Raportti 29.3.2015 Päivitys 29.3.2015
29.3.2015 1 (15) Sisältö 1 JOHDANTO... 2 1.1 Suunnittelun lähtökohdat ja tavoitteet... 2 1.2 Suunnitteluorganisaatio... 2 2 SUUNNITTELUALUE JA SEN NYKYTILA... 2 2.1 Suunnittelualueen sijainti ja maankäyttö... 2 2.2 Tuleva maankäyttö... 3 2.3 Valuma-alue ja reitit... 3 3 HYDROLOGINEN TARKASTELU... 4 3.1 Hulevesimallin rakenne ja lähtökohdat... 4 3.2 Mallilla tehdyt tarkastelut... 5 3.2.1 Yleistä... 5 3.2.2 Tonttikohtaisen viivytyksen vaikutukset... 5 3.3 Keskitetyt viivytysrakenteet... 7 4 TULVAREITIT... 13 4.1.1 Periaatteet... 13 4.1.2 Havaitut ongelmat... 14 5 RAKENTAMISEN AIKAISTEN HULEVESIEN HALLINTA... 14 6 YHTEENVETO... 15
29.3.2015 2 (15) 1 JOHDANTO 1.1 Suunnittelun lähtökohdat ja tavoitteet Työssä laaditaan hulevesien hallintasuunnitelma Marjamäen korttelia 905 koskien. Tarkoituksena on päivittää Marjamäen alueellista hulevesisuunnitelmaa nykytilannetta vastaavaksi sekä määritellä korttelin rakentamisen edellyttämät hulevesien hallintamenetelmät, käytännössä viivytysrakenteet. Menetelmien suunnittelussa hyödynnetään hulevesimallinnusta, jolla osoitetaan tarvittavat mitoitukset putkijärjestelmille ja avouomille sekä erilaisille viivytysrakenteille tonteilla ja yleisellä alueella. Selvitys laadittiin keväällä 2014 ja sitä päivitettiin maaliskuussa 2015 keskitettyjen viivytysratkaisujen sijoittumisen ja mitoituksen osalta. Päivitys koskee raportin kohtaa 3.3 keskitetyt viivytysrakenteet sekä suunnitelmakarttaa (liite 1). Päivityksessä kaava-alueen läheisyydessä tehtävää viivytystä tehostettiin ja alempana Vt3 läheisyydessä kevennettiin. 1.2 Suunnitteluorganisaatio Suunnitelma on laadittu Sito Oy:ssä, vastuuhenkilönä dipl.ins. Perttu Hyöty. Työn tilaajana on ollut Lempäälän Vesi, yhteyshenkilönä toimitusjohtaja Lasse Sampakoski. 2 SUUNNITTELUALUE JA SEN NYKYTILA 2.1 Suunnittelualueen sijainti ja maankäyttö Suunnittelun kohteena sijaitseva korttelialue 905 sijaitsee Lempäälän Marjamäessä Ideaparkin pohjoispuolella ja rajautuu vanhaan Helsingintiehen (Mt130). Korttelin pinta-ala on noin 17 hehtaaria. Alueen sijainti ja nykyistä maankäyttöä on havainnollistettu kuvassa 2. Kuva 1. Suunnittelualueen nykyinen maankäyttö (ilmakuva MML)
29.3.2015 3 (15) 2.2 Tuleva maankäyttö Kortteliin 905 on tulossa tehokasta maankäyttöä, joka koostuu liiketiloista ja työpaikoista ja muista vastaavista toiminnoista. Nykytilanteeseen verrattuna alue muuttuu lähes täysin vettä läpäisemättömäksi, mistä aiheutuu huomattava pintavalunnan määrän kasvu. Hulevesiselvityksen pohjana ollut tontinkäyttösuunnitelma on esitetty kuvassa 2. Kuva 2. Tontinkäyttösuunnitelma 2.3 Valuma-alue ja reitit Selvitysalue sijoittuu noin 2 km 2 valuma-alueelle, joka laskee valtatien 3 alitse 1000B rummun kautta Palomäentien pohjoispuolella. Marjamäen alueesta aiemmin laaditun hulevesiselvityksen (Ramboll 2012) mukaan Vt3 alittavan rumpu on mitoitettu virtaamalle 750 l/s, mitä ei tulisi ylittää tulevan maankäytönkään myötä. Valuma-alueelle tulee suunnitellun korttelin 905 lisäksi muitakin työpaikka-alueita, joilla muodostuvia hulevesiä on myös viivytettävä. Valuma-alue on esitetty kuvassa 3.
