3/2012 Mitä maanteiden hulevedet sisältävät? LIIKENNEVIRASTON T&K -LEHTI T&K Maanteiltä huuhto utuu hulevesien mukana erilaisia haitta-aineita ympäristö ö n Mitä maanteiden hulevedet sisältävät? Huleveden mukana maant eilt ä huuht out uu huomat t avia määriä kiint oainet t a, met alleja, klorideja ja öljyhiilivet yjä. Myös fosforia ja t yppeä huuht out uu ajoit t ain merkit t äväst i. Uudelt amaalt a ja Pirkanmaalt a ot et t ujen näyt t eiden perust eella maant eiden hulevedet ovat likaisia hyvälaat uisiin pohja- t ai pint avesiin verrat t una. Lämpöt ilalla on selkeä vaikut us useiden hait t a-aineiden pit oisuuksiin. Huleveden määritelmän mukaan hulevedellä tarkoitetaan maan pinnalta, rakennuksien katolta tai muilta vastaavilta pinnoilta pois johdettavaa sade- tai sulamisvettä. Liikenneviraston kesällä 2011 käynnistämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää liikennemääriltään erilaisten maanteiden hulevesien koostumuksen ja haitta-ainemäärien vuodenaikaisvaihtelua Suomessa. Hulevesissä esiintyvät haittaaineet voivat heikentää pohjaveden laatua ja pahimmillaan estää sen käytön talousvetenä. Lisäksi hulevesien haitta-aineet voivat samentaa ja rehevöittää pintavesiä sekä olla vahingollisia vesieliöstölle. Maanteiden hulevesien laadun tutkimukseen valittiin viisi näytepistettä, jotka sijaitsivat Helsingissä, Tampereella, Ylöjärvellä ja Kangasalla. Näytepisteet edustivat erityyppisiä teitä sekä eri liikennemääräja nopeusrajoitusluokkia. 1/7 1
Näytepisteistä heinäkuun 2012 loppuun mennessä kerätyistä, yhteensä 36 näytteestä tutkittiin seurantajakson aikana yli 100 eri parametria ja verrattiin niitä pinta- ja pohjavesille annettuihin ympäristön laatunormeihin sekä talousveden laatuvaatimuksiin ja -suosituksiin. Kuva 1: Näytteenotossa käytettiin muun muassa niin kutsuttua kourumenetelmää. Lähde: Ramboll Finland Oy. Vertailussa nousi esille 11 muuttujaa, joiden pitoisuudet ylittivät lähes poikkeuksetta niille määrätyt rajaarvot sekä 4 muuttujaa (TOC, kiintoaine, kokonaistyppi ja kokonaisfosfori), joille ei ole lainsäädännössä määritetty raja-arvoja, mutta jotka ylittivät niille tyypilliset pitoisuudet. Näiden muuttujien vuodenaikaisvaihtelua tutkittiin kussakin näytepisteessä graafisten tarkastelujen avulla. 2/7 2
Tästä esimerkkinä on kuvassa 2 esitetty arseenin ja lyijyn pitoisuuksien vaihtelu Kehä I:n näytteenottopisteessä. Kuva 2: Arseenin ja lyijyn pitoisuuksien vaihtelu Kehä I:n näytteenottopisteessä sekä talousveden ja pohjaveden raja-arvot ja normit kyseisten aineiden osalta. Ainekohtaisen vertailun lisäksi eri näytteenottopisteistä saatuja tuloksia vertailtiin keskenään. Vertailussa havaittiin, että haitta-aineiden pitoisuudet ylittivät pohja- ja talousveden raja-arvot useimmin Kehä I:llä, jossa keskivuorokausiliikennemäärä on suurin. Esimerkiksi natriumin ja kloridin pitoisuudet ylittivät rajaarvot sitä useammin, mitä suurempi liikennemäärä näytepisteessä oli. PAH-yhdisteiden osalta raja-arvot ylittyivät useimmin kahdella vähiten liikennöidyllä tiellä Kangasalla ja Aitoniemessä Tampereella. Öljyhiilivetyjen pitoisuus ylitti sen sijaan raja-arvon kaikissa näytepisteissä ja jokaisessa näytteessä. Maanteiden suolaus kasvatti öljyhiilivetyjen pitoisuutta hulevesissä. Kuva 3 havainnollistaa, kuinka esimerkiksi Kehä 1:n pitoisuudet olivat selvästi suurimmat talvisaikaan. Kuva 3: Öljyhiilivetyjen vuodenaikaisvaihtelua Kehä I:llä. Kaiken kaikkiaan raja-arvojen ylityksiä havaittiin vähiten Aitoniementiellä, jonka keskivuorokausiliikennemäärä oli alhaisin. Maanteiden hulevesien laatuun vaikuttavia tekijöitä Vertailun päätteeksi analysoitiin koottua aineistoa muun muassa tilastollisin menetelmin, jotta saatiin 3/7 3
