen kartta... Kuva 7 Saunalahdenrannan asemakaavan mukainen tuleva maankäyttö...1 Kuva Näkymiä Laaksolahden tutkimusalueelta.... Kuva 9 Laaksolahden tutkimusalueen kartta...3 Kuva Näkymiä Vallikallion tutkimusalueelta.... Kuva 11 Vallikallion tutkimusalueen kartta...5 Kuva RYVE-tutkimuksen koealueiden sijainti....7 Kuva 13 Saunalahdenrannan mittaus- ja näytteenottoasema... Kuva 1 Kaaviokuva RYVE-tutkimuksen mittaus- ja näytteenottoasemasta....9 Kuva 15 Espoon kaupungin Viherpalveluyksikön miehet asentamassa paikoilleen verstaalla valmistamaansa Laaksolahden mittapadon runkoa...3 Kuva 1 Erikoislaboratoriomestari Antti Louhio kiinnittää mittapatoelementtiä Saunalahdenrannan patorunkoon....3 Kuva 17 Laaksolahden mittapadon alapuoli suojattiin eroosion ehkäisemiseksi betonilaatoilla...3 Kuva 1 Mittapadon pakkassuojauksen periaatekuva Kuva 19 Laaksolahden mittapato Kuva Vallikallion virtaamamittausjärjestelyt Kuva 1 Vallikallion virtaamamittauksen kalibrointi siivikko- ja astiamittauksilla...33 Kuva Laaksolahden (vas.) ja Vallikallion (oik.) sääasemat....3 Kuva 3 Laaksolahdessa käytetty näytteenotin ISCO Kuva Saunalahdenrannan vuotava jätevesiviemäri...3 Kuva 5 Saunalahdenrannan näytteenottimen imuletkun sijainti.1. alkaen....37

10 Kuva Vesitilavuuteen perustuva näytteenotto....3 Kuva 7 Vesitilavuuteen ja virtaaman kasvuun perustuva näytteenotto...3 Kuva Sadesumma ja tuntivalunta sekä Kuva 9 Vuorokausisadannat ja -valunnat kesäkuussa 1... Kuva 3 Vuorokausisadannat ja -valunnat heinäkuussa Kuva 31 Vuorokausisadannat ja -valunnat elokuussa 1... Kuva 3 Vuorokausisadannat ja -valunnat syyskuussa Kuva 33 Sadesumma ja tuntivalunta Kuva 3 Vuorokausisadannat ja -valunnat lokakuussa Kuva 35 Vuorokausisadannat ja -valunnat marraskuussa Kuva 3 Vuorokausisadannat ja -valunnat joulukuussa Kuva 37 Vuorokausisadannat ja -valunnat tammikuussa....5 Kuva 3 Sadesumma ja tuntivalunta Kuva 39 Vuorokausisadannat ja -valunnat helmikuussa.... Kuva Vuorokausisadannat ja -valunnat maaliskuussa...1 Kuva 1 Vuorokausisadannat ja -valunnat huhtikuussa... Kuva Vuorokausisadannat ja -valunnat toukokuussa....3 Kuva 3 Sadesumma ja tuntivalunta Kuva Sadesumma ja tuntivalunta 1.. ja Kuva 5 Kokonaisvaluntakertoimet. 9..1, , ,. 5.5., , 1.. ja Kuva Vuorokausisadannat ja -valunnat kesäkuussa...7 Kuva 7 Vuorokausisadannat ja -valunnat heinäkuussa.... Kuva Vuorokausisadannat ja -valunnat elokuussa...9 Kuva 9 Vuorokausisadannat ja -valunnat syyskuussa....7 Kuva 5 Kuukausisadannat Rudbäckin vertailualueella, RYVE-alueilla ja Ilmatieteen laitoksen Helsinki-Vantaan ja Helsinki-Kaisaniemen mittausasemilla...7 Kuva 51 Vuosisadannat Rudbäckin vertailualueella (RB), tutkimusalueilla (SR = Saunalahdenranta, LL = Laaksolahti, VK = Vallikallio) sekä Ilmatieteen laitoksen Helsinki-Vantaan (Hki-V) ja Helsinki-Kaisaniemen (Hki-K) mittausasemilla tutkimusjaksolla ja keskimäärin jaksolla (Hki-V 1-9 ja Hki-K 1-9)...73 Kuva 5 Kuukausisadannat ja -valunnat...75 Kuva 53 Kuukausivalunnan ja -sadannan suhde....7 Kuva 5 Kuukausivaluntojen ja -sadantojen suhde Kuva 55 Vuosisadanta Rudbäckin vertailualueella ja RYVE-alueilla neljänä vuoden mittaisena jaksona (Saunalahdenrannan osalta jakso elokuu 1 heinäkuu alkaa 1..1)....7 Kuva 5 Vuosivalunnan ja -sadannan suhteet Rudbäckin vertailualueella ja RYVE-alueilla (Saunalahdenrannan osalta jakso elokuu 1 heinäkuu alkaa 1..1)....7 Kuva 57 Sadanta-valuntatapahtuma ja siihen liittyvät parametrit....3 Kuva 5 Sadanta-valuntatapahtumien keskimääräisen valuntakertoimen ( γ e ) riippuvuus sadannasta ( P e )....5 Kuva 59 Sadanta-valuntatapahtumien valuntakertoimen ( γ e ) riippuvuus sadannasta...5 Kuva Sadanta-valuntatapahtumien sadanta ( P e ) ja valunta ( R e ) tutkimusalueilla... Kuva 1 Valumaveden kokonaistyppipitoisuuksien kuukausikeskiarvot ajalta elokuu 1 tammikuu...91 Kuva Valumaveden COD Mn - ja kokonaisfosforipitoisuuksien kuukausikeskiarvot ajalta elokuu 1 tammikuu....9 Kuva 3 Valumaveden kiintoainepitoisuuksien kuukausikeskiarvot ajalta elokuu 1 tammikuu...9 Kuva Saunalahdenrannan purkuputken suulta otettujen manuaalinäytteiden ainepitoisuudet jvsaastuneiden automaattinäytteiden suhteen. Täydet symbolit ovat manuaalinäytteiden ja avoimet vastaavien jv-saastuneiden ottoaikojen valuntoja...9 9

