Kaupunkirakentamisen vaikutus pieniin valuma-alueisiin ja vesistöihin Suomessa

HELSINGIN YLIOPISTON MAANTIETEEN LAITOKSEN JULKAISUJA B48 Kaupunkirakentamisen vaikutus pieniin valuma-alueisiin ja vesistöihin Suomessa PAULA KUUSISTO

HELSINGIN YLIOPISTON MAANTIETEEN LAITOKSEN JULKAISUJA B 48 Kaupunkirakentamisen vaikutus pieniin valumaalueisiin ja vesistöihin Suomessa PAULA KUUSISTO HELSINKI 2002

Julkaisija: Maantieteen laitos PL 64 (Gustaf Hällströmin katu 2) 00014 Helsingin yliopisto ISBN 952-10-0874-1 ISSN 0355-1105 Helsinki 2002

ESIPUHE Tämä tutkimus on osa Kaupunkivedet ja niiden hallinta -projektia (RYVE), joka kuuluu Ympäristöministeriön Ympäristöklusterin tutkimusohjelman Kestävän yhdyskunnan infrastruktuuri (EKO-INFRA) -tutkimusosioon. RYVE-projektin tarkoituksena oli lisätä tietoa rakennetun ympäristön aiheuttamista hydrologisista muutoksista ja vesistökuormituksesta sekä valuma-alueissa tapahtuneista muutoksista. RYVE-projekti on toteutettu Suomen ympäristökeskuksen, Teknillisen korkeakoulun Vesitalouden ja vesirakennuksen laboratorion, Helsingin yliopiston Maantieteen laitoksen, Helsingin luonnonsuojeluyhdistyksen sekä Espoon kaupungin yhteistyöhankkeena. RYVE-projektin toteutusta on valvonut seurantaryhmä, johon kuuluivat yhdyskuntainsinööri Karl-Erik Blomgren Kuntaliitosta, yli-insinööri Jorma Kaloinen Ympäristöministeriöstä, verkostoinsinööri Mika Rontu Vesi- ja viemärilaitosyhdistyksestä, yli-insinööri Erkki Santala Suomen ympäristökeskuksesta, Professori Pertti Vakkilainen Teknillisestä korkeakoulusta sekä toimitusjohtaja Pentti Sipi Espoon Vedestä. Valvontaryhmän työskentelyyn ovat lisäksi osallistuneet asiantuntijoina Maantieteen laitokselta prof. Matti Tikkanen ja FL Olli Ruth. Tämän raportin laatimisesta on vastannut FM, DI Paula Kuusisto Maantieteen laitokselta. RYVE-projekti koostuu neljästä erikseen toteutettavasta osahanketta. Osahankkeessa, johon tämä julkaisu perustuu, on ollut tavoitteena arvioida kaupunkirakentamisen aiheuttamaa valuma-alueiden ja vesistöjen muutosta Suomessa. Tutkimus toteutettiin viiden eri kohdetarkastelun avulla vertailemalla valuma-alueita 1930 1950-luvuilla ja nykytilassa kartta-aineiston pohjalta. Muita koko RYVE-projektin tavoitteita ovat taajama-alueiden vesistökuormituksen, hydrologisten ominaisuuksien ja veden laadun selvittäminen sekä kaupunkirakentamisen vesistövaikutuksia ja vaikutusten vähentämismahdollisuuksia koskeva tiedottaminen. Helsingissä 16.12.2002 Paula Kuusisto 3

4

SISÄLLYSL SLUETTEL UETTELO ESIPUHE...3 1. JOHDANTO...7 1.1 Taajamavedet... 7 1.2 Kaupunkirakentaminen... 7 1.3. Vesistövaikutukset... 9 1.4 Tutkimuksen tarkoitus ja tavoitteet... 12 2. TUTKIMUSALUEET...12 3. AINEISTO JA MENETELMÄT...20 3.1 Maankäytön luokittelu... 20 3.2 Päällystettyjen pintojen määrä (TIA ja EIA)... 21 3.3 Pintavalunnan määrä... 22 3.4 Vesistökuormitus... 24 3.5 Uomasto... 25 4. TULOKSET...26 4.1 Maankäyttö... 26 4.2 Päällystetyn pinnan määrä... 35 4.3 Valuntakertoimet... 40 4.4 Vuosittainen vesistökuormitus... 42 4.5 Uomaston pituus... 47 4.6 Uomien muokkaus... 49 5. TULOSTEN TARKASTELU...53 5.1 Maankäytön muutos ja päällystetyn pinnan määrä... 53 5.2 Pintavalunnan kasvu... 56 5.3 Vesistökuormitus ja sen kehitys... 56 5.4 Uomaston muutokset... 60 5.5 Vesistövaikutusten selvittäminen... 61 5.6 Valuma-alueiden tulevaisuus... 61 6 JOHTOPÄÄTÖKSET...63 KIRJALLISUUS...64 5

6

1. JOHDANTO 1.1 Taajamavedet Suomessa maankäyttö on 1900-luvulla, etenkin sen jälkipuoliskolla, muuttunut voimakkaasti. Kaupungit ja pienemmät taajamat ovat laajentuneet ympäröivälle maaseudulle, ja tieverkosto on kasvanut. Suurimmilla kaupungeilla keskustat ulottuvat laajalle tiiviisti rakennetun ydinkeskustan ulkopuolelle. Rakennettujen alueiden keskellä sijaitsevat vesistöt ovat kaupungistumisen myötä myös joutuneet paineen alle. Vesistöjä uhkaavat liettyminen, roskaantuminen ja taajama-alueilta valuvat epäpuhtaudet, kuten ravinteet ja raskasmetallit. Taajama-alueiden vesistöihin kohdistuva kuormitus liittyy osin pistelähteisiin, kuten teollisuuteen tai jätevedenpuhdistamoihin. Taajama-alueilla hajakuormitusta syntyy, kun teille, katoille ja pysäköintialueille satava vesi huuhtoo mukaansa epäpuhtauksia, jotka valumaveden mukana päätyvät vesistöihin. Tämä ei ole aiemmin saanut juurikaan valtakunnallista huomiota, mutta vesiensuojelun tehostuessa myös rakennettujen alueiden hajakuormitus saattaa nousta merkittäväksi tekijäksi. Sadeja lumensulamisvesistä syntyviä taajama-alueiden valumavesiä kutsutaan yleisesti hulevesiksi. Taajamavesistöissä virtaama vaihtelee yleensä voimakkaasti, ja tulva-aikaan uomien eroosio saattaa olla hyvin voimakasta. Ihmisen aiheuttamat muokkaustoimet, kuten uomien suoristaminen, syventäminen tai kanavointi muuttavat myös taajamavesistöjen luonnetta. Niiden ekologinen monimuotoisuus saattaa olla uhattuna, mikäli uomiin ja virtausolosuhteisiin kohdistuvat muutokset ovat liian voimakkaita. Nykyisessä maankäytön suunnittelussa ei oteta tarpeeksi huomioon rakentamisen vaikutuksia vesistöihin, ja taajama-alueilla vesistöt useimmiten joutuvatkin sopeutumaan muun maankäytön mukaan. Pienten purojen asema ja merkitys taajama-alueella on hieman epäselvä. Toisaalta puroilla on usein merkittävä asema rakennettujen alueiden kuivatuksessa ja sade- ja lumensulamisvesien pois johtamisessa. Toisaalta purot ovat kaupunkialueilla harvinaista vesiluontoa, jonka monimuotoisuutta ja luonnontilaisuutta tulisi monien mielestä vaalia. Vuonna 2000 voimaan tulleen EU:n vesipolitiikan puitedirektiivin päätavoitteena on pintavesien osalta hyvä ekologinen tila (Euroopan parlamentin ja neuvoston direktiivi 2000/60/EY). Tämä asettaa myös taajamavesien suojelulle uusia haasteita. Vesistöjen tilaa tulisi direktiivin mukaan tarkastella vesieliöstön ja sen elinympäristön kautta eikä puhtaasti kemiallisen laadun näkökulmasta. 1.2 Kaupunkirakentaminen Suomessa on ollut kaupunkeja jo keskiajalta, mutta aina 1800-luvun puoliväliin asti kaupungistuminen eteni hitaasti. Kaupunkiväestön nopea kasvu käynnistyi 1800-luvun jälkipuoliskolla. Tällöin alettiin perustaa myös uusia kaupunkeja, joskin niiden määrä pysyi pitkään pienenä. (Pakarinen 1993: 134). Varsinainen kaupungistumisen kausi Suomessa oli ensimmäisen maailmansodan jälkeinen puolivuosisata, ja 1960-luvulla kaupungistuminen oli nopeampaa kuin useimmissa Euroopan maissa (Jutikkala 1984: 7

