Hernesaaren kaavoitus Lausunto tuulisuudesta Kirjoittaja WSP Finland Oy TkT Risto Kiviluoma Versio 12.11.2009 Aikaisemmat versiot 11.11.2009
Hernesaaren kaavoitus Lausunto tuulisuudesta Tilaaja Kaupunkisuunnitteluvirasto, Helsingin kaupunki Kati Immonen PL 2100 00099 HELSINGIN KAUPUNKI Tel. +358-9-310 1673 Fax +358-9-310 37409 www.hel.fi/ksv Konsultti WSP Finland Oy Heikkiläntie 7D 00210 HELSINKI Tel. +358 207 864 11 Fax +358 207 864 800 www. wspgroup.fi; www.wspgroup.com Hernesaaren kaavoitus; Lausunto tuulisuudesta: 12.11.2009 2 (17)
Sisällys Sisällys 3 1 Johdanto 4 1.1 TÄMÄ LAUSUNTO 5 2 Tuulisuus 6 2.1 TUULISUUS LAUTTASAARENSELÄLLÄ 11 2.2 TUULISUUS HERNESAAREN SATAMA-ALTAASSA 13 2.3 SUURTEN KAPPALEIDEN PAIKALLISET VAIKUTUKSET 13 3 Tulosten tulkinta ja suositukset 16 Lähdeluettelo 17 Hernesaaren kaavoitus; Lausunto tuulisuudesta: 12.11.2009 3 (17)
1 Johdanto Hernesaari sijaitsee Helsingin rannikolla Lauttasaaren ja kantakaupungin eteläkärjen välissä. Alueen nykyiset telakkatoiminnon loppuvat lähivuosina ja alue vapautuu rakentamiselle. Hernesaaresta on laadittu osayleiskaavaluonnos [1], jossa alueelle on kaavoitettu asumista (n. 4 600 asukasta), työpaikkoja (n. 2 000 työpaikkaa) ja kaksi purjevenesatamaa (kuva 1). Hernesaari sijaitsee pääosin täyttömaalla ja on pinnamuodoltaan tasainen. Alue on altis tuulen vaikutukselle. Tuulisuus vaikuttaa mm. ihmisten viihtyvyyteen, ihmisten paleltumisriskiin, toimintoihin purjevenesatamissa ja rakennusten lämmityksen energiankulutukseen. Hernesaaren ennakoidut tuuliolosuhteet tunnetaan kohtuullisella tarkkuudella viereisen Jätkäsaaren tuulisuuskartoituksen [2] tuloksista. Kuva 1: Hernesaari nykytilassa ja osayleiskaavaluonnokseen liittyvä havainnekuva [1]. Hernesaaren kaavoitus; Lausunto tuulisuudesta: 12.11.2009 4 (17)
1.1 TÄMÄ LAUSUNTO Tämä lausunto koskee Hernesaaren tuulisuutta erityisesti etelä-osan aallonmurtajalla rajatun satama-altaan purjehduskäytön osalta. Satamaaltaassa on tarkoitus järjestää pienten purjeveneluokkien (jollien) opetus- ja kilpailutoimintaa. Lausunto on tarkoitettu käytettäväksi keskusteluun tuulisuuden vaikutuksista, ja se ei korvaa alueesta mahdollisesti myöhemmin tehtävää tarkkaa tuulisuuskartoitusta. Lausunto on tehty Kaupunkisuunnitteluvirastolle WSP Finlandin toimesta, joka on myös aikaisemmin tehnyt viereisen Jätkäsaaren tuulisuuskartoituksen tuulitunnelikokeen avulla [2]. Lausunto perustuu tämän tulosten uudelleenanalyysiin. Kuva 2: Hernesaaren yleissuunnitelma [1]. Hernesaaren kaavoitus; Lausunto tuulisuudesta: 12.11.2009 5 (17)