11 Kuva 5 Saunalahdenrannan valumaveden kemiallisen hapenkulutuksen (COD Mn ) keskimääräiset vuorokausiarvot (mg l -1 O )...97 Kuva Laaksolahden valumaveden kemiallisen hapenkulutuksen (COD Mn ) keskimääräiset vuorokausiarvot (mg l -1 )...9 Kuva 7 Vallikallion valumaveden kemiallisen hapenkulutuksen (COD Mn ) keskimääräiset vuorokausiarvot (mg l -1 )...99 Kuva Saunalahdenrannan valumaveden kokonaistyppipitoisuuden (tot-n) keskimääräiset vuorokausiarvot (mg l -1 )... Kuva 9 Laaksolahden valumaveden kokonaistyppipitoisuuden (tot-n) keskimääräiset vuorokausiarvot (mg l -1 )...1 Kuva 7 Vallikallion valumaveden kokonaistyppipitoisuuden (tot-n) keskimääräiset vuorokausiarvot (mg l -1 )... Kuva 71 Saunalahdenrannan valumaveden kokonaisfosforipitoisuuden (tot-p) keskimääräiset vuorokausiarvot (mg l -1 )...3 Kuva 7 Laaksolahden valumaveden kokonaisfosforipitoisuuden (tot-p) keskimääräiset vuorokausiarvot (mg l -1 )... Kuva 73 Vallikallion valumaveden kokonaisfosforipitoisuuden (tot-p) keskimääräiset vuorokausiarvot (mg l -1 )...5 Kuva 7 Saunalahdenrannan valumaveden kiintoainepitoisuuden (SS) keskimääräiset vuorokausiarvot (mg l -1 )... Kuva 75 Laaksolahden valumaveden kiintoainepitoisuuden (SS) keskimääräiset vuorokausiarvot (mg l -1 )....7 Kuva 7 Vallikallion valumaveden kiintoainepitoisuuden (SS) keskimääräiset vuorokausiarvot (mg l - 1 ).... Kuva 77 Valumaveden kemiallisen hapenkulutuksen (COD Mn ) keskimääräiset pitoisuudet (mg O l -1 ) kuukausittain...1 Kuva 7 Valumaveden kokonaistypen (tot-n) keskimääräiset pitoisuudet (mg l -1 ) kuukausittain...1 Kuva 79 Valumaveden kokonaisfosforin (tot-p) keskimääräiset pitoisuudet (mg l -1 ) kuukausittain. 113 Kuva Valumaveden kiintoaineen (SS) keskimääräiset pitoisuudet (mg l -1 ) kuukausittain Kuva 1 Valumaveden fosfaattifosforipitoisuuden (PO -P, mg l -1 P) ja kokonaisfosforipitoisuuden (tot-p, mg l -1 P) suhde...11 Kuva Valumaveden kemiallinen hapenkulutus kaliumpermanganaatti- (COD Mn, mg l -1 O ) ja dikromaattimenetelmillä (COD Cr, mg l -1 O ) Kuva 3 Suhteen COD Cr / COD Mn riippuvuus kaliumpermanganaattimenetelmällä määritetystä kemiallisesta hapenkulutuksesta COD Mn (mg l -1 O ) Kuva Suodatetuista ja suodattamattomista valumavesinäytteistä tehdyt COD Mn -, tot-n- ja tot-panalyysit Kuva 5 Suodatetusta ja suodattamattomasta valumavedestä analysoitujen pitoisuuksien suhde kiintoainepitoisuuden suhteen... Kuva Valumaveden kolimuotoisten bakteerien (Tot. Coli) määrä...1 Kuva 7 Ainehuuhtouman laskentaperiaate... Kuva Kemiallisen hapenkulutuksen kuukausihuuhtoumat (kg km - kk -1 ).... Kuva 9 Kokonaistypen kuukausihuuhtoumat (kg km - kk -1 )...5 Kuva 9 Kokonaisfosforin kuukausihuuhtoumat (kg km - kk -1 )...5 Kuva 91 Kiintoaineen kuukausihuuhtoumat (kg km - kk -1 )... Kuva 9 Ainekuormituksen ja valunnan jakautuminen vuosille 1 ja.... Kuva 93 Vuoden mittaisten jaksojen (n = ) huuhtouman (kg km - a -1 ) ja sademäärän (mm a -1, korjattu) välinen yhteys Laaksolahdessa ja Vallikalliossa...9 Kuva 9 Valumaveden sähkönjohtavuuden kuukausikeskiarvot; aritmeettiset keskiarvot ja virtaamilla painotetut keskiarvot...13 Kuva 95 Valumaveden sähkönjohtavuuden vuorokausikeskiarvot Kuva 9 Vanhan, lähes koskemattomana säilyneen lumen keskimääräiset pitoisuudet Kuva 97 Ilman lämpötilan vuorokausikeskiarvot...1 Kuva 9 Ilman lämpötilan kuukausikeskiarvot....1

