POHJOIS-POHJANMAAN YMPÄRISTÖKESKUS Pattijoen alaosan yleispiirteiset tulvavaarakartat HW1/20 HW1/1000 13.11.2009 Insinööritoimisto Pekka Leiviskä Vauhtipyörä 4, 91800 Tyrnävä www.leiviska.fi
2 Sisällysluettelo Sisällysluettelo... 2 Liitteet... 2 1 YLEISTÄ... 3 2LÄHTÖTIEDOT... 3 2.1 Maaston korkeusaineisto... 3 2.1.1 Maastomalli 10m... 3 2.1.2 Pohjois-Pohjanmaan ympäristökeskus... 4 2.1.3 Raahen kunnan kantakaavakartta-aineisto... 5 2.2 Ylivirtaamatiedot Pattijoessa... 5 2.3 Alapuolinen reunaehto... 7 2.4 Siltatiedot... 7 3 LASKENTAMALLI... 8 3.1 Maaston korkeusmalli... 8 3.2 Virtaamamalli... 8 4 KALIBROINTI... 9 5 LASKENTATULOKSET... 14 Liitteet 1. Metatietolomake 2. Vedenkorkeudet poikkileikkauksittain eri tulvantoistuvuudella 3. Aineistorajat 4.-6. Luonnoskartat HW20, HW100 ja HW1000 tulvan peittävyydestä 7. HW1/200 Merivesi N60+ 1,57 m 8. Laskentapoikkileikkaukset
3 1 YLEISTÄ Tässä työssä määritettiin tulvakartat Pattijoen alaosalle ylivirtaamille HQ1/20 - HQ1/1000. Tässä työssä käytetty korkeusjärjestelmä on N60+. Koordinaatistojärjestelmänä oli yhtenäiskoordinaatisto. 2LÄHTÖTIEDOT 2.1 Maaston korkeusaineisto 2.1.1 Maastomalli 10m Maastomalliaineisto saatiin käyttöön Suomen ympäristökeskukselta. Aineisto sijaitsi osoitteessa: /floodmapping/outgoing/km10_pekalle ja sisälsi KM10-mallin lehden 2441. Aineisto tuotiin Autocadiin: Task Pane > Display Manager > Data > Connect to Data > Add Raster Image or Surface Connection. Autocadissa aineisto muutettiin edelleen korkeuskäyriksi käyrävälin ollessa 1,0 m. Korkeusmalli vaikutti hieman erikoiselta lähellä rantaviivaa olevien korkeuksien osalta. 0,00 m korkeusviiva vetäytyi mallissa hyvin lähelle 1,0 m:n korkeutta. Aineisto ei tukenut peruskartan rantaviivoja edes likimain. Maastomittauksienkaan mukaan se ei vaikuttanut olevan muodostunut oikeaan kohtaan. Oheisessa kuvassa esimerkki rannikon läheisestä korkeuskäyräaineistosta jossa korkeuskäyrät on luotu KM10 mallin perusteella 1,0 m:n välein. Punaisella on käyrät 0,0 m, 5,0 m ja 10,0 m jne. ja vihreällä väliarvot. Kuvasta havaitaan 0,0 käyrän epälooginen sijainti aineistossa.
4 Kuva 1. Esimerkki mallinnusalueen alaosalle luoduista korkeuskäyristä 1,0m:nkäyrävälillä. Edellä esitetty johti siihen että mallissa käytettiin rannikon läheisyydessä KM10 mallin sijasta peruskartan korkeuskäyriä (2,5 m:n välein) ja lisättiin jokiuomankorkeus jokipenkanosalta. Toinen erikoisuus käyräaineistossa oli suhteellisen tasaiselle pellolle muodostuvat kuopat. Seuraavassa kuvassa esimerkki pellolla olevasta punaisella käyrällä piirretystä kuopasta jossa maanpinnan todellinen korko on lähempänä 2 metriä kuin mallin mukaista 0,0 m. Kuva 2. KM10 mallin muodostama kuoppa (punainen viiva) kohdassa jossa maaston todellinen korkeus on lähempänä 2,0 m eikä mallin mukaista 0,0 m. Edellä mainittuja seikkoja lukuun ottamatta KM10 malli vaikutti aika käyttökelpoiselta. Rannikkoa ja joitain kuoppia lukuun ottamatta korkeusmallin muodostetut 1,0 metrin välein piirretyt korkeuskäyrät olivatpääsääntöisesti kohtuullisen lähellä maastosta mitattuja korkeuksia. 2.1.2 Pohjois-Pohjanmaan ympäristökeskus Pohjois-Pohjanmaan ympäristökeskus mittasi kesällä 2009 joen poikkileikkaukset jokiuomasta. Mitattuja poikkileikkauksia oli kaikkiaan 78 kpl alaosan Pohjois- ja Etelähaara mukaan lukien. Lisäksi mitattiin muutamia tien tasausviivan korkeuksia.
