hulevesien biosuodatuksen soveltuvuus suomen ilmasto
Aalto-yliopisto Insinööritieteiden korkeakoulu Elina Komulainen HULEVESIEN BIOSUODATUKSEN SOVELTUVUUS SUOMEN ILMASTO-OLOIHIN Diplomityö, joka on jätetty opinnäytteenä tarkastettavaksi diplomi-insinöörin tutkintoa varten. Espoossa 29.11.2012 Valvoja: Professori Harri Koivusalo Ohjaaja: DI Marika Orava DIPLOMITYÖN TIIVISTELMÄ AALTO-YLIOPISTO TEKNIIKAN KORKEAKOULUT PL 12100, 00076 Aalto http://www.aalto.fi Tekijä: Elina Komulainen Työn nimi: Hulevesien biosuodatuksen soveltuvuus Suomen ilmasto-oloihin Korkeakoulu: Insinööritieteiden korkeakoulu Laitos: Yhdyskunta- ja ympäristötekniikka Professuuri: Tekninen vesitalous Koodi: Yhd-12 Työn valvoja: Professori Harri Koivusalo Työn ohjaaja: DI Marika Orava Tässä työssä selvitettiin, millä edellytyksillä hulevesien biosuodatus soveltuu käytettäväksi Suomen ilmasto-oloissa. Tavoitteena oli löytää toimivimmat suunnitteluratkaisut, joilla rakenne toimii myös talvioloissa. Toimivan rakenteen lisäksi haluttiin selvittää, millainen kunnossapito on tarpeellinen biosuodatusalueella ja millaisia kustannuksia sen rakentamisesta aiheutuu. Tutkimus jakautui kirjallisuusselvitykseen, tapaustutkimukseen ja suunnitteluun. Kirjallisuusselvityksessä pyrittiin löytämään vastauksia edellä esitettyihin kysymyksiin ja tapaustutkimuksessa perehdyttiin Vantaalle suunniteltujen biosuodatuskohteiden suunnitteluratkaisuihin. Suunnitteluvaiheessa sovelletaan saatuja tietoja käytäntöön ja arvioidaan muodostuvia kustannuksia. Biosuodatuksessa hulevettä suodatetaan painanteesta maakerrosten läpi, jolloin hulevedestä pidättyy raskasmetalleja, ravinteita ja kiintoainesta maahan. Suodattaessaan hulevesiä, biosuodatus toimii myös hulevesiä viivyttävänä rakenteena, jos rakenteen pohjalla on salaojat. Ilman salaojia rakenne imeyttää hulevesiä maaperään. Salaojallinen biosuodatusrakenne toimii hulevesiä viivyttävänä ja puhdistavana menetelmänä. Kirjallisuustutkimuksesta selvisi, että biosuodatus soveltuu kylmiinkin olosuhteisiin, kunhan suodatinkerroksen vedenläpäisykyky on riittävä. Talviaikaisen toiminnan kannalta on tärkeää, että rakenne jäätyy huokoisesti, jolloin rakenne ei saa olla vedellä kyllästynyt jäätyessään. Riittävän kuivatuksen varmistamiseksi, rakenteen pohjalle on tarpeen asentaa Suomen ilmasto-oloissa salaojitus, jos halutaan rakenteen toimivan myös talviaikaisilla sateilla ja lumen sulamiskautena. Biosuodatuksen on todettu pidättävän huleveden raskasmetalleista yli 90 %. Suurin osa raskasmetalleista pidättyy katekerrokseen, mutta myös kasvit sitovat raskasmetalleja juurillaan. Fosfori pidättyi hyvin biosuodatusrakenteeseen kokonaisfosforin pidättymisen ollessa tutkimuksissa yli 76 %. Kokonaistypen pidättyminen sen sijaan vaihteli suuresti ja oli hyvin riippuvainen myös kasvien pidätyskyvystä. Typen pidättäminen vaihtelikin hyvästä pidättymisestä suureen huuhtoutumiseen, jossa rakenteesta poistui enemmän typpeä huleveden mukana kuin tulevassa hulevedessä oli typpeä. Kirjallisuudesta saatuja tietoja sovellettiin suunnittelemalla biosuodatuskohde Vantaan Vehkalaan. Suunnitelmia tehtiin kaksi, joista toisen valuma-alueeseen kuului ainoastaan katualueen hulevesiä ja toiseen kuului sekä katualueelta että yhdyskuntateknisen huollon alueelta tulevia hulevesiä. Molemmat suunniteltiin rakenteeltaan ja kasvillisuudeltaan soveltuviksi Suomen ilmasto-oloihin ja molemmista laadittiin kustannusarviot. Verrattaessa kustannuksia viivytettävään vesimäärään, todettiin yhteisen biosuodatusalueen olevan huomattavasti kustannustehokkaampi kuin erillisten biosuodatusalueiden rakentaminen. Tämän tutkimuksen perusteella biosuodatusrakenteita suunniteltaessa, kunnan on kannattavaa tehdä yhteistyötä tontinomistajan kanssa. Päivämäärä: 29.11.2012 Kieli: suomi Sivumäärä: 118+11 Avainsanat: biosuodatus, hulevedet, hulevesien hallinta, pidättyminen, kunnossapito, kustannukset ABSTRACT OF THE MASTER’S THESIS AALTO UNIVERSITY SCHOOLS OF TECHNOLOGY PO Box 12100, FI-00076 AALTO http://www.aalto.fi Author: Elina Komulainen Title: The suitability of stormwater biofiltration for climatic conditions in Finland School: School of Engineering Department: Civil and Environmental Engineering Professorship: Water Resources Engineering Code: Yhd-12 Supervisor: Professor Harri Koivusalo Instructor: M.Sc. (Tech.) Marika Orava This study investigated the suitability of stormwater biofiltration in climatic conditions in Finland. The aim of this study was to find effective design solutions for biofiltration in cold climates. In addition to the design solution the goal was to find out what kind of maintenance is needed and what the construction cost for a biofiltration area would be. The study is divided into literature review, case study and design work. The literature review sought to find answers to the above questions and the case study examined design solutions adopted in biofiltration projects in Vantaa. The information obtained from the literature study are applied to the practice in the design work. In biofiltration, stormwater is filtered through soil layers which remove heavy metals, nutrient and suspended solids from the stormwater. Biofiltration works as a delaying structure when there is subsurface drain at the bottom of the structure. Without subsurface drain, biofiltration works as an absorbing structure. Literature research showed that the biofiltration is suitable for cold climate conditions, as long as the water permeability of the filter media is sufficient. Concrete frost occurs when saturated soil freezes preventing operation of the structure in winter. To ensure adequate drainage of the structure it is necessary to install a subsurface drainage system. Literature suggests that biofiltration removes above 90 % of heavy metals in stormwaters. Most of the heavy metals are retained by the mulch layer, but the heavy metals are also absorbed by plants. Biofiltration refrained phosphorus well, as the total phosphorus retention in the studies was over 79 %, whereas total nitrogen retention varied greatly and was very dependent on the retention capacity of the plant. Total nitrogen retention ranged from good retention to large leaching, in which the structure released more nitrogen than the incoming stormwater contained. Two designs were constructed, one of which catchment area contains some street area and the other which consists the same street area and also a community management area. Both of them were designed to be suitable for Finnish climate conditions and cost estimations were made from both of the designs. Upon comparing the costs and the design volume of water, it was found that the shared biofiltration area is more cost-effective than the separate biofiltration area. Based on this study it is profitable for the city to closely cooperate with landowners. Date: 29.11.2012 Language: Finnish Number of pages: 118+11 Keywords: biofiltration, stormwater, stormwater management, retention, maintenance, costs Alkusanat Tämä työ on tehty Vantaan kaupungin kuntatekniikan keskuksen toimeksiannosta. Haluankin kiittää Vantaan kaupunkia työn rahoittamisesta, mahdollisuudesta diplomityön tekemiseen ja mielenkiinnosta aihetta kohtaan. Työn valvojana toimi Aalto yliopiston professori Harri Koivusalo, jota haluan kiittää hyvistä kommenteista ja kehittämisneuvoista jo työn alkuvaiheessa. Työn ohjaajana toimi vesihuollon suunnittelupäällikkö Marika Orava, jota haluan kiittää saamastani tuesta ja hyvistä neuvoista työn aikana. Kiitos kuuluu myös kadunsuunnittelupäällikkö Olli Lappalaiselle, joka auttoi myös paljolti aiheen rajauksessa ja antoi neuvoja aina niitä tarvitessa. Haluan myös kiittää kaikkia muita kuntatekniikan keskuksen työntekijöitä, jotka ovat avuliaasti auttaneet ja neuvoneet työssäni. Lopuksi haluan vielä kiittää perhettäni, joka on ollut tukenani koko opiskeluaikani sekä ystäviäni, jotka ovat vieneet ajatukseni pois diplomityöstä. Erityiskiitos kuuluu myös Mikolle suuresta tuesta ja ymmärryksestä. Espoossa 29.11.2012 Elina Komulainen Sisällysluettelo Tiivistelmä Abstract Alkusanat Sisällysluettelo .............................................................................................................. 5 1 Johdanto ................................................................................................................ 8 1.1 Tutkimuksen tausta ......................................................................................... 8 1.2 Tutkimusongelma ja tutkimuksen tavoitteet .................................................... 9 1.3 Työn rajaukset ................................................................................................ 9 1.4 Työn rakenne .................................................................................................. 9 2 Kirjallisuusosiossa käytettävät tutkimusmenetelmät ............................................ 11 3 Taajamahydrologia Suomen ilmastossa ............................................................... 12 3.1 Suomen ilmasto ............................................................................................ 12 3.2 Hydrologinen kierto ...................................................................................... 14 3.3 Hulevedet taajamissa .................................................................................... 16 3.3.1 Huleveden määrä ..................................................................................... 16 3.3.2 Huleveden laatu ....................................................................................... 18 3.4 Lumet taajamissa .......................................................................................... 21 3.4.1 Lumen määrä ........................................................................................... 21 3.4.2 Lumen laatu ............................................................................................. 22 4 Biosuodatus hulevesien hallintamenetelmänä ...................................................... 24 4.1 Taustaa ......................................................................................................... 24 4.2 Biosuodatuksen rakenne ............................................................................... 25 4.3 Raskasmetallien ja ravinteiden pidättyminen ................................................. 28 4.3.1 Raskasmetallien pidättyminen.................................................................. 28 4.3.2 Ravinteiden pidättyminen ........................................................................ 32 5 4.4 Biosuodatusrakenteen hydrauliset ominaisuudet ........................................... 