Siirry pääsisältöön

Taajamahydrologia ja hulevesien hallinta

hulevesitulva_otaniemi_2001.jpg

Kaupungistumiseen ja asutuksen leviämiseen liittyvät maankäytön muutokset vaikuttavat olennaisesti alueiden vesitalouteen. Rakennettujen alueiden erityispiirteitä luonnontilaisiin alueisiin verrattuna ovat läpäisemättömän pinnan suuri osuus ja alueiden tehokas kuivatus- ja viemäröintijärjestelmä. Näistä ominaisuuksista aiheutuvat taajamien suurimmat hydrologiset muutokset: pintavalunnan määrän lisääntyminen, valuntahuippujen kasvu ja valuntakäyrän äärevöityminen. Vastaanottavissa vesistöissä suuremmat ja nopeammat virtaamavaihtelut heikentävät uomien stabiliteettia ja aiheuttavat eroosiota.

Kaupunkialueiden pistepäästölähteiden merkitys vesistöjen kuormittajana on pienentynyt merkittävästi sitten 1970-luvun: käsitellyn jäteveden purkuvesistöjen BOD7-kuormitus oli vuonna 1999 enää 15 prosenttia 70-luvun alun tilanteeseen verrattuna. Sen sijaan  rakennetuilta alueilta muodostuva hajakuormitus on kasvattanut merkitystään. Suomessa yli 90 % viemäriverkostosta on erillisviemäröintiä, jossa hulevedet johdetaan käsittelemättöminä muista jätevesistä erillään lähimpään vastaanottavaan vesistöön. Päällystetyiltä pinnoita huuhtoutuvat epäpuhtaudet kulkeutuvat viemäröitävien vesien mukana vesistöihin. Hulevesistä havaitaan yleisesti kiintoaineen lisäksi mm. ravinteita, raskasmetalleja, öljyjä, rasvoja ja bakteereja.

Valtaosa taajamahydrologian tutkimuksesta on tehty maapallon osissa, jotka eivät kuulu kylmän ilmaston alueeseen. Näillä alueilla hulevesirakenteiden mitoitusmenetelmät perustuvat kesäsateista kerättyyn tutkimustietoon. Suomessa keskimäärin 40 % vuotuisesta sadannasta sataa lumena. Lumi on vuositasolla merkittävä vesi- ja ainevarasto, ja lumen sulannan aikana purkautuu noin puolet vuotuisesta valunnasta. RYVE-projektissa (TKK, Kotola & Nurminen 2003) mittausjakson suurin kuukausivalunta osui kaikilla tutkituilla alueilla helmikuulle.

Tiiviisti rakennetuilla alueilla myös hulevesien laatu on huonompaa lumensulannan aikana kuin kesäsateiden yhteydessä. Talvella pintavesiin joutuu ylimääräisiä epäpuhtauksia etenkin teiden suolauksesta ja hiekoituksesta. Ruthin (2004) tutkimilla kaupunkipuroilla kokonaisfosforin ja ‑typen sekä kiintoaineen huuhtoumasta 31–49 % ajoittui lumensulannan yhteyteen. Perinteinen, kesäsateiden aiheuttamiin hetkellisiin ylivirtaamiin perustuva viemäreiden mitoitus ei pysty ottamaan huomioon talviolosuhteita, saati sitten hulevesien laatuun liittyviä ongelmia. Suomessa uusien menetelmien menestyksellinen käyttöönotto edellyttää laajemman havaintoaineiston keräämistä omissa ilmasto-olosuhteissamme.

Aalto-yliopistossa (TKK:ssa) aloitettiin vuonna 2001 laaja taajamahydrologinen tutkimus, jossa kerättiin uutta ja arvokasta mittausaineistoa veden määrästä ja laadusta kolmelta kaupunkialueelta. Tutkimuksen päätavoitteena oli lisätä tietoa rakennettujen alueiden valuntaprosessista ja aineiden kulkeutumisesta suomalaisissa ilmasto-olosuhteissa kokeellisen tutkimuksen avulla. Kun pyritään ekologisempaan asumiseen ja rakentamiseen, on tietämystä taajama-alueiden hydrologiasta parannettava. Tutkimustulokset toimivat tukena, kun esitetään suosituksia siitä, miten hulevesien hallintatoimenpiteet tulisi Suomessa kohdistaa ja kuinka mitoitusmenetelmiä tulisi kehittää vastaamaan paremmin kokonaisvaltaisen hallinnan tavoitteita ja suomalaisia ilmasto-olosuhteita.