12 Kuva 99 Valumaveden lämpötilan vuorokausikeskiarvot...11 Kuva Valumaveden lämpötilan kuukausikeskiarvot; aritmeettiset keskiarvot ja virtaamilla painotetut keskiarvot...11 Kuva 1 Vedenpinnan korkeus Saunalahdenrannan pohjavesiputkessa Kuva Vedenpinnan korkeus Laaksolahden pohjavesiputkissa Kuva 3 Vedenpinnan korkeus Vallikallion pohjavesiputkissa Kuva Kaupunkialueiden valuntakertoimien vaihteluvälit kirjallisuuden ja RYVE-tutkimuksen perusteella...15 Kuva 5 Suurimmat, keskimääräiset ja pienimmät valuntakertoimet RYVE-tutkimuksen Laaksolahdessa ja Vallikalliossa sekä vuosien valtakunnallisen hulevesitutkimuksen kaupunkialueilla (Melanen 19)...1 Kuva Keskimääräinen valuntakerroin Laaksolahdessa ja Vallikalliossa tapahtuman sadannan mukaan luokiteltuna sekä vuosien valtakunnallisen hulevesitutkimuksen kaupunkialueilla (Melanen 19)...1 Kuva 7 Sadanta-valuntatapahtuman välittömän valunnan maksimiarvot RYVE-tutkimuksen Laaksolahdessa ja Vallikalliossa sekä vuosien valtakunnallisessa hulevesitutkimuksessa (Melanen 19)...17 Kuva Valumaveden kemiallinen hapenkulutus RYVE-tutkimuksen (läpäisemätön ala ja 5 %) ja vuosien valtakunnallisen hulevesitutkimuksen (Melanen 19) kaupunkialueilla. Suurin pitoisuus = +, pienin pitoisuus = -, keskimääräinen pitoisuus sulan kauden aikana = ympyrä, keskimääräinen pitoisuus sulantakaudella = kolmio, keskimääräinen pitoisuus koko tarkastelujaksolla = neliö...19 Kuva 9 Valumaveden kiintoainepitoisuus RYVE-tutkimuksen (läpäisemätön ala ja 5 %) ja vuosien valtakunnallisen hulevesitutkimuksen (Melanen 19) kaupunkialueilla. Suurin pitoisuus = +, pienin pitoisuus = -, keskimääräinen pitoisuus sulan kauden aikana = ympyrä, keskimääräinen pitoisuus sulantakaudella = kolmio Kuva 1 Valumaveden kokonaistyppi-, kokonaisfosfori- ja fosfaattifosforipitoisuus RYVEtutkimuksen (läpäisemätön ala ja 5 %) ja vuosien valtakunnallisen hulevesitutkimuksen (Melanen 19) kaupunkialueilla. Suurin pitoisuus = +, pienin pitoisuus = -, keskimääräinen pitoisuus sulan kauden aikana = ympyrä, keskimääräinen pitoisuus sulantakaudella = kolmio, keskimääräinen pitoisuus koko tarkastelujaksolla = neliö...15 Kuva 111 Valumaveden keskimääräisen hapenkulutuksen (sula kausi= ympyrä, sulantakausi = kolmio, koko tarkastelujakso = neliö) ja alueen päällystettyjen pintojen määrän välinen yhteys RYVEtutkimuksen (läpäisemätön ala ja 5 %) ja vuosien valtakunnallisen hulevesitutkimuksen (Melanen 19) kaupunkialueilla Kuva 1 Valumaveden keskimääräisen kiintoainepitoisuuden (sula kausi= ympyrä, sulantakausi = kolmio) ja alueen päällystettyjen pintojen määrän välinen yhteys RYVE-tutkimuksen (läpäisemätön ala ja 5 %) ja vuosien valtakunnallisen hulevesitutkimuksen (Melanen 19) kaupunkialueilla Kuva 113 Valumaveden keskimääräisten ravinnepitoisuuksien hapenkulutuksen (sula kausi= ympyrä, sulantakausi = kolmio, koko tarkastelujakso = neliö) ja alueen päällystettyjen pintojen määrän välinen yhteys RYVE-tutkimuksen (läpäisemätön ala ja 5 %) ja vuosien valtakunnallisen hulevesitutkimuksen (Melanen 19) kaupunkialueilla...15 Kuva 11 Kemiallinen hapenkulutus ja kiintoainepitoisuus RYVE- tutkimuksessa ja eräissä muissa suomalaisissa hulevesiselvityksissä Kuva 115 Kemiallinen hapenkulutus ja kiintoainepitoisuus RYVE-tutkimuksen valumavesissä ja kahdessa kaupunkipurossa Kuva 11 Ravinnepitoisuudet RYVE-tutkimuksen valumavesissä ja kahdessa kaupunkipurossa Kuva 117 Ainepitoisuudet RYVE- tutkimuksen valumavesissä ja keskimääräiset pitoisuudet Suomen sekä Uudenmaan ympäristökeskuksen alueen joissa...15 Kuva 11 Kokonaisravinnepitoisuudet RYVE- tutkimuksen valumavesissä ja keskimääräiset pitoisuudet Suomen käsittelemättömissä ja käsitellyissä jätevesissä...15 Kuva 119 Peltoalueiden valumavesien ainepitoisuuksia

