17.12.2015 Vantaanjoen yläosan virtausmallinnus Mallin päivitys Peltosaaresta Väinö Sinisalon kadulta alkaen 100 200 m Herajoen liittymäkohdan alapuolelle Hämeen ELY-keskus Ympäristötekniikan insinööritoimisto Jami Aho www.jamiaho.fi 1
1 TAUSTA Vantaanjoen yläosalle on tehty 1D-virtausmalli vuonna 2007 Suomen ympäristökeskuksessa. Mallin päivitystarve on syntynyt erityisesti uoman liettymisen ja muiden mahdollisten muutosten vuoksi sekä siltaja rumpuaukkojen ja uoman mitoituksen tarkistamisen vuoksi. Samalla virtausmalli päivitettiin nykyisin käytössä olevaan ETRS-TM35 koordinaatistoon ja N2000 korkeustasoon. 2 PÄIVITETTY ALUE Nykyinen virtausmalli ulottuu Arolammen alueelta Riihimäen itäpuolelle Pohjankorven alueelle. Mallin kokonaispituus on noin 9,6 km. Samalle alueelle on tehty myös tulvariskikartta. Päivitetty alue edustaa Riihimäen merkittävimpiä tulvariskialueita, jotka alkavat Parooninmäen alapuolisilta pelto- ja metsäalueilta ja päättyvät Uhkolan yläpuolisella alueella. Päivitetty alue on esitetty seuraavassa kuvassa. Kuva 1. Päivitetyn virtausmallin ala- ja yläpää. Vantaanjoen - Herajoen valuma-alue 21.023 on suuruudeltaan noin 129 km 2. Koko virtausmallin alueen alaosan valuma-alue on noin 95 km 2. Paloheimon kohdalla valuma-alueen suuruus on noin 52 km 2. Alueen 2
suurin sivujoki, Herajoki, tuo vedet noin 25 km 2 :lta alueen luoteisosasta. Herajoki laskee Vantaanjokeen Silmäkenevalla paalulla 92350. 3 GEOMETRIAN PÄIVITYS 3.1 POIKKILEIKKAUKSET Päivitettävältä alueelta mitattiin edustavilta paikoilta poikkileikkauksia 47 kpl. Poikkileikkaukset mitattiin RTK-GPS laitteella ja osittain vaaitsemalla. Poikkileikkauksista muodostettiin interpoloimalla pohja pintamalli, joka yhdistettiin alueen kansalliseen laserkeilausaineistoon. Poikkileikkaukset päivitettyyn virtausmalliin otettiin samoilta paikoilta kuin vuoden 2007 mallissa. Päivitetty virtausmallin osuus yhdistettiin muuhun malliin ja muutettiin ETRS-TM35 koordinaatistoon. Mallin muutettiin N60 tasosta N2000 tasoon lisäämällä korkeusarvoihin 0,27 m. Geometriaa verrattiin vuoden 2005 mallin geometriaan mahdollisten liettymien ja muutosten havaitsemiseksi. Tulokset esitetään taulukossa 2. 3.2 RAKENTEET Aukkorakenteet, rummut ja sillat mitattiin Herajoen alaosalta Peltosaaren yläpuoliselle alueelle saakka. Tuloksia verrattiin olemassa oleviin mittaustietoihin virtausmallissa. Silta- ja rumpurakenteiden geometriatietoina käytettiin vanhan mallin tietoja, koska vanhan mallin tiedot vastasivat mitattuja tietoja muutamien senttimetrien tarkkuudella. Rumpujen sisäänmenokertoimet pidettiin ennallaan varsin suurina, koska rumpujen sijoittelu oli tyypillisesti virtausteknisesti epäedullinen. Olemassa olevat pohjapadot Paloheimon ja Paroonmäen kohdalla mitattiin ja lisättiin malliin. Paloheimon pohjapato lisättiin malliin useina poikkileikkauksina tiheällä välillä, jotta saatiin paremmin määritettyä padon purkautuminen kuin vain arvioimalla padon purkautumiskerroin. Parooninmäen pohjapato mallinnettiin purkautumisenkertoimen avulla (1.44). 3