34 4.5 Biosuodatusalueen mitoitusmenetelmät......................................................... 37 4.6 Rakentamisen valvonta ja kunnossapito ........................................................ 41 4.7 Biosuodatusalueen kustannustarkastelu ......................................................... 46 Kirjallisuusosion tapaustutkimukset biosuodatuksesta ......................................... 49 5.1 Yleistä .......................................................................................................... 49 5 6 5.2 Meiramitien biosuodatusalueet...................................................................... 49 5.3 Tikkurilantien biosuodatusalueet ................................................................... 53 5.4 Koisotien lumenvastaanottoalueen biosuodatusalue ...................................... 57 5.5 Tapaustutkimusten vertailu kirjallisuuteen ja kirjallisuusosion yhteenveto .... 59 Suunnitteluprosessin kuvaus ja mitoitusmenetelmät ............................................ 62 6.1 Hulevesien hallintamenetelmän valinta ......................................................... 62 6.2 Suunnitteluprosessi ....................................................................................... 62 6.3 Mitoitusmenetelmät ...................................................................................... 64 6.3.1 Hulevesivirtaaman ja -määrän mitoitus .................................................... 64 6.3.2 Mitoitussateet ja valuntakertoimet ........................................................... 65 6.3.3 Pohjapatojen ylisyksyn ja kivikoon mitoitus ............................................ 66 6.3.4 Salaojituksen mitoitus .............................................................................. 69 6.3.5 Suodatinkankaan käyttöluokan valinta ..................................................... 70 6.3.6 Katteen materiaali .................................................................................... 70 6.3.7 Rumpukoon mitoitus ............................................................................... 71 7 Suunnittelun lähtökohdat ..................................................................................... 73 7.1 Vehkalan nykytila ......................................................................................... 73 7.2 Suunniteltujen toimintojen vaikutus alueen hydrologiaan .............................. 76 7.2.1 Arvio toimintojen vaikutuksesta huleveden määrään ................................ 76 7.2.2 Arvio toimintojen vaikutuksesta hulevesien laatuun ................................. 80 8 Tulokset: suunnitteluratkaisut .............................................................................. 81 8.1 Suunnittelutarve ja tavoitteet ......................................................................... 81 8.2 Suunnitelmien kuvaus ................................................................................... 81 8.3 Suunniteltavat rakenteet ................................................................................ 83 8.3.1 Valuma-alueet ......................................................................................... 83 8.3.2 Hulevesivirtaamat ja -määrät ................................................................... 84 8.3.3 Mitoituslaskelmat .................................................................................... 88 8.3.4 Suunnitelmien rakennekerrokset .............................................................. 91 8.3.5 Kasvillisuus ............................................................................................. 94 9 8.4 Rakentamisen aikainen valvonta ja kunnossapitosuunnitelma ....................... 95 8.5 Kustannusarviot suunnitelmille ..................................................................... 96 Tulosten tarkastelu .............................................................................................. 98 9.1 Perustelut rakenneratkaisuille........................................................................ 98 9.2 Arvio rakenteen toimivuudesta...................................................................... 98 6 Mitoitusmenetelmän arviointi ....................................................................... 99 9.4 Kustannusten vertailu.................................................................................. 100 10 9.3 Johtopäätökset ................................................................................................... 103 Lähdeluettelo ............................................................................................................ 107 Liiteluettelo .............................................................................................................. 118 7 1 Johdanto 1.1 Tutkimuksen tausta Hulevesien määrän ja laadun hallinta ovat nousseet viime vuosina vesihuollon puheenaiheeksi. Keväällä 2012 valmistunut Suomen Kuntaliiton hulevesiopas (2012) pyrkii ohjaamaan yhdyskuntasuunnittelun ja yhdyskuntatekniikan parissa työskenteleviä ammattilaisia hulevesien kokonaisvaltaiseen hallintaan. Suuntaus hulevesien hallinnassa on siis siirtymässä hulevesiviemäreistä imeyttäviin, viivyttäviin ja puhdistaviin menetelmiin. Tässä työssä perehdytään hulevesien biosuodatukseen, joka on yksi hulevesien luonnonmukaisista hallintamenetelmistä. Biosuodatusta on tutkittu paljon esimerkiksi Yhdysvalloissa ja Australiassa. Trowsdale ja Simcock (2011) ja Le Coustumer et al. (2009) havaitsivat biosuodatuksen viivyttävän tehokkaasti virtaamahuippuja, jolloin päästään lähemmäs virtaamaolosuhteita, jotka vallitsivat alueella ennen rakentamista. Biosuodatuksen on tutkittu toimivan hyvin myös huleveden raskasmetallien pidättämisessä, sillä pidätyskyvyn on havaittu olevan jopa noin 90 %. (Blecken et al. 2009a, Muthanna et al. 2007b, Read et al. 2008.) Ravinteiden osalta biosuodatus pidättää tehokkaasti fosforia, jonka poistoteho on yli 75 %. Sen sijaan typen yhdisteet riippuvat enemmän kasvien kyvystä sitoa typpeä. Maaperä saattaa toimia myös typen lähteenä, jolloin rakenteesta poistuvassa vedessä saattaa olla enemmän typpeä kuin tulevassa vedessä. (Bratieres et al. 2008, Blecken et al. 2010, Sänkiaho ja Sillanpää 2012.) Le Coustumerin et al. (2012) mukaan rakenteen hydraulisen johtavuuden ylläpitämiseksi voidaan suodatinkerrokseen lisätä perliittiä, vermikuliittia tai kompostia, jotka kaikki ylläpitävät maan huokoisuutta. Myös kasveilla voidaan ylläpitää tai jopa parantaa maan hydraulista johtavuutta, sillä kasvien juuret muodostavat makrohuokosia maahan. Blecken et al. (2011) totesivat, että vaikka biosuodatusta on ulkomailla tutkittu paljon, sen toimivuutta kylmissä olosuhteissa ei ole juuri tutkittu. Lisää tutkimusta tarvitaankin kylmien olosuhteiden biosuodatusrakenteiden haitta-aineiden pidättämiskyvystä, sopivista kasveista, suodattumisesta jäisen rakenteen läpi ja tarvittavasta kunnossapidosta. 8 1.2 Tutkimusongelma ja tutkimuksen tavoitteet Biosuodatus on ajankohtainen Vantaalla, koska ensimmäiset katualueelle suunnitellut kohteet ovat valmistumassa Vantaalle. Vantaan kaupungilla oli siten kiinnostusta rakenteen toimivuuteen ja tarvittavaan kunnossapitoon sekä syntyviin kustannuksiin, joista on vain vähän tietoa. Näiden johdosta tutkimuskysymyksiksi valittiin: Mitkä materiaalit soveltuvat biosuodatukseen Suomen ilmasto-oloissa? Millainen kunnossapito biosuodatusrakenteille on tarpeen? Millaisia kustannuksia biosuodatuksen rakentamisesta aiheutuu? Työn päätavoitteena on kerätä tietoa biosuodatuksen soveltuvuudesta Suomen kylmiin olosuhteisiin selvittämällä, millaisia rakenneratkaisuja kirjallisuudessa on esitetty ja mitä tutkimustuloksia biosuodatuksen soveltuvuudesta kylmiin olosuhteisiin on saatu. Tavoitteen saavuttamiseksi määritettiin seuraavat osatavoitteet: selvitetään millaiset ominaisuuksia biosuodatuksen materiaaleilta vaaditaan, millaiset rakennepaksuudet tarvitaan sekä millainen kasvillisuus soveltuu Suomen ilmasto-oloihin selvitetään millaisia kunnossapitomenetelmiä biosuodatusalueella käytetään ja kuinka usein kunnossapitoa tulee suorittaa arvioidaan biosuodatushankkeista aiheutuvia rakentamiskustannuksia ja pohditaan mikä on kustannustehokkain tapa rakentaa biosuodatusalue. 1.3 Työn rajaukset Työssä keskitytään luonnonmukaisista hulevesirakenteista biosuodatukseen, joten muut vaihtoehtoiset huleveden imeytys-, viivytys- tai puhdistusmenetelmät rajataan työn ulkopuolelle. Tarkoituksena on selvittää talviolosuhteiden vaikutuksia rakenteen toimivuuteen sekä tutkia kunnossapidon tarvetta ja kunnossapitomenetelmiä sekä aiheutuvia kustannuksia. Työn rajauksen ulkopuolelle jätetään tarkempi tutkimus materiaalien ja kasvien haitta-aineiden pidättämismekanismeista. 1.4 Työn rakenne Työn jakautuu kolmeen osioon, jotka ovat kirjallisuustutkimus, suunnitteluosuus ja tulosten tarkastelu. Kirjallisuustutkimus toteutetaan laadullisen tutkimuksen menetelmin. 9 Kirjallisuusosiossa kerrotaan ensin yleisesti veden hydrologisesta kierrosta, taajamahydrologiasta ja rakentamisen vaikutuksesta huleveden määrään ja laatuun. Tämän jälkeen perehdytään biosuodatusrakenteeseen, sen haitta-aineiden pidätyskykyyn sekä hydraulisiin ominaisuuksiin. Kirjallisuusosuuden päätteeksi selvitetään Vantaalle jo rakennettujen ja rakennettavien biosuodatuskohteiden rakenneratkaisuja ja verrataan niitä kirjallisuudessa esitettyihin rakenneratkaisuihin. Kirjallisuustutkimuksen jälkeen siirrytään suunnitteluvaiheeseen. Tässä osiossa hyödynnetään kirjallisuustutkimuksesta saatuja tietoja ja suunnitellaan biosuodatuskohde Vantaan Vehkalaan. Suunnittelu aloitetaan alueen analysoinnilla ja tarvittavien lähtötietojen keräämisellä. Tämän jälkeen seuraa mitoitusvaihe, jossa suunnitellaan rakenne vastaamaan mitoitusvesimääriä ja -virtaamia. Kirjallisuudesta saatujen tietojen ja alueen lähtötietojen perusteella suunnitellaan sopivat rakenneratkaisut ja valitaan käytettävät materiaalit rakenteelle. Lopuksi laaditaan kohteelle kunnossapitosuunnitelma ja kustannusarvio. Kustannusarvio tehdään Vantaan kaupungilla käytössä olevalla Fore (2012) kustannusten hallintaohjelmalla. Työn lopuksi tarkastellaan omassa suunnittelukohteessa tehtyjä ratkaisuja ja miten suunniteltu rakenne vastasi asetettuihin tavoitteisiin sekä pohditaan suunnittelussa esiin nousseita ongelmakohtia. Tämän jälkeen verrataan tehtyjä ratkaisuja kirjallisuudessa esitettyihin ratkaisuihin. Tässä osuudessa on tarkoitus koota yhteen eroavaisuudet ja samankaltaisuudet sekä tuoda esiin mahdollisia seikkoja, jotka kaipaavat yhä jatkotutkimusta. Lopun johtopäätöksissä kootaan yhteen työstä saadut tulokset ja tärkeimmät suunnittelussa huomioitavat seikat. 