13 Kuva Happea kuluttavien aineiden huuhtouman (COD Cr ) ja alueen päällystettyjen pintojen määrän välinen yhteys RYVE-tutkimuksessa ja vuosien valtakunnallisessa hulevesitutkimuksessa (Melanen 19) Kuva 1 Ravinnehuuhtoumien ja alueen päällystettyjen pintojen määrän välinen yhteys RYVEtutkimuksessa ja vuosien valtakunnallisessa hulevesitutkimuksessa (Melanen 19) Kuva Kiintoainehuuhtouman ja alueen päällystettyjen pintojen määrän välinen yhteys RYVEtutkimuksessa ja vuosien valtakunnallisessa hulevesitutkimuksessa (Melanen 19) Kuva 3 Ravinnehuuhtoumat RYVE-tutkimuksessa ja peltoviljelystä peräisin oleva huuhtouma Hovin ja Savijoen pienillä maatalousvaltaisilla valuma-alueilla sekä eräillä maatalousvaltaisilla joilla jaksolla 199 (Silvo ym. ) Kuva Puhdistetun jäteveden (Lapinlampi & Raassina ) ja RYVE:n kaupunkialueiden valumaveden kokonaisravinnekuormitukset asukasta kohden vuodessa (kg as -1 a -1 ) Kuva 5 Keskimääräiset (virtaamilla painotettu) sähkönjohtavuudet vuosien valtakunnallisessa hulevesitutkimuksen (Melanen 19) ja RYVE-tutkimuksen valumavesissä....1 LIITELUETTELO Liite 1 Rudbäckin metsäalueen tuntivalunnat Liite Saunalahdenrannan kaupungistuvan metsäalueen tuntivalunnat Liite 3 Laaksolahden pientaloalueen tuntivalunnat...1 Liite Vallikallion kerrostaloalueen tuntivalunnat...11 Liite 5 Lumen syvyys ja vesiarvo Saunalahdenrannassa, Rastasmäessä ja Rudbäckissä... Liite Tuntivalunta ja kemiallinen hapenkulutus (COD Mn ) Saunalahdenrannassa Liite 7 Tuntivalunta ja kemiallinen hapenkulutus (COD Mn ) Laaksolahdessa...1 Liite Tuntivalunta ja kemiallinen hapenkulutus (COD Mn ) Vallikalliossa...15 Liite 9 Tuntivalunta ja kokonaistyppipitoisuus Saunalahdenrannassa...1 Liite Tuntivalunta ja kokonaistyppipitoisuus Laaksolahdessa Liite 11 Tuntivalunta ja kokonaistyppipitoisuus Vallikalliossa...1 Liite Tuntivalunta ja kokonaisfosforipitoisuus Saunalahdenrannassa Liite 13 Tuntivalunta ja kokonaisfosforipitoisuus Laaksolahdessa...19 Liite 1 Tuntivalunta ja kokonaisfosforipitoisuus Vallikalliossa Liite 15 Tuntivalunta ja kiintoainepitoisuus Saunalahdenrannassa Liite 1 Tuntivalunta ja kiintoainepitoisuus Laaksolahdessa Liite 17 Tuntivalunta ja kiintoainepitoisuus Vallikalliossa...19 Liite 1 Tuntivalunnat ja fosfaattifosforipitoisuudet RYVE-alueilla Liite 19 Tuntivalunnat ja sähkönjohtavuuden aritmeettiset tuntikeskiarvot Saunalahdenrannassa..19 Liite Tuntivalunnat ja sähkönjohtavuuden aritmeettiset tuntikeskiarvot Laaksolahdessa Liite 1 Tuntivalunnat ja sähkönjohtavuuden aritmeettiset tuntikeskiarvot Vallikalliossa...19 Liite Kemiallisen hapenkulutuksen (COD Mn ) vuorokausihuuhtoumat (kg km - d -1 O ) ja vuorokausivalunnat (mm d -1 ) Liite 3 Kokonaistypen vuorokausihuuhtoumat (kg km - d -1 ) ja vuorokausivalunnat (mm d -1 ).... Liite Kokonaisfosforin vuorokausihuuhtoumat (kg km - d -1 ) ja vuorokausivalunnat (mm d -1 )....1 Liite 5 Kiintoaineen vuorokausihuuhtoumat (kg km - d -1 ) ja vuorokausivalunnat (mm d -1 ).... Liite Yhteenveto vuosien valtakunnallisen hulevesitutkimuksen sadantavaluntatapahtumista (perustuu Melanen 19)...3

14 SYMBOLILUETTELO A p [m ] poikkipinta-ala EC [ms m -1 ] sähkönjohtavuus h [mm] vesisyvyys max i e mean i e mean i P [mm h -1 ] sadanta-valuntatapahtuman suurin sateen intensiteetti, laskettuna minuutin sadannasta [mm h -1 ] sadanta-valuntatapahtuman keskimääräinen sateen intensiteetti [mm h -1 ] sadantatapahtuman keskimääräinen sateen intensiteetti P e [mm] sadanta-valuntatapahtuman sadanta q e mean q e max q e [mm h -1 ] sadanta-valuntatapahtuman sateen synnyttämä valunta [mm h -1 ] sadanta-valuntatapahtuman keskimääräinen sateen synnyttämä valunta [mm h -1 ] sadanta-valuntatapahtuman sateen synnyttämän valunnan suurin hetkellinen arvo R e [mm] sadanta-valuntatapahtuman valunta t [s] aika t e [min] sadanta-valuntatapahtuman kesto t imax [min] aika sadanta-valuntatapahtuman alusta suurimpaan sateen intensiteettiin i max t P [min] sadantatapahtuman kesto t qmax [min] aika sadanta-valuntatapahtuman alusta suurimpaan valuntaan Q [l s -1 ] virtaama max q R [ ] selitysaste v [m s -1 ] virtausnopeus V [m 3 ] tilavuus γ e [] sadanta-valuntatapahtuman valuntakerroin λ e [] valuma-alueen päällystettyjen pintojen osuus 13