4 VIRTAAMAT Virtaamina käytettiin vuoden 2007 mallin virtaamatietoja. Vuoden 2007 mallissa virtaamat on määritetty toistuvuusanalyysillä, mutta lähtöaineistosta ei ole raportissa mainintaa. Oletettavasti lähtötietona on käytetty Suomen ympäristökeskuksen vesistömallijärjestelmää. Edellinen virtausmallinnus on melko nuori ja olennaisia muutoksia virtaamien toistuvuuksissa ei arvioida tapahtuneen. Ilmastomuutoksen vaikutusta virtaamiin ei arvioitu. Virtaamat ovat seuraavan taulukon mukaiset. Taulukko 1. Virtaamat (m 3 /s) virtausmallin paaluittain. Joki Paalu HQ2004 1/20 1/50 1/100 1/250 1/1000 Vantaanjoki 98175.5 10.2 8 10 11 12.5 14.5 Vantaanjoki 94390.5 10.2 8 10 11 12.5 14.5 Vantaanjoki 92352.1 14.5 12.7 15.8 17.4 19.7 22.9 Vantaanjoki 88569.5 16.5 14.6 18.3 20.1 22.8 26.5 5 VIRTAUSMALLI Virtausmallissa HEC-RAS pystyy laskemaan virtausta vain alle 500 pistettä käsittäville poikkileikkauksille. Siksi pisteiden määrää vähennettiin HEC-RAS:n oman suodatustyökalun avulla. 1-dimensionaalisen mallin ongelma on, ettei se pysty käsittelemään järkevästi uoman ulkopuolelle leviävää vettä. Kun poikkileikkauksien jatkeilla on matalampia kohtia, esimerkiksi sivuojia, vedenpinta näkyy niissä samalla tasolla kuin uomassa, vaikka välissä olisi korkeampia pisteitä. Nämä sivualueet poistetaan aktiivisesta virtausalueelta rantavallipisteillä. Vuoden 2007 mallissa rantavallipisteet oli määritetty ja päivitetyssä mallissa pisteet määritettiin uudelleen. 5.1 KALIBROINTI Mallin kalibrointi tehtiin vuoden 2007 mallin tapaan havainnoilla, jotka tehtiin vuoden 2004 huipputulvalla. Kalibrointi tehtiin muuttamalla uoman karkeuskertoimia. Karkeuskertoimet vaihtelivat välillä 0,035 0,061. Kalibrointi saatiin onnistumaan varsin hyvin. Suurin havaintojen ja laskennan ero oli 8 cm ja tyypillisesti päästiin 2 4 cm tarkkuuteen. 4
Taulukko 2. Kalibrointitulokset ja pohjan korkeuden muutos Paalu Virtaa -ma Uoman alin kohta Virtaamatilanne Vedenkorkeus Havaittu vedenkorkeus Erotus Pohjan korkeus edellisessä mallinnuk -sessa Lietteen määrä edellisessä mallinnuksessa Pohjan korkeuden muutos (m3/s) (N2000+m) (N2000+m) (N2000+m) (m) (N2000+m) (m) (m) 96363 HQ2004 10.2 87.02 90.08 90.09 0.01 96343 HQ2004 10.2 86.99 89.98 89.96-0.02 96129 HQ2004 10.2 86.55 89.95 89.92-0.03 96109 HQ2004 10.2 86.45 89.85 89.81-0.04 95921 HQ2004 10.2 86.53 89.81 89.73-0.08 95905 HQ2004 10.2 86.24 89.7 89.67-0.03 95667 HQ2004 10.2 85.84 89.62 89.66 0.04 95651 HQ2004 10.2 86.28 89.49 89.42-0.07 95383 HQ2004 10.2 86.47 89.32 89.29-0.03 95374 HQ2004 10.2 86.45 89.23 89.21-0.02 95297 HQ2004 10.2 86.85 89.16 89.15-0.01 86.90-0.05 95276 HQ2004 10.2 86.68 89.03 89.06 0.03 86.67 0.01 95195 HQ2004 10.2 87.27 88.95 88.97 0.02 87.21 0.06 94801 HQ2004 10.2 85.93 88.37 88.37 0 86.27-0.34 94779 HQ2004 10.2 86.07 88.26 88.31 0.05 86.44-0.37 94712 HQ2004 10.2 86.18 88.21 88.2-0.01 86.37-0.19 94391 HQ2004 10.2 86.14 87.74 87.72-0.02 86.00 0.14 94276 HQ2004 10.2 84.97 87.35 87.35 0 85.00-0.03 94261 HQ2004 10.2 85.06 87.23 87.28 0.05 85.20-0.14 93523 HQ2004 10.2 84.43 87.02 84.47 0.75-0.04 93132 HQ2004 10.2 84.64 87.01 84.28 0.66 0.36 92802 HQ2004 10.2 84.6 87.01 84.31 0.65 0.29 92352 HQ2004 14.5 83.96 86.98 86.97-0.01 83.88 0.25 0.08 88559 HQ2004 16.5 83.79 86.77 86.77 0 Kalibrointi on esitetty myös liitteessä 3. 5