2 Tuulisuus Kuvassa 3 on havainnollistettu kohdealueen sijaintia meren rannikolla. Alue on suoraan alttiina kaakon ja lounaan välisille merituulille. Näissä tuulien puuskaisuus on vähäistä ja tuuli soveltuu hyvin esim. jollapurjehdukseen, mutta toisaalta merituulet voivat aiheuttaa epäviihtyisyyttä talvikaudella. Muista ilmansuunnista kaupunkirakenne hidastaa keskituulia ja aiheuttaa tuuleen puuskaisuutta. Keskituulen suuntien koordinaatisto on esitetty kuvassa 4. Kuvassa 5 on esitetty Jätkäsaaren tuulisuuskartoituksen mittauspisteet. Tämän lausunnon tarpeisiin mittauspiste 1 sekä tuulitunnelin referenssipiste Lauttasaarenselällä on tarkasteltu uudelleen. Piste 1 kuvaa satama-altaan tuulisuutta (2 m maan/meren pinnasta). Lauttasaarenselän mittauspistettä on käytetty kuvaamaan meteorologista keskituulta, eli tuulta johon ei vaikuta yksittäiset kappaleet tai maastonmuodot mittapisteen ympärillä. Tämä keskituuli on esitetty 10 m korkeudesta meren pinnasta 10 min aikakeskiarvona. Tuuliaineisto perustuu Lapinlahden sillan jatkuviin mittauksiin 13 v. ajalta (1992-2004), josta arvot on muunnettu referenssipisteeseen laskennallisesti. Mittauspisteen ja referenssipisteen väli on n. 2 km eli tuulitilasto kuvaa suhteellisen hyvin paikallista tuulennopeutta paikallisine mikroilmastoineen. Tuulisuutta jollapurjehduksen koulutus- ja kilpailukäyttöön on tarkasteltu seuraavien raja-arvojen pohjalta: koulutustoiminta sopivat keskituulet 1 8 m/s (meteorologinen keskituuli, 10 m korkeus, 10 min keskiarvo) kilpailutoiminta sopivat keskituulet 2 10 m/s (meteorologinen keskituuli, 10 m korkeus, 10 min keskiarvo). Purjehduksessa tuulen tulisi olla tasaista, eli puuskaisuuden osuus tulisi olla pieni. Näin on esimerkiksi avomerellä. Lähellä rantaa tuulen ollessa mantereen puolelta maaston karheus lisää puuskaisuutta. Samoin yksittäiset suuret kappaleet lisäävät tuulen puuskaisuutta ja voivat aiheuttaa paikallisia virtauksia. Tässä tutkimuksessa on käsitelty purjehduksen suhteen otollisina niitä tuulensuuntia, jossa tarkastelupisteessä etäisyys rannasta on vähintään 6- kertainen rannan rakennuskannan keskimääräiseen korkeuteen nähden (kuva 6). Yksittäisen suuren kappaleen (tässä risteilyalus) vaikutusta on käsitelty kohdassa 2.3. Hernesaaren kaavoitus; Lausunto tuulisuudesta: 12.11.2009 6 (17)
2,0 km 3,0 km Kuva 3: Kohdealueen sijainti maaston karheusluokkien muutosten suhteen. Hernesaaren kaavoitus; Lausunto tuulisuudesta: 12.11.2009 7 (17)
pohjoistuuli Ө = 0 o Ө = 330 o Ө = 30 o g Ө = 300 o Ө = 60 o länsituuli Ө = 270 o itätuuli Ө = 90 o Ө = 240 o Ө = 120 o Ө = 210 o Ө = 150 o etelätuuli Ө = 180 o Kuva 4: Keskituulien suuntien koordinaatisto.. Hernesaaren kaavoitus; Lausunto tuulisuudesta: 12.11.2009 8 (17)
JÄTKÄSAARI HERNESAARI (kohdealue) Kuva 5: Jätkäsaaren tuulisuuskartoituksen yhteydessä mitatut pisteet [2]. Hernesaaren kaavoitus; Lausunto tuulisuudesta: 12.11.2009 9 (17)