15 ESIPUHE Tämä raportti on osa Kaupunkivedet ja niiden hallinta -projektia (RYVE). RYVE on vuosina 1 3 toteutettu tutkimus- ja kehityshanke, jossa selvitettiin rakennetun ympäristön aiheuttamia hydrologisia muutoksia ja vesistökuormitusta sekä valuma-alueissa tapahtuneita muutoksia. Hankkeella lisätään myös kaupungistumisen hydrologisten vaikutusten vähentämiseen tähtäävää tietoutta. RYVE-hanke kuuluu Ympäristöministeriön rahoittamaan Ympäristöklusterin tutkimusohjelmaan Kestävän yhdyskunnan infrastruktuuri EKO-INFRA. Hankkeen vastuullisena johtajana toimi professori Pertti Vakkilainen Teknillisen korkeakoulun vesitalouden ja vesirakennuksen laboratoriosta. Suomen ympäristökeskuksen koordinoiman hankkeen toteutusta valvoi seurantaryhmä, johon kuuluivat yhdyskuntainsinööri Karl-Erik Blomgren (Kuntaliitto), yli-insinööri Jorma Kaloinen (Ympäristöministeriö), verkostoinsinööri Mika Rontu (Vesi- ja viemärilaitosyhdistys), kehitysinsinööri Erkki Santala (Suomen ympäristökeskus), toimitusjohtaja Pentti Sipi (Espoon Vesi) ja professori Pertti Vakkilainen (Teknillinen korkeakoulu). RYVE jakautuu neljään osahankkeeseen taulukon 1 mukaisesti. Taulukossa on esitetty osahankkeiden toteuttajat ja osahankkeiden raportointi, sillä tarkkuudella kuin tätä kirjoitettaessa oli tiedossa. Osahanke Kaupunkialueiden hydrologia valunnan ja ainekuormituksen muodostuminen rakennetuilla alueilla toteutettiin Teknillisen korkeakoulun vesitalouden ja vesirakennuksen laboratoriossa. Ympäristöministeriön ja Vesitalouden ja vesirakennuksen laboratorion lisäksi osahanketta rahoitti Maa- ja vesitekniikan tuki ry. Osahanke muodostuu kahdesta osasta: kirjallisuustutkimuksesta ja kokeellisesta tutkimuksesta. Tämä raportti sisältää kokeellisen tutkimuksen ja kirjallisuustutkimus on julkaistu teoksessa Teknillisen korkeakoulun vesitalouden ja vesirakennuksen julkaisuja 7. Kokeellinen tutkimus toteutettiin yhteistyössä Espoon kaupungin kanssa. Lisäksi, varsinkin kirjallisuustutkimuksen osalta, yhteistyötä tehtiin Suomen ympäristökeskuksen kanssa. Kattava valumavesien analysointiohjelma oli mahdollinen Vesitalouden ja vesirakennuksen laboratorion laboratoriomestari Erja Salermon suorittaessa vesinäytteiden analysoinnin. Laboratoriomestari Matti Keto vastasi mittausasemien ylläpidosta, maastomittausten suorittamisesta sekä vesinäytteiden kuljetuksesta. Mittapatoelementtien ja muiden mittalaitteiden rakentamisen ja asennuksen mahdollisti laboratoriomestari Antti Louhio. Laboratorioinsinööri Antti Hepojoki osallistui mittausasemien suunnitteluun, varsinkin virtaamamittauksen osalta. Rudbäckin vertailuaineiston käytössä avusti tutkija Harri Koivusalo ja professori Vakkilainen valvoi koko hankkeen toteuttamista. Tulosten analysoinnista ja tämän raportin kirjoittamisesta vastasivat Jyrki Kotola ja Jyrki Nurminen. Kirjoittajat kiittävät Outi Salmista englanninkielisen tiivistelmän laadinnasta. Osahankkeen kokeellisen osion toteuttamisen edellytyksenä oli menestyksekäs yhteistyö Espoon kaupungin ja muiden ulkopuolisten tahojen kanssa. Espoon alueella sijainneet tutkimusalueet valittiin yhteistyössä kaupungin yhteyshenkilönä toimineen suunnitteluinsinööri Kaarle Behmin kanssa. Espoon Viherpalveluyksikkö osallistui mittaus- ja näytteenottoasemien rakentamiseen sekä rahoittajana että toteuttajana. Asemien instrumentointi oli Pythagoras Oy:n vastuulla. Espoon Vesi, Suomen ympäristökeskus ja Uudenmaan ympäristökeskus antoivat RYVE-tutkimuksen käyttöön automaattiset näytteenottimet. Espoon Vesi rahoitti ja toteutti mittaus- ja näytteenottoasemien sähköistämisen. Espoon Geotekniikkayksikkö asensi pohjavesiputket ja suoritti pohjavesimittaukset omalla kustannuksellaan. Kaupunkihydrologian alaan kuuluva tutkimus on harvaan asutussa Suomessa ollut melko vähäistä; edellisestä laajasta alan tutkimuksesta (Melanen 19) on kulunut yli vuotta. Kaupunkihydrologia tulee seuraavien vuosien aikana olemaan eräs Teknillisen korkeakoulun vesitalouden ja vesirakennuksen laboratorion päätutkimuskohteista. Laboratorion osalta RYVE-hanketta voidaan pitää eräänlaisena kaupunkihydrologian tutkimuksen lähtölaukauksena. 1