15). Jo vuonna 1960 taaja-asutuksen osuus oli 56%. Taajamaväestön osuus on kuitenkin kasvanut vielä tämänkin jälkeen voimakkaasti. Vuonna 1990 taajamaväestöä oli lähes 80% koko väestöstä (Suomen tilastollinen... 2000). Tämän jälkeen kasvu on hidastunut ja vuoden 2000 lopussa taajamaväestön osuus oli 82% (Suomen tilastollinen... 2001). Kaupungistumiseen liittyy sekä kaupunkien että maaseudulla sijaitsevien pienempien taajamien kasvu. Suomessa kaupunkimaiset ympäristöt voidaan jakaa etupäässä maankäytön intensiteetin mukaan suurkaupunkiympäristöön, muuhun kaupunkiympäristöön ja maaseututaajamiin (Hautamäki & Repo 1993: 130). Suurkaupunki tarkoittaa Suomessa vähintään 250 000 asukkaan kaupunkiseutua, jolla yhtenäinen kaupunkimainen alue ulottuu useamman kunnan alueelle. Tiivisti rakennetun keskustan reunoilla sijaitsee aluekeskuksia (Hautamäki & Repo 1993: 131). Muu kaupunkiympäristö käsittää pienet ja keskisuuret kaupungit. Keskusta on näissä kaupunkimaisesti ja säännöllisesti rakennettu, usein kaavan mukaisesti. Maaseutumainen taaja-asutus rönsyilee vapaasti maaseudun keskellä, mutta on tiheydeltään ja maisemaltaan taajaasutusta. Valtaosa taajamista on pieniä alle 1000 asukaan taajamia. (Hautamäki & Repo 1993: 131; Pakarinen 1993: 137). Kaupungit olivat vielä 1800-luvun lopulle pienialaisia ja tiiviisti rakennettuja. Rakennukset olivat kaupunkien keskustoissakin pääasiassa puurakenteisia. Vasta 1800-luvun lopulta alkaen alkoi suurten kaupunkien keskustoihin ilmestyä korkeita kivirakennuksia (Pakarinen 1993: 141). Esikaupunkiasutusta alkoi syntyä jo 1800-luvun lopulla, aluksi suunnittelemattomina työväenasuinalueina kaupunkien rajojen ulkopuolelle. Huvilat ja omakotitalot olivat 1900-luvun alussa vielä harvinaisia, mutta alkoivat yleistyä ensimmäisen maailmansodan jälkeen. Tällöin kaupungit alkoivat palstoittaa pientaloalueita ruutukaava-alueen ulkopuolelle ja kaupungit levittäytyivät ympäröivälle maaseudulle (Pakarinen 1993: 141). Tätä edesauttoi myös raideliikenteen kehitys. Esikaupunkiasutus oli 1900-luvun puoliväliin asti lähinnä pientaloasutusta. Vielä toisen maailmansodan jälkeenkin rakennettiin asuntopulan ratkaisemiseksi pitkälti pientaloalueita (Salokorpi 1984: 315). Kerrostalot kuitenkin yleistyivät, ja 1950-luvulla rakennettavista taloista enemmistö oli jo kivitaloja. 1960-luvulta alkoi teollinen rakentaminen, jossa siirryttiin kohti suurten sarjojen esivalmistusta tehtaissa. Samalla siirryttiin suurten yhtenäisten alueiden rakentamiseen (aluerakentaminen). 1960- ja 1970-luvuista onkin puhuttu rakentamisen hulluina vuosina. 1980-luvulla rakennustyyppien valikoima rikastui ja erilaisten kerrostalon ja pientalon välimuotojen (rivitalojen ja pienkerrostalojen) suosio kasvoi (Pakarinen 1993: 142). Suurten kaupunkien laajeneminen on tapahtunut vyöhykkeittäin. Ruutukaavan ympärille kehittyi teollistumisen alkuvaiheessa pientaloalueita, jotka ovat jääneet välivyöhykkeeksi ja osin muuttuneet teollisuusalueiksi. Suuren muuttoliikkeen aikaan 1960- ja 70-luvuilla rakentaminen keskittyi uloimpaan vyöhykkeeseen, lähiökehään. Jälkiteollisessa vaiheessa suurten kaupunkiseutujen kasvun painopiste on siirtynyt ympäristökuntiin ja edellä kuvattujen vyöhykkeiden väliset erot ovat pienentyneet täydennysrakentamisen myötä (Pakarinen 1993: 162). 8

1.3. Vesistövaikutukset Kaupunkirakentamisesta aiheutuu valuma-aluemuutoksia, jotka vaikuttavat veden kulkeutumiseen valuma-alueella. Vaikutukset koskevat ensisijassa valuntaprosesseja: valunnan syntyä, kokonaismäärää ja valuntatyyppejä. Valuma-aluetasolla tapahtuvat muutokset maankäytössä vaikuttavat myös vesien kemialliseen, fysikaaliseen ja hygieeniseen laatuun. Valuma-aluetason lisäksi kaupunkirakentamiseen liittyy usein pienempialaisia, itse puroihin ja niiden välittömään ympäristöön kohdistuvia, ns. jokijaksotason, muutoksia. Kaupunkirakentaminen voi hydrologisten vaikutusten kautta muuttaa helposti myös pintavesien ekosysteemejä. Valuntaprosessien muutos Kaupunkirakentaminen vaikuttaa valunnan kokonaismäärään sitä kasvattaen ja valuntatyyppiin lisäten pintavalunnan määrää. Kasvillisuuden hävittäminen vähentää haihduntaa ja nopeuttaa veden virtausta, mikä lisää kokonaisvaluntaa. Ojitus, kuivatus, maan tiivistyminen sekä päällystettyjen pintojen määrän kasvu lisäävät veden virtausnopeutta ja kasvattavat pintavalunnan osuutta. Katot, tiet, kadut, kävelytiet ja pysäköintialueet eivät juuri läpäise vettä, vaan sade- ja lumensulamisvedet valuvat ensin pintavaluntana näitä pintoja pitkin, ja joutuvat hulevedenkeräysjärjestelmän kautta vesistöihin. Maan tiivistymisen ja päällystettyjen pintojen määrän kasvu johtaa myös veden varastotilavuuden vähenemiseen valuma-alueen maaperässä, mikä nopeuttaa osaltaan valuntaa (Booth & Jackson 1997; Preliminary data summary... 1999: 4 24). Kaupunkirakentamiseen liittyy yleensä luontaisten uomien, erityisesti ensimmäisen asteen latvauomien tuhoaminen. Toisaalta kaupunkialueille rakennetaan keinotekoisia uomia, ojia ja hulevesiviemäreitä. Uomien tihentyminen kasvattaa veden virtausnopeutta ja lyhentää sateen alusta tulvan kehittymiseen kuluvaa aikaa. Rantavyöhykkeen muutos Kaupungistumiseen liittyy myös valuma-aluetasolla tapahtuvien maankäytön muutosten lisäksi uomaa suojaavan rantavyöhykkeen perkaaminen kasveista (Booth & Jackson 1997, Horner & May 1998: 27). Kaupunkipuroissa rantakasvillisuus on yleensä matalajuurisia heiniä, joiden uomaa stabiloiva vaikutus on heikompi kuin syväjuurisilla kasveilla. Rannan puilla on eroosiosuojauksen lisäksi varjostava (lämpötiloja säätelevä) ja veteen päätyvien oksien kautta virtausolosuhteita monipuolistava vaikutus (Booth 1991: 102; Booth & Jackson 1997; Leavitt 1998: 26). Kasvaneet valuntahuiput Kaupunkirakentamisen hydrologisista seurauksista huomattavimpia on jokien tulvavirtaamien kasvu. Boothin (1991: 99) mukaan maksimivirtaamat voivat kasvaa jopa viisinkertaisiksi luonnontilaan nähden. Suhteellisesti suurin vaikutus kaupunkirakentamisella on usein toistuviin pieniin tulviin (Booth 1991: 99). Veden virtausnopeuden kasvaessa myös sateen jälkeinen virtaamahuippu saavutetaan nopeammin kuin luonnontilaisella alueella. 9

