Tutkimuksella lisätietoa luonnonmukaiseen tulvanhallintaan. 16.4.2013, Vantaan III tulvaseminaari DI Kaisa Västilä



Samankaltaiset tiedostot
Kaksitasouomat nykytietämys ja jatkotutkimustarpeet TkT Kaisa Västilä & TkT Juha Järvelä, Aalto-yliopisto

Luonnonmukainen vesirakentaminen maatalousuomissa: menetelmiä ja Ritobäckenin demokohteen esittely

Virtaus-kasvillisuus-sedimenttivuorovaikutus. uomassa: Ritobäckenin kolmivuotisen tutkimuksen tulokset. DI Kaisa Västilä

Luonnonmukainen vesirakentaminen maatalousuomissa: menetelmiä ja Ritobäckenin demokohteen esittely

Kasvillisuuden vaikutuksen mallintaminen virtaukseen ja sedimenttien kulkeutumiseen luonnonmukaisen vesirakentamisen näkökulmasta

Luonnonmukainen peruskuivatus - kuivatusojista maatalouspuroiksi. Auri Sarvilinna, SYKE, OPET-seminaari

Kaksitasouomien mahdollisuudet pyrittäessä ympäristöystävällisempään maankuivatukseen

Luontopohjaiset kaksitasouomat tulvanhallinnassa: uutta tutkimusta ravinteiden pidätyksestä Pienvesiseminaari

Loppuraportti. Luonnonmukaisen kuivatushankkeen vesistövaikutukset ja uomassa tapahtuvat muutokset

Luonnonmukaisen peruskuivatuksen tavoitteena maatalousuomien luontoarvojen turvaaminen esimerkkinä Sipoon Ritobäcken

Pienvesirakentamisella tulvat kuriin Esimerkkinä Ritobäcken, Sipoo. Pellon vesitalous kohdilleen, VILKKU-tilaisuus

Ritobäckenin luonnonmukainen peruskuivatushanke, Sipoo. Luonnonmukaisen peruskuivatushankkeen toteuttaminen, SYKE

Luonnonmukainen peruskuivatus Esimerkkinä Ritobäcken, Sipoo. Luonnonmukainen vesirakentaminen -seminaari Kauttuan klubi, Eura

Jatkuvatoiminen vedenlaadunmittaus tiedonlähteenä. Pasi Valkama

Sedimenttiprosessit ja fluviaalimorfologia

Havaintoja maatalousvaltaisten valuma-alueiden veden laadusta. - automaattiseurannan tuloksia

Vesiensuojelutoimenpiteiden vaikutusten mittaaminen vesistössä. Pasi Valkama Vantaanjoen ja Helsingin seudun vesiensuojeluyhdistys ry

suuntaan. Luonnonmukainen vesirakentaminen

Kosteikkojen jatkuvatoiminen vedenlaadun seuranta, tuloksia kosteikkojen toimivuudesta Marjo Tarvainen, asiantuntija, FT Pyhäjärvi-instituutti

Pellon luonnonmukainen peruskuivatus. FRESHABIT LIFEIP infotilaisuus, Karjaa

Kosteikot maatalouden valumavesien hallinnassa Markku Puustinen

Veden virtauksen, eroosion ja lämmön sekä aineiden kulkeutumisen kuvaaminen rakenteellisissa maissa FLUSH-mallilla

Kuormituksen alkuperän selvittäminen - mittausten ja havaintojen merkitys ongelmalohkojen tunnistamisessa

Kiintoainemenetelmien käyttö turvemaiden alapuolella. Hannu Marttila

Niittykummun koirapuisto

JOKIJÄÄN JA JÄÄPATOJEN VAIKUTUS VEDENKORKEUKSIIN JA UOMAN KULUTUSVOIMIIN

Luonnonmukaisen vesirakentamisen pilotti

Rantamo-Seittelin kosteikon vedenlaadun seuranta

Luonnonmukaisen vesirakentamisen pilotti

Miten maatalouden vesiensuojelutoimien tehoa voidaan mitata? Pasi Valkama Vantaanjoen ja Helsingin seudun vesiensuojeluyhdistys ry

