S U U N N IT T EL U JA T EK N IIK K A SIPOON KUNTA BASTUKÄRR HULEVESITARKASTELUT BA 3 Bastukärrin työpaikka-alueen asemakaavan muutos FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY P17654
FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY P17223 1 (8) Sisällysluettelo 1 JOHDANTO... 2 1.1 Suunnitelman lähtökohdat ja tavoitteet... 2 1.2 Projektin organisaatio... 2 1.3 Käsitteitä... 2 2 MITOITUS JA TOIMIVUUSTARKASTELUT... 2 2.1 Hulevesimalli... 2 2.2 Mitoitussateet... 3 2.3 Mallinnuksen tulokset... 4 3 HULEVESIEN LAATU JA VAIKUTUKSET ALAJUOKSULLA... 7 4 YHTEENVETO JA SUUNNITTELUN JATKAMINEN... 7 Liitteet LIITE 1 Hulevesien hallinnan yleissuunnitelmakartta 1:5000 (A1)
FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY P17223 2 (8) BASTUKÄRR HULEVESITARKASTELUT 1 JOHDANTO 1.1 Suunnitelman lähtökohdat ja tavoitteet Tämän selvityksen tarkoitus on mitoittaa ja varmistaa hulevesien hallinta yleissuunnitelmatarkkuudella Bastukärr I kaava-alueen Keravantien eteläpuolisella alueella. Selvityksessä on huomioitu olemassa olevan SOK:n toiminta Keravantien varressa, ns. PTDC-hanke ja siihen liittyvä asemakaavan muutos sekä alkuperäisen asemakaavan osoittamat toiminnot alueen länsireunassa. 1.2 Projektin organisaatio 1.3 Käsitteitä Tarkastelu on tehty konsulttityönä FCG Finnish Consulting Group Oy:ssä, jossa työn projektipäällikkönä on toiminut Perttu Hyöty ja pääsuunnittelijana Lauri Harilainen. Työn tilaaja on Sipoon kunta. Yhteyshenkilönä Sipoon kunnasta on projektissa Jarkko Lyytinen. Valunnalla tarkoitetaan sitä osaa sadannasta, joka virtaa vesistöä kohti maan pinnalla, maaperässä tai kallioperässä. Hulevesillä tarkoitetaan rakennetuilta alueilla muodostuvaa, sade- tai sulamisvesien aiheuttamaa pintavaluntaa. Sadannan toistuvuudella tarkoitetaan tietyn sadetapahtuman keskimääräistä toistumisaikaa ja se ilmoitetaan yleensä muodossa 1/Xa. Suomessa esimerkiksi hulevesiviemärit mitoitetaan yleensä keskimäärin kerran kahdessa vuodessa (1/2a) toistuvan rankkasadetapahtuman aiheuttaman virtaaman mukaan. 2 MITOITUS JA TOIMIVUUSTARKASTELUT 2.1 Hulevesimalli Suunnittelualueen hulevesijärjestelmän toimivuutta ja riittävyyttä tarkasteltiin tässä työssä laaditun hulevesimallin avulla. Mallinnus suoritettiin FCG SWMM -ohjelmalla (Storm Water Management Model), joka sisältää hulevesien muodostumista kuvaavan hydrologisen valuma-aluemallin sekä virtausreittejä kuvaavan hydraulisen mallin. Mallin pohjana on Bastukärr II kaava-aluelle laaditun hulevesiselvityksen yhteydessä rakennettu hulevesimalli, joka laajennettiin tässä lisätarkastelussa kattamaan Bastukärrin I-kaava-alue Keravantien eteläpuolella sekä siihen liittyvä kaavamuutosalue (Bastukärr 3). Mallin tarkempi kuvaus on esitetty aiemmin laaditussa hulevesivelvityksessä 1. Ote laajennetusta hulevesimallista on esitetty kuvassa 1. 1 Bastukärr II työpaikka-alueen hulevesi ja pinnantasaussuunnitelmat. Luonnos. 29.05.2012. FCG
FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY P17223 3 (8) 2.2 Mitoitussateet Kuva 1. Ote hulevesimallista, mallinnettu tilanne alueen rakentumisen jälkeen. Mitoitussateet ovat vastaavat aiemmassa työvaiheessa tehtyjen tarkastelun kanssa. Hulevesiviemäriverkostossa pahin hetkellinen tulvatilanne syntyy lyhytkestoisella, intensiteetiltään suurella rankkasateella silloin, kuin usean osavaluma-alueen huippuvirtaamat esiintyvät samanaikaisesti samassa verkoston osassa. Sen sijaan esimerkiksi hulevesialtaissa pahimman tulvatilanteen aiheuttaa yleensä pitkäkestoisempi rankkasade, jonka sademäärä on suuri. Mallinnuksessa käytetyt, Rankkasateet ja taajamatulvat (RATU) 2 loppuraportin mukaiset, mitoitussateet 1 km 2 aluesadannalle on koottu taulukkoon 1. 2 Aaltonen, J. ym. 2008. Rankkasateet ja taajamatulvat (RATU). Suomen Ympäristö, 31. 123 s.
FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY P17223 4 (8) Taulukko 1. Mallinnuksessa käytetyt rankkasadetapahtumat (1km 2 ). Kesto Toistuvuus Keskim. intensiteetti Sademäärä 15 min 1/100a 1,40 mm/min 233 l/s*ha 21 mm 20 min 1/50a 1,08 mm/min 180 l/s*ha 22 mm 60 min 1/1a 0,20 mm/min 33 l/s*ha 12 mm 1/100a 0,60 mm/min 100 l/s*ha 36 mm 3 h 1/10a 0,18 mm/min 30 l/s*ha 32 mm 1/100a 0,27 mm/min 46 l/s 49 mm 6 h 1/10a 0,11 mm /min 19 l/s 40 mm Tarkasteluissa on keskitytty harvinaisten sadetapahtumien aiheuttamien vaikutusten selvittämiseen, jolloin voidaan olla varmoja järjestelmän toiminnasta tavanomaisemmilla sateilla sekä myös varaudutaan mahdollisiin ilmastonmuutoksen sademääriä ja rankkuutta lisääviin vaikutuksiin. 2.3 Mallinnuksen tulokset 2.3.1 Virtaamat Keravanjoen suuntaan Bastukärr III:n kaavamuutosalueen (PTDC logistiikkakeskus) hulevedet on esitetty 3 johdettavan viivyttävien avo-ojien kautta alueen länsireunaan jo rakennettuun hulevesien tasausaltaaseen. Hulevesimalliin lisättiin ehdotetut viivytystilavuudet PTDC:n tontille (yhteensä 6000 m³) sekä jo rakennetulta SOK:n tontilta tuleville hulevesille uomissa ja painanteissa oleva noin 3300 m³:n viivytystilavuus. Molempien tonttien osalla on myös esitetty varaukset mahdollisesti tarvittaviin viivytyskapasiteettien lisäämiseen; korttelin 700 tontin 1 (SOK) suunnalla 8000 m³ ja PTDC:n tontilla 10000 m³ asti. Pohjakartan perusteella malliin asetettiin länsireunan ison tasausaltaan purkutasoksi +39,3 ja suurimmaksi pinnankorkeudeksi +41,0, jonka jälkeen altaan ylivuoto ohjataan itään avo-ojassa kohti Ruddamsbäckeniä. Tonttikohtaisten viivytysrakenteiden purku mitoitettiin siten, että altaat/ojat tyhjenevät noin 12 tunnissa. Länsireunan ison viivytysaltaan purkuputkeksi oletettiin 500B putki, 1 % kaltevuudella ojaan, jossa ei esiinny padotusta. Kuvissa 2 ja 3 on mallinnetut purkuvirtaamat Keravanjoen suuntaan Parmanojaan ja vesimäärä länsireunan isossa altaassa. Punaisella värillä on esitetty 20 minuutin keskimäärin kerran 50 vuodessa tapahtuva (22mm) ja sinisellä keskimäärin kerran 100 vuodessa tapahtuva pitempikestoinen sadetapahtuma (3h, 49 mm). Kuvassa 1 purkujärjestelmänä on nykyinen 500B putki, jolloin huippuvirtaama Parmanojaan 3h (1/100a) sateella on hiukan yli 400 l/s. Alemmassa kuvassa mallinnettiin esimerkki purkujärjestelystä, jossa altaan purkuputkena on NS 200 mm putki ja sen yläpuolella NS 350 mm ylivuoto putki. Tällä järjestelyllä huippuvirtaama pienenee hiukan yli 300 l/s:ssa 3h (1/100a) sateella. Maksimi vesimäärä altaassa jää molemmissa tapauksissa alle 20 000 m³. Purkujärjestelyä muuttamalla voidaan altaan varsin suurta kapasiteettia hyödyntää tehokkaammin. Tilanteessa, jossa poikkeuksellisen sateen tai tonttikohtaisten viivytysjärjestelmien pettäessä altaan pinta nousisi maksimitasoon noin kahteen metriin, olisi maksimipurkuvirtaama 500 B putkella noin 700 l/s. Edellä esitetyllä järjestelmällä purkuvirtaama putoaisi noin 500 l/s ilman että altaan tyhjenemiseen kuluva aika kasvaisi merkittävästi. 3 Hulevesien runkoviemärit ja viivytys. Luonnos.13275. Pohjatekniikka Oy. 16.11.2012
FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY P17223 5 (8) Kuva 2. Purkuvirtaamat Parmanojaan ja vesimäärä länsireunan altaassa purkuputken ollessa 500B. Kuva 3. Purkuvirtaamat Parmanojaan ja vesimäärä länsireunan altaassa purkautumisen tapahtuessa säädeltynä. Länsireunan altaan ja tonttien viivytyskapasiteetti on mittava. Edes keskimäärin kerran 200 vuodessa toistuvalla 3h sateella (yht. 55,4mm) altaaseen jää runsaasti tilaa (täyttöaste 55%). Tämä tarkoittaa sitä, että länsireunan altaasta suunniteltua tulvareittiä tarvitaan erittäin harvoin. Mallilla laskettiin järjestelmän käyttäytyminen kahdessa erittäin poikkeuksellisessa tilanteessa. Porin 2007 rankkasadetulvia (noin 120 mm 3 tunnin aikana) sekä Suomen vuorokauden sade-ennätystä vastaavissa tilanteissa (noin 198 mm / vrk). Tällöin altaan kapasiteetti ylittyi ja tulvareittiä pitkin kohti Ruddamsbäckeniä virtasi 800-1000 l/s. Koska tulvareitin kapasiteetin tarve ei kasva näissäkään ääritapauksissa yli 1000 l/s, voidaan reitti rakentaa tarvittaessa myös putkitettuna, kokonaan tai osittain. Tulvareitille saadaan keskimääräiseksi kaltevuudeksi noin 0,35 %, jolloin putkitettuna reitin tarvittava putkikoko olisi 1000 mm. Avouomana riittävä poikkileikkaus toteutuisi esimerkiksi pohjan leveyden ollessa 1,0 m, luiskat 1:2 ja uoman korkeudella 0,7. 2.3.2 Virtaamat Ruddamsbäckenin suuntaan Hulevesimallilla laskettiin Bastukärr I -alueen Keravantien eteläpuoliselta alueelta muodostuvat virtaamat Ruddamsbäckenin suuntaan ja tarvittavat viivytystilavuudet hulevesivirtaamien tasaamiseksi. Keravantien pohjoispuolelta tulee alueelle nykyisin vähäisiä vesimääriä lähinnä tiealueelta. Tavoitteena oli tasata virtaamat yhdessä Bastukärr II alueelta purkautuvien vesien kanssa tasolle, joka ei aiheuttaisi merkittävää tulvahaittaa Ruddamsbäckenissä. Viivytettävään tilavuuteen huomioitiin tontti- ja katualueet. Tonttialueiden yhteispintaalaksi saatiin noin 47 ha ja katualueiden noin 9 ha. Kaavaluonnoksessa on varattu
FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY P17223 6 (8) alueen itäreunaan alue hulevesien hallinnan järjestämiseksi. Mallilla laskettiin tarvittava viivytystilavuus altaalle kahdella eri tonttikohtaisella viivytysvaatimuksella, 1 m³ ja 2 m³ per 100 läpäisemätöntä pintaneliötä kohti. Katu-alueen hulevedet mallinnettiin johdettavan suoraan altaaseen. Tämän lisäksi laskettiin tarvittavat viivytystilavuudet jos tonttikohtaista viivytystä ei ole mahdollista järjestää. Taulukoihin 2 ja 3 on koottu itäreunan keskitetyn hulevesialtaan tarvittavat tilavuudet eri mitoitussateilla. Purkuvirtaama on rajoitettu tasoon 500 l/s. Bastukärr II -alueen hulevesien hallinnan yleissuunnittelussa oli tonttikohtaisella viivytyksellä (2 m³ / 100 m² läpäisemätöntä, yhteensä 6500 m³) ja keskitetyn viivytysrakenteen tilavuudella (6000 m³) saatu maksimivirtaama Ruddamsbäckeniin rajattua tasoon 700 l/s tunnin kestoisella 1/100a (36 mm) sateella. Samalla mitoituksella Bastukärr I -alueen hulevesien keskitettyyn viivytysrakenteeseen