Hyvin tiiviisti rakennetuilla alueilla sadannasta valunnaksi päätyvä osuus on riippuvainen lähinnä päällystettyjen pintojen määrästä (Schueler 1994: 101). Keskusta-alueiden ulkopuolella valuntaan oleellisesti vaikuttavia tekijöitä ovat kuitenkin myös topografia (rinteen kaltevuus), maan vedenläpäisevyys ja päällystettyjen pintojen sijainti viemäriverkostoon ja jokiin nähden (Schueler 1994: 101). Veden imeytymisen väheneminen heikentää pohjaveden muodostumista ja saattaa pitkään jatkuneina kuivina kausina alentaa pohjavedenpinnan tasoa. Tästä on seurauksena ainakin kohtalaisesti rakennetuilla alueilla myös jokien pohjavirtaaman pieneneminen, kun kuivina kausina tapahtuva pohjaveden tihkuminen uomaan vähenee (Preliminary data summary... 1999: 4 24; Wang ym. 2001: 261). Kiintoaineskuorma ja veden laatu Valuntaprosessien muutos, erityisesti pintavalunnan lisääntyminen kasvattavat virtaamien lisäksi kiintoaineen kulkeutumista uomastossa (Booth & Jackson 1997). Erityisen voimakasta tämä on rakentamisaikana, jolloin suuri osa maasta on paljaana vesieroosiolle. Myös talvihiekoitus lisää veteen päätyvän kiintoaineen määrää. Suomessa on havaittu selkeä kiintoaineskulkeuman ero maaseutu- ja kaupunkialueilla erityisesti lumensulamiskautena (Neller 1993: 114). Runsas kiintoaineskulkeuma voi johtaa mm. sorapohjaisten uomien liettymiseen ja sitä seuraaviin eliöstömuutoksiin (Booth & Jackson 1997). Kaupungistuminen johtaa usein myös veden kemiallisen ja hygieenisen laadun huononemiseen. Suurin saastelähde kaupunkien hulevedessä on liikenne. Muita merkittäviä lähteitä ovat laskeuma, kupari- ja sinkkikattojen ja muiden pintojen korroosio sekä eläinten jätökset (Bannerman ym. 1993: 258; Good 1993: 320; Svensson & Malmqvist 1995: 14; Davis & Burns 1999; Garnaud ym. 1999; Davis ym. 2001). Erityisesti hivenmetallien lähteenä kattojen merkitys on jopa teitä suurempi (Gromaire-Mertz ym. 1999: 606). Päällystetyt pinnat keräävät tehokkaasti laskeumasta, liikenteestä ja muista lähteistä peräisin olevat saasteet, jotka lopulta päätyvät sadeveden mukana vesistöihin. Kaupunkialueilta on hulevesien laatua koskevissa tutkimuksissa havaittu kulkeutuvan huomattavia määriä ravinteita (erityisesti fosforia), raskasmetalleja (Cu, Ni, Zn, Pb), bakteereja ja erilaisia orgaanisia yhdisteitä, kuten öljyjä ja haihtuvia orgaanisia yhdisteitä (VOC) (Line ym. 1996; May ym. 1997: 486; Nurmi 1998; Ruth 1998; Chocat ym. 2001: 63; Rose ym. 2001). Veden liuenneiden aineiden kokonaispitoisuudet ja sähkönjohtavuus ovat myös riippuvaisia kaupunkimaisen maankäytön määrästä (Wang & Yin 1997: 111). Suomen olosuhteissa talvinen teiden kunnossapito suolaamalla aiheuttaa kaupunkivesiin kohonneita kloridipitoisuuksia (Melanen 1981: 135; Ruth 1998). Fosforin lähteitä kaupunkialueilla ovat mm. jätteet ja eläinten jätökset sekä lannoitteet (Melanen 1981: 135). Typpi on suureksi osaksi peräisin liikenteestä ja lämmityksestä sekä eläin- ja kasvijäänteistä (Melanen 1981: 135). Myös lannoitteiden käyttö ja sekaviemäreiden ylivuodot voivat kasvattaa typpikuormitusta kaupunkialueilla (Paul & Mayer 2001: 343). Suomessa Melanen (1981: 134) on havainnut, että mm. ravinteiden ja joidenkin raskasmetallien huuhtoumat vaihtelevat voimakkaasti eri maankäyttötyypeillä. Kaikkein suurinta vesistökuormitus oli hyvin tiiviisti rakennetuissa kaupunkikeskustoissa ja liikennealueilla. 10

Uomamorfologiset ja biologiset vaikutukset Kasvaneista virtaamista on seurauksena uoman erodoituminen ja kiintoaineskuorman kasvu (Horner & May 1998: 30). Uoma yrittää saavuttaa tasapainon sopeutumalla uusiin virtausolosuhteisiin suurentamalla uoman poikkileikkausta leventämällä ja syventämällä uomaansa (Hammer 1972: 1540). Myös uomamorfologian on havaittu muuttuvan yksinkertaisemmaksi ja suvantojen ja virtapaikkojen (koskien) vuorottelun katoavan puroista (Booth 1991: 107; Booth & Jackson 1997). Kaupunkialueiden puroille ovat Boothin (1991: 107) mukaan tyypillisiä kasvipeitteettömät ja lähes pystysuorat seinämät. Uomaeroosio tuottaa veteen jatkuvasti uutta kiintoainetta (Booth 1991: 108). Kaikkein voimakkaimmillaan kaupunkirakentamisen uomamorfologiset vaikutukset ovat silloin, kun uoma suojataan keinotekoisesti kiveyksellä tai betonilla. Tiiveimmin rakennetuilla alueilla purot on otettu osaksi hulevesiviemäriverkostoa ja johdettu maan alle. Pienialaisemmin uomaston muokkauksiin kuuluvat myös tienalitusten rummut. Valuma-alueella, rantavyöhykkeessä ja uoman morfologiassa sekä veden laadussa tapahtuvat muutokset johtavat lopulta puron tai joen biologisen toiminnan muuttumiseen (yleensä huononemiseen) (Booth & Jackson 1997). Useimmiten seurauksena on kalojen ja selkärangattomien monimuotoisuuden sekä tuottavuuden väheneminen (Wang ym. 2001: 255). Kaupunkirakentamisen laajuus Kaupunkirakentamisen voimakkuutta valuma-alueella ei ole helppo mitata yksiselitteisesti. Päällystettyjen pintojen määrä valuma-alueella on eniten käytetty ja useiden tutkijoiden mukaan hyvin toimiva kaupunkirakentamisen mittari (Schueler 1994; May ym. 1997; Wang ym. 2001; Brezonik & Stadelmann 2002). Kaikkien päällystettyjen pintojen kokonaismäärästä käytetään lyhennettä TIA (total impervious area). Englanninkielisessä kirjallisuudessa käytetään termiä läpäisemätön pinta, johon useimmiten luetaan kuitenkin vain päällystetyt pinnat. Parametria onkin kritisoitu siitä, että myös osa teoriassa läpäisevistä pinnoista saattaa todellisuudessa olla lähes läpäisemättömiä. Kaupunkialueilla maata on usein tiivistetty niin paljon, että sen vedenläpäisevyys on hyvin pieni (Booth & Jackson 1997). Osa päällystetyille pinnoille satavasta vedestä joutuu kuitenkin ennen viemäriverkostoon päätymistään virtaamaan vettä läpäisevän alueen läpi. Tällöin kaikki päällystetyille pinnoille joutuva vesi ei päädykään hulevedeksi, vaan imeytyy maahan (Sutherland 1995: 282). Tehokkaan päällystetyn (EIA, effective impervious area) pinnan osuus tarkoittaa sitä osaa päällystetystä pinnasta, joka on hydraulisesti suoraan tai muiden päällystettyjen pintojen kautta yhteydessä hulevesiviemäriverkostoon (Sutherland 1995: 282). Tämä parametri ottaa TIA:ta paremmin huomioon päällystettyjen pintojen hydrologisen vaikutuksen (Hammer 1972: 1540; Booth & Jackson 1997). Muita tutkimuksissa käytettyjä kaupunkirakentamisen laajuutta kuvaavia muuttujia ovat mm. rakennetun alan osuus, tiiviisti rakennetun alan osuus, teiden ja pysäköintialueiden määrä sekä kaupallisten alueiden määrä (May ym. 1997; Gordon ym. 2001; Wang ym. 2001). 11