selvitettyä maanteiden hulevesien likaantumiseen vaikuttavia tekijöitä. Lämpöt ila Lämpötilalla on selkein vaikutus useimpiin tutkittuihin huleveden ominaisuuksiin. Lämpötilan laskun ja siitä johtuvan liukkauden torjunnan vaikutus näkyy tutkimustuloksissa sähkönjohtavuuden, kloridien, natriumin ja tiettyjen metallien, kuten arseenin, lyijyn ja sinkin kasvavina pitoisuuksina (tilastollinen selitysaste 40 %). Sen lisäksi, että suolaus kasvattaa hulevesien sähköjohtavuutta sekä natriumin ja kloridin pitoisuuksia, se myös irrottaa metalleja esimerkiksi autoista ja tiekaiteista, mikä selittää kasvaneet metallien pitoisuudet. Näytteenottopisteiden keskinäisessä vertailussa lämpötila ei vaihdellut merkittävästi eri näytteenottopisteiden välillä, eikä sillä ollut paikkakohtaista vaikutusta. Liukkauden t orjunt a Liukkauden torjunnan alkamisen loka-marraskuussa huomaa natriumin ja kloridin näytepitoisuuksien kasvusta kaikissa näytepisteissä. Myös liukkauden torjunnan loppumisen huhtikuussa tai huhtikuun jälkeen huomaa selvästi, joskaan natriumin ja kloridin pitoisuudet eivät välittömästi laske suolausta edeltäneelle tasolle (ks. Kuva 4). Kuva 4: Kehä I:llä natrium- ja kloridipitoisuudet eri vuodenaikoina. Pitoisuuksien palautuminen suolausta edeltäville tasoille erityisesti natriumin osalta on sitä nopeampaa, mitä vähemmän tiellä on käytetty suolaa. Tämä viittaa siihen, että runsaasta suolauksesta jää teille jäämiä, jotka kuormittavat hulevesiä vielä suolauksen loputtuakin. Liukkauden torjuntaan käytetyn suolan määrä on verrannollinen liikennemäärään. Liikennemäärä Liikennemäärä vaikuttaa selkeimmin sähkönjohtavuuteen, klorideihin, natriumiin ja ammoniumtyppeen (tilastollinen selitysaste 50 60 %). Parametreista ammoniumtypen pitoisuuden kohoamisen syytä ei pystytty selkeästi osoittamaan, mutta ammoniumtyppi saattaa olla peräisin esimerkiksi liikenteen pakokaasuista. Sähkönjohtavuuden, natriumin ja kloridin osalta yhteys liikennemäärään johtuu siitä, että teiden suolaus tehdään hoitoluokittain, joihin liikennemäärät vaikuttavat. 4/7 4
Kuva 5: Sähkönjohtavuuden ja suolauksen yhteys keskimääräiseen liikennemäärään. Muiden tutkittujen muuttujien osalta ei näytteenottopisteiden keskinäisessä vertailussa ollut eroavaisuuksia, eli liikennemäärä ei vaikuttanut niihin. Esimerkiksi arseenin ja muiden metallien pitoisuus oli samaa suuruusluokkaa kaikissa näytteenottopisteissä. Sademäärä Pidemmän kuivan kauden jälkeen tuleva pieni sade näyttää nostavan maanteiden hulevesien haittaainepitoisuuksia. Lähes kaikkien näytepisteiden kaikissa näytetuloksissa on nähtävissä marrasjoulukuussa selkeä pitoisuuspiikki. Ennen pitoisuuspiikkiä lämpötila on kaikissa näytepisteissä laskenut nollan tienoille ja osin pakkaselle. Piikkiä edeltää myös sademäärältään pidempi kuiva kausi, minkä vuoksi tielle on ilmeisesti kertynyt enemmän haitta-aineita. Kun sade huuhtelee kuivan tien, pitoisuudet näytteissä nousevat. Näytteenottopäivän sademäärän ja näytetulosten välillä ei ole sen sijaan havaittavissa yhteyttä. Tämä selittyy osin sillä, että näytteet pyrittiin ottamaan aina heti sateen alkaessa. Näytteenoton yhteydessä tutkittiin myös huleveden laadun muutoksia sateen aikana. Muit a hulevesien laat uun vaikut t avia osat ekijöit ä Muita näytetuloksiin vaikuttavia tekijöitä ovat muun muassa asfaltista irtoavat aineet sekä renkaiden kumi ja nastat. Esimerkiksi märän asfaltin tiedetään kuluvan nopeammin kuin kuivan. Myös asfaltin kiviaineksen pakkasrapautuminen voi irrottaa aineita. Ohikulkevan liikenteen lähtöpisteen vaikutus saattaa ilmetä tiettyjen epäpuhtauksien pitoisuuksien kohoamisena. Esimerkiksi maan ja biojätteen kuljetukseen käytetyistä kuorma-autoista voi irrota renkaisiin tarttunutta orgaanisia aineita, joka saattaa nostaa huleveden orgaanisen hiilen (TOC) pitoisuuksia. Myös polttoaineen koostumus saattaa vaikuttaa pitoisuuksiin, mutta sitä ei ole selvitetty tässä tutkimuksessa. Hulevesien laatu muuttuu sateen aikana First flush -ilmiöllä eli alkuhuuhtoumalla tarkoitetaan kiisteltyä väitettä, jonka mukaan hulevesien laatu on 5/7 5