29.3.2015 4 (15) Kuva 3. Vt3 alittavan 1000B rummun valuma-alue 3 HYDROLOGINEN TARKASTELU 3.1 Hulevesimallin rakenne ja lähtökohdat Hulevesiin liittyvät mitoituslaskelmat tehtiin käyttäen EPA SWMM hulevesimallia. Malli koostuu hydrologisesta valuma-aluemallista ja hydraulisesta verkostomallista ja sillä voidaan tarkastella eri sateilla muodostuvien hulevesien määrää ja tarvittavaa verkosto- ja viivytyskapasiteettia eri sadetapahtumilla. Malli rakennettiin hyvin tarkasti korttelialueen sisältä ja yleispiirteisemmin lähiympäristöstä. Tarkoituksena oli mallintaa rakennettavilta alueilta tai niiden välittömästä lähiympäristöstä muodostuva virtaamat, joita viivytetään tai johdetaan samoilla järjestelmillä. Korttelialueen sisällä malliin syötetty maankäyttö sekä putkiverkosto perustui tontinkäyttösuunnitelman 24.3.2014 päivättyyn versioon. Tonttien asfaltti- ja kattopinnat jaettiin edelleen pienempiin osavaluma-alueisiin ja tonttien sisäinen putkisto rakennettiin malliin oletettuna. Valuma-alueen pohjoisosaa tai itäreunaa ei sisällytetty malliin, mutta sen vaikutus huomioitiin syöttämällä Kaurasuon suunnasta hydrauliseen malliin tasaista 250 l/s virtaamaa, minkä arvioitiin vastaavan rakentamattomalla alueella muodostuvaa virtaamaa keväällä lumien sulaessa tai pitkien syyssateiden aikana. Tästä muodostui myös hulevesien hallinnan tavoitetaso, eli kun Vt3 alittava virtaama ei saanut ylittää 750 l/s ja rakentamattomilta alueilta tulee pohjalle 250 l/s virtaama, pitää rakennettavien alueiden virtaama viivyttää tasoon 500 l/s. Liikennevirasto edellyttää nykyään valtateiden kuivatusjärjestelmissä mitoitustoistuvuutta 1/100a, mistä johtuen mallinnustarkastelut ja menetelmien mitoitus tehtiin käyttäen näin poikkeuksellisen suurta sadetta. Mallin rakennetta on havainnollistettu kuvassa 4.
29.3.2015 5 (15) Kuva 4. Mallin rakenne 3.2 Mallilla tehdyt tarkastelut 3.2.1 Yleistä Hulevesimallinnuksella pyrittiin ensisijaisesti tarkastelemaan korttelin 905 hulevesien viivytystarvetta, putkiviemäreiden mitoitusta sekä tonttikohtaisten viivytysmenetelmien vaikutusta. Toisena tavoitteena oli määritellä mitoitus keskitetyille viivytysjärjestelmille, joilla saadaan koko etelästä Vt3 alitukseen purkavan osavaluma-alueen virtaama viivytettyä tasolle 500 l/s jolloin valtatien alittavan rummun maksimivirtaama oli 750 l/s. 3.2.2 Tonttikohtaisen viivytyksen vaikutukset Ensimmäisenä tarkasteltiin mahdollisten tonttikohtaisten viivytysjärjestelmien vaikutus korttelin läpi rakennettavan huleveden kokoojaviemärin mitoitukseen. Tontinkäyttösuunnitelmassa esitetty hulevesiviemäri on latvaosaltaan kokoa 315M ja kasvaa siitä kokoon 900M ennen purkua Kivimurrontien ali laskevaan ojaan. Mallintamalla todettiin, että viemärilinja vetää kerran kahdessa vuodessa toistuvan 15 minuutin sateen aiheuttamat hulevedet ilman ongelmia, mutta jo 1/5a toistuvuudella saman kestoinen sade aiheuttaa linjan latvaosien pienissä putkissa maanpinnan tasoon ulottuvaa padotusta (ks. kuva 5)