1.4 Tutkimuksen tarkoitus ja tavoitteet Tutkimuksessa on tarkasteltu kaupunkirakentamisen hydrologisia vaikutuksia viiden eri puolilla Suomea sijaitsevan valuma-alueen avulla. Muutoksia on tutkittu 1930-luvulta tähän päivään, ajanjaksona, jolloin kaupunkialueet ovat Suomessa laajentuneet kantakaupungin ympäristöön. Tutkimusalueet edustavat lähinnä suurten kaupunkien lähiöalueita, jotka ovat kehittyneet pääasiassa 1950 1980-luvuilla. Tutkimuksen tarkoituksena on arvioida kaupunkirakentamisen vaikutuksia koko Suomessa viiden esimerkkivaluma-alueen avulla. Vesistöjen ja valuma-alueiden muutoksia tarkastellaan mahdollisimman laajasti ottaen huomioon niin valuntaprosessien muutokset, vesistökuormitus kuin puroihin kohdistuneet muokkaustoimetkin. Tarkastelu tehdään lähinnä karttatulkintaan pohjautuen, joten vesistövaikutusten arviointi perustuu pitkälti valuma-alueilla tapahtuneeseen maankäytön muutokseen. 2. TUTKIMUSALUEET Tutkimuskohteista neljä sijaitsee Etelä-Suomessa ja yksi Pohjois-Pohjanmaalla (Oulussa) (kuva 1). Tutkimuskohteina olevat valuma-alueet on valittu siten, että niiden alueella on tapahtunut viimeisten puolen vuosisadan aikana selkeä maankäytön muutos metsäisestä tai maatalouden hallitsemasta alueesta kaupunkimaiseen ympäristöön. Kolme valumaaluetta sijaitsee suurkaupungin (kaupunkiseudun) esikaupunkialueella, kaksi muuta Suomen olosuhteisiin nähden melko suuressa kaupungissa. Valuma-alueet rajattiin kooltaan n. 5 20 km 2 suuruisiksi, jotta valuma-alueet ovat keskenään vertailukelpoisia. Lähes kaikilla alueilla on tapahtunut kaupungistumisen myötä muutoksia myös valuma-alueen rajoissa. Hulevesiviemäröinnillä on ohjattu veden virtausta luonnollisten valuma-aluerajojen poikki. Muutamilla valuma-alueilla purojen virtaamia on kasvatettu keinotekoisesti vieläkin voimakkaammin johtamalla uomiin vettä varsinaisen valuma-alueen ulkopuolelta. Monikonpuro Monikonpuron valuma-alue sijaitsee suurimmaksi osaksi Itä-Espoossa, latvaosia myös Helsingin ja Vantaan puolella. Monikonpuro, josta on käytetty myös nimitystä Kilonoja, laskee mereen Iso-Huopalahdessa aivan Helsingin rajan tuntumassa. Iso-Huopalahti on matala, melko suljettu ja rehevä lahti keskellä pääkaupunkiseutua. Iso-Huopalahti on luokiteltu vuosien 1995 1997 seurannassa laadultaan välttäväksi, mutta edellisenä kolmivuotiskautena (1994 1997) vesi luokiteltiin huonoksi (Pesonen 1998: 100-101). Iso-Huopalahden maatuvista ranta-alueista suurin osa täytettiin maa-aineksella 1950 1970-luvuilla. Lahden perukassa sijaitsi vuodesta 1963 myös suurkaatopaikka, joka lopetti toimintansa 1979 (Lammi & Routasuo 2001: 40; Toivola 2001: 33). Monikonpuron valuma-alue on 18 km 2 laaja. Valuma-alue on jokseenkin pyöreä, ja purolla on useita sivuhaaroja. Valuma-alue on järvetön, mutta keskiosissa sijaitsee n. 20 ha:n laajuinen suo (Gubbmossan). 12

Suurin osa valuma-alueesta sijoittuu 20 40 metrin korkeustasolle, ja suhteelliset korkeuserot ovat enimmäkseen 15 ja 20 metrin välillä. Puron pää- ja sivu-uomat virtaavat pääosin tasangolla, jota reunustavat molemmin puolin melko jyrkät kallioiset mäet. Pääuoman keskiosia ympäröivillä alueilla suhteelliset korkeuserot ovat jopa 30 m. 3 Näsijärvi 23 50' Pyhäjärvi TAMPERE KANGASALA 61 27' 4km 4 LIETO RAISIO 60 29' 200 km 4km TURKU 22 21' KAARINA 5 25 27' 4km 1 VANTAA 65 00' OULU ESPOO 2 Vesijärvi 25 45' 24 45' HELSINKI 4km 60 10' 60 58' LAHTI Kymijärvi 4km Tie Kunnanraja Valuma-alueen raja Rakennettu alue Kuva 1. Tutkimusalueiden sijainti. Kohteet: 1. Monikonpuro, 2. Joutjoki, 3. Pyhäoja ja Kaukajärven laskuoja, 4. Kovasoja ja 5. Kaupunginoja 13

24 50' Hämevaara 60 15' Laaksolahti Lintuvaara 1km Karakallio Leppävaara Kilo Mäkkylä kallio moreeni savi ja siltti sora ja hiekka turve Perkkaa Kuva 2. Monikonpuron valuma-alueen maaperä. Lähteet: Suomen geologinen kartta 1956 ja 1986. Valuma-alueen maaperä on melko vaihteleva (kuva 2). Alavimmilla alueilla maaperä on pääasiassa savea ja silttiä, turvetta esiintyy vain valuma-alueen keskiosassa pienehköllä alueella. Valuma-alueen pohjoispuoliskolla on laajoja sora- ja hiekka-alueita. Muualla on vallitsevana osin moreenin peittämä kalliomaasto. Monikonpuron valuma-alueen eteläosat ovat tiiveimmin rakennettua Espoota. Leppävaarassa sijaitsee aluekeskus, joka palvelee lähes koko valuma-alueen asukkaita. Valumaalue kuuluu kokonaisuudessaan Pääkaupunkiseudun yhtenäiseen esikaupunkialueeseen, mutta etenkin pohjoisosissa rakentaminen on ollut melko väljää. Kovasoja Kovasojan valuma-alue sijaitsee Turussa, keskustan länsipuolella. Kovasoja saa alkunsa valuma-alueen pohjoisosien suo- ja harjualueelta, ja virtaa hienosedimenttitasangon läpi yhtyen alajuoksullaan Kuninkojaan. Kuninkoja laskee yhtymiskohdasta n. 2 km:n päässä Länsisataman pohjoispuolella mereen. 14

Kovasojan valuma-alueen koko on 8,8 km 2. Pääuomasta haarautuu muutamia sivu-uomia, ja uomasto on rakenteeltaan sulkamainen. Valuma-alueen maaperää hallitsee suurimmaksi osaksi savesta ja siltistä koostuva hienosedimenttitasanko, jolta kallioiset, osin moreenin peittämät mäet kohoavat (kuva 3). Aivan valuma-alueen koilliskulmassa kulkevaan harjujaksoon liittyy myös pienialaisia sora- ja hiekkakerrostumia. Turvetta alueella on hyvin vähän. Kovasojan suu sijaitsee lähellä meren pintaa, n. 2,5 metrissä. Valuma-alueesta suurin osa on kuitenkin yli 20 m:n korkeudella. Valuma-alueen pohjoisosassa maasto on yleisesti jopa yli 40 m korkeudella. Suhteelliset korkeuserot ovat suurella osalla valuma-aluetta 15 20 m. Paikoin esiintyy noin 30 metriä ympäristöään korkeammalle kohoavia mäkiä. Kovasojan valuma-alue sijoittuu Turun ruutukaavakeskustaa ympäröivälle tiiviille esikaupunkialueelle. Valuma-alueen itäosat ovat ensimmäisiä esikaupunkialueita, joilta asutus on tasaisesti levittäytynyt kohti länttä. Alueen länsi- ja pohjoisosiin sijoittuu myöhemmin rakennettuja selkeästi rajautuvia lähiöalueita. Esikaupunkiasutus ulottuu nykyään itä-länsisuunnassa laajalti Kovasojan valuma-alueen ulkopuolellekin. Yhtenäinen taaja-asutus ulottuu Kaarinasta Raisioon ja Naantaliin saakka. Pohjoisosassaan Kovasojan valuma-alue kuitenkin ulottuu aivan Turun kaupunkiseudun rajoille saakka. kallio moreeni savi ja siltti sora ja hiekka turve Runosmäki 60 29 Kärsämäki Kaerla Ruohonpää Vätti Kastu Kähäri Pitkämäki Pohjola 22 14 1km Kuva 3. Kovasojan valuma-alueen maaperä. Lähteet: Suomen geologinen kartta 1970 ja 1973. 15