Harri Aulaskari, Uusimaa Regional Environment Centre

Kosteikon rakentaminen eituotannollisena

Veden laadun seuranta TASO-hankkeessa

Ympäristöasiat ojituksessa Markku Puustinen , Ojitusisännöinti, Pori, Seinäjoki

Maatalouspurojen luontoarvot. Liisa Hämäläinen, SYKE Vesistöt kuntoon yhteistyöllä, Oulu,

Ravinnehuuhtoumat peltoalueilta: salaojitetut savimaat

Automaattimittarit valuma-alueella tehtävien kunnostustoimien vaikutusten seurannassa

Askelmerkit kohden ojien ja purojen luonnonmukaistamista

Hämeenlinnan Myllyojan Kankaisten ja Siirin uomaosuuksien parannussuunnitelma

Salajärven ja Ruuhijärven vedenkorkeuksien muuttamismahdollisuudet Vedenkorkeuksien muutokset erilaisissa vaihtoehdoissa.

Riuskanojan ja Hahjärven laskuojan valuma-alueiden ojakunnostukset

Kosteikot leikkaavat ravinnekuormitusta ja elävöittävät maisemaa

TASO-hanke päättyy mitä on saatu aikaan turvetuotannon ja metsätalouden vesiensuojelussa?

Pasi Valkama Vantaanjoen ja Helsingin seudun vesiensuojeluyhdistys ry. Esityksen sisältö. Automaattinen veden laadun seuranta ja sen tuomat hyödyt

Vantaanjoen yläosan virtausmallinnus Mallin päivitys Peltosaaresta Väinö Sinisalon kadulta alkaen m Herajoen liittymäkohdan alapuolelle

Luonnonmukainen vesirakentaminen maatalouden peruskuivatuksessa Jukka Jormola, SYKE Pyhäjärvi- Instituutti

Vesiensuojelukosteikot

Vedenlaadun seuranta työkaluna ravinnevalumien ehkäisemisessä

Luonnonmukainen peruskuivatus Jukka Jormola, SYKE Ahlman

Maatalouden vesiensuojelutoimenpiteiden vaikutukset vesistöissä

Op

Ei-tuotannollinen investointi: Kosteikkoinvestoinnit

Virtaamanhallinta metsätalousvaltaisilla valumaalueilla

Hirsjärvi. Kosteikkosuunnitelma. Työnum. 17

Luonnonmukainen vesirakentaminen peruskuivatushankkeissa. Lasse Järvenpää, SYKE Salaojateknikoiden neuvottelupäivät, 1.2.

Jääkannen vaikutus sameuteen ja joen eroosiopotentiaaliin

+90. F=1.6 km2 HQ=0.50 m3/s. v= 0.33 m/s HQ=0.33 m3/s t=0.91 m A=2.0 m ljhs +80. ljhs ljhs. i= i= lk=1:2. kaivu uuteen paikkaan

Kosteikon suunnitteleminen: Rakennepiirrokset ja mitoitus

Ympäristöasiat ojituksessa Markku Puustinen , Ojitusisännöinti, Turku

EURAJOEN YLÄOSAN TULVASUOJELU. Varsinais-Suomen ELY-keskus.

Luonnonmukaisen peruskuivatuksen onnistumisen arviointi, Juottimenoja ja Leppioja

Rakentamisen aiheuttamat valuntamuutokset asuinalueilla ja vaihtoehtoisten hulevesijärjestelmien mallinnus

Kokeet happamuuden hoidossa Putkipadot. Hannu Marttila Happamuus ja sen torjuntamalleja Sanginjoella SaKu-hankkeen loppuseminaari

Maatalousalueiden perattujen purojen luonnonmukainen kunnossapito

Säkylän Pyhäjärven kosteikkotyön tuloksia - esimerkkejä

KURSSIEN POISTOT JA MUUTOKSET LUKUVUODEKSI

RATU rankkasateet ja taajamatulvat TKK:n vesitalouden ja vesirakennuksen hankeosien tilanne ja välitulokset T. Karvonen ja T.