29.3.2015 6 (15) Kuva 5. Päälinjan vedenpinta 1/5a 15 minuutin sateella. Tonttikohtainen hulevesien hallinta simuloitiin lisäämällä malliin kunkin tontin purkupisteeseen viivytysallas, jonka tilavuus oli 0,5 m3 jokaista 100 m2 läpäisemätöntä pintaa kohden, mikä vastaa 5 mm sademäärän viivyttämistä. Tonttikohtaiset viivytystilavuudet vaihtelivat tällöin välillä 80 250 m 3 ja yhteistilavuus on noin 600 m 3. Tällä pienehkölläkin viivytyksellä oli suurta vaikutusta lyhyillä rankkasateilla muodostuviin virtaamiin ja päälinjan kapasiteettiin. Linjan loppuosaa (kuvassa väli 2-3) voitiin pienentää koosta 900M (sisämitta NS800) kokoon NS600 ja siltikin 1/5a 15 minuutin sateella padotus on hyvin vähäistä. Tonttikohtaisen viivytyksen vaikutusta on havainnollistettu kuvassa 6. Kuva 6. Päälinjan vedenpinta 1/5a 15 min sateella kun tonteilla on viivytystä.
29.3.2015 7 (15) Maltillisellakin tonttikohtaisella viivytyksellä saavutetaan hyviä tuloksia tontin putkiviemäreiden kapasiteetin parantamisessa ja paikallisten tulvariskien vähentämisessä. Tonttikohtaiset järjestelmät suositellaankin toteutettavaksi. 3.3 Keskitetyt viivytysrakenteet Yleiskuvaus Tonttikohtaisilla viivytysmenetelmillä voidaan vähentää hulevesitulvan riskiä korttelialueen sisällä, mutta pyrittäessä valuma-aluetason tavoitteeseen eli säilyttämän valtatien 3 alituksessa huippuvirtaama 750 l/s, tarvitaan niiden lisäksi suurehkoja keskitettyjä viivytysalueita. Keskitettyillä rakenteilla viivytetään korttelin 905 hulevesien lisäksi valuma-alueen muun suunnitellun maankäytön hulevesivirtaamaa. Tässä esitetyt viivytysratkaisut perustuvat aiemmin laadittuun yleissuunnitelmaan ja niiden tyyppiä, sijaintia ja mitoitusta on tarkistettu täsmentyneen maankäytön sekä mallinnustulosten perusteella. Korttelin 905 välittömään läheisyyteen toteutetaan kaksi viivytysrakennetta, yksi allas Kivimurrontien lounaispuolelle, jossa viivytetään vain korttelin 905 hulevesiä sekä viivytysoja, joka levenee alaosastaan altaaksi, Kivimurrontien koillispuolelle uutta katulinjausta noudatellen. Ratkaisuja on havainnollistettu kuvassa 7. Viivytysallas 1 Kuva 7. Keskitetyt viivytysrakenteet korttelin 905 läheisyydessä. Esitetty viivytysallas sijoittuu luontaiseen notkopaikkaan, jota rajaavat Kivimurrontie sekä uuden korttelin liikenneväylät ja josta nykyisellään laskee oja Kivimurrontien alitse. Nykyistä rumpua voidaan todennäköisesti jatkossakin käyttää huleveden purkureittinä. Rummun yläpuolella ojan vartta leikataan tulvatasanteeksi siten, että altaan vesitilavuudeksi saadaan korkeuksien +106 108 välillä noin 2500 m 3. Nykyinen ojan pohja on noin tasossa +105.90 ja tuleva tontti tason +109 yläpuolella, joten allas voidaan tehdä verrattain syvänä ja siten pinta-alaltaan tehokkaasti.
