Rykmentinpuiston hulevesimallinnus

Topi Tiihonen 15.08.2009 1 (15) Rykmentinpuiston hulevesimallinnus

Topi Tiihonen 15.08.2009 2 (15) Esipuhe Keski-Uudenmaan Vesiensuojelun Kuntayhtymä esitti Rykmentinpuiston varuskuntaalueen suunnittelusta järjestettyä arkkitehtuurikilpailua edeltävässä lausunnossaan (kirjattu 9.5.2007), että kokonaisvaltainen hulevesien käsittely nostettaisiin esille Rykmentinpuiston alueen suunnittelussa. Samalla varuskunta-alueen kaavoitukseen ja rakentamiseen liittyviä hulevesiratkaisuja esitettiin selvitettäväksi yli kuntarajojen Keravan kaupungin ja Tuusulan kunnan kesken. Hulevesien käsittely on eräs kaava-alueen keskeisistä aihepiireistä ja hulevedet onkin nostettu alueen ympäristöä parantavaksi elementiksi jo suunnittelun alkuvaiheessa ottamalla ne mukaan osaksi alueen viherympäristöä. Tämä Rykmentinpuiston hulevesien mallinnus - raportti kuuluu Rykmentinpuiston osayleiskaavaan laadittaviin suunnitelmiin ja selvityksiin. Mallinnuksen tarkoitus oli selvittää mitoitus ja keinot, jolla voidaan vähentää kaava-alueen osaltaan aiheuttamia tulvaongelmia ja tasapainottaa alueen sisäistä vesitaloutta parhaita käytettävissä olevia tekniikoita hyödyntäen. Selvityksen teki WSP Finland Oy, jossa tehtävästä on vastannut DI Topi Tiihonen Helsingissä 15.8.2009 Topi Tiihonen

Topi Tiihonen 15.08.2009 3 (15) SISÄLLYSLUETTELO 1. Lähtötilanne s. 4 2. Alueen yleiskuvaus s. 5 3. Hulevesimallinnus s. 5 3.1 Mitoitus-sadanta s. 6 3.2 Hulevesimallin rakenne s. 6 3.3 Mallinnuksen tulokset s. 7 4. Johtopäätelmät s. 14 LIITTEET s. 15 - Liite 1: Vedenjakajat, osavaluma-alueet ja maaperäkartta - Liite 2a & Liite 2b:Mitoitussadannat - Liite 3:Hulevesisuunnitelma / Malli Layout - Liite 4:Järjestelmän pääkuivatusreitti nykytilanteessa - Liite 5:Erillisiin varastorakenteisiin virtaavan veden määrä ajan funktiona - Liite 6: Hulevesisuunnitelman pääkuivatusreitti mitoitustilanteessa - LIITE A: Laskennan lähtötiedot - LIITE B: Laskennan tulokset

Topi Tiihonen 15.08.2009 4 (15) 1. Lähtötilanne Rykmentinpuiston osayleiskaava-alue on erittäin haasteellinen hulevesienhallinnan suunnittelun kannalta: Alueella esiintyy jo nykyisellään tulvahaittoja ja toisaalta kaava-alueen lounais-osissa sijaitseva pohjavedenmuodostumisalue tuo omat vaikutuksensa ja rajoituksensa niin suunnitteluun kuin hulevesienhallintaankin. Kaava-alueen laskuojissa, Piilinojassa ja Nissinojassa, esiintyy jo nykyisellään paikoittain tulvahaittoja, joita suunniteltu rakentaminen tulee varmasti kärjistämään. Piilinojan tulvahaitat keskittyvät Mattilan ja Mahlamäen alueille, jossa nykyisten hulvesiviemärien kapasiteetti ja edelleen Piilinojan vedenjohtokyky on todettu riittämättömiksi. Nissinojan kapasiteettiongelmat ulottavat vaikutuksensa aina Keravalle, Rekolanpuron valuma-alueen alajuoksulle asti. Kaava-alueen hulevesienhallintajärjestelmien suunnittelun lähtökohtana on ollutkin alusta asti se, että kaava-alueelta purkautuvat vesimäärät pysyisivät suunnittelua edeltävällä tasolla tai jopa vähenisivät nykyisestä. Tämä on erittäin haasteellista sillä, taajamarakentaminen vaikuttaa voimakkaasti valuma-alueiden hydrologiaan. Rakentamisen seurauksena mm. haihdunta vähenee, pintavalunnan määrät kasvavat, pohjaveden pinta alenee sekä valumavesien ja edelleen vastaanottavien vesistöjen laatu heikkenee. Näiden haittojen ehkäisemiseksi, tullaan kaava-alueella, mahdollisuuksien mukaan, soveltamaan luonnon omaa hydrologiaa jäljitteleviä, luonnonmukaisia ja kokonaisvaltaisia hulevesienhallintaratkaisuja. Kaava-alue kuuluu Hyrylän pohjavesialueelle ja lounaisosa pohjaveden muodostumisalueelle, joka asettaa myös omia rajoituksiaan suunnittelulle ja edelleen reunaehdot hulevesienhallinnalle. Kaava-alueen lounaisosaa koskee Hyrylän pohjavesialueen suojelusuunnitelma, jossa on esitetty, että pohjavesialueen rakentamattomilla osa-alueilla voidaan käyttää vettä läpäisemättömiä päällysteitä sekä johtaa niille kertyvät sade- ja valumavedet pohjavesialueen ulkopuolelle enintään 10 ha:n suuruiselta alueelta. Tästä 10:stä hehtaarista on jo varattu rakentamiselle n. 3 ha. Pohjaveden muodostumisen väheneminen voidaan pitää kuitenkin kohtuullisena ja tilannetta voidaan asianmukaisin ratkaisuin jopa parantaa suhteessa nykytilaan. Pohjaveden muodostumiselle edullisin ratkaisu onkin kaava-alueen länsi- ja lounaisosan kattovesien hallittu imeyttäminen. Imeytettävistä kattovesistä on otettu Hyrylän alueella muutamia vesinäytteitä, jotka ovat osoittaneet hyvän vedenlaadun sekä nopean ja hallitun imeytymisen. Rykmentinpuiston osayleiskaavassa on mainittu hulevesien hallinnassa sovellettavat periaatteet. Ensisijaisesti hulevedet imeytetään - mahdollisuuksien mukaan - ja muussa tapauksessa hulevesiä varastoidaan ja hidastetaan niin, että niiden huippuvirtaama alueelta johtavissa laskuojissa ei kasva nykyisestä. Rykmentinpuiston hulevesien mallinnuksen tarkoituksena on selvittää kuinka esitetty hulevesienhallintajärjestelmä toimii mitoitustilanteessa sekä määrittää hulevesien pidätykseen ja varastointiin tarvittavat kokonaistilavuudet.