tulee varata 8200 m³ tai 4500 m³ tilavuutta riippuen tonttikohtaisesta viivytysvaatimuksesta (taulukko 3). Tällöin 1/100a 1h tulvatilanteessa kaava-alueilta Ruddamsbäckeniin purkautuva hulevesipiikki olisi noin 1200 l/s, mitä voidaan pitää sallittavana tasona uoman arvioitu välityskyky ja tilanteen toistuvuus huomioiden. Tässä virtaamassa ei ole huomioitu Bastukärr I:n Keravantien pohjoispuolista aluetta, jonka hulevedet purkavat Ruddamsbäckenin latvalle selvästi erilleen Keravantien eteläpuolisista purkupisteistä. Jos käytetään sademäärältään vielä suurempaa mitoitussadetta (1/100a, 3h. 49 mm) olisi tarvittava viivytystilavuus Bastukärr I:n itäreunan viivytysrakenteelle joko 12600 tai 8900 m 3 riippuen jälleen tonttikohtaisesta vaatimustasosta. Samalla mitoitustasolla tulisi Bastukärr II: n yhteenlaskettua viivytystilavuutta lisätä noin 7000 kuutiolla. Taulukossa 2 on esitetty vastaavat viivytystilavuuden tarpeet sillä erotuksella että tonttikohtaista viivytystä ei ole käytettävissä. Taulukko 2. Esimerkit tarvittavasta viivytystilavuudesta Bastukärr I:n Keravantien eteläpuolisella kaava-alueella ilman tonttikohtaista viivytystä Sade Tonteilla ei viivytystä Ilman allasta maksimivirtaama Ruddamsbäckeniin Altaan tarvittava tilavuus, jos purkuvirtaaman maksimi 500 l/s 1/50a 20 min (22mm) 2500 l/s 5500 m³ 1/100a 1h (36 mm) 2700 l/s 10500 m³ 1/100a 3h (49 mm) 2000 l/s 16500 m³ Taulukko 3. Esimerkit tarvittavasta viivytystilavuudesta Bastukärr I:n Keravantien eteläpuolisella kaava-alueella. Sade 1/50a 20 min (22mm) 1/100a 1h (36 mm) 1/100a 3h (49 mm) Tonteilla viivytetään 1m³/100 m² läpäisemätöntä Ilman allasta maksimivirtaama Ruddamsbäckeniin Altaan tarvittava tilavuus, jos purkuvirtaaman maksimi 500 l/s Tonteilla viivytetään 2m³/100 m² läpäisemätöntä Ilman allasta maksimivirtaama Ruddamsbäckeniin Altaan tarvittava tilavuus, jos purkuvirtaaman maksimi 500 l/s 950 l/s 1800 m³ 800 l/s 500 m³ 2500 l/s 8200 m³ 1800 l/s 4500 m³ 2000 l/s 12600 m³ 2000 l/s 8900 m³
FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY P17223 7 (8) 3 HULEVESIEN LAATU JA VAIKUTUKSET ALAJUOKSULLA Hulevesien laadulliset vaikutukset alajuoksulle voidaan jakaa välittömiin ja kumulatiivisiin. Välittömät vaikutukset voivat johtua virtaamapiikkien äärevöitymisestä ja siitä seuraavasta purku-uomien erodoitumisesta ja veden laadun huonontumisesta. Bastukärrin alueelle on alustavien suunnitelmien mukaan varattu viivytystilavuutta virtaamapiikkien tasaamiseksi erittäin harvinaistenkin sadetapahtumien varalle. Viivytyskapasiteetin ylittyessäkin tulvan kesto on oleellisesti pienempi järjestelmän ansiosta. Akuutit päästöt voivat aiheutua teollisuustontilta esimerkiksi onnettomuuden johdosta hulevesijärjestelmään päässeen haitta-aineen takia. Tonteille on tätä varten ehdotettu tonttikohtaisten hulevesijärjestelmien sulkumahdollisuutta onnettomuuksien varalle. Myös keskitetyt tulva-altaat voidaan varustaa suluilla siten, että kemikaalien pääsy altaista eteenpäin voidaan estää. Hulevesien pitkäaikaisen kuormituksen vaikutukset alajuoksun vedenlaatuun aiheutuvat