29.3.2015 8 (15) Altaan purkurakenteeksi määritettiin 300 mm pyöreä aukko sekä ylivuotokynnys, jonka kautta vesi lähtee purkautumaan ilman kuristusta kun vedenpinta nousee lähelle tasoa +108. Esitetty allas viivyttää korttelin purkuvirtaamaa tehokkaasti ja äärimmäistenkin tilanteiden virtaama voidaan kuristaa tasolle, joka ei aiheuta haittaa alapuolisilla virtausreiteillä. Altaan toimintaa on kuvattu kuvissa 8-11. Kuva 8. Viivytysaltaan tulo- ja purkuvirtaama 1/10a 60 min sateella Kuva 9. Viivytysaltaan tilavuus ja vedenkorkeus 1/10a 60 min sateella
29.3.2015 9 (15) Kuva 10. Viivytysaltaan tulo- ja purkuvirtaama 1/100a 60 min sateella Kuva 11. Viivytysaltaan tilavuus ja vedenkorkeus 1/100a 60 min sateella Esitetty viivytysallas toimii hyvin virtaamien rajoittajana myös erittäin rankoilla sateilla. Allas sijoittuu luontaiseen notkelmaan jolloin sen rakentamiskustannukset eivät ole suuria. Altaan mallinnustarkasteluissa on oletettu, että tonttikohtaiset viivytysratkaisut tehdään edellä esitetyllä tavalla. Mikäli tonttikohtaista viivytystä ei ole, tarvittaisiin altaaseen noin 600 m 3 enemmän viivytystilavuutta saman vaikutuksen saavuttamiseksi.
29.3.2015 10 (15) Ylempi viivytysoja ja viivytysallas 2 Kivimurrontien koillispuolella nykyinen oja kulkee tulevan tontin poikki, mistä johtuen se tulee siirtää tai putkittaa. Mikäli oja putkitetaan, tulisi varautua toteuttamaan putkituksen jälkeen toinen viivytysallas, jolla viivytetään korttelin 905 pohjois- ja itäpuolisten uusien rakennettavien alueiden hulevesiä. Järkevin ratkaisu olisi siirtää oja tulevan kaavatien vartta kulkevaksi, jolloin se toimii samalla alueellisena kuivatus- ja purkureittinä ja samalla ojan tilavuutta voidaan käyttää viivytykseen. Loivaluiskainen avooja tarvitsee noin 15 metrin tilavarauksen huomioiden nykyisen ojan pohjan taso sekä ympäristön maanpinnat. Kaivettavan ojan pituus on noin 430 metriä ja sinne muodostuu lähes 4000 m 3 viivytystilavuutta vedenkorkeuden +108 alapuolelle. Ojan purkupäähän toteutetaan lisää viivytystilavuutta noin 2000 m 3 leventämällä ojan loppupää altaaksi. Purkupisteeseen tehdään vastaavanlainen virtaamansäätörakenne kuin altaaseen 1, eli pohjan tasossa on 300 mm purkuaukko ja ylivuotokynnys tasolla +108. Viivytysojaan johdettaisiin korttelin 905 alueelta purkautuvan virtaaman lisäksi noin 20 hehtaarin rakennettujen alueiden hulevedet. Ojan toimintaa erittäin rankalla sateella on havainnollistettu kuvassa 12. Kuva 12. Viivytysojan 1 purkuvirtaama ja vedenkorkeus 1/100a 60 min sateella Kuten kuvasta voidaan nähdä, ilman ojan toteuttamista viivyttävänä rakenteena virtaama nousee erittäin suureksi ja ylittää vt3 alittavan rummun kapasiteetin kaksinkertaisesti. Oja toimii kuitenkin viivytyksessä erittäin hyvin ja erittäin rankalla sateellakin ojan vesisyvyys jää alle tason +107.50 ja purkuvirtaama voidaan rajoittaa alle 300 l/s tasoon. Ylemmän viivytysojan periaatepoikkileikkaus on esitetty kuvassa 13.