Topi Tiihonen 15.08.2009 5 (15) 2. Alueen yleiskuvaus Koko Rykmentinpuiston kaava-alue on kuvattu hyvin kattavasti osayleiskaavan kaavaselostuksessa. Tässä kappaleessa kerrataan hulevesien hallinnan kannalta Rykmentinpuiston kaava-alueen olennaiset ominaispiirteet. Kaava-alue on n. 480 ha suuri ja se jakaantuu useammalle eri valuma-alueelle. Alueen luoteisosa kuuluu Piilinojan valuma-alueeseen, joka laskee Tuusulanjärveen. Pääosa kaava-alueesta kuuluu Nissinojan valuma-alueeseen, joka laskee Myrtinojan kautta Nissinojaan Keravan suuntaan. Kaava-alueen rakennetuissa osissa, kuten Sulan teollisuusalueella, on olemassa olevaa kuivatusinfrastruktuuria, jotka osaksi myös laskevat Sammalojan kautta Myrtinojaan. Alueen vedenjakajat ja osavaluma-alueet on esitelty liitteessä 1. Kallioperän kivilajit ovat Tuusulalle tyypillisiä syväkivilajeja; graniittia, kvartsia ja granodioriittia. Monin paikoin moreeni verhoaa kallioalueita ohuena kerroksena. Varuskunnan alueella suunnittelualueen maaperä on soraa ja hiekkaa. Lisäksi idempänä painanteissa on muutamia rahkaturve- ja saraturvesoita. Varuskunnan sora- ja hiekkapitoinen maaperä soveltuu hyvin imeyttämiseen. Kaava-alueen itäosissa on taas enemmän imeyttämiseen huonommin soveltuvaa savimaata. Maaperäkartta on esitelty liitteessä 1. Alueen korkeusmalli on esitetty myös liitteessä 1. 3. Hulevesimallinnus Tässä raportissa kuvailtu hulevesimallinnus tehtiin StormNET-ohjelmistolla. Ohjelmisto soveltuu parhainten hulevesijärjestelmien mitoitukseen sekä edelleen järjestelmän toimivuuden mallintamiseen. Mallinnuksen tarkoituksena oli testata osayleiskaavassa esitetyn hulevesijärjestelmän toimivuus sekä määrittää tarvittava varastotilavuus imeytys-, varasto- ja pidätysaltaille/-rakenteille. Mallinnus suoritettiin yksinkertaisesti kuvattuna siten, että aluksi arvioitiin kaavaalueelta Sammalojan kautta purkautuva vesimäärä nykytilanteessa ja tämän jälkeen mallinnettiin osayleiskaavan mukaisesta tilanteesta purkautuvat vesimäärät. Näiden erotuksesta pääteltiin tarvittavat varastotilavuudet niin imeytysrakenteille kuin varasto- ja pidätysrakenteillekin. Kuin kaikki tarvittavat arviot varastotilavuuksista ja hulevesimallin muista osista oli saatu, mallinnettiin hulevesijärjestelmän toiminta täydellisenä kaikki mallin osat mukana. Mallinnus suoritettiin kahdella erityyppisellä mitoitus-sadannalla, jotka ottavat huomion ilmastonmuutoksen vaikutuksen rankkasateiden kasvavina intensiteetteinä ja sadetapahtumien kestoina. Hulevesimallinnukset tulokset on koottu liitteeseen 3 (hulevesimallin layout) sidottuna laskentaraporttina omaksi liitteekseen (liite B).