huonointa sateen alussa ja parantuu sateen kuluessa. Tässä tutkimuksessa ilmiöön pureuduttiin mittaamalla Kehä I:llä huleveden sähkönjohtavuuden muutosta tunnin aikana sateen alusta. Tunnin aikana huleveden väri parantui silmämääräisesti arvioituna ja sähkönjohtavuus laski lähes puoleen, mikä viittaa first flush -ilmiön toteutumiseen maanteillä. Ilmiötä tutkittiin vielä lisää syyskuussa 2012, jolloin mitattiin haitta-ainepitoisuuksien muutosta useiden tuntien mittaisesta sateesta. Jatkomittausten tulokset esitetään projektin loppuraportissa. Voidaanko maanteiden hulevesien laatua parantaa? Tutkimuksessa haluttiin myös selvittää, voitaisiinko hulevesien laatua jollain tavalla parantaa. Tätä testattiin tutkimalla kiintoaineen erotuksen vaikutusta epäpuhtauksien määrään. Testaus suoritettiin pienessä mittakaavassa suodattamalla Kehä I:ltä otettu näyte, jossa 11 keskeisen muuttujan pitoisuudet olivat koholla. Suodatuksen jälkeen muun muassa kromin, koboltin ja arseenin pitoisuudet alittivat rajaarvot. Suurin vaikutus suodatuksella oli kuitenkin PAH-yhdisteisiin, lyijyyn, fosforiin ja öljyhiilivetyihin, joiden pitoisuudet vähenivät yli 80 prosentilla. Huomattavasta pitoisuuden pienenemisestä huolimatta öljyhiilivetyjen pitoisuus jäi suodatuksen jälkeenkin vielä hieman raja-arvon yläpuolelle. Muita suodatuksen jälkeen raja-arvojen yläpuolelle jääneitä aineita olivat ammoniumtyppi ja sinkki. Suodatuskoetta tukee myös tilastollinen tarkastelu, jonka mukaan kiintoaineen määrä vaikuttaa useimpien metallien (60 % selitysaste) sekä fosforin (40 % selitysaste) pitoisuuksiin. Huleveden laatua voidaan siis parantaa ainakin kiintoaineen erotuksella. Jatkotutkimustarpeita Tässä tutkimuksessa selvitettiin, mitä maanteiden hulevedet sisältävät ja mistä kohonneet pitoisuudet mahdollisesti johtuvat. Jatkossa tulisi selvittää näiden haitta-aineiden vaikutuksia ympäristöön sekä maanteiden lähialueilla että laajemminkin. Yhtä lailla on tärkeää selvittää keinoja haitta-ainepitoisuuksien pienentämiseksi esimerkiksi niiden syntykohteissa tai kehittää menetelmiä, joilla erityisesti ympäristövaikutuksiltaan merkittävimmät haitta-aineet voidaan poistaa tai käsitellä ennen hulevesien kulkeutumista ympäristöön tai imeytymistä maaperään. Haittojen vähentämisen osalta lienee kustannussyistä järkevää keskittyä luonnonmukaisiin toimenpiteisiin, jotka voidaan toteuttaa nykyisillä, vilkasliikenteisilläkin liikennealueilla. Teksti: Laura Inha, Riitta Kettunen, Kimmo Hell, Ramboll Finland Oy, Kuva: Liikennevirasto, Taulukot ja kaaviot: Inha ym. 2012 Läht eet Inha, L., Kettunen, R., Hell, K. 2012. Maanteiden hulevesien laatuselvitys. Liikenneviraston tutkimuksia ja selvityksiä XX/2012, Helsinki 2012. Valmisteilla oleva julkaisu. Laukkanen, K., Halonen, P. Pyy, E. 2012. Asfalttimassan kestävyys jäätymis-sulamista sekä veden ja kuormien yhteisvaikutusta vastaa. Asfadur-projekti loppuraportti. Liikenneviraston tutkimuksia ja selvityksiä 20/2012, Helsinki 2012. s. 48 [Viitattu 30.8.2012]. Suomen Kuntaliitto. 2012. Hulevesiopas. Helsinki. ISBN 978-952-213-896-5. 6/7 6
Valtanen, M., Sillanpää, N., Hätinen, N., Setälä, H. 2010. Hulevesien imeyttäminen ja suodattaminen: haitta-aineet ja menetelmät. Helsingin Yliopisto. Ympäristötieteiden laitos. STORMWATER-hanke. Kirjallisuusselvitys 10.10.2010. Vestola, E., Pohjanne, P., Carpén L., Kaunisto, T., Ahlroos, T. 2006. Kalsiumkloridin vaikutuksia. Tiehallinnon selvityksiä 38/2006, Helsinki 2006. s. 46. [Viitattu 30.8.2012]. 7/7 7