29.3.2015 11 (15) Alempi viivytysoja Kuva 13. Ylemmän viivytysojan periaatepoikkileikkaus. Ennen valtatien 3 alittavaa rumpua tarvitaan vielä toinen viivytysoja varmistamaan että rumpuun johdettava virtaama pysyy sallituissa rajoissa. Tämä alempi viivytysoja toteutetaan nykyistä syvää Vt3 suuntaista pelto-ojaa käyttämällä ja siinä hallitaan ne ympäristön hulevedet joita ei voida johtaa ylempään viivytysojaan. Ojan purkupisteeseen rakennetaan virtaamansäätörakenne, jossa on 450 mm pyöreä aukko ojan pohjan tasossa sekä ylivuotokynnys, jonka kautta vesi lähtee purkautumaan ilman kuristusta kun vedenpinta nousee lähelle tasoa +109.50. Nykyistä ojaa ei tarvinne juuri leventää. Järjestelyä on kuvattu kuvassa 14, ojan nykytilaa kuvassa 15 ja sen toimintaa kuvassa 16. Kuva 14. Alemman viivytysojan periaate.
29.3.2015 12 (15) Kuva 15. Syvä pelto-oja kuvattuna pohjoisesta etelään Kuva 16. Viivytysojan 2 purkuvirtaama ja vedenkorkeus 1/100a 60 min sateella Alempikin viivytysoja on ehdottoman tarpeen valtatien 3 alittavaan rumpuun johdettavan virtaaman rajoittamiseen sallittuun tasoon. Marjamäen alueelle suunnitellun maankäytön hulevedet pystytään hallitsemaan tehokkaasti ylemmällä viivytysojalla ja altaalla, mutta myös lähempänä Vt3:a olevien, nykytilaan jäävien alueiden virtaamahuippuja tulee leikata, jotta Vt3 alituksen virtaama pysyy tason 750 l/s alapuolella.
29.3.2015 13 (15) Mikäli oja voidaan toteuttaa esitetyllä tavalla, pystytään sillä tehokkaaseen viivytykseen ja maksimivesipinta jää alle tasoon +99.20 mallinnetulla erittäin rankalla 1/100a 60 minuutin sateella. Padotustaso 1/10a 60 minuutin sateella on noin +98.80. Tarvittava viivytysvaikutus voitaneen saavuttaa ilman ojan mainittavaa leventämistä mutta ojan länsipuolelle joudutaan rakentamaan pengerrys, koska osa pellosta on tason +99.20 alapuolella. Pellon kuivatuksen järjestäminen tulee tutkia tarkemmin jatkosuunnittelussa. Ojan periaatepoikkileikkaus on esitetty kuvassa 16. Kuva 17. Alemman viivytysojan periaatepoikkileikkaus 4 TULVAREITIT 4.1.1 Periaatteet Hulevesijärjestelmien mitoituksen ylittäviä tilanteita varten on suunniteltava hulevesille tulvareitit, joilla varmistetaan veden hallittu johtaminen poikkeustilanteissa. Tulvareittien tulisi muodostaa yhtenäinen väylä muodostumisalueilta purkuojaan, vesistöön tai puistoalueelle, missä hulevedet eivät aiheuta enää mainittavaa tulvahaittaa. Maanpäälliset hulevesirakenteet kuten painanteet ovat osa tulvareittiketjua, mutta maanalaisia rakenteita varten niistä tulee huolehtia erikseen. Suunnittelualueen keskeinen tulvareitti on viivytysaltaasta lähtevä avo-oja, joka purkaa valtatien 3 alitse. Kaikki rakennettavat alueet tulisi toteuttaa tasaukseltaan siten, että hulevedet johtuvat niiltä painovoimaisesti ojaan. Aluevarausten sisällä tulvareitin pitäisi muodostaa tuleva katuverkko. Osa tulvareittisuunnittelua on pihojen tasauksen suunnittelu siten, että valumasuunnat ovat poispäin rakennuksista ja kaltevuudet riittävät hulevesien sujuvaan pintajohtamiseen. Tilanteissa, joissa hulevesiviemäriverkon kapasiteetti on ylittynyt, katualue toimii tulvareittinä. Katualueella tulvareittejä voidaan muodostaa käyttämällä yhtenäisiä reunakiveyksiä, jolloin hulevedet pysyvät tiettyyn rajaan asti katualueella.