Topi Tiihonen 15.08.2009 6 (15) 3.1 Mitoitus-sadanta Mallinnus suoritettiin kahdella erilaisella sadannalla, joista toisella (pitkä, tasainen) määriteltiin tarvittavat varastotilavuudet ja toisella (lyhyt, rankka) testattiin järjestelmän toimivuutta. Normaalisti mitoitusperusteena on käytetty joidenkin yleisten opusten, esimerkiksi RIL:in käsikirjan (124-2), käyttämää kerran kahdessa vuodessa toistuvaa 10 minuutin rankkasadetta, joka on intensiteetiltään 125 l/s/ha. Nämä sadannat on määritetty toistuvuuskäyristä, jotka ovat yli 40 vuotta vanhoja. Tässä mallinnuksessa käytetyt mitoitus-sadannat ottavat huomioon ilmastonmuutoksen vaikutukset ja laittavat mallinnuksen tuloksena saadut johtopäätökset varmemmalle pohjalle tulevaisuutta ajatellen. Ensimmäisenä mitoitus-sateena käytettiin sadantaa, joka RIL:in toistuvuuskäyrissä vastaa kerran 50:ssä vuodessa toistuvaa 20 minuutin rankkasadetta, joka on intensiteetiltään n. 180 l/s/ha. Mitoitus-sateella halutaan testata järjestelmän toimivuutta mitoitustilanteessa. Sateen profiili on esitetty liitteessä 2b Toisella mitoitussateella haluttiin määrittää alueella tarvittavat varastotilavuudet. Mitoitussateeksi valittiin tasainen 90 l/s/ha kestävä kolmen tunnin sade. Sovelletulla pitkällä rankkasadejaksolla haluttiin varmistaa varastotilavuuden riittävyys ja rakenteiden toiminta suuren kuormituksen alla. Sateen profiili on esitetty liitteessä 2a. Molempien sateiden aikasarjat löytyy myös mallisimuloinnin lähtötiedoissa, jotka on koottu liitteeseen A. 3.2 Hulevesimallin rakenne Hulevesimallin pohjana on Rykmentinpuiston osayleiskaavaa varten tehty yleissuunnitelma tason karkea hulevesisuunnitelma. Suunnitelmassa on määritetty mm. osavaluma-alueiden purkupaikat ja hulevesiverkosto, joka koostuu pääasiassa pidätys- /varastoaltaista, avo-ojista ja muutamasta hulevesiviemäristä. Mallinnuksen pohjalla oleva hulevesisuunnitelma on kokonaisuudessaan esitetty liitteessä 3. Tuon samaisen liitteen 3 merkinnät (Sub-, Con-, Jun- ja Pond-) on selitetty seuraavassa ja lähtötiedoista sekä laskentatuloksista (liitteet A & B) voi tarkastella hulevesimallissa olevien rakenteiden dimensioita ja rakenteisiin liittyviä yksityiskohtaisia laskentatuloksia. Valuma-alueet (Sub-) Kaava-alueen osavaluma-alueet on määritelty korkeusmallista ja tuotu malliin. Kullekin osavaluma-alueelle määritellään erikseen maaperätyyppi parametreineen (maankosteusparametrit, imeyntäkyky, alkuhäviöt yms.) maankäyttö parametreineen (läpäisevän/läpäisemättömän pinnat, painannesäilynnät, kaltevuudet yms.). Valumaalueiden parametrit määriteltiin lähtötietojen perusteella. Avo-ojat & hulevesiviemärit (Con-) Hulevesimallissa oleville avo-ojille ja viemäreille on määritelty mallipoikkileikkaukset, jotka luonnollisesti määrittävät rakenteen vedenjohtokyvyn yhdessä korkeusmallin kanssa. Kullekin mallipoikkileikkaukselle määritellään erikseen hydrauliset ominaisuudet, kuten karkeuskertoimet ja mahdolliset häviöt. Mallissa vedenjohtorakenteet määritellään kahden solmupisteen (Jun-) välille. Solmupisteille annetaan ainakin kor-

Topi Tiihonen 15.08.2009 7 (15) keusasema ja määritellään myös muuten solmupisteen tyyppi (mm. kaivon, ritilätyyppi, tulva-alue). Sulan teollisuusalueelta on mallinnettu muutama olemassa oleva hulevesiviemäri malliin mukaan. Viemärien dimensiot määriteltiin lähtötiedoista. Kaikkien avo-ojien ja viemärien dimensiot on esitetty laskennan lähtötiedoissa liitteessä A. Pidätys-/Varastoaltaat (Pond-) Malliin on lisätty jo alkuvaiheessa osayleiskaavassakin mukana olevia allasrakenteita, joiden tilavuus on laskettu yksikertaisesti altaan pinta-alan ja maksimisyvyyden tulona. Avo-ojiin ja viemäreihin tietyllä ajanhetkellä varastoitunut vesi ei kuulu allasrakenteiden varastotilavuuteen. Sammalojan varrella ja itse ojaan laskevia altaita ei ole alkuvaiheessa mallinnettu, koska mallinnuksen tarkoitus oli juurikin määrittää tälle allasryhmälle sekä kosteikolle tarvittava kokonaistilavuus. Lopuksi hulevesijärjestelmän toimintaa simuloitiin siten, että kaikki hulevesisuunnitelman osat varastoaltaineen olivat mukana. Kaava-alueen luoteis- ja itäosissa sijaitsevat altaat (Pond-1 ja Pond-3) ovat sen sijaan mallissa alusta asti mukana. Luoteisosan pidätysallas (Pond-1) laskee Piilinojan kautta Tuusulanjärveen. Itäosissa on imeyttämiseen sopimaton maaperä, joten siellä hulevedet pyritään mitoitustilanteen aikana varastoimaan ja purkamaan pikkuhiljaa eteenpäin. Mallissa olevalla varastoaltaalla (Pond-3) mallinnettiin juurikin edellä mainittua tilannetta. Lounaispuolella, pohjaveden muodostumisalueen rajalla, on myös allas (Pond-2), jolla mallinnettiin imeytysrakenteeseen tarvittavaa varastotilavuutta. 3.3 Mallinnuksen tulokset Mallinnusjaksoina käytettiin 12 (pitkä sadanta) ja 4 (lyhyt sadanta) tunnin jaksoja, joiden puoliväliin kohdassa 3.1 kuvatut sadannat osuvat. Hulevesimallin lähtötiedot ja lopullisen mallin laskentatulokset on kokonaisuudessaan esitetty omina raportteinaan liitteissä A & B. Seuraavassa käydään simulointien tärkeimpiä tuloksia läpi. Varastotilavuuden määrittäminen Varastotilavuuden määrittämiseksi mallia simuloitiin liitteen 2b sadannalla. Laskentatulosten perusteella mitoitustilanteen aikana Myrtinojaan ylivirtaama (Qmax) on 4.5 m3/s. Mallinnusjakson aikana kaava-alueelta Myrtinojan kautta purkautuva kokonaisvesimääräksi saadaan 42900 m3. Alla esitetyssä kuvassa on esitetty kaava-alueelta pääkuivatusreitin kautta purkautuva virtaama mallinnusjaksolla.