Kuva 6: Rakennuskannan korkeuden vaikutus tuulen keskinopeuden logaritmisen korkeusprofiilin nollatason korkeuteen h ds (EN 1991-1-4:2005). Nollatason korkeus on suurimmillaan h ds = 0,8h ave, missä h ave = rakennuskannan keskimääräinen korkeus. Nollatason h ds alapuolella tuulen keskinopeus ei noudata enää logaritmista korkeusprofiilia, ja se voidaan määrittää luotettavasti vain tuulitunnelikokeilla. Hernesaaren kaavoitus; Lausunto tuulisuudesta: 12.11.2009 10 (17)
2.1 TUULISUUS LAUTTASAARENSELÄLLÄ Tuulisuusanalyysin tuloksena saatu Lauttasaarenselän referenssipisteen tuulisuus on esitetty kuvissa 7 ja 8. 20 Lauttaseerenselän keskituulet 10 m korkeudessa meren pinnasta 10 v. ajanjaksolla (kaikki tuuulensuunnat yhteensä) 18 16 Tuu len 10 min keskinopeu s 14 200 12 44 879 10 236 3713 8 1182 6 25077 4 "Talvikausi", kuukaudet 1,2,3,4,11,12 10422 39766 56100 2 Kesäkausi, kuukaudet 5,6,7,8,9,10 Kaikki kuukaudet 17931 26740 82426 0 35237 41078 10 100 1000 10000 43800 100000 Ylittävien keskituulien kesto tunneissa Kuva 7. Tuulennopeuksien jakauma 10 v tarkastelujaksolla. Tuulisuus jollapurjehduksen vertailukriteerien suhteen on esitetty Taulukossa 1. Taulukko 1: Tuulisuus jollapurjehduksen kannalta Lauttasaarenselällä Lauttasaarenselkä Tuulisuus jollapurjehduksen kannalta Koulutustoiminta (tuulialue 1 8 m/s) Kilpailutoiminta (tuulialue 2 10 m/s) Soveltuvat Otolliset Kovan Heikon Soveltuvat Otolliset Kovan Heikon tuulet * tuulet ** tuulen tuulen tuulet tuulet * tuulen tuulen riski riski riski riski [vrk/v] [vrk/v] [%] [%] [vrk/v] [vrk/v] [%] [%] 166 153 3 % 6 % 146 138 0.5 % 20 % * muut tuulensuunnat paitsi θ = 30 o * osuus 92 % * osuus 94 % Hernesaaren kaavoitus; Lausunto tuulisuudesta: 12.11.2009 11 (17)
10 min keskituulien jakaantuminen (z = 10 m, Lauttasaarenselkä: koko vuosi Vuodet 1992-2004 330 0 14 % 12 % pohjoinen 30 10 % 300 8 % 6 % 4 % 60 2 % länsi 270 0 % 90 itä 240 120 U > 1 m/ s U > 2 m/s U > 5 m/s 210 180 etelä 150 kesäkausi 0 14 % pohjoinen 330 12 % 10 % 30 300 8 % 6 % 4 % 60 2 % länsi 270 0 % 90 itä 240 120 kuukaudet 5,6,7,8, 9 ja 10 U > 1 m/s U > 2 m/s U > 5 m/s 210 180 etelä 150 talvikausi 0 14 % pohjoinen 330 12 % 10 % 30 300 8 % 6 % 4 % 60 2 % länsi 270 0 % 90 itä 240 120 kuukaudet 1,2,3,4,11 ja 12 U > 1 m/s U > 2 m/s U > 5 m/s 210 180 etelä 150 Kuva 8: Keskituulien suunnan jakauma vuosina 1992-2004. Hernesaaren kaavoitus; Lausunto tuulisuudesta: 12.11.2009 12 (17)
2.2 TUULISUUS HERNESAAREN SATAMA-ALTAASSA Tuulisuusanalyysin tuloksena saatu Hernesaaren eteläkärjen satama-altaan tuulisuus jollapurjehduksen kannalta on esitetty Taulukossa 2. Taulukko 2: Tuulisuus jollapurjehduksen kannalta eteläisessä satamaaltaassa Satama-allas Tuulisuus jollapurjehduksen kannalta Koulutustoiminta (tuulialue 1 8 m/s) Kilpailutoiminta (tuulialue 2 10 m/s) Soveltuvat Otolliset Kovan Heikon Soveltuvat Otolliset Kovan Heikon tuulet * tuulet * tuulen tuulen tuulet tuulet * tuulen tuulen riski riski riski riski [vrk/v] [vrk/v] [%] [%] [vrk/v] [vrk/v] [%] [%] 