10 2 Kirjallisuusosiossa käytettävät tutkimusmenetelmät Kirjallisuusosio jakautuu teoreettiseen tutkimukseen ja empiiriseen tutkimukseen. Eskolan ja Suorannan (2008) mukaan teoreettinen tutkimus voidaan perustaa laadullisen tutkimuksen aineistolähtöiseen analyysiin, jota tässä työssä on käytetty yhtenä menetelmänä. Aineistolähtöisessä analyysissä perehdytään tutkimusaiheeseen alan kirjallisuuden, pääasiassa vertaisarvioitujen artikkelien kautta, jotka on julkaistu alan aikakausjulkaisuissa. Tällä painotuksella varmistetaan käytettävän tietolähteen luotettavuus. Teoreettisessa tutkimuksessa pyritään löytämään vastauksia asetettuihin tutkimuskysymyksiin mahdollisimman objektiivisesti ilman ennakkoasenteita ja hypoteeseja. Kirjoitettaessa on kuitenkin hyvä tunnistaa mahdolliset ennakko-oletukset, sillä aiemmat kokemukset saattavat vaikuttaa tutkimuksen sisältöön ja tuloksiin. Tämä lähestymistapa valittiin, koska ennakkoasenteiden ei haluttu vaikuttavan työn tulokseen. Näin ollen varauduttiin myös vaihtoehtoon, jossa tulokseksi saadaan, että biosuodatus ei sovellu käytettäväksi Suomen ilmasto-oloissa. Jyväskylän yliopisto (2012a) esittelee empiirisen tutkimuksen menetelmiä, joista valittiin käytettäväksi menetelmäksi tapaustutkimus. Kirjallisuusosuuden empiirisessä tutkimuksessa syvennytään siis tapaustutkimuksena kolmeen Vantaalle suunniteltuun tai rakennettuun kohteeseen tarkemmin. Tässä osiossa haluttiin käydä läpi kohteita, joita on jo Vantaalle suunniteltu ja pohtia niiden soveltuvuutta kylmiin oloihin. Tapaustutkimusosiossa tarkoituksena on syventää tietoa käytännön rakenneratkaisuista yleisen teoreettisen tutkimuksen jälkeen. Tapaustutkimuksen jälkeen suoritetaan vertaileva tutkimus. Vertailevassa tutkimuksessa verrataan tutkittavien kohteiden rakenneratkaisuja keskenään sekä verrataan näitä kirjallisuudessa esitettyihin ratkaisuihin. Näiden pohjalta pyritään kokoamaan kohteista ja kirjallisuudesta saadut parhaat ratkaisut käytännön suunnittelukohdetta varten. Kuva 1 esittää käytettäviä menetelmiä ja niiden suhteita toisiinsa. Kuva 1 Kirjallisuusosuudessa käytettävien tutkimusmenetelmien hierarkia. 11 3 Taajamahydrologia Suomen ilmastossa 3.1 Suomen ilmasto Suomi sijaitsee Pohjois-Euroopassa ja kuuluu Lidmanin (1992) ja Jyväskylän yliopiston (2012b) mukaan lauhkeaan vyöhykkeeseen. Lauhkeassa vyöhykkeessä sade on suhteellisen runsasta ja talvi- ja kesäaika erottuvat selvästi toisistaan. Lauhkean vyöhykkeen eteläosassa on lehtimetsävyöhyke, keskiosassa sekametsävyöhyke ja pohjoisosassa havumetsävyöhyke, johon Suomi pääasiassa kuuluu. Havumetsävyöhykkeen ominaiskasvillisuuteen kuuluvat männyt ja kuuset. Aivan Etelä-Suomen rannikko kuuluu lehti- ja sekametsävyöhykkeeseen. Suomi sijaitsee Itämeren rannalla, joten Golfvirta ja PohjoisAtlantin lämmin merivirta vaikuttavat Suomen ilmastoon lämmittäen sitä. Näiden lämpimien virtojen vuoksi Suomessa on lämpimämpää kuin monissa muissa samalla leveyspiirillä olevilla manneralueilla, kuten esimerkiksi Siperiassa, Grönlannissa ja Kanadan itäosassa, joissa voi talvisin olla jopa 20-30 astetta kylmempää. Kuvassa 2 esitetyistä maapallon kasvillisuusvyöhykkeistä nähdään, että ne eivät jakaudu suoraan leveyspiirien mukaan ja usein rannikot voivat kuulua eri kasvillisuusvyöhykkeeseen kuin sisämaat. Ilmasto-opas 2012a luokittelee Suomen ilmaston väli-ilmastoksi, koska säähän vaikuttaa tuulen suunnista riippuen merellinen ilmasto tai mannerilmasto. Kuva 2 Maapallon kasvillisuusvyöhykkeet (Jyväskylän yliopisto 2012b). Vantaa sijaitsee Etelä-Suomessa Uudenmaan läänissä. Biosuodatusrakenne suunnitellaan tässä työssä Vantaalle, joten on syytä tarkastella ilmasto-olosuhteita tarkemmin Etelä-Suomessa. Ilmasto-oppaan (2012b) mukaan sademäärät Uudellamaalla ylittävät 12 yleensä 600 mm vuodessa, sateisimpien aikojen sijoittuessa elokuulle sekä lokamarraskuulle. Ilmatieteen laitos (2012b) on kerännyt mittaustietoja Helsingin Kaisaniemessä vuodesta 1900 alkaen. Vuosilta 1971-2000 on laskettu keskimääräinen vuosisadanta, joka on 642 mm. Pohjois-Suomessa samalta aikaväliltä laskettu keskimääräinen vuosisadanta on vain noin 350 mm (Veijalainen 2012). Kuva 3 esittää Kaisaniemestä mitattuja vuosittaisia sademääriä vuosilta 1900-2011. Kuva 3 Kaisaniemestä mitatut vuosittaiset sademäärät (Ilmatieteen laitos 2012b). Suomen ympäristökeskus on tutkinut eri sadetapahtumien esiintymisen todennäköisyyksiä ja tietojen perusteella on saatu kuvaajat eripituisille ja rankkuuksiltaan erilaisille sadetapahtumille Suomessa (kuva 4). Kuvaajia voidaan hyödyntää, kun halutaan mitoittaa hulevesirakenteita käsittelemään tietyllä todennäköisyydellä esiintyvä sadetapahtuma. Valittava sateen todennäköisyys riippuu tulvimisen aiheuttamasta haitasta ympäristölle. Jos tulvimisesta aiheutuu suurta haittaa rakenteille tai ihmisille, on syytä mitoittaa hulevesijärjestelmä suuremmalle sadetapahtumalle kuin alueella, jossa tulviminen ei aiheuta suurta haittaa ympäristölle. 13 Kuva 4 Sadetapahtumien esiintymisen todennäköisyydet, jossa pystysuuntaisen akselin merkki R kuvaa sateen rankkuutta (Aaltonen et al. 2008). Aaltonen et al. (2008) arvioi ilmastonmuutoksen lisäävän tulevaisuudessa sateiden rankkuuksia, sademääriä ja sadetapahtumien lukumäärää. Kesien sademäärien arvioidaan kasvavan 10-15 % nykyisestä vuosiin 2071-2100 mennessä siten, että PohjoisSuomessa muutokset ovat suurempia kuin Etelä-Suomessa. Sademäärien kasvua aiheuttavat etenkin rankkasateiden lisääntyminen kesäaikana, sillä rankkasateiden on ennustettu lisääntyvän enemmän suhteessa keskimääräisiin sadetapahtumiin. Vaikka sademäärien kasvua onkin vaikeaa arvioida, on muutokset silti pyrittävä huomioimaan suunniteltaessa pitkän tähtäimen hulevesien hallintaa. Kirjoittajat ehdottavatkin imeyttävien ja viivyttävien menetelmien lisäämistä nykyisten hulevesiviemärien rinnalla. Hulevesien talviaikaisen hallinnan tarve tulee tulevaisuudessa lisääntymään ilmaston lämpenemisen johdosta. 3.2 Hydrologinen kierto Hepojoen et al. (2011) mukaan veden kiertokulussa auringolla ja painovoimalla on suuret roolit. Auringonsäteily haihduttaa vettä maasta, meristä ja muista vesistöistä. Haih14 dunnan määrä saadaan energiataseesta, johon vaikuttaa muun muassa pinnan albedo eli paljonko säteilystä heijastuu takaisin pinnalta pois, sekä tulevan ja lähtevän pitkäaaltoisen säteilyn määrä, pinnan ominaisuudet johtaa lämpöä ja sateesta tuleva energia ja turbulenttivirrat. Vesihöyryn muodossa oleva vesi tiivistyy ilmakehässä olevien hiukkasten pinnalle kerääntyen pilviksi, jotka toimivat vesivarastoina ilmakehässä. Ilman lämpötilan madaltuessa kastepisteeseen vesihöyry tiivistyy nestemäiseen olomuotoon tiivistyen ilmassa olevien hiukkasten pinnalle. Kun pisaran paino kasvaa tarpeeksi suureksi, se sataa painovoiman vaikutuksesta alas. Maahan sataneesta vedestä osa haihtuu, osa jatkaa pintavaluntana ja loput imeytyy maaperään. Imeytynyt vesi voi virrata maavetenä läheisiin vesistöihin tai imeytyä syvemmälle maahan pohjavedeksi. Pohjavetenä se voi virrata kohti vesistöä tai imeytyä pohjavesivarastoon, jossa se voi viipyä pidemmänkin aikaa. Pintavalunnan määrä riippuu maanpinnan ominaisuuksista. Jos maa on heikosti vettä läpäisevää, on pintavalunnan osuus suurempi ja imeytyksen osuus pienempi. Myös kaltevuuden kasvu kasvattaa pintavalunnan osuutta, koska vesi lähtee herkemmin valumaan pintavaluntana eikä ehdi imeytyä maahan samalla tavoin kuin tasaisella maalla. Veden varastoja ovat vesistöt, pohjavesivarastot ja pilvet, mutta näiden lisäksi myös lumi ja jää varastoivat vettä. Kylmissä olosuhteissa satanut vesi tai lumi kerääntyy jääksi ja lumeksi, jolloin vesi varastoituu. Ilman lämmetessä nollan asteen yläpuolelle vesi sulaa kiinteästä olomuodosta nestemäiseen muotoon ja jatkaa jälleen kierrossa eteenpäin. (Hepojoki et al. 2011.) Veden kiertokulku esitetään kuvassa 5. 15 Kuva 5 Veden hydrologinen kierto (Evans ja Perlman 2012, kääntänyt Jantunen). Edellä kuvattiin veden luonnollista hydrologista kiertoa, mutta myös ihminen vaikuttaa hydrologiseen kiertoon. Kondoh ja Nishiyama 2000 totesivat rakentamisen vähentävän veden haihtumista, koska viemärijärjestelmä kerää veden tehokkaasti maan pinnalta, jolloin vettä ei ehdi haihtua yhtä paljoa kuin luonnollisessa tilanteessa. Rakentaminen ehkäisee myös veden imeytymistä, koska läpäisemättömät pinnat kuten kadut, aukiot ja talot estävät veden imeytymistä maahan. Tämä vähentää veden kertymistä pohjavedeksi ja uhkaa siten heikentää pohjavesivaroja kaupunkialueilla. 3.3 Hulevedet taajamissa 3.3.1 Huleveden määrä Suomen Kuntaliitto 2012 määrittää huleveden sadevedeksi tai lumen sulamisvedeksi, jota johdetaan pois katoilta tai muilta vastaavilta läpäisemättömiltä pinnoilta. Melasen (1980) mukaan valuma-alueen toiminnot vaikuttavat läpäisevän ja läpäisemättömän pinnan suhteeseen, joka puolestaan vaikuttaa muodostuvan huleveden määrään. Teollisuusalueella on yleisesti paljon läpäisemätöntä pintaa ja paljon liikennettä, kun taas pientaloalueella pihat ja puistot lisäävät läpäisevän pinnan osuutta koko valuma-alueen 16 pinta-alasta. Läpäisemättömän pinnan lisäksi huleveden määrään vaikuttavat sademäärät. Vakkilaisen et al. (2005) mukaan suurissa kaupungeissa on arvioitu satavan noin 10 % enemmän kuin harvaan asutuilla alueilla, joka lisää hulevesien muodostumista kaupungeissa hieman muihin alueisiin nähden. Sademäärän kasvua aiheuttavat muun muassa saasteet, jotka lisäävät veden tiivistymistä ilmassa, ilmavirtojen pyörteisyys, joka aiheutuu rakennusten karkeista pintamateriaaleista ja kohonnut ilman lämpötila, joka saa aikaan ilman konvektion. Konvektiossa lämmin ilma nousee ylös ja painavampi viileä ilmamassa painuu alas aiheuttaen sadetta. (Vakkilainen et al. 2005.) Semádeni-Daviesin et al. (2008) mukaan kaupunkialueilla sateet muodostavat korkeita virtaamapiikkejä ja tulvia, koska imeytymistä ei juuri pääse tapahtumaan ja tehokas viemäriverkosto johtaa hulevedet nopeasti vastaanottavaan vesistöön. Tämän johdosta pienetkin sateet näkyvät herkästi tiiviisti rakennetuilla alueilla ja vastaanottavissa vesistöissä. Sänkiaho ja Sillanpää (2012) tutkivat hulevesien määrää ja laatua Lahdessa hyvin tiiviillä keskusta-alueella, tiiviillä keskusta-alueella ja väljällä pientaloalueella. He totesivat, että 70 % sadevedestä muuttui hulevedeksi hyvin tiiviisti rakennetulla alueella, kun vastaava luku väljästi rakennetulla alueella oli vain 10 %. Läpäisemättömän pinnan lisääntyessä imeytymisen osuus siis pienenee ja pintavalunnan osuus kasvaa, eli toisin sanoen muodostuvan huleveden osuus kasvaa. Kuvassa 6 on esitetty rakentamisen vaikutusta eri valuntojen esiintymiseen ja haihdunnan määrään. Kuvasta nähdään selvästi haihdunnan ja imeytymisen