MANUAALINÄYTTEENOTON JA ONLINEMITTAUSTEN KONAISEPÄVARMUUDET. Risto Hiljanen

Kestävä kehitys - bioenergian tuotannon vesistövaikutukset, metsätalous

Kokkosuon vesiensuojelusuunnitelma Kiuruvesi

SUORITUSTASOILMOITUS

Ähtärinjärven tilasta ja esisuunnittelu kuormituksen vähentämiseksi. Ähtäri Ympäristötekniikan insinööritoimisto Jami Aho Oy

VEDENLAADUN SEURANTA JA RAVINNEVALUMIEN EHKÄISY

Luonnonmukaisen vesirakentamisen edistäminen maankuivatuksessa Katsaus tulevaisuuteen Markku Puustinen , Hämeenlinna

Iso-Lamujärven alustava pohjapatolaskelma

Muuttuvan ilmaston vaikutukset vesistöihin

Kosteikot virtaaman ja ravinteiden hallinnassa

Huleveden pitoisuuksien ajallinen ja alueellinen vaihtelu Maija Taka University of Helsinki 1

MONIVAIKUTTEISET KOSTEIKOT -TOIMINTA JA MERKITYS. Ympäristö ja luonnonvarat, Vesien tila, Anni Karhunen

Helsingin Longinojan veden laatu ja veden laadun alueellinen vaihtelu

Pidisjärven tulvavaarakartat HW1/20 HW1/1000

Vantaa. Peltoja, siltoja, lentokoneita, kilometritolkulla savilehtistä uomaa, nivoja ja taivaanrannan mangrovea.

Harjoitus 3: Hydrauliikka + veden laatu

OPET Ojitusten luonnonmukainen peruskunnostus Hämeessä

Luonnonmukaisen peruskuivatuksen toimenpiteet ja hyödyt. Jukka Jormola SYKE Luonnonmukaisen peruskuivatushankkeen toteuttaminen

RAUHIONOJAN KOSTEIKKOSUUNNITELMA Tyrnävä, Muhos

Poistuvat kurssit ja korvaavuudet (RRT ja YYT)

Turvetuotannon vesistövaikutukset totta vai tarua? Anneli Wichmann

OPET Ojitusten luonnonmukainen peruskunnostus Hämeessä

Lyhytaikaissäätöselvityksen tulokset. Pielisen juoksutuksen kehittämisen neuvotteluryhmä

KYYVEDEN POHJAPATO Mikkeli, Kangasniemi

Aineskuljetus avouomassa

Hulevedet ja biohiilen merkitys

Kokemuksia automaattisista mittauksista

EI TUOTANNOLLISTEN INVESTOINTIEN KORVAUS

Kuormituksen alkuperä ja ongelmalohkojen tunnistaminen. Pasi Valkama Vantaanjoen ja Helsingin seudun vesiensuojeluyhdistys ry Vantaanjoki.

IGS-FIN allasseminaari Hulevesialtainen hydrologinen mitoitus Heli Jaakola

Kohdevaluma-alueet, yleissuunnitelmat ja mallikohteet

Luonnonmukainen peruskuivatus ja vesirakentaminen Jukka Jormola, SYKE Tarvasjoki

Luonnonmukaiset valtaojat. Luonnonmukaisen peruskuivatustoiminnan kehittäminen Syke Markku Puustinen

Transkriptio:

Tutkimuksella lisätietoa luonnonmukaiseen tulvanhallintaan 16.4.2013, Vantaan III tulvaseminaari DI Kaisa Västilä

Luonnonmukaisen vesirakentamisen näkökulma tulvanhallintaan Hyödynnetään luonnollisia prosesseja ja luonnon elementtejä haluttujen (insinööri)tavoitteiden saavuttamiseksi Painotetaan pitkän tähtäimen hyötyjä/toimivuutta -oireisiin vs. syihin puuttuminen Muutetaan mieluummin uoman ympäristöä kuin uoman pohjaa Valuma-aluelähtöisyys: esim. kiintoainekuorma valumaalueelta