5 2.1.3 Raahen kunnan kantakaavakartta-aineisto Osalle alueesta oli käytettävissä kunnan kaavakartta-aineistoa. Aineisto kattoi osan tiheimmin rakennetusta taajama-alueesta. Aineiston korkeustiedon kattavuus vaihteli, toisin paikoin korkeustietoa oli tarjolla runsaasti, toisin paikoin taas selvästi harvemmalla tiheydellä. Joitain korkeuskäyrätietoja jouduttiin lyhyeltä matkalta korjaamaan, koska ne olivat selvästi väärää korkeutta edustavia. Lisäksi joitain korkeustietoja ei käytetty koska näytti että niitä ole peltoalueelle monistettu (epäloogisia, koska millilleen sama korkeus monessa kohtaa). Liitteeseen 3 on koostettu käytettyjen aineistojen rajat. 2.2 Ylivirtaamatiedot Pattijoessa Pattijoki saa alkunsa Vihannin kunnassa olevasta Haukilammesta. Vesistöalueen koko on 140,6 km 2 jajärvisyys 0,0 % (Ekholm 1993). Säännöstelypadon kohdalla (F = 65 km 2, L = 0,4 %) virtaamat ovat (Ins.tsto Voimarakenne Oy 1994): MQ = 0,42 m 3 /s MHQ = 5,5 m 3 /s HQ 1/20 = 10,5 m 3 /s Pattijoen tulvavirtaamat on määritetty Suomen ympäristökeskuksessa vesistömallin avulla (Veijalainen 2008) Pattijoen limnin kohdalle (8400900 Pattijoki, F=125 km2, L=0%). Pattijoen ylivirtaamat eri toistuvuuksilla on esitetty taulukossa 1. Seuraavassa olevasta kuvasta 1 ilmenee havaintoaseman sijainti alueella.
6 Kuva 1. Pattijoen virtaamahavaintoaseman sijainti.
7 Pattijoen ylivirtaamina pattijoen limnin kohdalle laskettuna käytettiin Noora Veijalaisen vesistömallilla tekemien laskelmien mukaisia virtaamia (Veijalainen Noora, 21.11.2008. Pattijoen kerran 100, 250 ja 1000 vuodessa toistuvien tulvien suuruuksien arviointi. Suomen ympäristökeskus, hydrologian yksikkö. 12 s.) Taulukko 1. Pattijoen ylivirtaamat. Virtaaman toistuvuus Virtaama Q [m 3 /s] HQ1/20 15,5 HQ1/50 18,8 HQ1/100 25,0 HQ1/250 29,3 HQ1/1000 35,8 Virtaaman jakauma suoritettiin osavaluma-alueiden suuruuden suhteen. Taulukko 2. Virtaaman jakauma osa-alueisiin Pattijokivarressa. Nimi Valuma-alue F [km 2 ] Sijaintikoordinaatti Laskentapl Pattijoki,säänpato 65 X=3385084 Y=7172595 72 Saarelanperä 78 X=3385860 Y=7175460 51 Ylitalontie 82 X=3385727 Y=7176277 44 Pakola 99 X=3385660 Y=7177160 35 Pattijoen limni 125 X=3384750 Y=7178950 22 Jokirannantie 130 X=3383000 Y=7180480 7 Taulukko 3. Virtaaman jakautuminen laskenta-alueen eri kohtiin valuma-alueiden suhteessa. F HQ1/20 HQ1/50 HQ1/100 HQ1/250 HQ1/1000 Pattijoki, säänpato 65 8.1 9.8 13.0 15.2 18.6 Saarelanperä 78 9.7 11.7 15.6 18.3 22.3 Ylitalontie 82 10.2 12.3 16.4 19.2 23.5 Pakola 99 12.3 14.9 19.8 23.2 28.4 Pattijoen limni 125 15.5 18.8 25.0 29.3 35.8 Jokirannantie 130 16.1 19.6 26.0 30.5 37.2 2.3 Alapuolinen reunaehto Alapuolisena reunaehtona laskenta-alueelle käytettiin merivedelle korkeutta N60+ 0,00m. 2.4 Siltatiedot Pohjois-Pohjanmaan ympäristökeskus mittasi kesän 2009 aikana seuraavassa taulukossa esitetyt siltatiedot. Tietoihin mitattiin silta-aukkoon liittyvät oleelliset tiedot. Keskeiset siltatiedot ilmenevät taulukosta 4.