hulevesien sisältämistä epäpuhtauksista. Varsinkin asfaltoidulta alueilla peräisin oleva hulevesi sisältää kiintoainetta, raskasmetalleja, öljyä ja erilaisia PAH-yhdisteitä. Teollisuustonteilta voi päästä ympäristöön myös toiminnasta riippuen erilaisia haittaaineita. Tonteilla, jossa on paljon liikennettä, öljynerotinjärjestelmä on tarpeellinen. Vesistöjen tilan kannalta pitkäaikainen krooninen kuormitus on haitallisempaa kuin harvoin toistuvan tulvatilanteen aiheuttama lyhytaikainen kuormituspiikki. Tästä johtuen hulevesien laadullisessa hallinnassa tulisi panostaa usein toistuvien, intensiteetiltään ja sademäärältään pienehköjen sateiden aiheuttamien hulevesien käsittelyyn. Laadullisessa hallinnassa syntypaikoilla tehtyjen toimenpiteiden merkitys korostuu, koska laadun parantaminen on helpompaa kun virtaamat ja vesimäärät ovat pienempiä. Laatua voidaan parantaa myös keskitetysti. Bastukärr II:n hulevesijärjestelmän loppuosaan on ehdotettu laajaa biopidätysaluetta, jossa käytännössä kaikki hulevesi suodatetaan maakerrosten läpi ennen purkamista Ruddamsbäckeniin. Vastaava järjestelmä esitetään toteutettavan myös Bastukärr I -alueen itäosan altaan yhteyteen. Näillä toimenpiteillä voidaan olettaa Bastukärrin alueen rakentumisen jälkeen hulevesien Ruddamsbäckeniin kohdistuvien laadullisten vaikutusten jäävän vähäiseksi. Ruddamsbäckenin uoman pituus Bastukärrin alueelta Sipoonjokeen on noin 6 km. Puron valuma-alueelle sijoittuu runsaasti maataloutta, joka on merkittävä kuormittaja kiintoaineen ja ravinteiden osalta. Koska hulevesien hallintatoimenpiteillä maankäytön aiheuttamat muutokset Bastukärrin alueelta tulevan veden laadussa ja määrässä pidetään mahdollisimman vähäisinä, ei Ruddamsbäckenin virtaamissa tai veden laadussa arvioida tapahtuvan merkittäviä muutoksia suunnitellusta maankäytöstä johtuen. Tällöin myöskään Sipoonjoen Natura-arvoihin ei ole olettavissa koituvan merkittävää vaikutusta. 4 YHTEENVETO JA SUUNNITTELUN JATKAMINEN Mallinnuksen perusteella ns. Bastukärr 3 alueen tonttien ja länsireunan altaan tilavuudet ovat riittävät harvinaisillakin tulvatilanteilla. Lisäksi SOK:n ja PTDC tonttien avouomat tulee varustaa sopivilla virtaamansäätörakenteilla. Mallinnuksessa tonttikohtaisten viivytysrakenteiden purkautuminen säädettiin siten, että ne tyhjentyvät noin 12 tunnin kuluessa. Bastukärr I:n Keravantien itäpuolen altaalle laskettiin alustava mitoitus. Altaan yhteyteen olisi suositeltavaa rakentaa hulevesien laatua puhdistava biopidätysrakenne. Yhteenlaskettu viivytystarve altaalle ja biopidätysaltaalle olisi 8200-12600 m³ riippuen käytetäänkö mitoituksessa 1/100a 1h vai 3h sadetta. Oletuksena edellä mainituissa
FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY P17223 8 (8) tilavuuksissa on tonttikohtainen viivytysvaatimus 1 m³ / 100 m² läpäisemätöntä pintaa kohti. Ilman tonttikohtaista viivytystä vastaavat tarvittavat viivytystilavuudet ovat 10500 m³ ja 16500 m³. Altaasta hulevedet puretaan ojaan ja edelleen Ruddamsbäckeniin. tarkastanut: Perttu Hyöty, dipl.ins. laatinut: Lauri Harilainen, dipl.ins.