149 123 2 % 17 % 105 88 0.4 % 43 % * muut tuulensuunnat paitsi θ = 0 o ja 330 o * osuus 82 % * osuus 84 % 2.3 SUURTEN KAPPALEIDEN PAIKALLISET VAIKUTUKSET Yksittäiset suuret kappaleet, tarkasteltavassa tapauksessa erityisesti laituriin kiinnitetty risteilyalus, lisää tuulen puuskaisuutta pyörteiden muodostuksen johdosta. Samoin kappaleen kulmista irtoavat virtaukset voivat aiheuttaa voimakkaita paikallisia tuulia. Ilmiötä voidaan mallintaa kuvan 9 mukaisella laskentamallilla. Risteilyalus voi joko suurentaa tai pienentää hetkellisen tuulennopeuden maksimia riippuen keskituulen suunnasta ja tarkastelupisteen etäisyydestä risteilijään. Kuva 9: Yksittäisen korkean kappaleen vaikutus hetkellisiin tuulennopeuden huippuarvoihin lähellä maanpintaa (EN 1991-1-4:2005). Lähellä maanpintaa oleva rakenne tulisi mitoittaa normaalia suuremmalle hetkelliselle tuulen huippuarvolle, kun x < 2h high (kun h high 2 d large ). Kuvassa 10 on esitetty tiedot tämän lausunnon tarkasteluissa käytetystä risteilyaluksesta. Kuvassa 11 on kaaviokuva satama-altaan tuulensuojaalueista sekä risteilijän vierustan alueesta, jossa hetkelliset tuulennopeudet voivat kasvaa. Hernesaaren kaavoitus; Lausunto tuulisuudesta: 12.11.2009 13 (17)
Kuva 10: Tarkastelussa käytetty Freedom of Seas -luokan ristelyalus. Pituus d large = 339 m; leveys d small = 45 m; projektiopinta-alasta laskettu korkeus h high = 40 m. Kuva fi.wikipedia.org. 40 m 180 m 20 m Kuva 11: Satama-altaan tuulensuoja-alueet (katkoviiva) ja mahdolliset suurennetun tuulennopeuden alueet (pistekatkoviiva). Hernesaaren kaavoitus; Lausunto tuulisuudesta: 12.11.2009 14 (17)
Muutokset satama-altaan tuulissa tapahtuvat tuulen suunnista riippuen: tuulensuoja esiintyy kun tarkastelupiste on kappaleeseen nähden tuulen alapuolella. Suurentuneita hetkellisiä tuulennopeuksia voi esiintyä kappaleen molemmilla puolilla (tuulen ylä- tai alapuolella). Risteilijä vaikuttaa tuulisuuteen pääasiassa siten, että se lisää tuulen pyörteisyyttä tuulen suuntakulmilla 210 240 o, eli se pienentää otollisten tuulien osuutta. Vastaavat laskentatulokset satama-altaan tuulisuudelle on esitetty Taulukossa 3. Taulukko 3: Tuulisuus jollapurjehduksen kannalta Satama-altaassa kun risteilijäalus on laiturissa Satama-allas kun risteilijäalus on laiturissa Tuulisuus jollapurjehduksen kannalta Koulutustoiminta (tuulialue 1 8 m/s) Kilpailutoiminta (tuulialue 2 10 m/s) Soveltuvat Otolliset Kovan Heikon Soveltuvat Otolliset Kovan Heikon tuulet * tuulet * tuulen tuulen tuulet tuulet * tuulen tuulen riski riski riski riski [vrk/v] [vrk/v] [%] [%] [vrk/v] [vrk/v] [%] [%] 149 95 2 % 17 % 105 69 0.4 % 43 % * muut tuulensuunnat paitsi θ = 0 o, 210 o, 240 o ja 330 o * osuus 64 % * osuus 65 % Hernesaaren kaavoitus; Lausunto tuulisuudesta: 12.11.2009 15 (17)
