Hulevesien hallintaratkaisut tänään mitoitus ja menetelmät

Transkriptio

1 Hulevesien hallintaratkaisut tänään mitoitus ja menetelmät SEMINAARI HULEVESIEN HALLINNASTA VANTAANJOEN VALUMA ALUEELLA Perttu Hyöty, Sito Oy Ympäristösi parhaat tekijät

2 Sadannasta valunnaksi Interseptio = pidättyminen kasvillisuuteen haihtuu Evaporaatio = haihdunta (maa ja vesi) Transpiraatio = kasvien hyötykäyttämä vesi haihtuu Evapotranspiraatio = evaporaatio + transpiraatio = kokonaishaihdunta Valunta: se osa sadannasta, joka virtaa vesistöä kohti maan pinnalla, maaperässä tai kallioperässä. Hulevesillä tarkoitetaan rakennetuilla alueilla muodostuvaa, sade- tai sulamisvesien aiheuttamaa pintavaluntaa Page 2 Kuva perustuen: Overton & Meadows 1976

3 Hulevesien hallintamenetelmät Vaihtoehtoiset menetelmät Luonnonmukaiset menetelmät BMPs Best Management Practices Sustainable Management Practices jne Termillä ei ole väliä kunhan: Periaatteena on säilyttää rakennettujen alueiden vesitase ja valunnan laatu mahdollisimman lähellä rakentamista edeltänyttä tasoa sekä pyrkiä ratkaisemaan ongelmat niiden syntysijoilla

4 Hulevesien hallintamenetelmistä Menetelmät voidaan jakaa toimintaperiaatteen mukaan hulevesien vähentämiseen, johtamiseen ja viivyttämiseen. Menetelmät voidaan jakaa myös alueellisiin ja paikallisiin menetelmiin. Toteuttavat yleensä useampaa periaatetta yhtä aikaa Samoja menetelmiä voidaan myös käyttää eri mittakaavoissa Jyrkkää jakoa ei kannata tehdä Erilaisia menetelmiä yhdistämällä päästään parhaaseen lopputulokseen.

5 Hulevesien vähentäminen Ensisijainen tavoite, tosin haastava sellainen Päällystettyjen pintojen määrän pienentäminen, muodostuneiden hulevesien imeyttäminen (haihduttaminen) Keinoja: kattokasvillisuus, läpäisevät päällysteet, imeytysratkaisut Läpäisevien päällysteiden käytössä haasteita etenkin pohjoisen oloissa Päällystettyjen alueiden tarpeellisuuden arviointi

6 Hulevesien vähentäminen / kattokasvillisuus Suomessa ensimmäiset nykyaikaiset viherkatot rakennettu viime vuosina Kasvava trendi etenkin liike- yms. rakennusten katoilla Espoo, Solvallan urheiluopisto Tampere, Vuores Laaja kotimainen viherkattotutkimus käynnissä: Viides ulottuvuus Ouluun valmistui Suomen suurin viherkatto (siis vuonna 2012, 3600 m2) Suomen suurin viherkatto valmistuu Dixin katolle lokakuussa (2014) Lisätietoa ja esimerkkejä maailmalta: Page 6

7 Hulevesien vähentäminen / biosuodatus Yhdistää imeytyksen, viivytyksen ja suodatuksen Bioaktiivisen pintakerroksen ja kasvillisuuden hyödyntäminen Sovellettavissa myös vettä heikosti läpäisevässä maaperässä Kelpaa kaduille, pysäköintialueille, puistoihin ja pihoihin Page 7

8 Hulevesien johtaminen Pois johtaminenkin tulisi tehdä hulevettä viivyttäen ja vähentäen Hulevesien hallinnan kannalta avoin kuivatusjärjestelmä on paras (tulvavarmuus, käsittelymahdollisuudet) Rakenteiden kuivatus on kuitenkin varmistettava, joten putkijärjestelmiä tullaan käyttämään jatkossakin Korkeuserot ja pinnanmuodot antavat mahdollisuuksia ja luovat haasteita Page 8 City of Portland

9 Hulevesien viivyttäminen Keskitetyt ratkaisut suurten virtaamien tasaamiseen, tavoitteena estää tulviminen Laadullinen hallinta ei ensisijainen tavoite, mutta voidaan ottaa huomioon rakenteessa Altaat, lammikot, kosteikot; eroja löytyy, mutta tilavuus on yhdistävä tekijä Page 9

10 Hulevesien puhdistaminen Kaikilla hulevesien hallintamenetelmillä yleensä jonkinlainen laatua parantava (puhdistava) vaikutus Luonnonmukaisista järjestelmistä biosuodatuksella parhaat tulokset Myös putkiviemärijärjestelmään voidaan kytkeä erottimia tai suodattimia Page 10

11 11 Hallintaratkaisujen mitoitus

12 Yleistä mitoituksesta Page 12 Taajama-alueilla järjestelmät mitoitetaan rankkasateelle Virtaama: Q = Cmax * i * A (Cmax=(huippu)valumakerroin, i=sateen intensiteetti, A=pinta-ala) Vesimäärä: V = Cvol *P * A (Cvol=koko tapahtuman valumakerroin, P=sademäärä, A=pinta-ala) Cmax ja Cvol eivät ole sama asia Mitoitussateella neljä määräävää ominaisuutta; kesto, intensiteetti, sademäärä ja toistuvuus Mitoituksessa tarvittavat tiedot ovat mitoitettavan järjestelmän yläpuolisen valuma-alueen sekä mitoitussateen perusominaisuudet Todellisuudessa määritykset eivät ole näin yksinkertaisia, koska suureet voivat muuttua mitoitustapahtuman aikana