Vedenkorkeuksiin/tulvintaan vaikuttaa Varastoituminen valuma-alueelle Uoman kuljetuskapasiteetti ja virtausvastus Sedimentin kasautuminen uoman pohjaan -yläjuoksun uomaeroosio -valuma-alueelta tuleva sedimenttikuorma

Aalto-yliopistossa tehtävän tutkimuksen tavoitteita -kehittää ja testata menetelmiä erityyppisen (lehtipuut ja ruohovartinen) kasvillisuuden virtausvastuksen estimointiin kasvillisuuden ominaisuuksien avulla -selvittää, miten kasvillisuuden ominaisuudet (korkeus, peitto, massa) vaikuttavat uomaeroosioon/kiintoaineen kasautumiseen -ymmärtää luonnonmukaisessa maatalousuomassa tapahtuvia sedimenttiprosesseja ja sedimentin lähteitä valuma-aluetasolla

Ritobäcken: luonnonmukainen maatalouden peruskuivatusuoma Sipoossa Valuma-alue 10 km 2 : 13% viljelyalueita, loppu pääosin metsiä ja soita Saa alkunsa Fiskträsk-järvestä, laskee Sipoonkorven kansallispuiston kautta Byabäckeniin ja edelleen Sipoonjokeen Maaperä savea-silttiä, uoma-aineksesta savea n. 30-40% Keskivirtaama n. 115 l/s Uudenmaan ELY suunnittelutti tulvatasanteen keskivedenkorkeuteen, suunnittelu: Ympäristötekniikan insinööritoimisto Jami Aho (lisätietoa mitoituksesta ja suunnittelusta: Särkelä ym. 2011) Ennen kaivua Kaivun jälkeen Kaisa Västilä Vesitekniikka kaisa.vastila@aalto.fi

Kasvillisuuden vaikutuksia virtausvastukseen ja sedimenttiprosesseihin tutkitaan tulvatasanteelle perustetuilla koealoilla, joilla on erityyppistä kasvillisuutta Luonnollisesti kehittyvä kasvillisuus Koripaju (pistokkaista) Laidunnurmiseos (englannin raiheinä, niittynurmikka, punanata, timotei) Kasviton vertailualue

Menetelmät: jatkuvatoiminen sameuden ja vedenkorkeuden seuranta 2 mittausasemalla 200 m pitkällä uomajaksolla -> saadaan selville uomaeroosio/-kasautuminen asemien välillä Alapuolinen mittausasema Sameus- ja paineanturi Kiintoainepioisuus (mg/l) 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 100 200 300 400 500 600 Sameus (NTU) (Västilä & Järvelä 2011c) Virtaamamittaus Kaisa Västilä Vesitekniikka kaisa.vastila@aalto.fi

Uomageometrian, virtausvastuksen ja kasvillisuuden ominaisuuksien seuranta kasvikoealoilla 2-3 vuoden ajan Virtausvastuksen määritys vedenpinnan kaltevuudesta Uoman poikkileikkauksen mittaaminen Kasvillisuuden rakenteen ja massan ym. määritys Määritetyt kasviominaisuudet loppukesällä 2010 eri koealoilla, mm. kuivamassa Kaisa Västilä Vesitekniikka (Västilä & kaisa.vastila@aalto.fi Järvelä 2011b)

Tasannekasvillisuuden ominaisuudet (korkeus, kuivamassa, peittävyys poikkileikkauksessa) Kevät 2010, 0 cm, B=0 Syksy 2010, 22 cm, 500 g/m 2, B<0.45 Kevät 2011, 11 cm, B=0.16-0.3 Syksy 2011, 57 cm, 1300 g/m 2, B=0.4-0.6 Joulukuu 2011 Kevät 2012, 30 cm, B=0.3-0.5

Kasvillisuuden runsastuminen nosti vedenpinnan kaltevuutta High flows in Dec 2011 Syksy 2011 Kevät 2012 Kevät 2010 1,5 vuoden aikana vedenkorkeus 200 m pitkällä uomaosuudella nousi 35 cm korkeimmilla virtaamilla