3 Tulosten tulkinta ja suositukset Suoritetun tarkastelun mukaan Hernesaaren suunniteltu eteläinen purjevenesatama soveltuu suhteessa hyvin jollapurjehduksen opetuskäyttöön kun vertailukohteena on viereinen Lauttasaarenselkä. Lauttasaarenselällä sopivia tuulia jollapurjehdukselle on n. 90% purjehduskauden kestosta Satama-altaassa riski sille, että tuuli on liian alhainen jollapurjehdukseen on kaksinkertainen Lauttasaarenselkään verrattuna. Purjehduskautta kohden tämä tarkoittaa n. 17 tyventä lisävuorokautta riski sille, että tuuli olisi Hernesaaren edustalla liian kova jollapurjehdukselle on suhteellisen pieni (n. 0,4 3% purjehduskauden aikana). Kilpailujen järjestämisen kannalta tärkeämpi tekijä on siten liian alhaisten tuulien riski, johon voitaneen vaikuttaa siirtämällä kilpailu kauemmaksi rannasta satama-altaan ulkopuolelle. Kilpailutoiminnan kannalta Lauttasaarenselällä alhaisten tuulien (keskituuli < 2 m/s 10 m korkeudessa) riski on n. 20% kun se satama-altaassa on 40% jollapurjehduksessa mantereen puolelta oleva tuuli on puuskaisempaa kuin merituuli. Tässä mielessä kaukana rannasta tapahtuva purjehtiminen voi olla miellyttävämpää. Hernesaaren satama-altaan olosuhteet eivät juuri poikkea muusta lähellä rannikkoa tapahtuvasta purjehtimisesta maatuulen tapauksessa Hernesaaren eteläisessä satama-altaassa esiintyy vähäpuuskaisia merituulia kaakon ja lounaan välistä. Nämä ovat myös vallitsevia tuulensuuntia purjehduskauden aikana laituriin kiinnitetty suuri risteilijäalus ei oletettavasti vaikuta koulutustyyppisen jollapurjehduksen edellytyksiin satama-altaassa. Tuulen ollessa lounaasta alus aiheuttaa katveen keskituulille ja lisää tuulen puuskaisuutta pyörteiden muodostumisen johdosta. Satama-altaan koillisnurkasta löytyy kuitenkin tällöinkin kohta jossa tuulisuus on jollapurjehdukseen sopivaa Hernesaaren satama-altaiden tuulen puuskaisuuden tarkka analyysi edellyttäisi tuulitunnelikokeen suorittamista risteilyaluksen pienoismallin kanssa ja ilman sitä. Tämä voidaan tehdä Hernesaaren varsinaisen tuulisuuskartoituksen yhteydessä, mikäli tällainen päätetään suorittaa. Tuulisuuskartoituksen tarvetta arvioitaessa tulisi ottaa huomioon mahdollisten ympäristöään korkeampien talojen tuulisuutta lisäävä vaikutus sekä tuulen ja pakkasen yhteisvaikutus. Hernesaaren kaavoitus; Lausunto tuulisuudesta: 12.11.2009 16 (17)
Lähdeluettelo 1. Helsingin kaupunki, Kaupunkisuunnitteluvirasto. Hernesaaren osayleiskaavaluonnos, selostus kslk 17.09.2009., 42 s. 2. Helsingin kaupunki, kaupunkisuunnitteluvirasto. Jätkäsaaren kaavoitus: Tuulisuuden sekä pakkasen ja tuulen yhteisvaikutuksen kartoitus, Raportti versio C., WSP Finland Oy, 79 s. 3. EN1991-1-4:2005. Eurocode 1: Actions on structures, Part 1-4: General actions - Wind actions. Hernesaaren kaavoitus; Lausunto tuulisuudesta: 12.11.2009 17 (17)