Pyhäoja ja Kaukajärven laskuoja Kaukajärven ja sen laskuojan valuma-alue sijaitsee Tampereen ydinkeskustan itäpuolella, Messukylän, Kaukajärven ja Vehmaisten kaupunginosissa. Osa valuma-alueesta ulottuu myös Kangasalan puolelle, Vatialaan. Valuma-alue, jonka koko on 18 km 2, on rajattu Alasjärvestä laskevan haaran risteyksestä ylöspäin, jotta valuma-alue on kooltaan muiden valuma-alueiden kanssa vertailukelpoinen. Tämän alapuolella joki virtaa Vuohenojana vielä noin 1 km:n matkan ja laskee Iidesjärveen (Tampereen Viinikanojan vesistön ojien veden laatu 2002). Kaukajärven laskuojan sivuhaaroista suurin on Kaukajärven pohjoispuolella virtaava Pyhäoja, jonka valuma-alue on 5,6 km 2. Kaukajärven haara saa alkunsa Kangasalan puolelta, Pitkäjärvestä (0,16 km 2 ), joka laskee Kaukajärveen (1,4 km 2 ) lyhyen jokijakson välityksellä. Molempien järvien vedenlaatu oli vuosien 1994 1997 selvityksen perusteella hyvää (Vesien laatu Tampereella 2002). Kaukajärven vesi on vuosien 1999 2000 tarkkailun mukaan melko väritöntä ja kirkasta, mutta lievästi rehevää (Kaukajärvi 2000 2002; Tampereen järvien vedenlaatu 1999 2000 2002). Kaukajärvi saa osan vedestään myös pohjavedestä. Suurimman sivuhaaran, Pyhäojan vesi oli vuosina 1999 2000 tehdyn selvityksen mukaan laadultaan hyvää (Tampereen Viinikanojan vesistön ojien veden laatu 2002). Tutkitun valuma-alueen järvisyysprosentti on 8,6. Tämä muodostuu mainituista kahdesta järvestä sekä Messukylässä sijaitsevasta pienemmästä lammesta. Soita valuma-alueella on niukalti, vain pieniä soistuneita painanteita metsäisillä alueilla valuma-alueen reunaosissa. Valuma-alueen pohjois-, itä- ja eteläosat sijaitsevat suurimmaksi osaksi voimakkaasti viettävillä alueilla, 100 140 metrin korkeustasolla. Valuma-alueen länsi- ja keskiosa on kohtalaisen tasaista. Maaston absoluuttinen korkeus on siellä 80 100 m mpy. Mäkien Linnainmaa 1km Messukylä kallio moreeni savi ja siltti sora ja hiekka turve Kaukajärvi Kaukajärvi Vehmainen Vatiala Pitkäjärvi 61 28 61 28 23 52 Kuva 4. Kaukajärven laskuojan valuma-alueen maaperä. Lahde: Suomen geologinen kartta 1959. 16

suhteelliset korkeudet ovat vain noin 5-10 m. Aivan pohjoisimmissa osissa sekä maaston korkeus että korkeuserot ovat hieman suuremmat, paikoin jopa 30 m. Kaukajärven etelärinteillä suhteelliset korkeuserot ovat jopa 45 55 m. Valuma-alueen lounais- ja itäosia hallitsee jäätikkökielekkeiden väliin syntynyt saumaharju (Aakkulanharju), jonka alueella maaperä koostuu sorasta ja hiekasta (kuva 4). Harju on osa pitkää, Kangasalalta Ylöjärvelle ulottuvaa harjujaksoa. Aakkulanharju on luokiteltu vedenhankinnan kannalta tärkeäksi pohjavesialueeksi, ja sillä on suuri merkitys Tampereen vesihuollossa (Tampereen pohjavesialueet ja vedenotto 2002). Messukylässä sijaitsevan vedenottamon osuus oli vuonna 1999 32% Tampereen vesilaitoksen pumppaamasta pohjavedestä (Tampereen vesilaitoksen toimintakertomus 1999). Harjujakson pohjoispuolisella tasangolla maaperä on pitkälti savea ja silttiä. Valumaalueen koillisosassa ja Kaukajärven eteläpuolella maasto muuttuu moreenin hallitsemaksi mäkimaastoksi, jossa maaperä on paikoin ohut ja kalliopaljastumia esiintyy paljon. Kaukajärven laskuojan valuma-alue sijoittuu suomalaisessa mittakaavassa suurkaupungin esikaupunkialueelle. Valuma-alueen länsi- ja keskiosa ovat varhain kehittyneitä esikaupunkialueita, jotka ovat myöhemmin muuttuneet pitkälti teollisuusalueiksi. Pohjois-, itä- ja eteläosat kuuluvat pääasiassa myöhemmin syntyneeseen lähiökehään. Kaakkoisosat valuma-alueesta ovat vielä pääasiassa rakentamattomia. Kaupunginoja Kaupunginoja, josta on käytetty myös nimiä Hiirosenoja ja Laaninoja, sijaitsee Oulussa. Puro saa alkunsa kaakkoisosien suoalueelta ja virtaa alajuoksullaan Oulun keskustan halki kohti Perämerta. Kaupunginojan laskukohdassa meriveden laatu on ollut tyydyttävää vuosien 1994 1997 seurannan mukaan (Käyttökelpoisuusluokitus 1994 1997 Pohjois-Pohjanmaan vesistöt 2002). Kaupunginojan virtausolosuhteita on muokattu aikojen kuluessa. Alunperin oja on syntynyt kuivuneeseen Oulujoen sivuuomaan, ja on saanut alkunsa tasaiselta suoalueelta. Myöhemmin alueen yläpuolisten purojen virtaussuuntia on käännetty, ja Kaupunginojaan on alettu juoksuttaa Juurusojan vettä pohjapadon avulla (kuva 5). Myöhemmin myös hulevesiviemäröinnillä on ohjattu vettä virtaamaan luonnollisten valuma-aluerajojen yli, mikä on edelleen kasvattanut lisää Kaupunginojan valuma-aluetta. Kaupunginojan valuma-alue on hyvin tasaista. Mäet ovat loivapiirteisiä ja suhteelliset korkeuserot ovat pääasiassa 5 10 metrin välillä. Alavimmilla alueilla, pääasiassa ojaa ympäröivillä tasangoilla maaperä on savea ja silttiä (kuva 6). Eteläosissa maaperää hallitsee turve. Maaston korkeimmat kohdat koostuvat osin sorasta ja hiekasta, osin moreenista. Kaupunginojan valuma-alueelle sijoittuu kaikkia kaupunkirakenteen vyöhykkeitä. Alajuoksulla puro virtaa vanhan ruutukaavakeskustan läpi, jonka ulkopuolella ojaa ympäröi lähiövyöhyke. Valuma-alueen kauimmaiset alueet kuuluvat Oulun kaupunkirakenteessa ns. asumakuntavyöhykkeseen, jossa rakentaminen on jo parin vuosikymmenen ajan ollut kaikkein voimakkainta (Oulun yleiskaava 2020: 6 7). 17

25 35 Oulujoki 2 km Juurusoja 64 55 Alkuperäinen valuma-alue Sadevesiviemäreillä kasvatettu valuma-alue Juurusojan virtaussunnan muutoksella kasvatettu valuma-alue Kuva 5. Hulevesiviemäröinnin ja Juurusojan veden Kaupunginojaan juoksuttamisen seuruksena tapahtunut Kaupunginojan valuma-alueen kasvu. 25 35' Raksila Kontinkangas Karjasilta Oulunsuu 65 00' Kaukovainio 1km Maikkula moreeni savi ja siltti sora ja hiekka turve Inatti Kuva 6. Kaupunginojan valuma-alueen maaperä. Lähteet: Maataloudellinen maaperäkartta 1961 a ja b. 18

Joutjoki Joutjoki sijaitsee Lahdessa, keskustan koillispuolella. Joutjoki saa alkunsa Joutjärvestä (ent. Möysänjärvi), 40 ha:n suuruisesta suppaan syntyneestä pohjaveden hallitsemasta järvestä. Suurimman osan matkastaan Joutjoki virtaa melko kapeassa laaksossa laskien lopulta Vesijärveen Lahden keskustan pohjoispuolella. Joutjoen valuma-alueella sijaitsee Joutjärven lisäksi pieni suppalampi (Palolampi). Valuma-alueen järvisyysprosentti on 3,4. Vesijärven veden laatu on Joutjoen laskukohdassa ollut vuosien 1994 1997 kartoituksen mukaan tyydyttävää (Vesistöjen käyttökelpoisuusluokitus 1994 1997 Hämeessä 2002). Vesijärvi on jo 1960-luvun alusta kärsinyt pahoista rehevöitymisongelmista. 1980-luvun lopulla käynnistyi projekti, jonka tarkoituksena oli sinileväesiintymien torjuminen ja koko järven tilan parantaminen. Projektissa kalaston rakennetta muutettiin biomanipulaatiolla, mutta myös ulkoista kuormitusta vähennettiin mm. tarkastamalla ja korjaamalla Lahden kaupungin viemäriverkostoa ja tehostamalla maatalouden vesiensuojelua (Vesijärviprojekti 2002). Vesijärven tila on kuitenkin alkanut jälleen heiketä, ja syyksi epäillään rantojen rakentamista ja hajakuormituksen vaikutusten lisääntymistä. Tämän vuoksi suunnitellaan uutta Vesijärviprojektia, jossa käsittelyyn otetaan koko valumaalue ja kaikki kuormituslähteet (Keto 2001a ; Vesijärviprojekti II 2002). 25 40 Niemi Kivimaa Kiveriö 60 59 Möysä kallio moreeni savi ja siltti sora ja hiekka turve Joutjärvi 1km Kuva 7. Joutjoen valuma-alueen maaperä. Lähde: Suomen geologinen kartta 1969. 19