6 TULOKSET Mallinnuksen tuloksena saatiin vedenkorkeudet nykytilanteessa sekä tilanteessa, jossa silta- ja rumpuaukot on mitoitettu uudelleen ja tilanteessa, jossa aukkojen muutosten lisäksi on tehty perkaus Paloheimon pohjapadon kohdalle ja Kulmalan puistokadulta rautatiehen saakka. Rumpuaukkojen sisääntulokertoimet pidettiin ennallaan, koska kriittisissä kohdissa olevien rumpujen heikko virtaustekninen toimivuus johtuu suureksi osaksi suuresta uomalinjan ja rumpuputken linjan kulmasta. Tulosten mukaan rumpujen muutoksilla tulvakorkeuksia pystytään laskemaan 5 40 cm paikasta riippuen. Rumpujen muutosten lisäksi tehtävillä perkauksilla päästään 17 59 cm tulvan alenemaan. Tulokset on esitetty liitteessä 1. Tulokset on esitetty pituusleikkauksissa liitteessä 2. Tulosten perusteella Vantaanjoen merkittävimmät padottavat kohdat ovat kaksoisrumpurakenteet, jotka on mitoitettu liian pieniksi. Kaksoisrumpujen padottava vaikutus kerran 100 vuodessa toistuvalla tulvalla ovat vähintään 10 cm ja jopa 18 cm. Ympäristöhallinnon suositusten mukaan padotuksen tulisi olla vastaavissa merkittävän tulvariskin kohteissa enintään 1 cm. Paloheimon pohjapadon padottava vaikutus on noin 30 cm. Parooninmäen alapuolisessa uomassa ei havaittu merkittävää liettymistä verrattuna vuoden 2007 mallinnuksen tietoihin. Verrattaessa pohjan korkeuksia vuoden 1947 perkaussuunnitelman tietoihin, merkittävää liettymistä ei havaittu. Lietteen määrä myös todennäköisesti vaihtelee uomassa siten, että tulvalla virtaus vie löyhää ainesta pois ja pinemmillä virtaamilla tapahtuu sedimentoitumista. 7 SUOSITUKSET RAKENTEIDEN JA UOMAN MUUTOKSIKSI Rakenteiden muutoksilla saavutettavat tulvan alenemat Peltosaaressa ja Uhkolassa on esitetty liitteessä 1. Kaksoisrummut suositellaan muutettavaksi yksiaukkoisiksi rummuiksi, joissa virtausala kerran 100 vuodessa tapahtuvalla tulvalla on vähintään 15 m 2. Rummun leveys on noin 6,5 m ja korkeus 3,5 m. Samalla rumpujen sijoittelua tulisi muuttaa niin, että virtaus rumpuun ja rummusta pois on mahdollisimman jouheva ilman jyrkkiä mutkia. Samoin rumpujen suualueiden muotoilu tulisi tehdä huolellisesti virtausteknisesti optimaalisella tavalla. Muutosten jälkeen rumpujen padottava vaikutus on lähes suositusten mukainen. Rumpujen muutoksilla tulvakorkeus alenee Peltosaaren ja Uhkolan alueella noin 20 30 cm paikasta riippuen. Kulmalan puistokadun ja rautatien väliselle alueelle määritettiin perkaus, jossa pohjan leveys on 5,0 m ja luiskakaltevuus 1:2. Lisäksi Paloheimon pohjapaton kohdalle määritettiin perkaus, jossa pohjapadon kohdalla uomaa levitetään 12 m leveäksi tulvatasanteeksi ja padon harjasta leikataan 0,5 m. Yhdistettynä rumpujen muutoksiin Paloheimon padon perkaus laskee tulvakorkeutta Kulmalanpuistokadun kohdalla noin 13 cm ja vaikutus käytännössä katoaa rautatiehen mennessä. Kulmalan puistokadun ja rautatien välinen perkaus yhdistettynä rumpujen muutoksiin laskee tulvakorkeutta rautatien alapuolisella alueella noin 60 cm, radan yläpuolisella alueella noin 25 cm ja Peltosaaren ja Uhkolan alueella noin 35 50 cm paikasta riippuen. Perkauksen hyötyä vähentää rautatiesillan aukko, jonka pohjan korkeutta ei olettavasti pysty laskemaan. Rautatiesilta itsessään ei merkittävästi padota nykytilanteessa. 6
Sahan alueen koko uoman perkauksella olisi mahdollista vaikuttaa jonkin verran Peltosaaren ja Uhkolan vedenkorkeuksiin, mutta vaikutusta ei laskettu. Muutokset on esitetty seuraavissa kuvissa. Kuva 2. Perkaus rautatien ja Kulmalan puistokadun välisellä alueella. Pituusleikkaus. Kuva 3. Perkaus rautatien ja Kulmalan puistokadun välisellä alueella. Poikkileikkaus. (ei mittakaavassa) 7
Kuva 4. Paloheimon pohjapadon perkaus. Kuva 5. Siltarumpu, virtausala noin 15 m 2. 8
Seinäjoella 17.12.2015 DI Jami Aho Liitteet Liite 1 Liite 2 Liite 3 Tulokset nykytilassa ja muutoksissa Pituusleikkaukset muutoksissa Pituusleikkaus, kalibrointi 9