13 Valumakertoimesta Cvol tarkoittaa valunnan kokonaismäärää (mm) jonka tietty sadetapahtuma aiheuttaa Cvol korreloi läpäisemättömän pinnan kokonaismäärän (TIA) ja tehoisan läpäisemättömän pinnan (EIA) kanssa. TIA, total impervious area, on valuma-alueen kaikki läpäisemättömät pinnat (katot, tiet, parkkipaikat etc) EIA on se osuus läpäisemättömistä pinnoista, joka on suoraan yhteydessä kuivatusjärjestelmään EIA:n osuus TIA:sta on 50-80% asuinalueilla ja 80-90% vahvasti läpäisemättömillä alueillakuten keskustoissa tai teollisuusalueilla 13 Lähde: Sillanpää, N Effects of suburban development on runoff generation and water qualitys

14 Cmax vs Cvol Page 14 Sadetapahtuman aikana esiintyvän huippuvirtaaman valumakerroin Cmax on suurempi kuin Cvol Cvol on lähellä EIA:n arvoa Cmax huomattavasti suurempi, pienehköillä sadetapahtumilla voi olla kaksinkertainen Mitoitus virtaamalle (putket tms) ja vesimäärälle (viivytys, puhdistus) laskettava eri kertoimilla (tai menetelmällä joka huomioi tämän eron muuten = mallinnus) Lähde: Sillanpää, N Effects of suburban development on runoff generation and water qualitys

15 Lähde: Sillanpää, N Esitys Siton hulevesiseminaarissa Page 15

16 Lähde: Sillanpää, N Esitys Siton hulevesiseminaarissa

17 Mitoitus mallintamalla Page 17 Monimutkaisen järjestelmän mallintaminen on järkevää toteuttaa mallintamalla eli toteuttamalla simulaatio suunnitellusta kokonaisuudesta Hulevesimalli koostuu hydrologisesta valuma-aluemallista ja hydraulisesta verkostomallista. Valuma-alueiden parametreillä niiden toiminta saadaan vastaamaan todellisuutta, esimerkiksi purkautuvan valunnan määrä (valumakerroin) muuttuu sateen aikana ja sadetapahtumasta toiseen Verkostomalli simuloi todellisuudessakin esiintyviä kapasiteettikapeikkoja, padotusta ja tulvimista

18 Hulevesijärjestelmien mitoitus Page 18 Perinteisten kuivatukseen ja hulevesien johtamiseen käytettävien järjestelmien mitoitus järjestelmän haltijan ohjeiden ja vaatimusten mukaan Vaihtoehtoiset hulevesijärjestelmät mitoitetaan toimintaperiaatteensa ja tavoitteensa mukaiselle sadetapahtumalle Perinteisen ja vaihtoehtoisen järjestelmän yhdistelmä tarkasteltava kokonaisuutena, joka täyttää kummankin mitoitusvaatimukset Ilmastonmuutoksen johdosta rankkeneviin sateisiin syytä varautua tarkastelemalla toimivuutta myös pykälää suuremmilla sateilla (1/2a 1/3a, 1/5a 1/10a jne.)

19 Esitys vaihtoehtoisien järjestelmien mitoitusperusteeksi Page 19 Laadulliseen hallintaan ja imeytykseen käytettävät menetelmät mitoitetaan yleisesti toistuville sateille, esimerkiksi 80 % vuosittaisista sadetapahtumista Hajautetut määrälliseen hallintaan käytettävät menetelmät mitoitetaan lyhyehkölle rankkasateelle, mitoitusperuste esimerkiksi kerran viidessä vuodessa toistuva 10 minuutin rankkasade Huomioitava pienempi Cvol kuin suurissa sadetapahtumissa

20 Page 20 Esitys vaihtoehtoisien järjestelmien mitoitusperusteeksi Keskitetyt määrällisen hallinnan menetelmät mitoitetaan siten, että purkuvirtaama säädetään halutulle, esim. rakentamista edeltäneelle tasolle. Mitoitustoistuvuus määräytyy ympäristön vaatimusten mukaan esimerkiksi 1/3a, 1/5a, 1/10a. Menetelmät suunnitellaan siten, että haluttu virtaama pääsee purkautumaan koko ajan ja tämän tason ylittävä vesimäärä pidätetään. Tarvittaessa purkautuminen suunnitellaan kaksivaiheiseksi siten, että myös usein toistuvien sateiden aiheuttamaa virtaamaa viivytetään (esim. eroosioherkät alueet) Tulvareittien ja tulvasuojausrakenteiden mitoitus toistuvuuksilla 1/20a 1/200a kohteesta riippuen. Tulvamitoitus huomioitava myös pääreiteille sijoittuvien hallintamenetelmien suunnittelussa (tulvavedet kyettävä ohjaamaan läpi/ohi hallintamenetelmiä vaurioittamatta)

21 Mitoituksessa muistettava Page 21 Järjestelmien mitoitus muuttuu monimutkaisemmaksi, kun järjestelmän osilla on erilaisia mitoitusperusteita, tosin ne ovat edellytys toimivuudelle ja tarkoituksenmukaisuudelle Laajempien järjestelmien ja herkempien kohteiden mitoitusta ja toimintaa on syytä tarkastella erilaisilla, myös eri muotoisilla sateilla Ajallisesti muuttuvien sateiden käyttö sekä valumakertoimen muuttumisen huomiointi mitoituksessa edellyttää mallinnusohjelmien käyttöä Mallinnuksen tarkkuustaso ja tulosodotukset kannattaa pitää yksinkertaisina. Jos perusteet ovat selvät, mallintamalla saadaan kuitenkin paljon tarkempaa tietoa kuin käsin laskemalla olisi mahdollista.

22 Mitoitustehtävät monimutkaistuvat Page 22

23 Kiitos mielenkiinnosta! Kysymyksiä, kommentteja?