Joutjoen luonnollinen virtaama on 82 l/s (Keto 2001a). Joen varressa sijaitseva Kymijärven voimalaitos johtaa kuitenkin Vesijärvestä ottamansa lauhde- ja jäähdytysvedet Joutjokea pitkin takaisin Vesijärveen (Keto 2001b). Voimalaitos on yleensä kesäkuukaudet poissa toiminnasta, mutta voimalaitoksen käydessä Joutjokeen virtaa lauhdevesiä tehosta riippuen 2 4 m 3 /s (Keto 2001b). Valuma-alue on korkeussuhteiltaan hyvin vaihtelevaa. Korkeimman ja matalimman pisteen välistä korkeuseroa on 65 m. Suhteelliset korkeuserot ovat yleisesti 20 25 m. Valuma-alueen reunoilla suhteelliset korkeuserot ovat paikoin jopa 35 45 m. Joutjärven ympäristössä korkeuserot ovat hieman muuta valuma-aluetta pienemmät, n. 15 20 m. Lähes koko valuma-alueella rinteiden kaltevuus on muihin tutkimusalueisiin nähden hyvin suuri. Ainoastaan Joutjoen laakson pohja on melko tasainen. Joutjoen valumaalueen lounaisosat kuuluvat Ensimmäiseen Salpausselkään, ja valuma-alueen yleisimmät maalajit ovatkin hiekka ja sora (kuva 7). Joutjoen laaksossa on myös hienosedimenttikerrostumia. Siellä täällä aluetta on moreenimaaperää ja hyvin ohuen maapeitteen omaavia jyrkkiä kalliomäkiä. Soita valuma-alueella ei ole lainkaan. Joutjoen valuma-alue kuuluu kokonaisuudessaan Lahden keskustaa ympäröivään rakennettuun vyöhykkeseen. Joutjoen valuma-alueen lounaisosien pientaloalueet ovat Lahden vanhimpia esikaupunkialueita, josta asutus on levittäytynyt koko valuma-alueen yli jatkuen nykyään valuma-alueen ulkopuolellekin yhtenäisenä nauhana kohti koillista. 3. AINEISTO JA MENETELMÄT 3.1 Maankäytön luokittelu Maankäytön muutosta on tutkittu pääasiassa karttatulkintaan pohjautuen. Topografisten, perus- ja maastokarttojen pohjalta on arvioitu maankäyttötavat tutkimusalueilla eri ajanhetkinä. Tulkinnassa on käytetty apuna myös kaupunkien opaskarttoja ja ilmakuvia sekä maastotarkastuksia. Vanhin alueelta saatavissa ollut kartta vaihtelee jonkin verran eri alueilla. Valuma-alueiden maankäyttö vuonna 2001 ja tarkastelujakson alkuhetkellä on digitoitu karttojen pohjalta MapInfossa vektorimuotoiseksi maankäyttötasoksi. Maankäytön luokittelussa on käytetty kahta eri tasoa, yleinen ja tarkka luokittelu (taulukot Taulukko 1. Yleistetyt maankäyttöluokat 20

Taulukko 2. Tarkka maankäytön luokittelu 1 ja 2). Kullekin maankäyttötason polygonille on annettu ominaisuustietoina molempien jaottelujen mukainen maankäyttöluokka. Yleisellä tasolla maankäyttö on jaettu toimintojen ja maankäytön intensiteetin mukaan 9 luokkaan. Maankäytön luokat on muodostettu siten, että kuhunkin luokkaan kuuluvat kohteet ovat hydrologisten vaikutusten suhteen mahdollisimman homogeenisia. Tarkempaa, 16 luokasta koostuvaa jaottelua on käytetty päällystettyjen pintojen määrän arvioinnissa sekä valuntakertoimien laskennassa (taulukko 2). 3.2 Päällystettyjen pintojen määrä (TIA ja EIA) Päällystettyjen pintojen kokonaismäärän (TIA) arviointi valuma-alueilla on tehty maankäytön perusteella käyttäen kullekin maankäyttöluokalle keskimääräistä päällystetyn pinnan määrää. Laskennassa lähtötietoina ovat *maankäyttö (vektorimuotoinen, tarkka luokittelu) *keskimääräinen päällystetyn pinnan määrä (TIA) maankäyttöluokittain Maankäyttöluokittaiset keskimääräiset päällystetyn pinnan määrät on määritetty metsä-, suo-, pelto- ja niittyalueille kirjallisuuden pohjalta. Tämänhetkinen rakennettujen alueiden päällystettyjen pintojen määrä on arvioitu mittaamalla päällystetyn pinnan osuus kussakin maankäyttötyypissä (tarkempi jaottelu) 1-9 osa-alueella ilmakuvilta digitoimalla. Laajamittaista kaupunkirakentamista edeltäneestä tilanteesta on mitattu päällystetyn pinnan määrät kahdelle pientaloalueelle ja teollisuusalueelle (lähinnä kevyttä teollisuutta: saha, ratapiha). Oulusta arvioitiin kartan perusteella päällystetyn pinnan määrä keskustan korttelialueille. Vanhojen valokuvien perusteella tuohon aikaan kadut olivat keskustassa mukulakivin päällystettyjä. Pihat oletettiin päällystämättömiksi. Mitattujen osuuksien perusteella muodostettiin keskimääräiset arvot kullekin maankäyttöluokalle. Kullekin maankäyttöpolygonille lisättiin uudeksi ominaisuustiedoksi maankäyttöä vastaava päällystetyn pinnan keskimääräinen arvo. Koko valuma-alueen tai 21

osavaluma-alueiden päällystetyn pinnan osuus saadaan näin eri maankäyttöluokkien keskimääräisistä arvoista pinta-alalla painotettuna keskiarvona. Tehokkaan päällystetyn pinnan osuutta (EIA) pidetään jopa parempana hydrologisena indikaattorina kuin päällystettyjen pintojen kokonaismäärää. Tehokkaan päällystetyn pinnan osuuden arviointi on kuitenkin yksi vaikeimmista hydrologisista analyyseistä (Sutherland 1995: 282; Becciu & Paoletti 1997: 39). Sen määrittämiseksi on kehitetty erilaisia menetelmiä, joihin kuuluvat mm. suora mittaus kentällä (aikaa vievä ja epäkäytännöllinen), virtaamamittausten perusteella hydrologisella mallilla laskenta sekä laskenta empiirisillä yhtälöillä päällystetyn pinnan kokonaismäärään perustuen (Sutherland 1995: 282). Koska suoriin mittauksiin ei ollut mahdollisuutta, EIA arvioitiin käyttäen Sutherlandin esittämiä empiirisiä kaavoja. Tässä menetelmässä tehokkaan päällystetyn pinnan ero päällystetyn pinnan kokonaismäärään muotoutuu lähinnä hulevesiviemäröinnin laajuuden perusteella. EIA laskettiin osavaluma-aluekohtaisesti käyttäen lähtötietoina kunkin osavaluma-alueen päällystettyjen pintojen kokonaismäärää (TIA) ja mahdollista tietoa hulevesiviemäröinnin toteutuksesta. Hulevesiviemäröinnin arviointi perustui kunnilta saatuihin hulevesiviemärikarttoihin. Sutherlandin kehittämät empiiriset yhtälöt tehokkaan päällystetyn pinnan laskemiseksi ovat muotoa EIA = a (TIA) b. Kertoimet a ja b vaihtelevat sen mukaan, kuinka suuri osa rakennetuista alueista on viemäröity ja kuinka suuri osa asuinrakennusten katoista on hydraulisessa yhteydessä viemäriverkkoon. Taulukossa 3 on esitetty kertoimien suuruudet viidelle eri viemäröintitehokkuuden alueelle. Laskentaa varten valuma-alueet rajattiin sivu-uomien määrästä riippuen kolmesta kahdeksaan osavaluma-alueeseen. Osavaluma-alueiden koko vaihtelee 0,7 6,8 km 2 :n välillä. Suurin osa on kuitenkin kooltaan 1 3 km 2. Taulukko 3. Tehokkaan päällystetyn pinnan osuus. Sutherlandin kaavan kertoimet a ja b eri tavoin viemäröidyillä alueilla. 3.3 Pintavalunnan määrä Päällystetyn pinnan aiheuttamasta pintavalunnan kasvusta ei kyseisiltä alueilta ole mittaustuloksia. Pintavalunnan määrää voidaan kuitenkin arvioida keskimääräisen sademäärän ja aluekohtaisten valuntakertoimien avulla (pintavalunnan osuus sadannasta). Valuntakertoimien kannalta tärkeimmiksi tekijöiksi katsottiin maankäyttö (päällystettyjen pintojen määrän kautta), topografia ja maaperän laatu (Vesijohtojen ja viemäreiden suunnittelu 1979: 93). Valuntakertoimien suuruus on arvioitu kirjallisuudessa esitettyjen arvojen pohjalta (taulukko 4). 22