väheneminen ja pintavalunnan selvä kasvaminen. Kuva 6 Läpäisemättömän pinnan vaikutus haihduntaan, pintavaluntaan, pintakerrosvaluntaan ja pohjavesivaluntaan (Eskola ja Tahvonen 2010). Muodostuvan huleveden määrään vaikuttaa myös ilmasto-olot, sillä talvella lämpötilan ollessa nollan asteen alapuolella vesi varastoituu lumena, kunnes sulamiskausi alkaa. Etenkin Pohjois-Suomessa talvikausi ja sen päättyminen näkyy selvästi virtaamissa, sillä talvikautena virtaamat ovat lähellä nollaa ja sulamiskautena ne ovat vuoden kor17 keimpia. Suomen rannikkoalueilla virtaamahuiput ovat korkeimmillaan sulamiskaudella ja syyssateiden aikaan, eikä yhtä selvää vuodenaikaista vaihtelua virtaamissa ole havaittavissa, kuten kuvasta 7 havaitaan. (Veijalainen 2012.) Kuvasta nähdään, että etenkin Pohjois-Suomessa mitoittavatekijä hulevesien hallinnassa on lumen sulamiskauden virtaama kun taas rannikkoseuduilla mitoittava tekijä voi olla rankkasade tai lumen sulamisen aiheuttama virtaama. Kuva 7 Virtaaman vuodenaikaisvaihtelut Suomessa. Kuvassa a on Suomen päävaluma-alueet, kuvissa b, c ja d on esimerkit vuosittaisista virtaamista päävaluma-alueilta. (Veijalainen 2012). Väitöskirjassaan Veijalainen (2012) arvioi ilmastonmuutoksen lisäävän talviaikaisia sulamistapahtumia ja sadetapahtumia lämpötilan noustessa nollan yläpuolelle, jolloin myös talviaikaiset virtaamat kasvavat. Ilmiö pienentää Etelä- ja Keski-Suomen kevään aikaisia lumen sulamisvirtaamia, koska osa lumesta on sulanut jo talvikaudella ja osa sateesta on satanut talvella vetenä, jolloin lunta muodostuu talven aikana vähemmän. Pohjois-Suomessa ilmiö taas pienentää kesän aikaisia virtaamia, koska sulamiskausi alkaa nykyistä aikaisemmin keväällä. Ilmastonmuutos tulee siis kasvattamaan talviaikaisen hulevesien hallinnan tarvetta tulevaisuudessa. 3.3.2 Huleveden laatu Rakennettu ympäristö on Vakkilaisen et al. (2005) mukaan Suomessa vesistöjen kuudenneksi suurin typen ja fosforin lähde. Vaikka maa- ja metsätalous ovatkin suurimpia 18 kuormituslähteitä, ovat hulevedet kaupungeissa suuressa roolissa ja huleveden laadulla on suuri vaikutus vastaanottaviin vesistöihin. Hulevesien alkuhuuhtouma sisältää suurimmat ainepitoisuudet, joten siitä on suurin haitta vastaanottavalle vesistölle. Alkuhuuhtoumalla tarkoitetaan sadetapahtumien alussa virtaava vettä, joka huuhtoo suurimmat liat läpäisemättömiltä pinnoilta. Melanen (1980) tutki hulevesien laatua eri taajamissa. Tutkimuksessa havaittiin huleveden laadun heikkenevän mitä rakennetumpi ja liikennöidympi alue on kyseessä. Tutkittavat alueet olivat esikaupunkialueet Helsingin Pakilassa ja Kontulassa sekä Oulun Kaukovainiossa, keskusta-alueet Kajaanissa ja Tampereen Hämeenpuistossa, liikennealue Helsingin Herttoniemessä sekä teollisuusalue Tampereen Nekalassa. Hulevesinäytteistä todettiin, että teollisuusalueelta kerätyissä hulevesissä oli suurimmat pitoisuudet veteen suspendoitunutta ainesta, kiintoainesta ja kokonaisfosforia. Sen sijaan kemiallinen hapenkulutus ja kokonaistypen pitoisuus olivat suurimpia liikennealueen hulevesissä. Vakkilainen et al. (2005) totesi, että asuinalueiden vedet sisältävät enemmän fosforia, bakteereita, raskasmetalleja ja orgaanisia aineita kuin teollisuus- ja liikealueiden Kotolan ja Nurmisen (2003) mukaan kiintoaineen yleinen lähde on eroosion irrottama maa-aines, mutta etenkin kaupunkialueilla se voi olla myös katujen kulutuksesta irronnutta asfalttia, roskia tai rakennustyömaalta peräisin olevaa irtonaista maa-ainesta. Huleveden pH:n todettiin olevan lähellä neutraalia kaikilla Melasen (1980) tutkimusalueilla. Liikennealueella ja teollisuusalueella pH oli hieman yli seitsemän ja esikaupunkialueilla ja keskusta-alueilla hieman alle seitsemän, mutta toiminnoilla ei ollut suurta vaikutusta pH:n arvoon. Melasen (1980) tutkimuksessa sähkönjohtavuus oli suurimmillaan liikenne- ja teollisuusalueilla, mutta myös keskusta-alueilla havaittiin suhteellisen korkeita arvoja verrattuna esikaupunkialueisiin. Sänkiahon ja Sillanpään (2012) mukaan syy sähkönjohtavuuden korkeisiin arvoihin liikenne- ja teollisuusalueilla saattaa olla tiesuolassa, jota käytetään katujen liukkaudentorjunnassa. Tiesuolan kloridi-ionit parantavat veden sähkönjohtokykyä, joka näkyy suolattujen katujen hulevesien kohonneena sähkönjohtokykynä. Tätä väitettä tukee myös se, että sähkönjohtavuus oli suurempi talven ja kevään lumen sulamisvesissä kuin kesällä tai syksyisin muodostuvissa hulevesissä (Vakkilainen et al. 2005). Jokelan (2008) mukaan tiesuola ei ole kuitenkaan pelkästään talviajan on19 gelma, sillä sitä voidaan käyttää myös kesäisin sorateillä pölyn sitomiseksi. Tiesuolan käyttöä pyritään välttämään herkillä pohjavesialueilla, jolloin tiesuola, joka on usein natriumkloridia, korvataan biologisesti hajoavalla liukkaudentorjunta-aineella. Kustannussyistä tätä ei voida kuitenkaan käyttää kaikilla teillä. Melasen (1980) mukaan teollisuusalueella on suurimmat vanadiini-, kupari- ja sinkkipitoisuudet. Poikkeuksena metalliyhdisteissä ovat lyijypitoisuudet, jotka olivat suurimpia liikennealueilla. Vakkilaisen et al. (2005) mukaan lyijyä on päätynyt hulevesiin aikaisemmin etenkin autojen bensiinistä. Lyijyttömään bensiiniin siirtymisen johdosta lyijypitoisuudet ovat kuitenkin merkittävästi vähentyneet. Sänkiahon ja Sillanpään (2012) Lahdessa tehdyssä tutkimuksessa vertailtiin kokonaismetalleista alumiinia, sinkkiä, kuparia, kromia, mangaania, nikkeliä ja lyijyä sekä liukoisessa muodossa olevista metalleista alumiinia, sinkkiä, kuparia, kromia, nikkeliä ja lyijyä. Vertailussa havaittiin, että hyvin tiiviillä ja tiiviillä alueella on pääasiassa suuremmat metallipitoisuudet kuin väljällä alueella. Väljällä alueella mitattiin kuitenkin suurimmat kokonaisnikkelipitoisuudet sekä liukoisista metalliyhdisteistä suurimmat alumiinin, kuparin ja nikkelin pitoisuudet. Kaikkien tutkittujen haitta-aineiden ainehuuhtoumat olivat kuitenkin suurimmat hyvin tiiviillä alueella, mikä selittyy sillä, että hyvin tiiviillä alueella hulevesimäärät olivat kaikista suurimmat. Muthanna (2008) on todennut liikenteen olevan yksi suurimmista haitta-aineiden aiheuttajista ja liikennemäärän kasvun onkin huomattu lisäävän hulevesien haitta-aineiden konsentraatioita. Liikennealueen metallikuormituksesta noin 40-50 % tulee päällysteen kulumisesta, 20-30 % renkaiden kulutuksesta ja noin 15 % jarrujen kulumisesta. Noin 3 % tulee ilmasta laskeumana, joka ei ole riippuvainen liikenteestä. Liikennealueilta tuleva kupari on pääasiassa peräisin ajoneuvojen jarrujen kulumisesta ja sinkki renkaiden kulumisesta. Ilman laskeumana tulee lyijyä, kuparia ja kadmiumia. Kaupunkialueilla metallipäästöjä tulee liikennealueiden ja ilman laskeuman lisäksi talojen julkisivuverhouksista, joista irtoaa huleveteen kuparia, kadmiumia, sinkkiä ja lyijyä. 20 3.4 Lumet taajamissa 3.4.1 Lumen määrä Lumen määrän määrittäminen ei ole yhtä yksinkertaista kuin sademäärän arvioiminen. Lumen määrään vaikuttaa viimeisimmän sadetapahtuman lisäksi myös aikaisemmat sadannat, mahdolliset sulamisjaksot sadantojen välissä sekä tuuliolosuhteet, jotka saattavat pöllyttää lunta muualle. Taajama-alueilla on myös yleistä, että lumia kasataan ja viedään lumen vastaanottopaikoille, jolloin alueella olevan lumen määrä ei enää vastaakaan sinne sataneen tai kulkeutuneen lumen määrää (Muthanna et al. 2007a). Ilmatieteen laitos (2012b) on mitannut vuosittaista lumen syvyyttä vuosina 1981-2010. Tästä on saatu keskimääräiseksi lumen syvyydeksi pääkaupunkiseudulla 20-30 cm. Lumen keskimääräiset syvyydet koko Suomessa on esitetty kuvassa 8. Kuva 8 Lumen syvyys keskimäärin 15.3. vertailukaudella 1981-2010 (Ilmatieteen laitos 2012c). Sulamisveden määrää arvioitaessa täytyy selvittää lumen vesiarvo. Vesiarvo voidaan määrittää laskennallisesti, mittaamalla tai arvioimalla. Määritystapa valitaan sen mukaan, kuinka tarkkaa tietoa tarvitaan. Laskennallisesti se voidaan määrittää esimerkiksi lumen tiheyden ja lumen syvyyden tulona (Samposalo 2007). Mittaaminen tapahtuu ottamalla lumi talteen tiedossa olevalta pinta-alalta esimerkiksi näyteputkeen ja punnitsemalla lumen massa. Jakamalla lumen massa näytteenottopinta-alalla saadaan selvitettyä lumikuorma. (Keski-Suomen ELY 2011.) Karkeana arviona voidaan käyttää myös Ilmatieteen laitoksen (2012d) arviota, jonka mukaan 10 cm paksu lumikerros vastaa 10 21 mm vesipatsasta. Tämä on kuitenkin hyvin karkea arvio, koska todellisuudessa lumen ominaisuudet ja talviaikainen kasautuminen muuttavat lumen vesiarvoa. Keväisin lumen sulaminen aiheuttaa suuren virtaamapiikin vesistöihin. Valunta on suurimmillaan rakennetuilla alueilla sulamiskautena ja syksyisin. Suomessa sulamiskauden valunta, joka muodostuu lumen sulamisvesistä ja sateen aiheuttamista hulevesistä on keskimäärin 40-60 % koko vuoden valunnasta. Kaupunkialueilla sulamiskauden on havaittu alkavan ja loppuvan hieman maaseutua aikaisemmin. (Vakkilainen et al. 2005.) 3.4.2 Lumen laatu Viklander (1999) huomauttaa, että talvella kertyneet lumet sulavat keväällä lyhyessä ajassa, jolloin niihin talven aikana kertyneet haitta-aineet vapautuvat aiheuttaen hetkellistä haittaa vastaanottavalle vesistölle, maalle, kasveille, eläimille ja mikroorganismeille. Haitat aiheutuvat virtaaman kasvusta, veden kylmyydestä ja veden haittaaineiden suuresta konsentraatiosta. Lumen ja sulamisveden laatu on riippuvainen alueen toiminnoista. Vakkilaisen et al. (2005) mukaan sulamisveden osuus vuosittaisesta ainehuuhtoumasta kaupunkialueilla vaihtelee välillä 5-79 %. Melasen (1980) tutkimuksessa esikaupunkialueelta kerätyt sulamisvedet olivat keskimäärin puhtaampia kuin keskusta-alueelta ja liikennealueilta kerätyt sulamisvedet. Lumeen voi kertyä alueen toiminnoista johtuen raskasmetalleja, ravinteita, bakteereita, hiilivetyjä, happea kuluttavia aineita, suoloja ja liuenneita aineita. (Viklander 1999.) Lumen likaisuus vaikuttaa myös lumen albedoon eli heijastuskykyyn, jonka on havaittu pienenevän rakentamistiheyden kasvaessa (Semádeni-Davies 1999). Samposalon (2007) mukaan sulamiskaudella lumen albedo madaltuu myös sulamisen yhteydessä, koska märkä lumi heijastaa lyhytaaltoista säteilyä heikommin kuin pakkaslumi. Albedon madaltuminen taas kiihdyttää sulamista, sillä arvion mukaan 30 %:n madaltuminen albedossa saattaa kiihdyttää sulamisnopeutta jopa 50 %. Liuenneen aineen osuus kokonaispitoisuudesta lumen sulamisvedessä on riippuvainen liikenteen määrästä, tiesuolan käytöstä ja lämpötilasta. Näiden tekijöiden kasvun on todettu lisäävän liukoisten metalliyhdisteiden osuutta lumen kokonaiskuormituksesta. (Viklander 1999, Muthanna et al. 2007a.) Viklander (1999) havaitsi, että asuinalueen liikennöimättömällä alueella fosforin, lyijyn, sinkin ja kuparin liukoisessa muodossa 22 olevien partikkeleiden osuus kokonaisainemäärästä kasvoi koko talven lumen sulamiskauteen asti, jonka jälkeen osuus laski. Sama ilmiö huomattiin fosforin ja lyijyn osalta myös keskusta-alueen liikennöimättömällä alueella ja alueella, jossa liikennemäärä oli 4500 autoa päivässä. Lumen sulaessa liukoiset aineet huuhtoutuvat alkuhuuhtoumassa, jolloin sulamisveden liuenneiden aineiden osuus pienenee sulamiskauden edetessä. Muthanna (2007) esitti arvion, että alkuhuuhtouma sisältää 50-90 % lumen liuenneessa olomuodossa olevista metalleista, jolloin myöhemmin sulava lumi sisältää enemmän partikkelimuotoisia metalliyhdisteitä kuin liuenneita metalliyhdisteitä. 