Hulevesien luonnonmukainen hallinta

Luonnonmukaisen hulevesien hallinnan tavoitteena kaupungistuneella alueella on maankäytön muutoksen aiheuttamien hulevesien, mukaanlukien lumen sulamisvedet, aiheuttamien hydrologisten ja veden laadun muutosten hallinta purkuvesistön tilaa sekä luonnon- ja rakennettua ympäristöä suojellen. Hydrologisten muutosten osalta tavoitteena on mm. niin kaupungistumisen aiheuttamien äärevöityneiden tulvien kuin pienilmastojen kuivumisen hallinta.

Hulevesien luonnonmukainen hallinta lähtee kokonaisvaltaisesta valuma-alue mittakaavan tarkastelusta, jolla huomioidaan maankäyttö ja sen vaikutukset myös suunnittelukohteen hallinnollisten rajojen ulkopuolella. Kohdetasolla herkät ja vesien tilan kannalta tärkeät alueet kuten tulvatasanteet ja kosteikot, toiminnallisina maisemarakenteina säilymisen kannalta tärkeine suojavyöhykkeineen, rajataan säilytettäviksi. Läpäisemättömän pinnan määrä minimoidaan ja sijoittuminen vesien tilan kannalta suotuisimmin varmistetaan huolellisella kohdekohtaisella suunnittelulla.

Monimuotoisella kasvillisuudella on luonnonmukaisessa hulevesien hallinnassa keskeinen osa pintavalunnan muodostumisen ja virtaamien hallinnassa, eroosion torjunnassa ja osana veden laadun ylläpitoa. Perustettava kasvillisuus valitaan paikan ilmastoon sopivaksi ja sen sijoittelussa ja perustamisessa huomioidaan menestyminen alueelle muodostuvissa olosuhteissa huoltotarve minimoiden. Olevaa kasvillisuutta säilytetään mahdollisuuksien mukaan rakentuvilla alueilla ja erityisesti rakentamisen aikana tapahtuvaa vesistökuormitusta hallitsemaan.

Vesien johtamisessa käytetään viemäröinnin sijaan mm. avopainanteita ja biosuodatusta sekä virtaamien hallinnassa mm. läpäisemättömien pintojen vaikutusta kompensoimaan rakennettuja kosteikkoja. Biosuodatuksella ja kosteikoilla on virtaamien tasaustoimintonsa lisäksi erityisestä merkitystä vesien laadun hallinnassa. Monimuotoinen kosteikkokasvillisuus monimuotoisine seuralaismikrobistoineen pystyy tehokkaasti puhdistamaan pieniäkin pitoisuuksia ja pysyviäkin haitta-aineita hulevesistä. Koska taajamien hulevedet ovat moninaisten vierasaineiden kuormittamia poikkeaa niiden puhdistustarve esimerkiksi tunnetun teollisuusprosessin jätevesien helpommin rajattavasta puhdistustarpeesta. Kosteikkorakenteiden on todettu toimivan hyvin kylmissä ilmastoissa, kenttämittakaavan tutkimus- ja kehitystarve on kuitenkin suuri.

viikinoja-latokartano_11-2009.jpg

Tutkimusaiheitamme ovat:

  •  taajamien vesitase, erityisesti haihdunnan ja valunnan suhde sadantaan sekä pohjaveden pinnan taso
  • taajama-alueiden kuivatuksen aiheuttaman vesistökuormituksen suuruus ja vähentämismahdollisuudet
  • veden imeytyminen maaperään ja sen parantamismahdollisuudet
  • valuma-aluelähtöinen taajamavesien hallinta: ennaltaehkäisevä rakentaminen sekä luonnonmukaiset, lähellä syntypaikkaa toteutettavat hulevesien hallintatekniikat
  • hulevesien hallinnan suunnittelukriteerit (hydrologia, kuormitus, käsittely, kylmä ilmasto)

 

Yhteyshenkilöt prof. Harri Koivusalo ja prof. Riku Vahala