Topi Tiihonen 15.08.2009 8 (15) 5.0 Flow : Link - Con-11 (TUUSULA_STORMWATERMODEL_300609_ohjausryhma 2009-07-01 12:52:22) 4.5 4.0 3.5 3.0 Flow (cms) 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0 2 4 6 Time (hrs) 8 10 12 Kuva 1: Kaava-alueen pääkuivatusreitin purkautumiskäyrä (Qmax = 4.5 m3/s, Vtot = 42900 m3) Varastotilavuus määritettiin rajaamalla Myrtinojasta sallittu ylivirtaama nykytilanteen arvioon (raja-arvo) Myrtinojan maksimikapasiteetista ja laskemalla edelleen tarvittava varastotilavuus tuon raja-arvon saavuttamiseksi. Alustavilla simuloinneilla määritettiin Myrtinojan nykyiseksi maksimikapasiteetiksi 1.75 m3/s tulvahuipun aikana. Mallin tuloksista voidaan laskea, että jos tulvahuippu halutaan pitää rakentamista edeltävällä tasolla (1.75 m3/s), tarvitaan varastotilavuutta 30364 m3 ylivirtaaman laskemiseksi. Alla on esitetty tarvitun varastotilavuuden määrittäminen Myrtinojan purkautumiskäyrästä.

Topi Tiihonen 15.08.2009 9 (15) 5.0 User-Defined Max Flow Flow : Link - Con-11 (TUUSULA_STORMWATERMODEL_300609_ohjausryhma 2009-07-01 12:52:22) 4.5 4.0 3.5 3.0 Flow (cms) 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0 2 4 6 Time (hrs) 8 10 12 Kuva 2: Varastotilavuuden määrittäminen Myrtinojan purkautumiskäyrästä. Mallinnetusta ylivirtaamasta 4.5 m3/s päästään nykytilanteen arvioituun raja-arvoon 1.75 m3/s varastoimalla 30364m3 42900m3:n kokonaistilavuudesta Hulevesijärjestelmän mitoitus Mallinnetun hulevesijärjestelmän osia testattiin lyhyellä ja rankemmalla mitoitussateella. Tällä haluttiin testata järjestelmän eri osien toimivuutta ja määrittää mahdollisia ongelmakohtia. Liitteessä 4 on kuvattu kaava-alueen pääkuivatusreitin pituusleikkaus mitoitustilanteessa. Profiili näyttää avo-ojat putkena, joiden halkaisija (diameter) on sama kuin avo-ojan korkeus. Avo-oja osuuksien vedenjohtokyky on kuitenkin analoginen mallin avo-ojien kanssa. Profiilin alkupiste on Sulan teollisuusalueen jo olemassa oleva putki (d = 900mm) ja loppupiste on kaava-alueen purkupiste. Profiilin kulkureitti on esitetty alla kuvassa 3.

OLY M PI AM ÄK I UR HE IL UK ESK US MA ALÄMPÖVOIMALA AM FI TO IM ITILAA / L EH TIKO RT TEL I UR HE ILUPUISTON LAA JEN NU SA LU E OLY M PI AK YLÄ MU SE O MU SEOALUE MU SE O KES KU SP UI ST O PEL TO A / NITTY Ä PÄI VÄ KO TI KOULUKESKUS HULEVESIA LLA S KESKUSPUISTO KO RT TEL IT ALO KO STE I KKO LAM PI ON KKALLIO PÄI VÄ KO TI PER U SKO U LU NI IT TY / LI N TU KO STE I KKO SI KO KA LLI O SAMMA LOJ A KO RT TEL IT ALO PAL STA VI LJE LM ÄT PUROLAAKSO LIKE KOR TTE LI UU SI KY LÄ VI HE RV YÖ HY KE / TOIMITILAA VI HE RV YÖ HY KE / LIKE - JA TO IMITILAA VI HE RV YÖ HY KE TÄY TTÖ M ÄE T KYL ÄTA LO Topi Tiihonen 15.08.2009 10 (15) Sub-4 Out-2 Con-12 Pond-1 Sub-3 Link Roughness 0.00 0.00 0.01 0.10 Node Invert Elevation 25.00 50.00 75.00 100.00 m Subbasin Basin Area 25.00 50.00 75.00 100.00 ha Sub-26 Sub-1 Sub-2 Sub-27 Pond-2 Out-1 Con-9 Jun-11 Con-11 Jun-10 Sub-6 Con-10 Jun-3 Con-4 Sub-24 Sub-10 Sub-9 Sub-5 Sub-7 Con-3 Jun-5 Jun-4 Con-2 Sub-11 Sub-25 Sub-8 Con-1 Jun-2 Pond-3 Jun-1 Jun-6 Con-8 Sub-23 Sub-18 Jun-9 Con-5 Sub-15 Jun-7 Sub-13 Sub-12 Con-7 Con-6 Sub-16 Jun-8 Sub-17 Sub-20 Sub-22 Sub-21 Sub-19 Kuva 3: Kuvassa osoitetun pääkuivatusreitin profiili on esitetty liitteessä 4. Mallin perusteella hulevesijärjestelmä toimii toivotun mukaisesti. Vaikka profiilissa kuvattu pääreitti näyttäisikin mitoitustilanteessa uhkaavasti täyttyvän, täytyy muistaa, ettei tässä simuloinnissa ole vielä tuota tarvittavaa 30000m3:n varastotilavuutta mukana. Osayleiskaavassa Sammalojan varrelle on varattu paikka ainakin kolmelle pidätys-/varastoaltaalle, jotka tulevat huomattavasti helpottamaan pääkuivatusreittiin kohdistuvia tulvapaineita. Myös keskuspuiston alueelta tuleva kuivatusreitti (Con-9 & Con-10) näyttää simuloinnin mukaan olevan mitoitustilanteessa aivan äärirajoilla, mutta tässäkin tapauksessa tulee huomioida, että osayleiskaavassa keskuspuistoon on varattu paikka isolle hulevesialtaalle ja puiston sekä purkupisteen välille on suunniteltu hulevesikosteikkoa. Tämä kosteikkojärjestelmä tulee poistamaan simuloinnin kuvaaman tulvariskin keskuspuiston alueelta kokonaan.