23 4 Biosuodatus hulevesien hallintamenetelmänä 4.1 Taustaa Roy-Poirierin et al. (2010) mukaan hulevesien käsittelymenetelmiä alettiin kehittää Yhdysvalloissa 1990-luvulla, kun lakiin lisättiin kohta hulevesien laadullisesta hallinnasta. Tämän johdosta viranomaiset alkoivat kiinnittää huomiota tulvien ehkäisemisen lisäksi myös huleveden laatuun ja kehittivät sen johdosta Best Management Practices -menetelmiä, joista käytetään lyhennettä BMP. University of New Hampshire (2007) määrittelee biosuodatuksen yhdeksi BMP-menetelmistä, joihin kuuluvat myös esimerkiksi sadepuutarhat, kosteikot ja läpäisevät päällysteet. "Low Impact Development", josta käytetään lyhennettä LID, kehitettiin taas biosuodatuksen kehityksen seurauksena. Hinmanin (2005) mukaan LID:n lähestymistavassa pyritään suunnittelemaan hulevesien hallintaa hyödyntämällä alueella olevaa luontoa ja jäljittelemällä luonnollista hydrologista kiertoa, joka alueella vallitsi ennen rakentamista. Tämän tavoitteen saavuttamiseksi pyritään suunnittelun avulla lisäämään haihduntaa, kasvien hyötykäyttöä ja imeytystä. Biosuodatus kehitettiin Marylandin osavaltiossa 1990-luvun alkupuolella ja se on tärkein hulevesien hallintamenetelmä LID:n tavoitteiden saavuttamiseksi. Trowsdale ja Simcock (2011) sekä Le Coustumer et al. (2009) sanovat, että biosuodatuksella voidaan yksinään päästä LID:n tavoitteisiin, joissa jäljitellään alkuperäisiä virtaamaolosuhteita tai se voi toimia osana alueen laajempaa hulevesien hallinta suunnitelmaa. Suhteellisen pienen kokonsa vuoksi biosuodatus soveltuu hyvin myös vanhojen alueiden saneerauskohteisiin. Tällöin biosuodatusrakenne toteutetaan jälkikäteen muuten jo rakennettuun ympäristöön. Hulevesien laadullisia hallintamenetelmiä on esitetty kuvassa 9. 24 Biosuodatus Kehitetään "Low Impact Development" lähestymismalli Viivyttävät lammikot ja järvet Viivyttävät alueet, jotka kuivuvat 48 tunnissa Nurmipainanteet Viherkatot Yhdysvaltain lakiin lisätään määräys hulevesien laadullisesta hallinnasta Kehitetään Best Management Practices" menetelmiä Imeytyspainanne Luontaisten kasvien istutus Läpäisevät päällysteet Vesitynnyrit ja -säiliöt Sadepuutarhat Kosteikot Kuva 9 Hulevesien laadullisen hallinnan kehittyminen ja käytettäviä hallintamenetelmiä (Safe Drain 2012). 4.2 Biosuodatuksen rakenne Suomen Kuntaliitto (2012) ja Li et al. (2009) määrittelevät biosuodatuksen, joka on toiselta nimeltään biopidätys, hulevesiä viivyttäväksi, imeyttäväksi ja puhdistavaksi rakenteeksi. Biosuodatuksessa hulevettä suodatetaan rakennekerrosten läpi, josta vesi joko imeytyy maaperään tai ohjautuu salaojaputken kautta hulevesiverkostoon tai vastaanottavaan vesistöön. Muthannan (2007) erottaa biosuodatuksen muista hulevesien imeytys- 25 ratkaisuista, vaihtelevalla kasvillisuudella ja katekerroksella, joita muissa imeytys- ja viivytysratkaisuissa ei välttämättä ole. Biosuodatuksella voidaan imeyttää hulevesiä, jos maaperä mahdollistaa imeytymisen. Imeyttäminen on usein tarpeen kaupunkialueilla, koska läpäisemättömän pinnan lisääntyminen vähentää veden luontaista imeytymistä ja laskee siten pohjaveden pintaa. Jos imeyttäminen ei maaperäolosuhteiden vuoksi ole mahdollista tai rakenteen kuivatus halutaan varmistaa, voidaan rakenteen alaosaan rakentaa kuivatuskerros, josta vesi johdetaan salaojissa hulevesiverkostoon tai suoraan vastaanottavaan vesistöön. (Trowsdale ja Simcock 2011.) Tällöin rakenteesta saadut hyödyt ovat huleveden puhdistuminen sekä viivytys. Viivyttämisellä saadaan alueen tulvapiikkejä madallettua, kun virtaamaa saadaan tasattua, jolloin vesi purkautuu tasaisemmin pidemmällä aikavälillä vastaanottavaan vesistöön. (Li et al. 2009, Suomen Kuntaliitto 2012.) Biosuodatusrakenne koostuu tyypillisesti katekerroksesta, suodatinkerroksesta, siirtymäkerroksesta tai suodatinkankaasta ja kuivatuskerroksesta. Jos kuivatusta ei tarvita, riittää rakenteeksi katekerros ja suodatinkerros, jonka alapuolella on maaperä. Jotta imeyttäminen onnistuu, on maaperän oltava hyvin vettä läpäisevää. Rakennekerrosten päällä on biosuodatukselle ominaista runsasta kasvillisuutta. Kasvien juuret ehkäisevät eroosiota ja parantavat maan huokoisuutta ja vedenläpäisevyyttä. Lisäksi kasvit pidättävät raskasmetalleja ja ravinteita sekä lisäävät haihduntaa rakenteesta. (Melbourne Water 2005, Li et al. 2009.) Kasvien valinnassa on syytä kiinnittää huomiota niiden veden kestävyyteen, soveltuvuuteen kylmiin olosuhteisiin sekä niiden metallien ja ravinteiden pidätyskykyyn. Kuva 10 esittää tyyppipoikkileikkausta biosuodatusrakenteesta ilman katekerrosta. Kuva 10 Esimerkki biosuodatusrakenteesta (Melbourne Water 2005). 26 Biosuodatinrakenteen maanpäällinen osa on kasvillisuuspainanne, johon vesi lammikoituu. Biosuodatusrakenteiden lammikoitumissyvyydet ovat yleensä suhteellisen matalia, niiden ollessa yleensä välillä 150-400 mm. (Blecken et al. 2009a, Bratieres et al. 2008, Brown ja Hunt 2012, Hatt et al. 2009, Muthanna et al. 2007a.) Biosuodatusrakenteen ylimpänä kerroksena voi olla katekerros. Prince George’s County (2007) suosittelee kuitenkin katteen jättämistä pois, jos suodatinkerroksen pintaa peittää tiheä ruohokasvillisuus. Kate voi olla esimerkiksi puunkuorta tai haketta ja kerroksen syvyydeksi suositellaan 50-70 mm (InfraRYL 2010). Jos katekerros on tätä syvempi, kasvien juuret eivät pääse kunnolla kosketuksiin maan kanssa ja hapen ja hiilidioksidin kierto maan ja ilman välillä heikentyy. Katekerros pidättää suurimman osan hulevedessä olevista metalleista, suojaa maata kuivumiselta ja vähentää rikkaruohojen kasvamista. Puiden runkojen ympärille on kuitenkin jätettävä 100 mm katteetonta aluetta. (Prince George's County 2007, InfraRYL 2010.) Suodatinkerroksen syvyys on tutkimuksissa yleensä noin 500 mm, mutta syvyys vaihtelee kuitenkin suunnittelijasta ja kohteesta riippuen. Suodatinkerroksen materiaalin tulee olla hyvin vettä läpäisevää toimien samalla kuitenkin viivyttävänä elementtinä ja hyvänä kasvualustana kasveille. Materiaalin valinta on siis yleensä kompromissi näistä vaatimuksista. Materiaali on tutkimuksissa käytetty yleensä hiekkaista silttiä tai hiekkaa. Kylmissä olosuhteissa on tärkeää varmistaa riittävän nopea imeytyminen, jotta rakenne ei jäädy läpäisemättömäksi talvisin. (Bratieres et al. 2008, Melbourne Water 2005, Muthanna et al. 2007b.) Bratieres et al. (2008) suosittelee, että suodatinkerrokseen sekoitetaan orgaanista ainesta, joka parantaa raskasmetallien pidättymistä rakenteeseen. Ravinteiden poistoon he suosittelevat, että suodatinkerrokseen sekoitetaan orgaanisen aineen sijaan mineraaleista perliittiä tai vermikuliittia tai ei sekoiteta mitään. Orgaanisen aineksen lisääminen rakenteeseen aiheutti jopa fosforin huuhtoutumista rakenteesta. Materiaalikoostumuksen valintaan vaikuttavat siis alueen ilmasto-olot ja aineet, joita rakenteella halutaan ensisijaisesti pidättää. Suodatinkerroksen ja kuivatuskerroksen väliin on syytä rakentaa siirtymäkerros tai asentaa suodatinkangas, jos kuivatuskerroksessa käytetään suurirakeista maalajia kuten 27 soraa tai sepeliä. Suodatinkangas saattaa kuitenkin tukkeutua herkästi, mikä heikentää rakenteen vedenläpäisevyyttä. Tämän vuoksi siirtymäkerroksen rakentaminen on alhaisemman tukkeutumisriskin vuoksi parempi vaihtoehto. (Suomen Kuntaliitto 2012.) Siirtymäkerroksella estetään suodatinkerroksen materiaalin huuhtoutumista salaojaan ja vältetään siten salaojan tukkeutuminen. Suodatinkerroksen syvyys vaihtelee yleensä välillä 10-250 mm. Syvimmät siirtymäkerrokset saattavat toimia enemmänkin suodatinkerroksen tapaan, jolloin suodattava rakenne voi olla päältä hienorakeisempaa maaainesta kuten hiekkaista silttiä ja alta rakeisuudeltaan karkeampaa maa-ainesta kuten hiekkaa. Siirtymäkerroksen materiaaliksi valitaan raekooltaan suodatinkerroksen ja kuivatuskerroksen materiaalien välimuoto, esimerkiksi karkeaa hiekkaa, hienoa soraa tai soraa. (Blecken et a. 2009a, Blecken et al. 2011, Bratieres et al. 2008, Hatt et al. 2009, Melbourne Water 2005.) Jos rakenteen kuivattaminen on tarpeen, on alimmaksi kerrokseksi syytä rakentaa salaojallinen kuivatuskerros. Kuivatuskerroksen syvyys vaihtelee välillä 70-200 mm (Blecken et al. 2011, Bratieres et al. 2008, Hatt et al. 2009, Muthanna et al. 2005b). Suomessa infrarakentamisen yleisissä laatuvaatimuksissa salaojaputken ympärystäytön minimipaksuudeksi esitetään 200 mm, jolloin kuivatuskerroksen minimipaksuudeksi InfraRYL:n (2006) ohjeita noudatettaessa tulee ympärystäytön ja salaojaputken halkaisijan summa. Materiaali voi olla salaojahiekkaa, salaojasoraa tai salaojasepeliä. Salaojaputken pituuskaltevuudeksi suositellaan vähintään 0,4 %, jotta varmistetaan riittävä vedenjohtokyky ja huuhtoutuvuus. 4.3 Raskasmetallien ja ravinteiden pidättyminen 4.3.1 Raskasmetallien pidättyminen Biosuodatusrakenne poistaa hulevedestä sekä partikkelimuotoisia aineita että liuenneessa muodossa olevia raskasmetalleja. Etenkin liukoisessa muodossa olevien raskasmetallien poisto on tärkeää, koska ne reagoivat herkästi ympäristössä ja aiheuttavat haittaa vesistössä. (Blecken et al. 2011.) Biosuodatus toimii hyvin raskasmetallien pidättämisessä, sillä monet tutkimukset (esim. Blecken et al. 2009a, Muthanna et al. 2007b, Read et al. 2008) ovat osoittaneet pidätyskyvyn olevan jopa 90 %. Suurin osa metalleista pidättyy kasvillisuuteen, katekerrokseen ja suodatinkerroksen yläosaan. 