Kaksitasouomat nykytietämys ja jatkotutkimustarpeet 3.11.2017 TkT Kaisa Västilä & TkT Juha Järvelä, Aalto-yliopisto
Sisältö tuloksia Ritobäckenin kaksitasouomalta jatkotutkimustarpeet + Västilä, K. & Järvelä, J. 2015. Vesitalous 6(2015): 27 31. Kaksitasouomien mahdollisuudet pyrittäessä ympäristöystävällisempään maankuivatukseen. + Järvelä, J. & Västilä, K. 2016. Luonnonmukaisen vesirakentaminen. Teoksessa: Paasonen-Kivekäs, M. (ed) Sven Hallinin tutkimussäätiö 70 vuotta.
Luonnonmukaisella vesirakentamisella pyritään - säilyttämään tai palauttamaan vesistöjen monimuotoisuus, tai - turvaamaan vesivarojen käyttö ja hallinta siten että vesistövaikutukset ovat mahdollisimman pienet - kustannustehokkaisiin ja pitkäikäisiin ratkaisuihin
Luonnonmukaiset kaksitasouomat: etuja verrattuna puolisuunnikkaanmuotoisiin uomiin Vesisyvyys ja virtausnopeus pysyvät kohtalaisina Eroosion ja kasautumisen hallinta -> vähemmän ylläpitoa Monimuotoisemmat elinympäristöt Mahdollisesti parempi vedenlaatu
Kaksitaso- vs. tavanomainen yksitasopoikkileikkaus 13.11.2017 19
Tärkeitä uomien suunnittelussa huomioitavaa tekijöitä Vedenjohtokyky - virtausvastus (Manningin n / kitkahäviökerroin f) -> vedenkorkeus, virtausnopeus Alivedenkorkeudet -> eliöiden elinolosuhteet Sedimenttiprosessit ja valuma-alueelta tuleva kiintoainekuorma -> uomien morfologinen kehitys, veden laatu
Ritobäcken: tulvatasanteellinen peruskuivatusuoma Sipoossa Valuma-alue 10 km 2 : 13% viljelyalueita Laskee Sipoonkorven kansallispuiston kautta Sipoonjokeen Maaperä pääosin savea ja silttiä Keskivirtaama n. 115 l/s Tulvatasanne keskivedenkorkeudella (Ympäristötekniikan insinööritoimisto Jami Aho; lisätietoa mitoituksesta ja suunnittelusta: Särkelä ym. 2011) Ennen kaivua Kaivun jälkeen Kaisa Västilä Vesitekniikka kaisa.vastila@aalto.fi
Kaksitasopoikkileikkaus
Kasvillisuuden vaikutuksia sedimenttiprosesseihin tutkittiin tulvatasannekoealoilla Luonnollisesti kehittyvä kasvillisuus Koripaju (pistokkaista) Laidunnurmiseos (englannin raiheinä, niittynurmikka, punanata, timotei) Kasviton vertailualue
Virtaus-kasvillisuus-sedimentti-vuorovaikutukseen liittyvät maastomittaukset vuosina 2010-2013 Poikkileikkausgeometrian kehitys koealoilla Virtausvastus koealoilla vedenpinnankorkeuksien avulla Jatkuvatoiminen virtaama- ja kiintoainemittaus 2 kohdassa uomaa Kasviominaisuuksien määritys (pinta-alat, massat, poikkileikkauksen peittävyys, vertikaalinen rakenne ym.) Kaisa Västilä Vesitekniikka kaisa.vastila@aalto.fi
2010, kevät, kasvillisuutta ei ollut vielä kylvetty Tasannekasvillisuuden kehitys Kesä 2010 Syksy 2010 Kevät 2011 Joulukuu 2011 Alkusyksy 2011
Kasvillisuuden peittävyys ja virtausvastus
Tulvatasannekasvillisuus vaikuttaa vedenkorkeuksiin Vedenjohtokyky ollut pääosin riittävä (Järvelä & Västilä 2016) 13.11.2017 32
Peittävyyden avulla voitiin ennustaa virtausvastus (n) ja vedenkorkeudet (Luhar & Nepf 2013) (Västilä & Järvelä 2015)
Kasvillisuuden korkeus sääteli kasautumista ja eroosiota Kasautuminen (m/a) Kasautuminen poistaa myös kiintoaineeseen sitoutunutta fosforia (Västilä ym. 2016) Kasvillisuuden korkeus (m) Kasautumista voidaan mahdollisesti tehostaa osittaisella niitolla; kasvillisuuden ylläpito
Kiintoaineen ainetase Ritobäckenillä 190 m pitkällä uomajaksolla 13.11.2017 41 (Västilä & Järvelä 2017)
Kolmen vuoden maastotutkimuksen havaintoja Luonnonmukainen ratkaisu paransi peltojen kuivatustilaa ja uoman rakenteellista monimuotoisuutta sekä piti sedimenttiprosessit hallittuina Uomaeroosio tasanteelta vähäistä Uomakasvillisuuden aiheuttama virtausnopeuden lasku vähensi eroosiota ja aiheutti sedimentin kasautumista -> kasvillisuuden hoidon mahdollisuudet! Kasvillisuuden vaikutus vedenkorkeuksiin ja sedimenttiprosesseihin voidaan arvioida uoman suunnitteluvaiheessa
Aalto Environmental Hydraulics Flow Channel: uusi laboratoriovirtauskouru
Aineiden sekoittuminen ja pidättyminen kaksitasoumissa: kourukokeet - varioidaan virtausolosuhteita, kasvillisuuden ominaisuuksia (mm. tiheys, kesä- vs. talviolosuhteet, korkeus, peittävyys) - lisänä mallinnus eri skenaarioista
Västilä, K., Järvelä, J. & Rowiński, P.M. 2017 Flume measurements on the lateral diffusion of suspended sediment between flexible vegetation and open water. Submitted to Hydraulic Measurements and Experimental Methods conference, 9-13 July 2017, Durham, NH.