Topi Tiihonen 15.08.2009 11 (15) Varastoaltaiden toiminta mitoitustilanteessa Mallin simulointiin otettiin mukaan kolme varastointirakennetta, jotka ovat irrallaan edellä kuvatusta pääkuivatusjärjestelmästä. Varastorakenteiden mitoittamiseksi malli simuloitiin pitkällä tasaisella (3h sade, intensiteetti: 90 l/s/ha) sadannalla. Alla olevassa taulukossa on esitetty simuloinnin tulokset. Element ID Pond-3 Pond-2 Pond-1 Maximum Total Inflow (cms) 1.71 1.38 0.63 Minimum Total Inflow (cms) 0 0 0 Event Mean Total Inflow (cms) 0.27 0.32 0.13 Total Inflow Volume (m³)) 11662 imeytysrakenne 5694 Taulukko 1: Varastoaltaisiin kertyvät vesimäärät mitoitus-sateen aikana. Simuloinnin perusteella saadaan määritettyä tarvittavat varastotilavuudet varastorakenteille. Liitteessä 5 on esitetty kuhunkin rakenteeseen virtaavan veden määrä ajan funktiona. Pond-1 on alueen luoteisosissa oleva allas, josta vesi laskee Piilinojan kautta Tuusulanjärveen. Altaaseen tulee mitoitustilanteessa vettä n. 5700 m3, mutta altaasta Piilinojaan purkautuva virtaama on maksimissaan n. 620 l/s. Mallinnuksen perusteella altaan varastotilavuuden tulee olla vähintään 2000m3, jotta tilanne pysyy luoteisosan altaan suhteen stabiilina. Pond-2 kuvaa alueen lounaisosassa olevaa imeytysrakennetta, jolla varastoidut hulevedet pyritään aluksi varastoimaan ja purkamaan imeyttämällä pohjavesialueelle. Mallin imeytysrakenteen dimensiot ovat 30m x 30m x 3m ja se pystyy varastoimaan vettä 95 % tilavuudestaan (normaali arvo esim. Q-bic imeytyskaseteille). Mallinnuksen perusteella imeytysrakenteeseen virtaa vettä tulvahuipun aikana 1.38 m3/s. Imeytysrakenteesta imeytyy vettä maaperään mitoitustapahtuman aikana maksimissaan n. 110 l/s ja loppu varastoituu sekä purkautuu hallitusti haluttuun paikkaan. Rakenteeseen on mallinnettu ylivuotoputki, jonka kautta kiintoaineksesta puhdistunut vesi pääsee purkautumaan tulvahuipun aikana rakenteesta pois pohjavesialueelle. Ylivuotoputkesta (d = 500mm) purkautuu tulvahuipun aikana maksimissaan 280 l/s. Pond-3 kuvaa koko itäisellä alueella tarvittavaa varastotilavuutta. Kaava-alueen itäinen alue soveltuu huonosti imeyttämiseen, joten siellä hulevedet varastoidaan ja puretaan pikkuhiljaa avo-uomia pitkin eteenpäin. Kokonaisuudessaan itäisellä alueella tarvitaan n. 11500m3:n varastotilavuus. Rykmentinpuiston hulevesijärjestelmän mallinnus Lopuksi Rykmentinpuiston hulevesijärjestelmän mallia simuloitiin kaikki järjestelmän osat (pidätys-, varastointialtaat, imeytysrakenne yms.) mukana. Simulointi tehtiin hulevesijärjestelmän testaamiseksi ja tämän takia malli simuloitiin tasaisella pitkällä mitoitus-sateella kaikkien osien toiminnan testaamiseksi. Alla olevissa kuvissa on esitetty kaava-alueelta Sammalojan kautta Myrtinojaan purkautuva virtaama ja sadanta ajan funktiona.

Topi Tiihonen 15.08.2009 12 (15) 18 Flow : Link - Con-11 (TUUSULA_STORMWATERMODEL_todellinen_300609_ohjausryhma 2009-07-03 11:12:04) Rainfall: System (TUUSULA_STORMWATERMODEL_todellinen_300609_ohjausryhma 2009-07-03 11:12:04) 16 14 Rainfall (mm/hr) 12 10 8 6 4 2 0 1.75 1.50 Flow (cms) 1.25 1.00 0.75 0.50 0.25 0.00 0 2 4 6 8 10 12 Time (hrs) 14 16 18 20 22 Kuva 4: Kaava-alueelta Sammalojan kautta purkautuva virtaama ja sadanta ajan funktiona. Pidätysaltaiden varastotilavuuksilla saadaan tulvahuippua siirrettyä siten, että se esiintyy vasta rankkasadetapahtuman jälkeen. Pidätys- ja varastointirakenteilla saadaan Sammalojasta purkautuva virtaama pysymään alle arvioidun nykytilanteen (1.75 m3/s). Mitoitustapahtuman tulvahuippu ajoittuu altaiden toimesta sateen loppuun ja purkautuu pikkuhiljaa vuorokauden kuluessa vastaanottavaan vesistöön. Vaikkakin tämä simulointi on tehty pitkällä ja tasaisella mitoitus-sateella, riittää varasto-altaiden kapasiteetti hallinnoimaan myös hyvin rankempia sateita. Alla olevassa kuvassa on esitetty sama purkautumiskäyrä toisella mitoitus-sateella.