29.3.2015 14 (15) 4.1.2 Havaitut ongelmat Korttelin 905 sisällä on tontinkäyttösuunnitelman ja tasaussuunnitelman perusteella tunnistettu kaksi riskikohtaa, joiden toteuttamista tulisi tarkastella uudestaan. Korttelin sisäisten katujen tasaus ei laske huleveden johtamissuunnan mukaisesti, vaan kummankin kadun tasauksessa on notko. Koska huleveden putkiviemäreitä ei voida toteuttaa niin suuriksi että niiden kapasiteetti riittää kaikissa tilanteissa, huleveden padottumista ja johtumista maan pintaa pitkin tulee esiintymään jossain vaiheessa. Ongelmakohdat ja ratkaisuehdotukset on esitetty kuvassa 15. Kuva 18. Havaitut ongelmat tulvareitteihin liittyen 5 RAKENTAMISEN AIKAISTEN HULEVESIEN HALLINTA Rakentamisen aikaiset hulevedet ovat poikkeuksetta laadultaan huonoja, koska niihin huuhtoutuu mm. häiriintyneistä maakerroksista runsaasti kiintoaineista. Rakennusvaiheen hulevedet voivat liettää alapuolisia ojia ja rumpuja pahastikin, mistä johtuen niiden käsittely on suositeltavaa. Esitettyjä allas- ja viivytysojarakenteita voidaan käyttää etupainotteisesti rakennusvaiheen vesien hallinnassa, mutta ne täytyy todennäköisesti ruopata rakennusvaiheen päätyttyä niihin kertyneen sedimentin poistamiseksi.
29.3.2015 15 (15) 6 YHTEENVETO Lempäälän Marjamäkeen rakentuva kortteli 905 tulee aiheuttamaan huomattavaa kasvua hulevesien määrässä. Yhdessä muun samalle valuma-alueelle suunnittelun maankäytön kanssa rankkasateiden hulevesivirtaamat tulevat aiheuttamaan tulvimista ja eroosiota alapuolisilla virtausreiteillä ja valtatien 3 alittavassa rummussa ilman hallintatoimenpiteitä. Alueesta aiemmin laaditussa hulevesiselvityksessä vt3 rummun maksimivirtaamaksi on määritetty 750 l/s kerran sadassa vuodessa toistuvalla sateella, ja tästä noin 250 l/s on varattava rakentamattomilta alueilta tulevalle virtaamalle. Valuma-aluetasolla rakennettujen alueiden hulevesivirtaamat on tehokkaasti viivytettävissä sallittuun tasoon viivytysaltailla ja viivytysojastoilla, jotka sijoittuvat nykyisen pääpurkureitin yhteyteen. Tarvittava viivytystilavuus on yhteensä noin 10 000 m 3. Tilavaraukset ovat osoitettavissa ilman suurta ristiriitaa suunnitellun maankäytön ja muiden toimintojen kanssa. Viivytyksen painopiste on uuden rakentamisen alueella, mutta lähelle Vt3:a tarvitaan myös nykytilaan jäävien alueiden virtaamahallintaa tulvatilanteissa. Korttelin 905 sisällä suositellaan toteutettavan tonttikohtaista hulevesien viivytystä mitoituksella 0.5 m 3 /100 m 2 läpäisemätöntä pintaa. Tällä maltillisella viivytyksellä ehkäistään korttelin sisäisiä hulevesitulvia ja vapautetaan putkiviemäreiden kapasiteettia. Korttelia leikkaava päähulevesiviemäri voidaan pienentää kokoon NS600 suunnitellun NS800 sijasta jos tonttikohtainen viivytys toteutetaan. Korttelin 905 tasaussuunnittelua pitää vielä tarkistaa jotta korttelin sisälle muodostuu yhtenäiset tulvareitit. Tämän hetken suunnitelmien perusteella korttelin sisällä on kaksi tasauksen notkopaikkaa, joissa verkostosta tulviva vesi pääsee purkautumaan kohti rakennuksia. Korttelin sisäisten katujen tasauksen tulisi laskea kohti huleveden purkupistettä, jotta myös putkiviemärin kapasiteetin ylittävä vesimäärä ohjautuu hallitusti. Mikäli alueelle tuleva toiminta on luonteeltaan sellaista, että öljy- tms. kemikaalien päästöt ovat mahdollisia, tulee tonttikohtaisesti selvittää öljynerotuksen tarve ja toteutusmahdollisuudet Sito Oy