Lähteitä 1/2 Jormola, J., Harjula, H. & Sarvilinna, A. (toim.) 2003 Luonnomukainen vesirakentaminen Uusia näkökulmia vesistösuunnitteluun. Suomen Ympäristö 631. Järvelä, J. & Västilä, K. 2016. Luonnonmukaisen vesirakentaminen peruskuivatuksessa [Environmentally sound hydraulic engineering in land drainage]. In: Paasonen-Kivekäs, M. (ed) Sven Hallinin tutkimussäätiö 70 vuotta. Sven Hallinin tutkimussäätiö sr, Helsinki. p. 131 141. ISBN 978-952-93-8087-9. (in Finnish) Luhar, M., and Nepf, H. (2013). From the blade scale to the reach scale: A characterization of aquatic vegetative drag. Adv. Water Resour., 51, 305 316. doi:10.1016/j.advwatres.2012.02.002. Näreaho, T., Jormola, J., Laitinen, L. & Sarvilinna, A. 2006 Maatalousalueiden perattujen purojen luonnonmukainen kunnossapito. Suomen Ympäristö 52/2006. Pajula, H. & Järvenpää, L. 2007 Maankuivatuksen ja kastelun suunnittelu - Työryhmän mietintö. Suomen ympäristökeskuksen raportteja 23/2007, 187 s., Suomen ympäristökeskus. Puustinen, M., Koskiaho, J., Jormola, J., Järvenpää, L., Karhunen, A., Mikkola-Roos, M., Pitkänen, J., Riihimäki, J., Svensberg, M. & Vikberg, P. 2007 Maatalouden monivaikutteisten kosteikkojen suunnittelu ja mitoitus. Suomen ympäristö 21/2007. Sarvilinna, A., Hjerppe, T., Arola, M., Hämäläinen, L. & Jormola, J. 2012 Kaupunkupuron kunnostaminen. Ympäristöopas 2012. Suomen ympäristökeskus. Siitonen, N., Västilä, K. & Järvelä J. 2014 Hienojakoisen sedimentin kulkeutuminen ja kasautuminen maatalousuomissa. Vesitalous 54(6): 30-34. Särkelä, A., Aulaskari, H. & Västilä, K. Luonnonmukaisen kuivatushankkeen vesistövaikutukset ja uomassa tapahtuvat muutokset. Loppuraportti. http://www.ymparisto.fi/download.asp?contentid=127683&lan=fi Västilä, K. 2015. Flow plant sediment interactions: Vegetative resistance modeling and cohesive sediment processes. Doctoral thesis, Aalto University School of Engineering, Espoo, Finland. http://urn.fi/urn:isbn:978-952- 60-6597-7.
Lähteitä 2/2 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. 2015. Vesitalous 6(2015): 27 31. Kaksitasouomien mahdollisuudet pyrittäessä ympäristöystävällisempään maankuivatukseen. [The possibilities of two-stage channels in aiming at environmentally friendly land drainage, in Finnish] Västilä, K. & Järvelä, J. 2017. Characterizing natural riparian vegetation for modeling of flow and suspended sediment transport. Journal of Soils and Sediments, DOI: 10.1007/s11368-017-1776-3. Västilä, K., Järvelä, J., and Koivusalo, H. 2016. Flow Vegetation Sediment Interaction in a Cohesive Compound Channel. J. Hydraul. Eng., 10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0001058, 04015034. Västilä, K., Järvelä, J. & Rowiński, P.M. 2017. Flume measurements on the lateral diffusion of suspended sediment between flexible vegetation and open water. Proc. Hydraulic Measurements and Experimental Methods Conference, 9-13 July 2017, Durham, NH, US. 6 pp.
Yhteistyötahot Ritobäckenillä: Uudenmaan ELY-keskus Vantaanjoen ja Helsingin seudun vesiensuojeluyhdistys maanomistajat Tutkimusta ovat tukeneet Suomen Akatemia, Maa- ja vesitekniikan tuki ry, Maa- ja metsätalousministeriö, Oskar Öflundin säätiö, Emil Aaltosen säätiö, VALUE tutkijakoulu, Tekniikan edistämissäätiö ja Sven Hallinin tutkimussäätiö sr.