Topi Tiihonen 15.08.2009 13 (15) Rainfall (mm/hr) 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Total Inflow : Node - Out-1 (TUUSULA_STORMWATERMODELFINAL 2009-07-03 12:25:06) Rainfall: System (TUUSULA_STORMWATERMODELFINAL 2009-07-03 12:25:06) 0.050 0.045 0.040 Total Inflow (cms) 0.035 0.030 0.025 0.020 0.015 0.010 0.005 0.000 0 2 4 6 8 10 12 Time (hrs) 14 16 18 20 22 Kuva 5: Kaava-alueelta Sammalojan kautta purkautuva virtaama ja sadanta ajan funktiona. Kuvasta nähdään, että mitoitettu järjestelmä pystyy pitämään rankan sadetapahtuman melkein kokonaan järjestelmän sisällä, eli varastoaltaissa. Kuvan perusteella, järjestelmään varastoitunut vesimäärä alkaa hiljalleen purkautumaan viimeisestä varastoaltaasta (Sammalojan viimeinen varastoallas) noin neljän tunnin päästä sateen alkamisesta. Pieni huippuvirtaama (Qmax = 50 l/s vrt. alkutilanne Qmax = 4.5 m3/s) selittyy sillä, että rankkasateesta kertynyt hulevesivalunta on varastoitunut järjestelmän altaisiin ja noin kuuden tunnin kohdalla Sammalojan viimeisen altaan (allasketjun viimeinen allas) vedenpinta on niin ylhäällä, että se alkaa purkamaan vettä hiljalleen eteenpäin. Vaikka lyhyt rankkasade on intensiteetiltään kaksinkertainen toiseen mitoitus-sateeseen nähden, on rankkasateesta kaava-alueelle kertyvä vesimäärä kuitenkin huomattavasti pienempi kuin pitkässä tasaisessa sadetapahtumassa. Yllä kuvattu tulos osoittaa myös sen, että osayleiskaavassa ja tässä selvityksessä kuvatulla hulevesijärjestelmällä voidaan helpottaa huomattavasti Keravan puolella esiintyviä tulvaongelmia. Liitteessä 6 on esitetty kuvassa 3 esitetyn kuivatusreitin pituusleikkaus mitoitustilanteessa lopullisessa mallissa, jossa pituusleikkaukseen on lisätty hulevesialtaat. Kuten edellä on todettu, simuloinnin kaikki laskentatulokset on koottu liitteeseen B.

Topi Tiihonen 15.08.2009 14 (15) 4. Johtopäätelmät Tavanomainen taajamarakentaminen vaikuttaa voimakkaasti valuma-alueiden hydrologiaan. Sen seurauksena mm. haihdunta vähenee, pintavaluntamäärät kasvavat, pohjaveden pinta alenee sekä valumavesien ja edelleen vastaanottavien vesistöjen laatu heikkenee. Näiden haittojen ehkäisemiseksi Rykmentinpuiston kaava-alueella pyritään soveltamaan luonnonmukaisia ja kokonaisvaltaisia hulevesienhallintaratkaisuja, joilla pyritään jäljittelemään luonnon omaa hydrologiaa. Oikeasti sovellettuna, näillä menetelmillä voidaan ehkäistä purkuojien alajuoksuilla esiintyviä tulvahaittoja sekä parantaa valumavesien laatua yli kuntarajojen myös Keravan ja välillisesti Vantaan kaupunkien puolella. Hulevesimallinnuksen eräs päätarkoituksista oli määrittää kaava-alueelle suunniteltujen hulevesialtaiden tarvitsemat varastotilavuudet. Lopullisessa mallinnuksessa olevien rakenteiden dimensiot, kuten esimerkiksi mallinnettujen varastoaltaiden pintaalat, löytyvät lähtötietoja ja laskentatuloksia esittelevissä liitteissä A & B. Mallinnuksessa käytetyt varastotilavuudet voivat toimia ohjeellisina arvoina lopullisessa suunnittelussa. Rykmentinpuiston alueen luoteisosan, eli keskustan alueen, hulevesiallas tulee alustavan tarkastelun mukaan mitoittaa varastotilavuudeltaan 2 000 m3 kokoiseksi. Tämä tarkoittaisi esimerkiksi 1.2 metriä syvälle altaalle mittoja 41 x 41 m. Alueen keskeisten, Keravan suuntaan purkavien valuma-alueiden, pidättävien altaiden (Liitteessä 3: HVallas Kpuisto, HVallas Sam.oja, HVallas Sam.oja 2, HVallas Sam.oja3 ja Kosteikko) varastotilavuudeksi tulee kokonaisuudessaan varata n. 30 000 m3. Tuusulan itäväylän itäpuolen varastoallas tulee mitoittaa alustavasti varastotilavuudeltaan n. 11 000 m3 kokoisiksi. Maaperä on tuossa osassa kaava-aluetta epäedullinen imeytykselle, joten hulevedet johdetaan mitoitetun pidätysaltaan kautta edelleen Keravalle purkaviin uomiin. Alueen lounaisosiin suunniteltu imeytysrakenne mitoitettiin ja sen toimintaa testattiin. Imeytysrakenteen tarkoitus on kerätä kaava-alueen lounaisosien imeytykseen soveltuvia hulevesiä (mm. kattovesiä) ja purkaa ne hallitusti pohjavedenmuodostumisalueelle. Tällä turvataan pohjaveden muodostuminen osayleiskaavan mukaisessa tilanteessa. Mallinnettu hulevesijärjestelmä toimi molempien mitoitustapahtumien aikana erinomaisesti. Mallin mukaista hulevesijärjestelmää simuloitiin lyhyellä ja erittäin rankalla mitoitussateella, jonka aiheuttama hulevesivalunta pysyi lähes kokonaan järjestelmässä. Kaava-alueen pääkuivatusreittiä pitkin purkautuva virtaama saatiin pidettyä arvioidulla nykyisellä tasolla ja sen alapuolella molemmissa mitoitustapahtumissa. Tulokset osoittavat, että suunnitelman mukaisilla, karkeasti mitoitetuilla varastorakenteilla pystytään radikaalisti vähentämään alueella nykyisin esiintyviä tulvahaittoja. Tämä on seurausta siitä, että Rykmentinpuiston alueelle suunnitelluilla ratkaisuilla hulevesiä varastoidaan, pidätetään ja johdetaan hallitusti. Toisin sanoen, vaikka alueelle suunniteltu rakentaminen lisäisikin hulevesimääriä kokonaisuudessaan kaava-