Virtausvastuksen riippuvuus kasviolosuhteista ja vedenkorkeudesta Vedenkorkeus (m) 17,35 17,15 16,95 16,75 16,55 16,35 Kevät 2010 Kevät 2011 Kevät 2012 Syksy 2010 Syksy 2011 30 cm 22 cm h veg =57 cm Tulvatasan nevirtaus Uomantäysi 0 0,05 0,1 0,15 0,2 Manningin n (s/m 1/3 ) missä u=keskinopeus, R=hydraulinen säde ja S=energiakaltevuus Virtausvastus (Manningin n) on sitä suurempi, mitä runsaampaa kasvillisuus on. Miten voidaan estimoida n kasvillisuuden ominaisuuksien avulla?

Ruohovartisen kasvillisuuden vastuksen estimointi kasvillisuuden peittämän suhteellisen pinta-alan (B=A veg /A) avulla Korkeus (m) 17,0 16,5 A k Vedenpinta 16,0 15,5 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 Etäisyys luiskasta (m) h k

Menetelmän soveltaminen Ritobäckenille ng 1/2 /(KH 1/6 ) (-) Luhar & Nepf (2012): g n KH 1/ 2 1/ 6 C 2 3/ 2 1 B missä C=uoman vastuskerroin ilman kasveja, g=gravitaatiovakio, K=1 m 1/3 /s, H=vedenkorkeus ja B=kasvillisuuden peittämä suhteellinen poikkipinta-ala 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 R² = 0.82 1/ 2 Keskivirhe Manningin n:ssä 16% Sama menetelmä toimi kohtalaisesti ilman kalibrointia kaikkina vuodenaikoina 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1-B (-)

Puumaisen kasvillisuuden aiheuttaman vastuksen estimointi helposti määritettävien kasviparametrien avulla Esim. pajupistokkaat/-pensaat Vastusvoiman mittaamiseksi kehitetty systeemi Braunschweigin teknillisessä yliopistossa (Schoneboom ym. 2008) Virtausnopeus u Voima F Voima-anturit kourun pohjan alapuolella

Darcy-Weisbachin kitkakertoimen (f tot ) määrittäminen puille lehtialan (A L ) ja varsialan (A B ) avulla Järvelä (2004):, soveltaminen: Västilä et al., 2013 Västilä & Järvelä (lähetetty arvioitavaksi): f '' Missä A B =pohjan pinta-ala, C Dχ =vastuskerroin, χ=muotoutumiskerroin, u m =keskinopeus, u χ =0.1 m/s ja alaindeksit F ja S tarkoittavat lehtiä ja varsia. tot 4 A B ALC D, F u u m, F F A C S D, S u u m, S S. f'' TOT (-) 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 hybrid Crack Willow hybrid Crack Willow, predicted Common Osier Common Osier, predicted Common Alder Common Alder, predicted Silver Birch Silver Birch, predicted Menetelmän soveltamiseksi jo tutkituille lajeille tarvitsee vain tiedon A L :stä ja A B :stä Keskivirhe f :ssa eri lajeille: 6-24 % 0.2 0.1 0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 Velocity (m/s)

Kiintoaineen lähteet ja prosessit valuma-aluemittakaavassa Ritobäckenillä n. 6 mm uomaeroosiota 1. keväänä, kun tulvatasanne kasviton Kasvillisuuden kehittymisen jälkeen (B>0.16) ei uomaeroosiota vaan kasautumista -> kulkeutuva kiintoaine peräisin valuma-alueelta Vuotuinen kiintoainekuorma: 10-20 t/km 2 /a Kiintoaine-virtaama-korrelaatioden perusteella valuma-alueella on kaksi erityyppistä valunta- ja sedimenttilähdettä: nopeasti vs. hitaasti valuntaa muodostavat alueet (Västilä & Järvelä, 2011c) -> nousuvaiheen suuret kiintoainepitoisuudet olivat pääosin peräisin pelloilta Net erosion (g/s), incoming SSC (mg/l) 200 100 0-100 Net erosion Incoming SSC Discharge 1.6 0 Day Lähde: Västilä & Järvelä 2013 1.2 0.8 0.4 0 Discharge (m 3 /s) c