16 Taulukko 1 RYVE-tutkimuksen osahankkeet, osahankkeiden toteuttajat ja raportointi. Osahanke Taajamien aiheuttaman hajakuormituksen arviointi Kaupunkirakentamisen aiheuttama valuma-alueiden ja vesistöjen muuttuminen sekä sen seuraukset Suomessa Kaupunkialueiden hydrologia - valunnan ja ainekuormituksen muodostuminen rakennetuilla alueilla Osahankkeen toteuttaja / osahankkeen raportointi Suomen ympäristökeskus Peltola, Johanna. 3 Helsingin yliopiston luonnonmaantieteen laboratorio Kuusisto, Paula.. Kaupunkirakentamisen vaikutus pieniin valuma-alueisiin ja vesistöihin Suomessa. Helsingin yliopiston maantieteen laitoksen julkaisuja B. 9 sivua. ISBN ISSN Teknillinen korkeakoulu, vesitalouden ja vesirakennuksen laboratorio Kotola, Jyrki & Nurminen, Jyrki. 3. Kaupunkialueiden hydrologia - valunnan ja ainehuuhtouman muodostuminen rakennetuilla alueilla, osa 1: kirjallisuustutkimus. Teknillisen korkeakoulun vesitalouden ja vesirakennuksen julkaisuja 7 (TKK-VTR-7), 9 s. ISBN (nid.), ISBN X (PDF), ISSN Kotola, Jyrki & Nurminen, Jyrki. 3. Kaupunkialueiden hydrologia - valunnan ja ainehuuhtouman muodostuminen rakennetuilla alueilla, osa : koealuetutkimus. Teknillisen korkeakoulun vesitalouden ja vesirakennuksen julkaisuja (TKK-VTR-), 3 s. ISBN (nid.), ISBN (PDF), ISSN Tiedotuskampanja helsinkiläisille omakotitaloasujille, kiinteistöhuoltoyrityksille ja kiinteistönomistajille vesistöystävällisestä maankuivatuksesta ja rakentamisesta sekä hulevesien hallintamenetelmistä Helsingin luonnonsuojeluyhdistys ry. Luukkonen Katri & Peltola Johanna.. Huolehdi hulevesistä - edistä vesistöjen ja lähiympäristösi hyvinvointia. Esite. Helsingin luonnonsuojeluyhdistys ry. Raporttien sähköiset versiot ovat saatavilla TKK:n vesitalouden ja vesirakennuksen laboratorion internet-sivuilla osoitteessa 15

17 1. JOHDANTO Maapallon väkiluku kasvaa ja seitsemän miljardin asukkaan rajan on arveltu ylittyvän vuonna ja kahdeksan miljardin vuoden tietämissä (Neilson 1997). Tulevaisuudessa yhä suurempi osa väestöstä asuu kaupungeissa. Kaupunkiväestön määrän on arveltu kasvavan kehittyneissä maissa noin 15 miljoonalla ja kehitysmaissa noin miljardilla vuosien 5 aikana (UNCHS 199 ref. Neilson 1997). Myös Suomen väestö keskittyy kaupunkeihin (Suomen ympäristökeskus b). Nykyisin yli % suomalaisista asuu taaja-asutusalueilla, kun vuonna 19 osuus oli 7 %. Vuosina taajaasutusalueiden väestö kasvoi Suomessa 19 % ja taajamien pinta-ala yli %. Viidessätoista vuodessa Suomen taaja-asutusalueiden pinta-ala kasvoi lähes 1 km. Kaupunkihydrologia on hydrologian osa-alue, joka tutkii hydrologisia prosesseja ihmisen rakentamassa ympäristössä, taajamissa ja kaupungeissa. Kaupunkirakentaminen muuttaa veden kiertokulkua, yleensä valunta lisääntyy ja haihdunta vähenee. Selvimmin kaupungistuminen näkyy tavallisesti pintavalunnan eli huleveden määrässä, joka kaupunkirakentamisen seurauksena lisääntyy voimakkaasti. Sen sijaan pintakerros- ja pohjavesivalunta yleensä vähenee. Suuri osa kaupunkialueelle satavasta vedestä muodostaa läpäisemättömillä pinnoilla (kadut, katot, pysäköintialueet jne.) nopeasti hulevettä. Lisääntynyt ja nopeasti muodostuva hulevesi aikaansaa vastaanottavassa vesistössä maksimivirtaaman kasvua ja suuria virtaamavaihteluja lisäten muun muassa tulvariskiä ja eroosiota. Paitsi huleveden määrään, kaupungistuminen vaikuttaa myös huleveden laatuun. Yleensä kaupungistuminen heikentää pintavaluntavesien kemiallista laatua. Erilaisten ja eri olosuhteissa sijaitsevien kaupunkialueiden hulevesien laadussa on suuria eroja. Kaupunkialueilla hulevesien mukana huuhtoutuvat lika- ja haitta-aineet ovat peräisin monenlaisista lähteistä kuten laskeumasta, liikenteestä, rakennustyömailta ja rakennusmateriaalien korroosiosta, teollisuusalueilta, jätteen käsittelystä, kemikaalien käytöstä ja eläinten jätöksistä. Hulevesien aiheuttamat ainehuuhtoumat vaihtelevat erilaisten kaupunkialueiden välillä huomattavasti ja huuhtouma voi joissakin tapauksissa olla merkittävä hulevettä vastaanottavan vesiympäristön kuormittaja. Yleistäen voidaan sanoa, että mitä kaupungistuneempi valuma-alue on sitä huonokuntoisempi on purkuvesistö. Kaupunkihydrologian alaan kuuluva tutkimus on harvaan asutussa Suomessa ollut melko vähäistä; edellisestä laajasta alan tutkimuksesta (Melanen 19) on kulunut yli vuotta. Vuosille 1 3 ajoittuva Kaupunkivedet ja niiden hallinta -projekti tutkii rakennetun ympäristön aiheuttamia hydrologisia muutoksia ja vesistökuormitusta sekä valuma-alueissa tapahtuneita muutoksia. RYVE-tutkimuksen osahanke Kaupunkialueiden hydrologia valunnan ja ainekuormituksen muodostuminen rakennetuilla alueilla selvittää kaupunkirakentamisen hydrologisia vaikutuksia sekä kirjallisuusselvityksen että kokeellisen tutkimuksen keinoin. Osahankkeen kokeellinen osuus toteutettiin suorittamalla hydrometeorologisia ja veden laadullisia mittauksia Espoossa sijaitsevilla alueilla. Kokeellinen osuus tuottaa mitattua tietoa suomalaisten kaupunkialueiden ja rakentamistoimien hydrologisista vaikutuksista sekä veden määrän että laadun osalta. Saavutettu tietämys on tarpeen arvioitaessa kaupunkirakentamisen merkitystä Suomessa ja kehitettäessä menetelmiä ja toimintamalleja, joilla rakentamisen hydrologisia vaikutuksia voidaan hallita ja vähentää. 1