8 Taulukko 4. Pattijoen alaosan siltatiedot. Silta Tien tasausviiva Kannen alapinta Joen pohja Vapaan aukon Huom.! nro N60 + [m] N60 + [m] N60 + [m] leveys B [m] 1 16,62 16,12 14,6 6,65 2 16,52 15,92 13,6 5,80 3 15,91 15,16 12,9 4,50 4 14,05 13,65 10,6 6,00 5 12,58 12,33 10,6 4,40 6 14,93 13,38 11,4 3x1,3x2,0 3 kertaa ellipsi 7 9,97 9,57 7,1 9,00 8 9,81 9,36 7,0 8,60 9 8,79 8,59 7,5 8,00 10 7,36 7,21 5,5 9,20 11 10,35 8,35 5,6 15,00 12 8,95 7,45 4,5 12,00 13 8,61 7,41 4,7 21,30 14 7,18 6,68 5,0 7,00 15 6,72 6,32 4,0 6,20 16 4,46 4,11 2,7 7,00 17 4,92 4,62 1,7 12,30 Kansi kaareva 18 7,30 6,30 1,3 10,00 Kävelytie aukossa 19 6,73 5,93 1,7 6,00 Kivisilta 20 3,40 2,95 0,9 8,50 21 2,68 1,98 0,0 3,70 22 2,41 1,66-1,3 10,00 23 1,98 1,78-1,2 4,70 24 2,17 1,67-0,5 10,00 25 2,39 1,94-0,6 9,00 3 LASKENTAMALLI 3.1 Maaston korkeusmalli Maaston korkeusmalli luotiin Autodeskin Civil 3D 2009 ohjelmiston mallinnustyökaluilla. Maastoaineistosta hyödynnettiin korkeuskäyrät, hajapisteet ja symbolit. Osalle tiestöä luotiin apuviivoja tiehen merkattujen tasausviivan korkojen avulla. Korkeusmallin aineisto koostu Pattijoen kaavakartta-aineistosta, KM10 malliin 1m korkeuskäyristä, peruskartan 2,5 m korkeuskäyristä sekä maastosta tehdyistä tarkennusmittauksista poikkileikkauksien sekä joidenkin tie- ja ratakorkeuksien osalta. 3.2 Virtaamamalli Virtaamamalli laadittiin HEC-RAS 4.0 ohjelmistolla. Siltatiedot lisättiin malliin tsv, siltakannen alapinnan, vapaan aukon osalta.
9 4 KALIBROINTI Kalibrointi suoritettiin 28.4.2009 mitattujen vedenkorkeushavaintojen mukaan. Virtaama tällöin oli Pattijoen limnin kohdalla 7,0 m 3 /s ja jaettiin osavaluma-alueiden suhteessa säännöstelypadon ja meren väliselle alueelle laskentapoikkileikkauksittain seuraavan taulukon 5 mukaisesti. Tarkemmat paikat koordinaatteineen ilmenevät jo aiemmin esitetystä taulukosta 2. Taulukko 5. Kalibrointivirtaaman jako valuma-alueen koon mukaan. F Kalibrointivirtaama Pattijoki, säänpato 65 3.6 Saarelanperä 78 4.4 Ylitalontie 82 4.6 Pakola 99 5.5 Pattijoen limni 125 7.0 Jokirannantie 130 7.3 Malli kalibroitiin 28.4.2009 mitattuihin vedenkorkeushavaintoihin. Taulukossa 6 on esitetty käytetyt vedenkorkeudet. Korkeudet ovat N60+ mukaiset. Taulukko 6. Kalibroinnissa käytetyt vedenkorkeushavainnot 28.4.2009. Uoma kalibroitiin lähelle havaittuja vedenkorkeuksia. Kuvassa 3 on esitetty laskettu vedenkorkeus ja havaintokorkeudet Pattijoessa.