Tulvatasannekasvillisuuden kuivamassan (g/m 2 ) vaikutus sedimentin kasautumiseen (m) eri osissa uomaa 2 vuoden aikana Luiska Tasanne Tasanteen reuna Luiskassa ja tulvatasanteen uoman puoleisessa reunassa kasvillisuuden kuivamassa oli suoraan yhteydessä kasautuvan sedimentin määrään Tasanteella korrelaatio oli heikompi Tasanteelle kasautui myös savi-silttikokoluokan kiintoainesta

Tutkimustulosten hyödyntäminen tulvanhallinnassa/tulvariskin arvioinnissa Kasvillisuuden aiheuttaman virtausvastuksen arvioiminen pienissä uomissa ja tulvatasanteilla -> tulvan leviämisen mallintaminen eri vuodenaikoina -> kasvillisuuden hallinta virtausvastuksen/tulvimisen kannalta Kasvillisuuden ominaisuuksien hallinta sedimenttiprosessien kannalta -> millaista luiska/tasannekasvillisuuden tulee olla, että se suojaa uomaeroosiolta, jotta vähennetään alajuoksun liettymistä -> millaista kasvillisuuden tulee olla, jotta sedimenttiä kasautuu/ei kasaudu esim. tulvatasanteille Sedimenttiprosessien ymmärtäminen valuma-aluetasolla -> päästään käsiksi ongelmien syihin -> toimenpiteiden optimointi

Lähteitä Järvelä, J. 2004 Flow resistance in environmental channels: Focus on vegetation. Dissertation. Helsinki University of Technology. Luhar & Nepf. 2012. From the blade scale to the reach scale: A characterization of aquatic vegetative drag, Adv. Water Resour., (2012), 51, 305 316, doi:10.1016/j.advwatres.2012.02.002. Schoneboom, T., Aberle, J., Wilson, C.A.M.E. & Dittrich, A. 2008 Drag force measurements of vegetation elements, ICHE 2008, Nagoya, 8 12 September, 2008, 10 pp. Särkelä, A., Aulaskari, H. & Västilä, K. 2011 Luonnonmukaisen kuivatushankkeen vesistövaikutukset ja uomassa tapahtuvat muutokset. Loppuraportti. http://www.ymparisto.fi/download.asp?contentid=127683&lan=fi Västilä, K., Jalonen, J. & Järvelä, J. 2011a Sedimenttiprosessien vaikutukset luonnonmukaisten uomien suunnitteluun. Vesitalous 2011(4): 28-31. Västilä, K. & Järvelä, J. 2011b Cohesive sediment dynamics in a vegetated two-stage drainage channel: the first year after floodplain excavation. Proceedings of River, Coastal and Estuarine Morphodynamics 2011 conference, 6-9 Sep 2011,Beijing. Västilä, K. & Järvelä, J. 2011c Environmentally preferable two-stage drainage channels: considerations for cohesive sediments and conveyance. Intl. J. River Basin Management. DOI: 10.1080/15715124.2011.572888. Västilä, K. & Järvelä, J. 2013 Suspended sediment transport in a vegetated agricultural channel. Proceedings, 8th Symposium on River, Coastal and Estuarine Morphodynamics RCEM, 9-13 June 2013, Santander, Spain. Västilä, K. & Järvelä, J. Lähetetty arvioitavaksi. Modeling the flow resistance of woody vegetation using physically-based properties of the foliage and stem. Water Resources Research. Västilä, K., Järvelä, J. & Aberle, J. 2013 Characteristic reference areas for estimating flow resistance of natural foliated vegetation. J. Hydrol. Doi: 10.1016/j.jhydrol.2013.04.015

Tutkimusta ovat tukeneet Suomen Akatemia, Maa- ja vesitekniikan tuki ry, Maa- ja metsätalousministeriö, Oskar Öflundin säätiö, Emil Aaltosen säätiö ja VALUE tutkijakoulu Kaisa Västilä Vesitekniikka Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulu kaisa.vastila@aalto.fi