Taulukko4. Valuntakertoimen määräytyminen maankäytön, maaperän ja rinteen kaltevuuden perusteella. Maaperäluokat: A. Sora, hiekka, turve, B. moreeni, C. savi, siltti, lieju, kallio. Arvot on saatu yhdistämällä ja muokkaamalla eri lähteissä esitettyjä arvoja (Vesijohtojen ja viemäreiden suunnittelu 1979: 93; Melanen & Laukkanen 1981; Values of runoff coefficient... 2001; Coefficient of runoff by... 2001). Valuntakertoimien määrittämisessä käytettiin kolmea rasterimuotoista (ruutukoko 15 m) karttatasoa, joiden jokaista yhdistelmää vastasi tietty valuntakerroin. Karttatasot olivat * maankäyttö (tarkempi luokittelu) * maaperä (kolme hydrologista maaperäluokkaa) * rinteen kaltevuus (kolme luokkaa). Rasterimuotoinen maankäyttö luotiin vektorimuotoisesta maankäyttötasosta ArcView:ssä. Valuma-alueiden maaperä oli digitoitu maaperäkarttojen pohjalta MapInfossa. Maaperäalueet olivat polygoneina, joille annettiin ominaisuustietona hydrologinen maaperäluokka. Hydrologiset luokat (vrt. Mockus 1972) muodostettiin eri maaperätyyppien vedenläpäisyominaisuuksien perusteella. Luokkaan A kuuluvat hyvin vettä läpäisevät maalajit (sora, hiekka, turve), luokkaan B vettä kohtalaisesti läpäisevä maalaji (moreeni) ja luokkaan C vettä huonosti läpäisevät maalajit (savi, lieju, siltti, kallio). Maaperäluokittelu muunnettiin ArcView:ssä rasterimuotoiseksi ruutukoolla 15 m. Rinteen kaltevuus laskettiin ArcView:lla korkeusmallista, joka oli luotu korkeuskäyrien korkeusarvojen perusteella ArcInfossa topogrid-komennolla. Korkeusarvojen interpoloinnissa käytettiin myös ruutukokoa 15 m. Valuntakertoimien määrittämistä varten rinteen kaltevuudet jaettiin kolmeen luokkaan: tasainen (0 1 ), kalteva (1 4 ) ja hyvin kalteva (< 4 ) alue. Valuntakertoimien määräytyminen kolmen päätekijän mukaan on esitetty taulukossa 4. 23

3.4 Vesistökuormitus Valuma-alueen kaupungistumisen vaikutusta vesistökuormitukseen on tarkasteltu arvioimalla kiintoaineen ja ravinteiden sekä eräiden raskasmetallien hajakuormituksen määrä tällä hetkellä ja tarkastelujakson alkuhetkellä. Kuormitusmäärät on laskettu kirjallisuudessa esitettyjen eri maankäyttötyyppien ominaiskuormitusarvojen (kg/ha/a) pohjalta (taulukko 5). Rakennettujen alueiden ominaiskuormitusarvot on määrätty Melasen (1981: 183) tutkimien valuma-alueiden mukaan. Maa- ja metsätalousalueille ominaiskuormitusarvot on asetettu vertailemalla eri lähteitä. Etenkin tarkastelujakson alkuhetken ominaiskuormitusarvoista ei ole mittaustuloksia mm. rakennetuille alueille. Näiden ominaiskuormitusarvot onkin arvioitu nykyisten arvojen perusteella. Maankäytön luokittelussa käytettiin karkeampaa jaottelua. Kullekin maankäyttötason polygonille asetettiin ominaisuustiedoksi ominaiskuormitusarvo. Koko valuma-alueen vuosittainen kokonaiskuormitus on maankäyttöpolygonien ominaiskuormitusten pintaalalla painotettu keskiarvo. Tarkastelujakson alkuhetkelle on olemassa suuntaa antavia tietoja vain fosforin huuhtoutumisesta, mutta pientalo- ja teollisuusalueiden fosforikuormituksestakaan ei ole tarkastelujakson alkuhetkeltä mittaustuloksia. Niinpä rakennettujen ja metsäalueiden fosforikuormitus tarkastelujakson alussa on arvioitu nykyisten arvojen pohjalta. Kiintoaineen ja raskasmetallien ominaiskuormitusarvojen on oletettu säilyneen jotakuinkin muuttumattomina, ja tarkastelujakson alkuhetken kuormituksia on arvioitu käyttäen nykyisiä ominaiskuormitusarvoja. Typen osalla runsas lannoitus on kuitenkin muuttanut ominaiskuormitusta etenkin pelloilla niin paljon, ettei arviota 1930 1950-lukujen kuormituksesta voida tehdä. Taulukko 5. Eri maankäyttömuotojen ominaiskuormitusarvot kiintoaineelle (SS), fosforille (P), typelle (N), lyijylle (Pb), kuparille (Cu) ja sinkille (Zn). 1) Melanen 1981: 183 2) Niinioja (1993): 28 3) Vuorenmaa ym. 2002 4) Kortelainen & Saukkonen 1998 5) Kajosaari 1965 6) Tikkanen ym. 1985 7) Bhanduri ym. 2000 24

3.5 Uomasto Luonnollisen uomaston kehittymistä tarkasteltiin vertailemalla topografisilta, perus- ja maastokartoilta digitoituja vesistötietoja. Tarkastelujakson alkuhetken ja nykyisen tilanteen vesistöt muodostivat omat viivakohteista koostuvat tasonsa MapInfossa. Omalla tasollaan oli myös nykyinen hulevesiviemäriverkosto, joka digitoitiin kaupunkien hulevesiviemärikarttojen pohjalta. Uomaston ja hulevesiviemäreiden vertailua kaupunkien välillä vaikeutti kuitenkin karttojen erilaisuus ja mittakaavaerot. Erityisesti avoojien esittämistarkkuudessa oli hulevesiviemärikartoissa huomattavia vaihteluita. Uomaston pituudessa tapahtuneita muutoksia tarkasteltiin vertailemalla eri tasojen uomaston kokonaispituuksia. Uomaston muokkausastetta ja uoman muodon muutosta tarkasteltiin lähinnä maastotarkistuksiin ja ilmakuviin pohjautuen. Peruskartoilta saatiin myös karkeaa tietoa uomien mutkaisuudesta. Muokkausasteen luokittelussa sovellettiin Davenportin ja muiden (2001) esittämää kaupunkipurojen luokittelua. Luokittelua on hieman yksinkertaistettu ja muutettu vastaamaan niitä tietoja, mitä kartalta, ilmakuvilta ja kenttätarkistuksista on saatavissa. Tärkeimmät uoman muokkausasteen määräytymiseen vaikuttavat tekijät ovat uomamateriaali, uoman suojaus, uoman mutkaisuus ja uoman poikkileikkauksen muoto. Uomat on jaettu muokkausasteen mukaan neljään luokkaan: 1. Luonnontilainen tai lähes luonnontilainen: uomamateriaali vaihteleva, ei juurikaan suojauksia. Uoman muoto mutkainen, huomioon ottaen luontaisen vaihtelun uomien muodossa esim. eri maalajeissa. 2. Hieman muokattu: vain vähän uoman suojausta, uoman reunojen materiaali vaihteleva. Uoman muoto kuitenkin keinotekoinen (ruopattu), uomaa suoristettu jonkin verran. 3. Voimakkaasti muokattu: uoma suojattu kiveyksellä tai betonoinnilla. Uoman muoto hyvin yksinkertainen vakio (matemaattinen). Uoman muoto suora. 4. Hyvin voimakkaasti muokattu: vesi johdettu maan alle hulevesiviemäriin tai rumpuun. Varsinaiseen uoman muokkausasteen luokittelun lisäksi veden virtaukseen ja eliöiden liikkumiseen vaikuttavat virtausesteet kuten pohjapadot. 25