28 Biosuodatuksen kasvillisuus pienentää Readin et al. (2008) mukaan rakenteesta poistettavan huleveden haitta-aineiden konsentraatioita verrattuna kasvittomaan biosuodatusrakenteeseen. Kasvien on todettu pidättävän metalleja tutkimuksesta riippuen 2-10 % koko biosuodatusrakenteen metallin pidätyksestä (Blecken et al. 2009a, Muthanna et al. 2007a, Muthanna et al. 2007b). Kasvin haitta-aineiden ottoon vaikuttavat sen ominaisuudet. Read et al. (2008) tutkivat kahdenkymmenen eri kasvilajin haitta-aineiden pidätyskykyä ja havaitsivat, että kasvilajien välillä voi olla jopa kaksikymmenkertainen ero pidätyskyvyssä. Kasvien valinnassa tulee ottaa huomioon, mitä haitta-aineita halutaan poistaa ja sen mukaan valita istutettavat kasvit. Istuttamalla eri kasvilajeja saadaan hyödynnettyä niiden parhaat puolet biosuodatuksessa ja siten parannettua haitta-aineiden pidättymistä. (Bratieres et al. 2008, Read et al. 2008.) Hyvin kylmää kestäviä ja myös Suomessa esiintyviä metalleja pidättäviä kasveja ovat esimerkiksi kanadanvesirutto (Elodea canadensis), leveäosmankäämi (Typha latifolia) ja palpakot (Sparganium) (Fritioff et al. 2005, Muthanna et al. 2007b, Lampinen et al. 2012). Kasvillisuutta paremmin metalleja poistaa kuitenkin katekerros (Blecken et al. 2011, Muthanna et al. 2007b). Norjalaisessa tutkimuksessa Muthanna et al. (2007b) totesivat katekerroksen poistavan kuparista 50 %, sinkistä 20 % ja lyijystä 17 %. Samassa tutkimuksessa vertailtiin myös kolmen metallin reduktioita huhti- ja elokuussa, jolloin havaittiin, ettei lämpötilalla ollut vaikutusta sinkin reduktioon. Sinkin massasta pidättyi molempina kuukausina noin 90 %. Lyijyn massasta pidättyi elokuussa 89 %, mikä on hieman enemmän kuin huhtikuussa, jolloin massan reduktio oli 83 %. Suurin vaikutus lämpötilalla oli kuitenkin kuparilla, jonka massareduktio huhtikuussa oli 60 % ja elokuussa 75 %. Lämpötilan kasvu vaikutti siis tutkimuksen mukaan positiivisesti tai ei ollenkaan metallin pidättymiseen. Sen sijaan Blecken et al. (2011) totesivat tutkimuksessaan, ettei lämpötilalla ole tilastollista merkitystä lyijyn, kadmiumin, sinkin tai kuparin poistoon. Kasvien juuristossa havaittiin kuitenkin metallikonsentraation kasvua lämpimänä aikana. Toisaalta kasvien versoissa metallikonsentraatiot taas madaltuivat lämpötilan kasvaessa. Tämä saattaa selittyä kasvien nopeana kasvuna lämpimänä kautena, jolloin konsentraatio alenee, vaikka metallien massat kasvissa ovatkin suuremmat kuin kylmänä kautena. Tutkimuksessa metallien poisto biosuodatuksella oli kaiken kaikkiaan tehokasta, massareduktioiden ollessa kadmiumille 99 %, kuparille 93 %, lyijylle 96 % ja sinkille 98 %. 29 Muthanna et al. (2007a) tutkivat biosuodatuksen toimivuutta lumen sulamisvesien puhdistuksessa ja saivat tutkimustuloksena massareduktioiksi sinkille 96 %, kuparille 89 %, lyijylle 99 % ja kadmiumille 95 %. Tiesuolan käytöstä lumen sulamisveteen päätyvä kloridi ei kuitenkaan pidättynyt biosuodatuksella. Metallien reduktiot ovat kuitenkin sen verran hyviä, että biosuodatus soveltuu käytettäväksi metallin poistoon myös lumen sulamisvesistä (Blecken et al. 2011, Muthanna et al. 2007a). Sänkiaho ja Sillanpää (2012) tutkivat sinkin, kuparin ja alumiinin pidättymistä biosuodatusrakenteeseen syksyllä, keväällä lumen sulamiskautena sekä kesällä. Osa rakenteista oli kasvipeitteisiä ja osa kasvittomia, lisäksi osaan syötettiin huleveden mukana tiesuolaa. Kasveina käytettiin viiruhelpeä, paljakkapajua ja rantakukkaa. Tässä tutkimuksessa havaittiin sinkin ja kuparin pidättyvän hyvin kaikilla tutkimusjaksoilla ja rakenteilla, sillä pienimmilläänkin sinkistä pidättyi 86 % ja kuparista 82 %. Lisätty tiesuola eli natriumkloridi heikensi hieman sinkin ja kuparin pidättymistä, mutta suurta vaikutusta sillä ei ollut. Kasvit paransivat tulosta hieman, mutta niilläkään ei havaittu suurta vaikutusta ja syksyn näytteissä niiden osalta tuli jopa huonompia pidättymistuloksia. Tutkituista metalleista alumiinin pidättyminen oli vaihtelevinta. Syksyn mittauksissa alumiinista pidättyi pienimmilläänkin 66 %, mutta kevään mittauksessa alumiinia vuoti kaikista rakenteista. Kesän mittauksissa alumiinia kuitenkin vuoti vain rakenteista, joihin oli lisätty tiesuolaa. Sänkiahon ja Sillanpään (2012) tutkimuksessa mitattiin myös ravinteiden pidättymistä samoihin rakenteisiin. Näiden osalta tutkimustulokset on esitelty kappaleessa 4.3.2. Blecken et al. (2009a) selvittivät vedellä kyllästyneen kerroksen ja lisätyn hiilen vaikutusta metallin poistoon. Rakenteeseen saadaan kyllästynyt kerros säätösalaojituksella, jolloin vettä poistuu rakenteesta vedenkorkeuden noustessa rakenteessa nousuputken ylätason korkeudelle ja alapuolinen osa on tällöin vedellä kyllästynyt. Jotta rakenteeseen muodostuu vedellä kyllästynyt kerros, täytyy suodatinrakenne eristää ympäröivästä maasta vettä läpäisemättömällä kankaalla tai heikosti vettä läpäisevällä maa-aineksella kuten savella. Kyllästynyt kerros ja lisätty hiili luovat maahan anoksiset eli hapettomat ja nitraattipitoiset olosuhteet. Kyllästyneen kerroksen ja lisätyn hiilen todettiin parantavan rakenteen kykyä poistaa kuparia ja lyijyä etenkin pitkän kuivan jakson jälkeen, jolloin metallien pidättyminen muutoin on heikompaa. Sinkin ja kadmiumin osalta kyllästyneellä kerroksella ja lisätyllä hiilellä ei ollut juurikaan merkitystä, koska ne eivät 30 reagoi kovin helposti orgaanisen aineen kanssa. Kadmiumia ja sinkkiä pidättyi siitä huolimatta tehokkaasti rakenteeseen sekä kuivina että märkinä testijaksoina. Blecken et al. (2009b) tutkivat kyllästyneen kerroksen toimintaa kyllästyneen kerroksen paksuuksien ollessa 0 mm, 150 mm, 450 mm ja 600 mm salaojaputkesta, todettiin metallien poiston kannalta parhaimmiksi syvyyksiksi 450 mm ja 600 mm. Brownin ja Huntin (2011) tutkimus päätyi samaan tulokseen suositellessaan, että kyllästynyt kerros kannattaa suunnitella mahdollisimman syväksi. Tutkimuksessa kuitenkin huomautetaan, että kyllästyneen kerroksen yläpuolelle tulee jättää vähintään 300-450 mm vedellä kyllästymätöntä suodatinkerrosta. Kyllästynyt kerros ei kuitenkaan sovellu kylmiin olosuhteisiin, koska tällöin rakenteella on riskinä jäätyä umpeen. Brown ja Hunt (2012) vertailivat kahden eri rakennesyvyyden eroja haitta-aineiden pidätyskyvyssä ja suodatuksessa. Seitsemästä biosuodattimesta neljän rakenteet olivat 600 mm syvyisiä ja kolmen biosuodattimen 900 mm syvyisiä. Molemmat rakenteet poistivat tehokkaasti kaikkia muita haitta-aineita paitsi ortofosfaattia, mikä heikensi siten myös kokonaisfosforin reduktiota. Syvempi rakenne imeytti vettä maaperään hieman enemmän kuin matalampi rakenne, mutta huomattavaa etua syvemmällä rakenteella ei havaittu. Syvempi rakenne ei myöskään pienentänyt virtaamahuippuja merkittävästi enempää kuin matalampi rakenne. Tämän johdosta Brown ja Hunt suosittelivat kohdentamaan varoja mieluummin kunnolliseen rakentamisen aikaiseen valvontaan, asennuksen jälkeiseen tarkastukseen ja kunnossapitoon sekä riittävän suureen maanpäälliseen varastotilavuuteen, sen sijaan, että rakennesyvyyttä kasvatettaisiin 600 mm:stä syvemmäksi. Li et al. (2009) tutkittivat myös biosuodattimien rakennekerrosten syvyyksien vaikutusta virtaamapiikkien pienentymiseen. Tutkimuksessa vertailtiin kuutta biosuodatinta Marylandissa ja Pohjois-Carolinassa, joiden rakennesyvyydet vaihtelivat välillä 500-1200 mm. Tutkimuksessa havaittiin, että yli 900 mm syvyiset rakenteet imeyttivät ja haihduttivat vettä paremmin kuin matalat rakenteet. Tämän vuoksi tutkijat suosittelivat panostamaan syvempään rakenneratkaisuun, sillä se edesauttaa pääsemään lähemmäs virtaamaolosuhteita, jotka vallitsivat ennen rakentamista. Molemmissa tutkimuksissa (Brown ja Hunt 2012, Li et al. 2009) päädyttiin siihen, että syvempi rakenneratkaisu imeyttää vettä enemmän kuin matalampi rakenne. Tutkijat päätyivät kuitenkin eri suosituksiin, mikä riippunee näkökulmaeroista. Jos pääasiallisena tarkoituksena on suunnitella LID:n mukainen rakenne eli päästä mahdollisimman lähelle luonnontilaista virtaamaa, voi olla hyödyllistä panostaa syvempään rakenneratkaisuun kuten Li et al. (2009) ehdottivat. Jos 31 taas hankkeen budjetti on tiukka, saattaa olla järkevämpää kohdentaa varat lopputuloksen kannalta merkitsevimpiin seikkoihin, joita Brown ja Hunt (2012) ehdottivat. 4.3.2 Ravinteiden pidättyminen Bratieresin et al. (2008) mukaan kasvien juuret sitovat metallien lisäksi myös ravinteita. Kapeat juuret, joissa on paljon mikroskooppisen ohuita juuria, toimivat hyvin ravinteiden poistossa, koska niissä on paljon hyödynnettävissä olevaa pinta-alaa. Fosforin pidättymisessä ei kasvivalinnoilla ole havaittu suurta vaikutusta, sillä pienimmilläänkin kokonaisfosforista pidättyi 76 %. Typenpoistossa on kuitenkin syytä kiinnittää huomiota kasvivalintoihin, sillä osa kasveista voi toimia jopa typen lähteinä. Kasvittoman biosuodatusrakenteen on kuitenkin huomattu sitovan typpeä huonommin kuin tarkoitusta varten valittu kasvillinen biosuodatin. Bratieresin et al. (2008) tutkimuksessa, jossa vertailtiin biosuodatusta viidellä eri kasvilajilla ja kasvittomalla rakenteella, saatiin parhaiksi kasvilajeiksi typen poistossa Carex appressa, Juncus amabilis, Juncus flavidus, Melaleuca ericifolia, Goodenia ovata ja Kunzea ericoides. Loput tutkituista kasveista lisäsivät huleveteen typpeä sen sijaan, että ne sitoisivat sitä. Tutkitut kasvit kasvavat Australiassa, eikä niille löytynyt suomenkielisiä nimiä. Kasveista parhaiten ravinteita pidätti Carex appressa, joka poisti kokonaistyppeä 71 % ja nitraattia ja nitriittiä 96 % sekä Melaleuca ercifolia, joka paransi pidättämiskykyään ajan kuluessa ja poisti kokonaistypestä 46 % ja nitraatista ja nitriitistä 52 %. Blecken et al. (2010) selvittivät ravinteiden pidättymistä biosuodatusrakenteeseen 2, 7 ja 20 °C lämpötiloissa. Tuloksena saatiin kokonaisfosforin reduktioksi keskimäärin 91 %. Suspendoituneen kiintoaineen keskimääräiseksi reduktioksi saatiin 98 %. Tutkimuksen mukaan kokonaisfosforin ja suspendoituneen kiintoaineksen reduktiot biosuodattimessa olivat hyviä kaikilla lämpötiloilla eikä lämpötilalla ollut siten käytännön merkitystä niiden reduktioihin. Kokonaistypen reduktio oli 2 °C lämpötilassa -5 %, 7 °C lämpötilassa -23 % ja 20 °C lämpötilassa -172 % eli huuhtoutuminen rakenteesta kasvoi lämpötilan noustessa. Blecken et al. (2010) osoittaa, että lämpötilan kasvaessa liuenneen typen osuus kokonaistypestä kasvaa. Tämä johtunee nitrifikaation lisääntymisestä lämpimämmässä maaperässä. Nitrifikaatiossa ammoniakki reagoi orgaanisen typen kanssa muodostaen nitriittiä ja nitraattia, jotka ovat vesiliukoisia yhdisteitä. Denitrifikaatiossa nitraatti ja nitriitti muuttuvat typpikaasuksi tai typpioksidiksi reagoidessaan anoksisissa olosuhteissa hiilen kanssa, jolloin typpeä poistuu kaasuna hulevedestä. Denitrifikaatio 32 oli kuitenkin vähäistä, koska maaperä ei ollut vedellä kyllästynyt eikä sinne ollut lisätty hiiltä. (Blecken et al. 2007, Blecken et al. 2009b, Blecken et al. 2010, Bratieres et al. 2008.) Blecken et al. (2010) käyttivät tutkimuksessaan kasvina Pullosaraa (Carex rostrata), jonka kasvu jäi kuitenkin suhteellisen lyhyeksi, eivätkä sen juuret kasvaneet täysikasvuiseksi. Siten kasvin vaikutus ravinteiden sitomiseen jäi tutkimuksessa todentamatta. Sänkiaho ja Sillanpää (2012) selvittivät fosfaatin ja nitraatin pidättymistä syksyllä, kun kasvit ovat jo lakastuneet, keväällä lumien sulamisen aikana ja kesällä. Osaan tutkimuksen biosuodattimista istutettiin kasvillisuudeksi viiruhelpiä, paljakkapajua ja rantakukkaa ja osa jätettiin ilman kasvillisuutta. Lisäksi tutkittiin tiesuolan vaikutusta pidätyskykyyn lisäämällä osaan biosuodattimiin huleveden mukana natriumkloridia. Fosfaatin havaittiin pidättyvän kaikilla jaksoilla hyvin, pidättymisen ollessa pienimmilläänkin 91 %. Nitraatin osalta tuloksia ei saatu kesän mittauksista ollenkaan, mutta syksyn ja kevään tuloksissa esiintyi selkeästi vaihtelevuutta. Syksyllä otetuissa näytteissä nitraatin pidättyminen vaihteli negatiivisesta pieneen pidättymiseen eli osasta rakenteista vuoti typpeä poistuvaan huleveteen. Kevään mittauksessa kasvilliset rakenteet, joihin oli lisätty natriumkloridia, pidättivät nitraattia 45 % ja kasvilliset rakenteet ilman lisättyä natriumkloridia pidättivät 54 % eli tiesuolan käyttö heikensi typen pidättymistä. Kasvittomalla rakenteella on kuitenkin typen pidätykseen suurempi vaikutus kuin tiesuolalla, sillä kasvittomat rakenteet vuotivat typpeä riippumatta lisättiinkö tiesuolaa vai ei. Bratieres et al. (2008) tutkivat suodatinkerroksen ravinteiden pidätyskykyä suodatinkerrosten syvyyksien vaihdellessa välillä 300-700 mm. Tutkimuksen perusteella he totesivat, ettei syvyydellä ollut vaikutusta ammoniakin, orgaanisen typen, kokonaisfosforin tai fosfaatin poistoon. Suodatinkerroksen syvyys voi kuitenkin vaikuttaa välillisesti rakenteen puhdistuvuuteen vaikuttamalla kasvien juurien kasvuun. Syvemmässä rakenteessa kasveilla on tilaa kasvattaa juuriaan, jolloin suurempi juuristo kykenee pidättämään ravinteita paremmin. Muthanna et al. (2008) muistuttavat kuitenkin, että kylmissä olosuhteissa suodatinrakenteen syvyydellä voi olla myös merkitystä, jos rakenne ylettyy routimisrajan alapuolelle. Tällöin rakenteen talviaikainen imeytyskyky saattaa kasvaa, koska maa on sulana rakenteen alaosassa. 33 4.4 Biosuodatusrakenteen hydrauliset ominaisuudet Biosuodatuksen suodatinkerroksen materiaalina suositellaan käytettäväksi hiekkaista silttiä, joka toimii hyvänä kasvualustana kasveille ja jolla on sopiva vettä pidättävä vaikutus (Bratieres et al. 2008, Muthanna et al. 2008). Biosuodattimen hydraulinen kapasiteetti tulee valita kuitenkin käytettävissä olevan tilan ja paikallisten olosuhteiden mukaan. Hydraulisella kapasiteetilla tarkoitetaan vesimäärää, jonka maa-aines pystyy vastaanottamaan ja johtamaan eteenpäin. Jos tilaa on käytettävissä vähän tai paikalliset ilmasto-olot ovat kylmät, voi olla tarpeen valita materiaaliksi hydrauliselta kapasiteetiltaan suurempi maa-aines, jotta enemmän hulevettä saadaan suodatettua rakenteen läpi nopeammin. Tällöin myös tilaa säästyy, kun lammikoitumistilavuus pienenee ja talviaikainen käyttö mahdollistuu, sillä umpeen jäätymisen riski pienenee. (Hatt et al. 2009.) Vedellä kyllästynyt maa muodostaa jäätyessään vettä läpäisemättömän routakerroksen, jolloin biosuodatuksen talviaikainen toiminta estyy. Kyllästymätön rakenne voi jäätyessään muodostaa huokoisen rakenteen, jolloin vesi pääsee suotautumaan maan lävitse myös talvisin. Kuva 11 havainnollistaa läpäisemättömän ja läpäisevän roudan eroa. Hydraulisen kapasiteetin kasvattaminen saattaa kuitenkin kasvattaa rakenteesta poistuvan huleveden haitta-aineiden konsentraatioita, koska pidättymistä ei ehdi tapahtua yhtä paljon kuin huleveden virratessa rakenteen läpi hitaammin. Kylmiin olosuhteisiin soveltuu maa-ainekseksi hyvin esimerkiksi hiekkainen maa, jossa hiekkaa on yli 90 %, koska sillä on tarpeeksi suuri hydraulinen kapasiteetti eikä siinä maahan muodostu läpäisemätöntä routakerrosta. (Hatt et al. 2009, Muthanna et al. 2008.) Kuva 11 Käsitteelliset kuvat vettä läpäisemättömästä ja läpäisevästä roudasta (United States Department of Agriculture 2009). Muthanna et al. (2008) tutkivat kahden biosuodatusrakenteen hydraulista toimintaa kylmissä olosuhteissa. Suodatinkerrokset olivat molemmissa rakenteissa pääasiassa 34 hiekkaa, hiekkapitoisuuden ollessa noin 90 %. Hiekkaisella rakenteella haluttiin varmistaa rakenteiden riittävä hydraulinen johtavuus, jotta rakenteet toimisivat myös talvella. Tutkimuksessa havaittiin, että biosuodattimien viivytysaika pieneni ilman kylmentyessä eli vesi virtasi rakenteen läpi nopeammin kuin kesäaikana. Lämpötilan ollessa nollan asteen alapuolella viipymä oli 59 minuuttia, kun lämpötilan ollessa yli 12 C viipymä oli 69 minuuttia. Keväisin ja syksyisin viipymäajat olivat kuitenkin pisimmät, keskimäärin 97 minuuttia, kun koko tutkimuksen viipymäkeskiarvo oli 90 minuuttia. Syksyn ja kevään korkeat viipymäajat johtunevat sateen alhaisesta intensiteetistä näinä aikoina, jolloin viipymä kasvaa. Talviaikana virtaamahuiput pienenivät vain 27 %, kun keskimäärin koko tutkimusjaksona virtaamahuiput pienenivät 42 %. Virtaamahuippujen suuruus riippuu tulevan huleveden huippuvirtaamasta, tulevan huleveden määrästä ja viipymäajan pituudesta. Talviaikana havaittiin suurimmat sateen intensiteetit, joka näkyy lyhyenä viipymisaikana talvella. (Muthanna et al. 2008.) Suuren intensiteetin lisäksi lyhyttä viipymää saattaa selittää myös jäinen rakenne. Jäisessä rakenteessa saattaa esiintyä kanavoitumista, joka nopeuttaa veden suotautumista rakenteen läpi. Näiden yhteissummana todetaan, ettei rakenne pysty talvisin viivyttämään hulevesiä yhtä tehokkaasti kuin muina vuodenaikoina. (Muthanna et al. 2007b, Muthanna et al. 2008.) Muthanna et al. (2007b) havaitsivat samankaltaisen ilmiön. Suodatinkerroksena oli tässäkin tutkimuksessa hiekkainen maa. Tutkimuksessa havaittiin, että huhtikuussa virtaamahuiput pienenivät 13 %, kun elokuussa virtaamahuiput pienenivät 26 %. Tutkijat epäilivät, että huhtikuussa rakenne saattoi olla yhä ainakin osittain jäässä, jolloin kanavoitumista saattoi esiintyä. Hatt et al. (2009) havaitsivat, että virtaamahuippu aleni keskimäärin 80 %, aleneman vaihdellessa välillä 37-97 %, kun suodatinkerroksen materiaalina käytettiin hiekkaista silttiä. Hattin et al. (2009) tutkimuksessa saama virtaamahuipun aleneman suuruus verrattuna norjalaisiin (Muthanna et al. 2008, Muthanna et al. 2007b) tutkimuksiin selittyy viipymäaikojen erona. Muthannan molemmissa tutkimuksissa (Muthanna et al. 2008, Muthanna et al. 2007b) suodatinkerroksen maa-aineksena käytettiin hiekkaa, joka läpäisee vettä nopeammin kuin hienorakeisempi hiekkainen siltti. Tämän johdosta Hattin et al. (2009) tutkimuksen rakenne viivyttää hulevettä paremmin ja pienentää virtaamahuippuja tehokkaammin. Eri mailla on suunnitteluohjeita, joissa annetaan suosituksia suodatusrakenteille sopivista hydraulisista johtavuuksista. Esimerkiksi Australian suunnitteluohjeissa (Le Coustumer et al. 2012) suositellaan imeyttävien rakenteiden hydrauliseksi johtavuudeksi 5035 200 mm/h. Le Coustumer et al. (2012) tutkivat 75 biosuodatusrakenteen hydraulista johtavuutta eri kasvilajeilla. Tutkijat havaitsivat suodatinrakenteen hydraulisen johtavuuden alenevan alle puolessatoista vuodessa keskimäärin arvosta 186 mm/h arvoon 51 mm/h, jonka jälkeen sen havaittiin saavuttavan asymptoottisen arvonsa eikä hydraulinen johtavuus enää juurikaan muuttunut. Suodatinkerroksen tukkeutumista voidaan vähentää lisäämällä rakenteeseen vermikuliittia ja perliittiä. Lisäämällä näitä hiekkaiseen silttikerrokseen, Le Coustumer et al. (2012) saivat tutkimuksessaan suodatinkerroksen hydrauliseksi johtavuudeksi 60 viikon jälkeen 196 mm/h. Toinen hydraulista johtavuutta parantava aines on komposti, jota lisäämällä hiekkaiseen silttikerrokseen saivat tutkijat suodatinkerroksen hydrauliseksi johtavuudeksi 60 viikon jälkeen 174 mm/h. Hulevesioppaassa (Suomen Kuntaliitto 2012) on määritetty suodattavan rakenteen hydraulisen johtavuuden minimiarvoksi 10-6 m/s. Ehtona tällä on kuitenkin, että altaan tyhjeneminen tulisi tapahtua vuorokauden kuluessa. Tällä varmistetaan, että rakenne toimii myös peräkkäisissä rankkasadetapahtumissa ja hydraulinen johtavuus riittää kuivattamaan rakenteen riittävästi, jotta rakenne ei jäädy umpeen talvisin. Hydraulisen johtavuuden minimiarvon mukaista maa-ainesta käytettäessä tarvitaan 10 m2 alue imeyttämään 1 m3 hulevettä vuorokaudessa. Tilantarve on siis suuri, jos käytetään pienintä sallittua hydraulista johtavuutta. Koska tila on kuitenkin yleensä rajallinen ja hulevesimäärät suuria, tulee hydraulista johtavuutta kasvattaa, jotta saadaan suodatusrakenteen pinta-alaa pienennettyä. Tukkeutumisprosessista tiedetään hyvin vähän, vaikka se määrää rakenteen käyttöiän ja on siksi tärkeää ottaa huomioon suunnittelussa. Rakenteen tukkeutuminen pienentää lähtevää virtaamaa ja siten pidentää viivytysaikaa, mitä sinänsä voidaan pitää positiivisena vaikutuksena. Samalla tukkeuma saattaa kuitenkin lisätä ylivirtaamia, koska rakenteen alhainen hydraulinen johtavuus kerryttää vettä rakenteen päälle enemmän kuin mihin mitoituksessa on välttämättä varauduttu. Ylivirtaamat taas kasvattavat virtaamahuippuja ja vähentävät käsitellyn veden osuutta vesistöön päätyvästä hulevedestä ja heikentävät siten vastaanottavan vesistön laatua. Tukkeuman ollessa rakenteen pinnalla jäävät haitta-aineet maan pinnalle, koska ne eivät pääse suodattumaan rakenteeseen. Tällöin maan pinnalle kertyy korkeita pitoisuuksia haitallisia aineita. (Le Coustumer 2012.) Siriwardenen et al. (2007) mukaan tukkeutumista aiheuttavat pääasiassa sedimenttipartikkelit, joiden halkaisija on pienempi kuin 6 m. He havaitsivat myös, että rakenteen tukkeutumista tapahtuu erityisesti suodatinkerroksen ja alla olevan maan 36 rajapinnassa. Tukkeutuminen kuitenkin vähentyy, jos rakenteessa on kyllästynyt kerros, jonka vedenpinta pidetään tasaisena ja riittävästi kerrosten rajapinnan yläpuolella. Tällöin tasainen vesipinta suojaa herkästi tukkeutuvaa yhtymäkohtaa keräämällä sedimenttiä vedenpinnan tasolle. Siriwardenen et al. (2007) tutkimuksessa vedenpintaa pidettiin 450 mm ja 750 mm rajapinnan yläpuolella ja molemmilla havaittiin suojaava vaikutus tukkeutumista vastaan. Rakenteessa, jossa vedenpinnan korkeustaso vaihteli, sedimenttipartikkelit pääsivät kulkeutumaan materiaalien rajapinnalle aiheuttaen tukkeutumista. Kasvillisuudella voidaan vähentää myös rakenteen tukkeutumista, sillä kasvit ylläpitävät juurillaan maaperän hydraulista johtavuutta levittäytymällä suodatinkerrokseen (Li ja Davis 2009). Kasvit, joilla on paksut juuret, säilyttävät tai jopa parantavat maan hydraulista johtavuutta. Sen sijaan kasvit, joilla on ohuet ja tiheät juuret, eivät juuri eroa kasvittoman rakenteen hydraulisesta johtavuudesta. Paksujuuriset kasvit ylläpitävät maan hydraulista johtavuutta muodostamalla makrohuokosia juurillaan. Hydraulista johtavuutta parantamalla kasvit vähentävät ylivuotovirtaamia, koska vettä saadaan käsiteltyä enemmän rakenteen kautta. Esimerkiksi suodatinrakenteen, jossa kasvina käytettiin Melaleuca kasvisukuun kuuluvaa kasvia, hydraulinen johtavuus 4. viikon jälkeen oli 155 mm/h ja 60. viikon jälkeen 295 mm/h. Eli kasvi paransi suodatinrakenteen hydraulista johtavuutta. (Le Coustumer et al. 2012.) Kasveja valittaessa on siis syytä kiinnittää huomiota niiden haitta-aineiden ja ravinteiden puhdistuskyvyn lisäksi myös juuriston ominaisuuksiin tukkeutumisen estämiseksi. Kasvien tulee myös pärjätä paikallisissa oloissa eli esimerkiksi Suomessa kasvien tulee olla talven kestäviä. Parhaiten tämä varmistetaan valitsemalla paikallisia kasveja. Hulevesiopas suosittelee biosuodatusalueille muun muassa pajuja (Salix), leppiä (Alnus), rentukkaa (Caltha palustris), keltakurjenmiekkaa (Iris pseudacorus), ranta-alpia (Lysimachia vulgaris) ja rantakukkaa (Lythrum salicaria) (Suomen Kuntaliitto 2012). Norjalainen tutkimusryhmä käytti biosuodatusrakenteessaan tyrniä (Hippophae rhamnoides), rantakukkaa (Lythrum salicaria), keltakurjenmiekkaa (Iris pseuacorus) ja pikkutalviota (Vinca minor), joita kaikkia esiintyy myös Suomessa. (Muthanna et al. 2008, Lampinen et al. 2012.) 