Topi Tiihonen 15.08.2009 15 (15) alueella, mahdollistavat yleisesti ympäri kaava-aluetta hajautetut hulevesien hallintaratkaisut sen, että alueelta purkautuu jopa nykytilannetta pienempiä virtaamia mitoitustilanteessa. Vaikkakin hulevesijärjestelmä saatiin mallinnettua toimivaksi, kannattaa simulointimallien tuloksiin aina suhtautua varauksella. Mallintamiseen liittyy huomattavia epävarmuustekijöitä mallien antamien tulosten ja mallinnettavan, todellisen ympäristön välillä. Mallisovellukset, joista halutaan saada fysikaalisesti todenmukaisia ennusteita, tulisi perustua kenttähavainnoinnin ja mallinnuksen yhdistämiseen. Tässä työssä lähtötiedot suurimmaksi osaksi arvioitiin niin olemassa olevan hulevesiinfrastruktuurin (mm. Sammalojan ja Myrtinojan dimensiot) kuin maaperän ja kaltevuuksienkin osalta. Nyrkkisääntönä hydrologisessa ja hydraulisessa mallinnuksessa on se, että mallin pohjana käytetyn havaintoaineiston laatu määrittelee mallin ja sen tulosten laadun. Mallilla saadut tulokset antavat kuitenkin hyvän arvion kaavaalueelle suunniteltujen varastoaltaiden tilavuuksien suuruusluokasta ja kuivatusjärjestelmän toiminnasta noin yleensä. Suurien hulevesijärjestelmien suunnittelu vaatii ennusteita, joita voidaan lähestyä ainoastaan tämäntyyppisillä malleilla ja simuloinneilla. Valuma-alueiden maankäytön muutosten vaikutusten ennustamista on pidettykin eräänä perusteena tällaisten mallien kehittämiselle.

Maaperäkartta RYKMENTINPUISTON OSAYLEISKAAVA LIITE 1

Maaperäkartta RYKMENTINPUISTON OSAYLEISKAAVA LIITE 1

Valuma-alueet ja vedenjakajat RYKMENTINPUISTON OSAYLEISKAAVA LIITE 1

MITOITUSSADANNAT LIITE 2

MITOITUSSADANNAT LIITE 2

HULEVESISUUNNITELMA LIITE 3

JÄRJESTELMÄN PÄÄKUIVATUSREITTI NYKYTILANTEESSA Elevation (m) 63.5 63 62.5 62 61.5 61 60.5 60 59.5 59 58.5 58 57.5 57 56.5 56 55.5 55 54.5 54 53.5 53 52.5 52 51.5 51 50.5 50 49.5 49 48.5 48 47.5 47 46.5 Node ID Jun-9 Rim 59.20 m Invert 58.00 m Link ID Con-6 Length 365.25 m Dia 0.90 m Slope 0.0007 m/m Up Invert 58.00 m Dn Invert 57.75 m Max Q 0.0550 cms Node ID Jun-8 Rim 58.95 m Invert 57.75 m Link ID Con-7 Length 270.47 m Dia 0.90 m Slope 0.0046 m/m Up Invert 57.75 m Dn Invert 56.50 m Max Q 0.2320 cms Node ID Jun-7 Rim 57.70 m Invert 56.50 m Link ID Con-8 Length 464.47 m Dia 1.00 m Slope 0.0032 m/m Up Invert 56.50 m Dn Invert 55.00 m Max Q 0.6310 cms Node ID Jun-1 Rim 56.20 m Invert 55.00 m Profile Plot Main Storm Conduit Link ID Con-1 Length 1080.29 m Dia 1.00 m Slope 0.0019 m/m Up Invert 55.00 m Dn Invert 53.00 m Max Q 1.3700 cms Node ID Jun-2 Rim 54.20 m Invert 53.00 m Link ID Con-2 Length 227.94 m Dia 1.00 m Slope 0.0162 m/m Up Invert 53.00 m Dn Invert 49.30 m Max Q 2.6890 cms Node ID Jun-4 Rim 50.50 m Invert 49.30 m Node ID Jun-5 Rim 50.00 m Invert 48.79 m Link ID Con-3 Length 37.33 m Dia 1.50 m Link ID Con-4 Slope 0.0137 m/m Length 173.63 m Up Invert 49.30 m Dia 1.00 m Dn Invert 48.79 m Slope 0.0132 m/m Max Q 2.6890 cms Up Invert 48.79 m Dn Invert 46.50 m Max Q 2.6880 cms Node ID Jun-3 Rim 47.70 m Invert 46.50 m Link ID Con-11 Length 232.48 m Dia 1.00 m Slope 0.0086 m/m Node ID Out-1 Invert 44.50 m Up Invert 46.50 m Dn Invert 44.50 m Max Q 4.4870 cms LIITE 4 46 45.5 45 44.5 44 43.5 43 0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400 Station (m) 1,600 1,800 2,000 2,200 2,400 2,600 2,800 Node ID: Jun-9 Jun-8 Jun-7 Jun-1 Jun-2 Jun-4 Jun-5 Jun-3 Out-1 Rim (m): 59.20 58.95 57.70 56.20 54.20 50.50.00 47.70 Invert (m): 58.00 57.75 56.50 55.00 53.00 49.30 48.79 46.50 44.50 Max HGL (ft): 58.21 58.03 57.49 55.64 53.66 49.94 49.43 47.36 45.22 Link ID: Con-6 Con-7 Con-8 Con-1 Con-2 Con-3 Con-4 Con-11 Length (m): 365.25 270.47 464.47 1080.29 227.94 37.33 173.63 232.48 Dia (m): 0.90 0.90 1.00 1.00 1.00 1.50 1.00 1.00 Slope (m/ m): 0.0007 0.0046 0.0032 0.0019 0.0162 0.0137 0.0132 0.0086 Up Invert (m): Dn Invert (m): Max Q (cms): Max Vel (ft/ s): Max Depth (m): 58.00 57.75 0.0550 0.54 0.21 57.75 56.50 0.2320 1.39 0.28 56.50 55.00 0.6310 1.06 0.44 55.00 53.00 1.3700 1.12 0.64 53.00 49.30 2.6890 2.56 0.52 49.30 48.79 2.6890 3.76 0.64 48.79 46.50 2.6880 2.38 0.55 46.50 44.50 4.4870 2.30 0.72