4. TULOKSET 4.1 Maankäyttö Kaikilla tutkituilla valuma-alueilla maankäytön intensiteetti on voimakkaasti kasvanut. Maankäyttötyyppi on muuttunut maa- ja metsätalousvaltaisesta rakennetuksi ja kaupunkimaiseksi (vaihdellen esikaupunkimaisesta lähes keskustamaiseen) (kuva 8). Pieniä eroja aiheutuu siitä, että tarkastelujakson aloitusajankohta ei ole kaikilla alueilla sama. Monikonpuro Monikonpuron valuma-alue oli pitkään maatalousvaltaista, suurten kartanoiden hallitsemaa aluetta, jossa asutus oli melko harvaa. Helsingin kasvu alkoi kiihtyä 1860- luvulla, ja vuosisadan alkupuolella yhtenäinen esikaupunkiasutus ulottui Espoon rajalle (Lahti 1975: 24). Karjaan radan rakentaminen 1900-luvun alussa aiheutti esikaupunkiasutuksen leviämisen Espoon puolelle (Ikkala 1989: 50). Kartanoiden mailta palstoitettiin vuodesta 1907 alkaen pientaloalueita sekä Harakasta (nykyinen Lintuvaara) että Ruukinrannasta ja Friisinmäestä (kuva 9). Vuodesta 1914 vilkastui myös Kilon asutustoiminta (Lahti 1975: 35). Harakan alueelta oli 1920-luvulle tultaessa myyty n. 200 tonttia. Talot palstoitettiin melko tiiviisti, mutta tiet olivat vielä sorapintaisia. Seuraava rakentamisen vaihe oli Jupperin omakotialue, joka palstoitettiin 1930-luvun lopulla alun perin huvila- Kuva 8. Maankäytön muutos valuma-alueilla. Eri maankäyttötyyppien prosentuaaliset osuuden valuma-alueen maapinta-alasta eri ajankohtina. Lyhenteet: Mo = Monikonpuro, Kp = Kaupunginoja, Jo = Joutjoki, Kk = Kaukajärven laskuoja ja Ko = Kovasoja. 26

1936 24 50' 2001 24 50' Jupperi 60 15' Hämevaara 60 15' Harakka 1km Laaksolahti Lintuvaara 1km Karakallio Leppävaara Kilo Kilo Mäkkylä Pientaloalue Pelto tai niitty Suo Metsä Tie Rautatie Uoma Leppävaara Friisinmäki Liike- tai teollisuusalue Rivi- ja kerrostaloalue Pientaloalue Pelto tai niitty Tie Suo Rautatie Metsä Uoma Perkkaa Kuva 9. Monikonpuron valuma-alueen maankäytön muutos vuodesta 1936 vuoteen 2001. alueeksi. Sota-ajan jälkeen alueelle vakiintui ympärivuotinen asutus (Jupperi - historiaa 1500-luvulta nykypäivään 2002). 1960-luvulle tultaessa pientaloasutus oli laajentunut jo mm. Laajalahteen ja Hämevaaraan. 1960- ja 70-luvuilla kerrostalorakentaminen oli voimakasta. Tällöin syntyivät Espoon kaupunginosista mm. Karakallio, Perkkaa ja osia Leppävaarasta (Ikkala 1989: 55). Samanaikaisesti rakennettiin myös pienialaisempia pientaloalueita eri puolille valumaaluetta. Toisin kuin monilla muilla vanhoilla esikaupunkialueilla, Monikonpuron valumaalueella uudisrakentaminen on jatkunut melko pitkään. Mm. Pohjois-Leppävaaran keskusta ja ympäristön kerrostalo- ja pienkerrostaloalueet on rakennettu 1980- ja 1990- luvulla. Etelä-Leppävaarassa rakentaminen on yhä kesken; kerrostaloalue laajenee etelään ja länteen. Etenkin Leppävaarassa ja Perkkaalla kerrostaloalueet ovat rakenteeltaan pääasiassa suljettuja, ja talojen väliset viheralueet ovat niukkoja. Pohjois-Leppävaaran keskustassa pihat ovat pääasiassa päällystettyjä, ja alue muistuttaa voimakkaasti vanhempien kaupunkien tiiviisti rakennettuja keskustoja. Teollisuutta on Monikonpuron valuma-alueella ollut koko tarkastelujakson ajan hyvin vähän. Kuitenkin liike- ja toimistorakennusten määrä on erityisesti Leppävaaran ja Perkkaan alueilla kasvanut 1970-luvulta lähtien. Kilon teollisuus- ja varastoalue on syntynyt myös melko myöhään. Monikonpuron valuma-alueella on 1900-luvun alussa ollut laajoja kartanoiden peltoaukeita, joista suuri osa on säilynyt tähän päivään asti peltoina tai viljelemättöminä niittyinä ja heinikkoina. Valuma-alueen alaosan peltoalueet ovat kuitenkin viime aikoina supistuneet Leppävaaran ja Perkkaan laajenemisen myötä. Laajoista metsistä on osa joutunut laajenevan asutuksen alle, mutta valuma-alueen keski- ja pohjoisosaan on puron 27

pääuoman ympärille jäänyt laajahko metsäalue, jolla on tärkeä merkitys eteläisen Espoon yhtenä suurimmista virkistysalueista. Osin tähän rakentamatta jäämiseen lienee vaikuttanut alueen vaihteleva topografia. Muualla metsäalueet ovat nykyään melko sirpalemaisia, eivätkä muodosta suuria kokonaisuuksia. Valuma-alueen vähäisistä soista on suurin osa kuivatettu, suurinta eli Gubbmossania lukuun ottamatta. Monikonpuron valuma-alueella myös liikennealueet kattavat laajoja alueita. Liikennealueet koostuvat asutuksesta erillään sijaitsevista teistä ja niitä vierustavista kevyenliikenteen väylistä sekä erillisistä pysäköintialueista. Valuma-alueen eteläosaa viistää Turun moottoritie, ja Kehä I sijaitsee aivan Leppävaaran keskustan vieressä. Lisäksi alueella sijaitsee laajoja pysäköintialueita liike- ja toimistorakennuksien sekä urheilukeskusten yhteydessä. 1930-luvulla päätiet sijaitsivat jo suurin piirtein nykyisillä kohdillaan, mutta tiet olivat kapeampia ja sorapintaisia. Myöskään laajoja liittymäalueita ei vielä tuolloin ollut. Joutjoki Joutjoen valuma-alue on 1930-luvun lopussa ollut metsien peittämä (kuva 10). Joutjoen laaksossa on sijainnut jonkin verran melko pienialaisia peltoja ja niittyjä. Yhtenäistä asutusta oli Joutjärven luoteispäässä, Möysän ja Pyhättömän alueella. Tämä alue oli tuolloin Lahden uloimpia esikaupunkialueita, jolle laadittiin asemakaava vuonna 1936 (Kaupunkirakenteen kehitys 1878 1983 1984: 19). Lahden esikaupunkialueet ulottuivat Joutjoen valuma-alueen rajalle 1930-luvun lopussa myös Lahden keskustan pohjoispuolella, Lahdenkadun varrella. Yksittäisten talojen lisäksi Joutjoen valuma-alueella sijaitsi useamman talon ryhmiä Vesijärven rannan tuntumassa. Joutjoen valuma-alueelle asutus on varsinaisesti levittäytynyt toisen maailmansodan aikana ja sen jälkeen (Kaupunkirakenteen kehitys 1878 1983 1984: 20 22). Ensimmäiset asuinalueet olivat nauhamaisia pientaloalueita valuma-alueen keskiosassa. Tämä rakenne näkyy asutuksessa edelleenkin. Tällöin asuinalueiden väliin jäi vielä laajoja metsäalueita. 25 40 25 40 1938 2001 Niemi Niemi Kivimaa Kiveriö Tie Uoma Pyhätön Möysä 60 59 Tie Uoma Möysä 60 59 Liike- tai teollisuusalue Pientaloalue Pelto tai niitty Suo Metsä 1km Liike- tai teollisuusalue Rivi- tai kerrostaloalue Pientaloalue Pelto Metsä 1km Kuva 10. Joutjoen valuma-alueen maankäytön muutos 1930-luvun lopulta vuoteen 2001. 28