IGS-FIN allasseminaari Hulevesialtainen hydrologinen mitoitus Heli Jaakola

Transkriptio

1 IGS-FIN allasseminaari Hulevesialtainen hydrologinen mitoitus Heli Jaakola 1

2 Hulevedet Hulevesi on rakennetulla alueella maan pinnalle, rakennuksen katolle tai muulle pinnalle kertyviä sade- tai sulamisvesiä Läpäisemättömän pinnan rakentaminen kasvattaa valunnan ja haihdunnan osuutta. 2

3 Yhdyskuntarakenne tiivistyy o Kaupunkien kasvu o Tiivistysrakentaminen o Läpäisemättömän pinnan määrä kasvaa o Kuivatuksen tehostaminen o Avouomien korvaus hulevesiviemäreillä tulva, eroosio, vesistökuormitus 3

4 Hulevesien hallinta Hulevesien hallinnalla tarkoitetaan hulevesien imeyttämiseen, viivyttämiseen, johtamiseen, viemäröintiin ja käsittelyyn liittyviä toimenpiteitä. Hallinta pyritään toteuttamaan lähellä muodostumisaluetta 4

5 Ohjeistus HULEVESIOPAS, 2012 TEIDEN JA RATOJEN KUIVATUKSEN SUUNNITTELU,

6 Hallinnan tarve HAVAITTU ONGELMA UUDEN ALUEEN SUUNNITTELU 6

7 Allasmaiset rakenteet Lampi, kosteikko ja rakennettu allas o keskitettyjä hallintarakenteita o hidastaa ja tasata virtaamaa o parantaa vedenlaatua 7

8 Mitoitus: viivytys 1,5 m 3 /s 1 h 1800 m 3 1 m 3 /s o Määritetään purkuvirtaama o Lasketaan muodostuva virtaama mitoitustilanteessa o Lasketaan purkuvirtaaman ylittävä osa virtaamasta 8

9 Mitoitusvirtaama = C = valumakerroin i = sateen keskimääräinen intensiteetti [l/s] hehtaarille A = valuma-alueen pinta-ala [ha] 9

10 Valumakerroin Valumakerroin kuvaa sadannan ja pintavalunnan välistä suhdetta. 10

11 Mitoitussade Sateen intensiteettiin vaikuttavat sateen kesto ja toistuvuus Ala (ha) < Kesto (min) 11

12 Ilmastonmuutos Ilmastonmuutos kasvattaa sademääriä noin 20 % Nykytilanne Kasvihuoneilmiö Toistuvuus 1h sade [l/s ha] Toistuvuus 1 h sade [l/s ha] 1/3a 47 1/2a 50 1/5a 53 1/3a 56,4 1/10a 64 1/5a 64 12

13 Uudempia tutkimustuloksia o Sillanpää (2013) tutki valunta-alueelta muodostuvaa välitöntä valuntaa. opienillä sademäärillä (< mm) hulevettä muodostui vain suoraan kuivatusjärjestelmään yhdistetyiltä pinnoilta o 80 % sadetapahtumista jäi havaitun kynnysarvon alapuolelle 13

14 Mallinnus o Ei ole virallista Suomalaista ohjeistusta o Malli on aina yksinkertaistus oikeasta järjestelmästä omallintamalla saadut tulokset ovat suuntaa-antavia, koska yleensä suunnittelualueesta ei ole saatavilla riittävän tarkkaa lähtötietoa okalibrointi edellyttää mitattua aineistoa sadannasta ja muodostuvista hulevesivirtaamista o Mallin rakentamisen jälkeen erilaisten tarkasteluiden tekeminen on nopeaa 14

15 Mallinnus o Useita kaupallisia sovelluksia ja laskentamenetelmiä o Malli koostuu kahdesta osiosta: o osavaluma-alueista o Verkosto-osuudesta 15

16 Valuntamenetelmät Modified Rational Method o tasainen sade o valumakerroin SWMM-menetelmä o huomioi sademäärän vaikutuksen o sade voi muuttua ajan suhteen o laskee valunta-ajan o monipuoliset lähtötiedot osavaluma-alueesta 16

17 Hydraulinen laskenta = Virtaus uomassa ja verkostossa o Dynaaminen aaltoyhtälö o Huomioi virtausajan, veden varastoitumisen verkostoon, veden paineistumisen o Kinemaattinen aaltoyhtälö o Virtaus ei voi muuttua paineelliseksi, alapuolista padotusta ja paikallishäviöitä ei voida määrittää 17

18 Käsinlaskenta mallinnus o Laskenta suoritettiin käsin ja 2 mallinnusohjelmalla o Ero hydraulisessa laskennassa o Viivytysrakenne toteutettiin malliin käsinlaskennan mukaisena. o Mallinnuksen vaikutus näkyy vedenpinnankorkeuserona (tilavuus). 18

19 Käsinlaskenta - mallinnus o Huippuvirtaamat olivat samaa suuruusluokkaa kuin laskettaessa käsin o Dynaamisella laskentanenetelmällä vesimäärä rakenteessa oli noin 30 % pienempi kuin käsin laskettu tilavuus 19

20 Karkeuskertoimen vaikutus Huippuvirtaama pieneni noin 10 % Vedenpinnankorkeus 1 10 cm Manningin kerroin on 0,07 (musta), 0,1 (vihreä) ja 0,15 (punainen) 20

21 Laskentamenetelmien vertailu Maaperän ominaisuudet (SWMM) Pintavalunnan määrä Sateet 21

22 Laskentamenetelmien vertailu o Huleveden muodostuminen o 15 min sateella (9 mm) SWMM < MRM (ero keskimäärin 0,5 mm) o 60 min sateella (19,2 mm) SWMM > MRM (ero keskimäärin 0,7 mm) o Erot suurimpia (6 mm) lounaisosan valuma-alueilla, joissa on paljon läpäisevää pintaa ja maaerä on savea otehokkaan sateen osuus koko valuma-alueesta (60 min) o MRM: 50 % o SWMM: 55 % 22

23 Laskentamenetelmien vertailu o Sateen toistuvuus vaikuttaa huomattavasti vesimäärään (40 %) o SWMM-menetelmällä saadaan 50 m 3 pienempi rakenne. 23

24 Yhteenveto o Mallinnusohjelman käyttö mahdollistaa monipuolisemman tarkastelun o Malli ei ole ikinä tarkka kuvaus alueesta. osallitun riskitason (sateen toistuvuuden) määritys on tärkeä o Vesimäärä rakenteessa huomattavasti pienempi tavanomaisilla sateilla. Toistuvuus 1/1a 1/5a vaikuttaa rakenteen vesimäärään 40 % 24

25 Kiitos!