10 Pattijoki_HW20_1000 Plan: Plan 01 29.10.2009 20 RIVER-1 etela RIVER-1 Reach-1 Legend EG Kalibrointi WS Kalibrointi Crit Kalibrointi Ground OWS Kalibrointi 15 10 5 0-5 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 MainChannel Distance (m) Kuva 3. Kalibrointivirtaamalla lasketut vedenkorkeudet ja vedenkorkeushavainnot. Seuraavissa kuvissa on silta nro 6 kohdalta pari valokuvaa siltarumpujen yläpuolelta. Kalibroinnissa lasketut vedenkorkeudet jäivät noin 0,2 m alemmaksi kuin havaitut. Valokuvista 4 ja 5 kuitenkin ilmenee syy miksei karkeutta merkittävästi nostettu vaikka havainnot olivat hieman korkeammalla kuin lasketut arvot. Havaittuun tilanteeseen aiheutuu ylimääräistä padotusta rumpujen edessä olevista puunrungoista, juurakoista yms. roskasta. Elokuussa tehdyssä maastotarkastelussa ja samoin valokuvissa uoma havaittiin ylipäänsä aika pajuttuneeksi ja kasvillisuuden peittämäksi erityisesti alueilla, jossa puusto ulottuu lähelle jokiuomaa. Peltoalueiden läheisyydessä uoma oli hieman puhtaampaa ylimääräisestä kasvillisuudesta.
11 Kuva 4. Silta nro 6 kohdalla, joka koostuu kolmesta aaltopeltirummusta, edessä uoma oli osittain roskainen ja pajuttunut ja ne aiheuttavat ylimääräistä padotusta Pattijoen vedenkorkeuksissa. Kuva Veli-Pekka Latvala 28.4.2009. Kuva 5. Silta 6 oikealta rannalta kuvattuna. Rumpujen edessä oli mm. poikittain kaatuneita puunrunkoja. Kuva Veli-Pekka Latvala 28.4.2009. Pattijoen alaosan yleispiirteiset tulvavaarakartat HW1/20 HW1/1000 13.11.2009
12 Kuva 6. Veli-Pekka Latvala paikantamassa havaintopaikan koordinaatteja 28.4.2009 Pattijokivarressa. Kuva 7. Kasvillisuuden peittämää Pattijoen uomaa 28.4.2009. Kuva Veli-Pekka Latvala. Pattijoen alaosan yleispiirteiset tulvavaarakartat HW1/20 HW1/1000 13.11.2009
13 Kuva 8.Vedenpinnan korkeuden mittaaminen silta-aukossa 28.4.2009. Kuva Veli-Pekka Latvala.
14 5 LASKENTATULOKSET Tulvavaarakartat on laadittu toistuvuuksilla HQ1/20 - HQ1/1000 vedensyvyyksille 0.0, 0.5, 1.0, 2.0 ja 3.0 m. Liitteessä 1 on keskeiset tiedot hankkeen osalta esitetty metatietolomakkeessa. Liitteeseen 2 on tulostettu poikkileikkauksittain vedenkorkeudet eri kohdissa eri tulvantoistuvuuksilla. Liitteissä 4-6 on luonnoskartat tulvantoistuvuuksille HW1/20, HW1/100 ja HW1/1000. On huomattava että mikäli merivesi on korkeammalla kuin laskentatilanteessa käytetty N60+ 0,00 m, on lähellä rannikkoa myös kastuvia alueita kts. liite 7 meriveden kastelema alue. Liitteeseen 7 on tulostettu meriveden korkeus HW1/200 N60+ 1,57 m. Siihen on rajattu ainoastaan meriveden vaikutusalue eikä joen virtaamatilannetta ole lainkaan yhdistetty kuvaan. On huomattava että tällä alueella lähtöaineiston maastotiedon korkeustarkkuus on heikoimmillaan ja tulevaisuudessa mikäli korkeusmalli tarkentuu, tapahtuu merkittävimmät tarkennukset tällä alueella. Liitteessä 8 on tulostettu laskennassa käytetyt poikkileikkaukset. Poikkileikkaukset on piirretty kohtiin mistä maastomittaukset oli suoritettu. Laskentaa varten poikkileikkaukset on muodostettu selvästi mitattua aluetta pidemmiksi. Tyrnävällä 13.11.2009 Pekka Leiviskä Diplomi-insinööri Insinööritoimisto Pekka Leiviskä www.leiviska.fi