18 . TUTKIMUSALUEET JA VERTAILUALUE.1 Tutkimusalueiden valinta RYVE-tutkimuksen osahankkeen Kaupunkialueiden hydrologia valunnan ja ainekuormituksen muodostuminen rakennetuilla alueilla tutkimusalueet valittiin yhteistyössä Espoon kaupungin kanssa Espoon alueelta. Tutkimusalueiksi pyrittiin valitsemaan pinta-alaltaan mahdollisimman suuria ja maankäytöltään homogeenisia alueita. Ensisijaisesti pyrittiin löytämään kaksi asuntoaluetta: kerrostalo- ja pientaloalue. Kolmanneksi etsittiin aluetta, jota rakennetaan tutkimuksen aikana. Neljänneksi alueeksi etsittiin liikenne-, teollisuus-, ostoskeskusaluetta tai muuta asuntoalueesta poikkeavaa aluetta. Tutkimusalueille asetettiin seuraavia vaatimuksia: 1) Alue on selvästi rajattavissa. ) Hulevedet purkautuvat alueelta yhdestä paikasta. 3) Valunnan mittaaminen on teknisesti mahdollista. ) Alueella on sopiva paikka mittaus- ja näytteenottoasemalle. 5) Alue on mahdollisimman uusi. Alueiden kartoitus tehtiin siten, että Espoon kaupungin edustajat esivalitsivat alueita edellä mainittujen ehtojen perusteella. Esivalittuihin alueisiin tutustuttiin karttojen ja maastokäyntien avulla. Moni ehdolla olleista alueista jouduttiin hylkäämään sopivan virtaamamittauspaikan puutteen takia. Virtaamamittaukseen ajatellut avo-ojat olivat mittapadolle soveltumattomia liian vähäisen kaltevuuden vuoksi. Sadevesiviemäriputkistoista oli puolestaan vaikea löytää sopivaa paikkaa putkiventurille. Yleensä viemärikaivot olivat putkiston risteyskohdissa, kun venturin toiminnan kannalta putkiosuuden tulee olla suora. Lisäksi useimmat kaivot olivat kadulla, jolloin laitteiden, esimerkiksi näytteenottimen, sijoittaminen ja ylläpito on hyvin hankalaa, jollei mahdotonta. Muutaman esivalitun alueen sijainti lähellä merenpintaa esti virtaamamittarin asentamisen. Sopivan mittaus- ja näytteenottoaseman paikan puuttumisen johdosta alkuperäisistä valintakriteereistä jouduttiin tinkimään ja ehdolle asetettiin myös seka-alueita, joiden sisällä oli useita maankäyttömuotoja. Valituksi tulivat seuraavat alueet: pientaloalue Laaksolahdessa, kerrostaloalue Vallikalliossa ja rakennettava alue Saunalahdenrannassa. Alueiden sijainti on esitetty kartassa (kuva ).. Saunalahdenranta, kaupungistuva alue Saunalahdenrannan alue (kuva ) sijaitsee lounaisessa Espoossa Saunalahden kaupunginosassa, Espoonlahden välittömässä läheisyydessä. Maanpinnan korkeus tutkimusalueella, jonka pinta-ala on noin,1 km, vaihtelee välillä 5 5 m. Asumaton ja kallioinen metsäalue on kaupungistumassa. Alue on kaavoitettu pääasiassa asuinkerrostaloalueeksi (kuva 7). Tutkimusalue sijaitsee Vanhan Saunalahdentien, jonka liikennemäärä torstaina 3.5. välillä Kurttilantie Heimolantie oli ajoneuvoa vuorokaudessa (Sinkkonen ), itäpuolella. Kesällä 1 Vanhan Saunalahdentien eteläosa kunnallisteknisine rakenteineen rakennettiin uudelleen ja tie asfaltoitiin (kuva ). Sadevesiviemäreitä asennettiin Vanhalle Saunalahdentielle noin 3 m. Työ valmistui elokuussa 1, jonka jälkeen RYVE-tutkimuksen mittausasema rakennettiin sadevesiviemäreiden purkuputken (Ø mm) alapuoliseen avo-ojaan. Valuma-alueen ala oli tällöin,5 km. Vuoden tammi-helmikuun vaihteessa metsä hakattiin uusien katujen kohdalta (kuva 3) ja katujen sekä kunnallistekniikan rakentaminen pääsi käyntiin. Uudet kadut Kummelivuoren maastoon valmistuivat ja Vanha Saunalahdentie sai pohjoisosaltaan uuden linjauksen kesällä (kuva ). Uusille kaduille asennettiin sadevesiviemäriputkitus, mutta katuja ei asfaltoitu. Uusien katujen sadevesiviemärit yhdistettiin edellisenä kesänä rakennettuun viemäriverkkoon, jolloin valuma-alueen ala kasvoi,115 km suuruiseksi. Sadevesiviemäreitä asennettiin noin m ja sadevesiputkiviemärilinjaston kokonaispituus alueella on noin 15 m. 17