ERILLISIIN VARASTORAKENNUKSIIN VIRTAAVAN VEDEN MÄÄRÄ FUNKTIONA LIITE 5 Total Inflow : Node - Pond-3 (TUUSULA_STORMWATERMODEL_300609_ohjausryhma 2009-07-02 10:26:54) Total Inflow : Node - Pond-2 (TUUSULA_STORMWATERMODEL_300609_ohjausryhma 2009-07-02 10:26:54) Total Inflow : Node - Pond-1 (TUUSULA_STORMWATERMODEL_300609_ohjausryhma 2009-07-02 10:26:54) 1.75 1.50 1.25 Total Inflow (cms) 1.00 0.75 0.50 0.25 0.00 0 2 4 6 Time (hrs) 8 10 12

HULEVESISUUNNITELMAN PÄÄKUIVATUSREITTI MITOITUSTILANTEESSA Profile Plot Main Storm Conduit LIITE 6 Elevation (m) 63 62 61 60 59 58 57 56 55 54 53 52 51 50 49 48 47 Node ID Jun-9 Rim 59.20 m Invert 58.00 m Link ID Con-6 Length 365.25 m Dia 0.90 m Slope 0.0007 m/m Up Invert 58.00 m Dn Invert 57.75 m Node ID Jun-8 Rim 58.95 m Invert 57.75 m Node ID Jun-7 Rim 57.70 m Invert 56.50 m Link ID Con-7 Length 270.47 m Dia 0.90 m Slope 0.0046 m/m Up Invert 57.75 m Dn Invert 56.50 m Link ID Con-8 Length 464.47 m Dia 0.75 m Slope 0.0032 m/m Up Invert 56.50 m Dn Invert 55.00 m Node ID HVallas Sam.oja Rim 56.20 m Invert 55.00 m Link ID Con-1 Length 1080.29 m Dia 0.75 m Slope 0.0022 m/m Up Invert 55.40 m Dn Invert 53.00 m Node ID HVallas 2. Sam.oja Rim 54.20 m Invert 53.00 m Link ID Con-2 Length 227.94 m Dia 1.00 m Slope 0.0184 m/m Up Invert 53.50 m Dn Invert 49.30 m Node ID Jun-4 Node Rim ID 50.50 Jun-5 m Rim Invert 50.00 49.30 m m Invert 48.79 m Node ID HVallas 3 Sam.oja Rim 47.60 m Invert 46.00 m Link ID Con-3 Length Link 37.33 ID mcon-4 Dia Length 1.50 m 173.63 m Slope 0.0137 Dia m/m 1.50 m Up Invert Slope 49.30 0.0132 m m/m Dn Invert Up 48.79 Invert m48.79 m Dn Invert 46.50 m Link ID Con-11 Length 232.48 m Dia 1.00 m Slope 0.0075 m/m Up Invert 46.75 m Node ID Out-1 Invert 45.00 m Dn Invert 45.00 m 46 45 44 0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400 Station (m) 1,600 1,800 2,000 2,200 2,400 2,600 2,800 Node ID: Jun-9 Jun-8 Jun-7 HVallas Sam.oja HVallas 2. Sam.oja Jun-4 Jun-5HVallas 3 Sam.oja Out-1 Rim (m): 59.20 58.95 57.70 56.20 54.20 50.50 50.00 47.60 Invert (m): 58.00 57.75 56.50 55.00 53.00 49.30 48.79 46.00 45.00 Max HGL (ft): 58.21 58.03 57.49 56.10 54.08 49.90 49.40 47.46 45.71 Link ID: Con-6 Con-7 Con-8 Con-1 Con-2 Con-3 Con-4 Con-11 Length (m): 365.25 270.47 464.47 1080.29 227.94 37.33 173.63 232.48 Dia (m): 0.90 0.90 0.75 0.75 1.00 1.50 1.50 1.00 Slope (m/ m): 0.0007 0.0046 0.0032 0.0022 0.0184 0.01370.0132 0.0075 Up Invert (m): 58.00 57.75 56.50 55.40 53.50 49.30 48.79 46.75 Dn Invert (m): 57.75 56.50 55.00 53.00 49.30 48.79 46.50 45.00 Max Q (cms): 0.0550 0.2320 0.6310 1.2010 2.4240 2.42402.4230 1.7450 Max Vel (ft/ s): 0.54 1.39 1.06 1.07 2.67 3.66 3.61 1.44 Max Depth (m): 0.21 0.28 0.44 0.69 0.58 0.60 0.61 0.71