19 Kuva 1 Kallioinen ja metsäinen Saunalahdenrannan tukimusalue. Kuva Vanha Saunalahdentie uusittiin kesällä 1. Kuva 3 Saunalahdenrannan tukimusalueella hakattiin tammi- ja helmikuussa metsä uusien teiden kohdalta. 1

20 Kuva Saunalahdenrannassa tietyöt alkoivat keväällä ja kesän aikana tiet saatiin asfalttipäällystettä lukuun ottamatta valmiiksi. Kuva 5 Rakentaminen Saunalahdenrannan tonteille alkoi suunnitellusta aikataulusta myöhässä joulukuussa. 19

21 Kuva Saunalahdenrannan tutkimusalueen kartta.

22 Kuva 7 Saunalahdenrannan asemakaavan mukainen tuleva maankäyttö. 1

23 .3 Laaksolahti, pientaloalue Laaksolahden tutkimusalue on noin,31 km laajuinen pientaloalue Pitkäjärven valumaalueella, itäisessä Espoossa. Alue on laaksomainen ja korkein kohta on tasolla m ja matalin 3 m. Laakson pohjalla kulkee alueen vilkkaimmin liikennöity väylä Laaksolahdentie, josta alkavat luoteeseen suuntautuvat viisi Huvilatietä: Neljäs Huvilatie Kahdeksas Huvilatie. Laaksolahdentien liikennemäärä välillä Ensimmäinen Huvilatie Toinen Huvilatie oli keskiviikkona 3.. suoritetun laskennan mukaan 1 ajoneuvoa vuorokaudessa (Sinkkonen ). Laaksolahdentien varressa olevien tonttien takana on metsäkaistale ja jyrkkä rinne ennen Harjutietä. Harjutie, Huvilatiet, alueen pohjoisrajalla sijaitseva Huvilarinne sekä Ylänkötie ovat hiekkateitä, muuten tiet on asfaltoitu. Alueen pintaalasta noin % on päällystetty vettä läpäisemättömillä pinnoilla. Alue on suurimmaksi osaksi vanhahkoa omakotitaloasutusta, mutta alueen itäosassa on uudempaa rivitalorakentamista. Asukastiheys alueella on as km -. Asuintalojen lisäksi alueella sijaitsee muun muassa seurakuntatalo, jonka laajennustyöt käynnistyivät kesällä ; neuvola sekä Laaksolahdentien ja Veininkadun kulmauksessa muutama kauppaliike. Alueen valumavedet kerääntyvät Laaksolahdentien vierellä virtaavaan ojaan, joka laskee vetensä Kuttulampeen. Kuttulammesta vedet virtaavat Lippajärven kautta Pitkäjärveen. Laaksolahdentien varressa sijaitseva oja on osittain putkitettu. Lisäksi sadevesiputkiviemäreitä on Laaksonpohjantiellä, Veininkadulla, Ylänkötiellä ja Vahverotiellä. Huvilateillä ei ole sadevesiviemäriputkitusta. Kuva Näkymiä Laaksolahden tutkimusalueelta.

24 Kuva 9 Laaksolahden tutkimusalueen kartta 3

25 . Vallikallio, kerrostaloalue Vallikallion tutkimusalue on noin,13 km suuruinen kerrostaloalue Monikonpuron valuma-alueella, Leppävaaran kaupunginosassa, itäisessä Espoossa. Alue on rakennettu usean vuosikymmenen aikana, vanhimmat kerrostalot valmistuivat 197-luvulla. Kyyhkysmäen rakennukset edustavat puolestaan 199-luvun rakentamista. Alueen asukastiheys on 3 as km -. Asuintalojen lisäksi alueella sijaitsee muun muassa päiväkoti sekä Lintuvaarantien ja Vallikadun kulmauksessa muutama kauppaliike sekä ravintola. Alueen halki kulkee vilkkaasti liikennöity Lintuvaarantie, jonka liikennemäärä lokakuussa välillä Ajurinkatu Vallikatu oli ajoneuvoa vuorokaudessa (Sinkkonen ). Maanpinnan korkeus alueella vaihtelee välillä 9 5 m. Korkeimmat kohdat ovat Kyyhkysmäen loppupäässä ja alueen eteläkulman kalliolla. Koko alueen pinta-alasta noin 5 % on vettä läpäisemätöntä pintaa ja alueella on tehokas sadevesiviemäriputkitus, joka johtaa sadevedet Ajurinkadun ja Lintuvaarantien kautta Monikonpuroon laskevaan avoojaan. Sadevesiviemäreitä alueella on noin 15 m ja suurin putken halkaisija on 5 mm. Vanhimmat sadevesiputket on asennettu vuonna 1973 ja uusimmat vuonna Kuva Näkymiä Vallikallion tutkimusalueelta.