4.5 Biosuodatusalueen mitoitusmenetelmät Suomessa hulevesijärjestelmät (esim. Suomen Kuntaliitto 2012) mitoitetaan sade- tai sulamistapahtumalle, joka esiintyy tietyllä todennäköisyydellä. Valittava todennäköi37 syys on riippuvainen ympäröivistä toiminnoista eli aiheuttaako tulviminen suurta haittaa ympäristössä vai ei. Määrälliseen hallintaan tarkoitetut viivytysrakenteet, joihin salaojallinen biosuodatus voidaan lukea, mitoitetaan yleensä lyhyelle rankkasateelle, jonka toistuvuus voi olla esimerkiksi viiden vuoden välein ja kesto 10 min. Biosuodatus on myös huleveden laadullisen hallinnan menetelmä. Laadullisen hallinnan järjestelmät mitoitetaan yleensä kestämään vain 80 % vuosittaisista sadetapahtumista, jolloin järjestelmien tilan tarve on siis huomattavasti pienempi. Jos biosuodatuksella halutaan saavuttaa sekä laadullista että määrällistä hallintaa, on mitoittava tekijä määrällinen hallinta. Biosuodatuksen koon mitoittamisesta ei ole yhtä ainoaa käytäntöä, vaan menetelmät riippuvat maasta ja jopa maan sisällä on eri käytäntöjä. Esimerkiksi Yhdysvalloissa mitoituskäytännöt vaihtelevat osavaltioiden välillä. Roy-Poirier et al. (2010) selvittivät Yhdysvaltojen osavaltioiden kattavimpia ohjekirjoja ja löysivät viisi mitoitusmenetelmää. Georgian, Marylandin, New Yorkin ja Vermontin osavaltioissa biosuodattimen mitoitus perustuu mitoitettavaan vesimäärään, joka halutaan biosuodatuksella puhdistaa ja Darcyn lakiin perustuvaan malliin, jolla mitoitetaan suodatinkerroksen koko. Darcyn laki kuvaa virtaaman suuruutta biosuodatusrakenteen läpi, kun biosuodatusalueen pintaala, hydraulinen gradientti ja vedenjohtavuuskerroin tunnetaan (Hamill 2001). Rationaalinen menetelmä (esim. Thompson 2007) oli käytössä Pohjois-Carolinan osavaltiossa ja REGARGA-malli (Atchison ja Severson 2004) Wisconsinin osavaltiossa. Virginian ja Idahon osavaltioissa biosuodatuksen pinta-ala lasketaan suoraan prosenttiosuutena valuma-alueen läpäisemättömästä pinta-alasta. Delawaren osavaltiossa biosuodatusalueen koko riippuu tulevan kuormituksen suuruudesta. Vaihtoehtoja ja käytäntöjä on siis erilaisia eivätkä menetelmät ole kovin yhtenäisiä. (Roy-Poirier et al. 2010.) Muthanna et al. (2007c) vertailivat kahdeksaa yleisimmin käytettyä mitoitusmenetelmää (taulukko 1), käyttämällä samoja lähtötietoja kaikissa mitoituksissa. Tutkimuskohde sijaitsi Norjan Trondheimissä. Mitoitusmenetelmillä saadut pinta-alat vaihtelivat välillä 0,95-4,87 m² ja prosentuaaliset osuudet valuma-alueen pinta-alasta olivat 5-24 %. Menetelmillä saadut pinta-alat ja prosenttiosuudet valuma-alueesta kasvavat taulukossa 1 ylhäältä alaspäin. Menetelmän valinnalla voi siis olla jopa viisinkertainen vaikutus mitoitettuun pinta-alaan. Testikohteissa huomattiin, että rationaalisella menetelmällä ja PGC 5-7 % -menetelmällä (PGC on lyhenne sanasta Prince George’s County) mitoitetut 38 biosuodatuskentät tulvivat viidesti 10 kuukauden koejaksona ja vesi viipyi niiden pinnalla pitkään verrattuna muihin menetelmiin. Menetelmät, jotka kattoivat vähintään 8 % läpäisemättömästä pinta-alasta, riittivät mitoitetun hulevesimäärän käsittelyyn tulvimatta. Näitä menetelmiä olivat kaikki muut paitsi kaksi ensimmäistä mitoitusmenetelmää. (Muthanna et al. 2007c.) 39 Taulukko 1 Yleisimmät mitoitusmenetelmät biosuodatukselle George's County 2007). Menetelmä Kuvaus Laskukaava Rationaalinen Käytetään rationaalista Abio=CAT menetelmä menetelmää ja hoitokerrointa. (Muthanna et al. 2007, Prince Selitteet Abio=biosuodatuksen pinta-ala, C=valuntakerroin, A=kuivatettava alue T=käsittelykerroin (%) PGC (Prince George’s County) 5-7 % Biosuodatuksen koko Abio=AkuivatettavaP on tietty prosenttiosuus koko kuivatettavasta pinta-alasta. Akuivatettava=kuivatettava alue, P=prosenttiosuus, joka varataan käsittelylle WDNR (Wisconsin Department of Natural Resources) Kiinteistönomistajille Abio=AvalumaSt tarkoitettu menetelmä, joka ei vaadi suurta ymmärrystä hydrologiasta. PGC 1,27 Mitoitetaan systeemi Abio=Aläp.1,27/100/dbio kestämään ensimmäinen 1,27 cm sadannasta. Abio=sadepuutarhan pinta-ala, Avaluma=valumispintojen ala (yleensä katto tai ajotie), St=mitoituskerroin, joka riippuu maaperästä, rakenteen syvyydestä ja pintavalunnan matkasta. Abio =sadepuutarhan pinta-ala, Aläp.=läpäisemätön pinta-ala, dbio=painanteen syvyys PGC yhdistettynä CN Laskennallisesti määritetyt käyränumerot (CN), joilla arvioidaan vesimääriä ennen ja jälkeen alueen kehittämisen. Systeemi mitoitetaan kestämään ensimmäiset 1,25 cm sadannasta SCS (Soil Käyränumeron avulla Conservation lasketaan vaadittu Service) pinta-ala, joka varastoi virtaama ensimmäisen 2,54 cm virtaamasta. CNc=CNp+(Pläp./100)(98CNp)(1-0,5R) CNc on käyränumero kehityksen jälkeiselle vesimäärälle. CNp on käyränumero ennen kehitystä. Pläp. on läpäisemättömän pinnan prosenttiosuus. R on 1 kaikille BMBmenetelmille, jotka estävät veden virtauksen läpäisemättömiltä pinnoilta uomaan. Dvaluma=P-0,2S²/P+0,8S S=1000/CN-10 Dvaluma=veden syvyys, P=2,54 cm:n sadanta, CN=käyränumero (yleensä 98 läpäisemättömille pinnoille). Haddam Tämä menetelmä on CNc=CNp+(Pläp./100)(98sadepuutarha sama kuin PGC 1,27 - CNp)(1-0,5R) menetelmä, paitsi että syteemi mitoitetaan ensimmäiselle 2,54 cm sadannasta. Katso PGC yhdistettynä CN -menetelmän selitteet. RFM (Runoff Frequency Spectrum) -Darcy Rv=Tilavuudellinen valuntakerroin, a=vakio=0,05, b=vakio=0,009, I=läpäisemättömän pinnan prosenttiosuus valuma-alueesta, WQv=mitoitusvesimäärä (ensimmäisellä 1,27 tai 2,54 cm:n sadannalla) (m³), P=mitoitussade (mm) Af=suodatinkerroksen pinta-ala (m²), df=suodatinkerroksen syvyys (m), k=suodatinkerroksen läpäisevyyskerroin (m/d), hf=sallittu lammikoitumissyvyys (m), tf= suunniteltu tyhjentymisaika (d) Alueen koko määritel- Rv= a+bI lään prosenttiosuutena WQv=PRvA/1000 läpäisemättömästä Af=(WQv)(df)/[k(h f+df)tf] alueesta. Suodattavan kerroksen koko perustuu Darcyn lakiin. 40 Muthanna et al. (2007c) tutki myös, miten eri menetelmillä saadut biosuodatuskohteet toimivat talviolosuhteissa, jos rakenteen päälle kasataan lunta. Tutkittavia tilanteita oli kolme. Ensimmäisessä tilanteessa oletettiin, että kaikki talvella satanut lumi varastoidaan. Toisessa tilanteessa enintään puolet koko talven lumimäärästä on kerralla kasattuna, jolloin oletetaan, että osa lumesta sulaa jo talvella ja että jonkinlaista lumen lajittelua puhtauden perusteella tehdään. Kolmannessa tilanteessa neljännes lumesta on kasattuna, jolloin oletetaan, että talvella on useita sulamistapahtumia ja käytössä on kehittynyt lajittelumenetelmä. Lajittelussa vain likaisimmat lumet kasataan biosuodatinrakenteiden päälle käsiteltäviksi. Lumimäärää vähentää sen mahdollinen sulaminen talven leutoina päivinä sekä kehittynyt lumen lajittelu. Reunaehtona menetelmän hyväksymiselle oli se, ettei lumen kasaaminen aiheuttaisi yli kahden metrin korkuista lumikasaa. Yksikään menetelmistä ei pystynyt varastoimaan koko talven lumia ilman, että kasa nousisi yli kahden metrin korkuiseksi. Kolme suurinta biosuodatusallasta riittävät kuitenkin varastoimaan puolet talven lumimäärästä sallitun korkeusrajoituksen sisällä. Kaikki paitsi kaksi pienintä menetelmää pystyivät varastoimaan noin neljänneksen kokonaislumimäärästä. Tämän perusteella voidaan todeta lumen olevan testikohteessa Norjan Trondheimissä mitoittava tekijä, jos biosuodatusalueen päälle halutaan kasata lunta enemmän kuin neljännes alueen koko talven lumista. Biosuodatusalueen koolla verrattuna valuma-alueen kokoon on havaittu olevan vaikutusta typen ja fosforin pidättymiseen rakenteessa. Bratieres et al. (2008) havaitsivat, että suurempi biosuodatusalue pidättää paremmin huleveden ravinteita kuin pienempi biosuodatusalue. Biosuodatusalueen, joka oli 1 % valuma-alueen pinta-alasta, typpikonsentraatio rakenteesta lähtevässä hulevedessä oli 1,1 mg/l. Biosuodatusalueilla, jotka olivat 2 % ja 4 % valuma-alueistaan, typen konsentraatiot lähtevässä hulevedessä olivat vain 0,8 mg/l. Fosforin osalta havaittiin sama ilmiö, joskaan konsentraatioiden ero ei ollut yhtä merkittävää, koska fosforin poisto oli joka tapauksessa tehokasta kaikilla mitoitusvaihtoehdoilla. 4.6 Rakentamisen valvonta ja kunnossapito Rakentamisen aikainen valvonta ja kunnossapito ovat olennaisimmat tekijät, joilla varmistetaan biosuodatusalueen toimivuus Brownin ja Huntin (2012) mukaan. Biosuodatuksen maan päällinen painanne, johon vesi lammikoituu ennen suotautumistaan raken41 teeseen, mitoitetaan yleensä suhteellisen matalaksi, noin 300 mm:n syvyiseksi. Mitoitettu vesimäärä saattaa olla kuitenkin suuri, jos biosuodatusalueen pinta-ala on suuri. Jos rakenteen syvyys jää huolimattoman rakentamisen vuoksi matalammaksi kuin on mitoitettu, ovat vaikutukset maan päälliseen varastotilavuuteen suuret. Brown ja Hunt (2012) tutkivat Yhdysvaltojen Nashvillessa ostoskeskuksen parkkipaikalle rakennettuja seitsemää biosuodatinta. Kun rakentamisesta oli kulunut useita kuukausia havaittiin, että rakenteet tulvivat jo 9 mm:n sateella, vaikka ne oli mitoitettu 25 mm sadetapahtumalle. Maanpäälliset vesivarastot eivät myöskään kuivuneet määrätyssä 12 tunnissa, vaan kuivuminen kesti yleensä 48 tuntia tai sitä enemmän. Tutkittaessa pintarakenteita havaittiin, että todelliset maanpäälliset varastotilavuudet olivat vain 28-35 % mitoitetuista varastotilavuuksista. Lisäksi rakenteiden päällimmäinen kerros oli tukkeutunut graniittipartikkeleista, jotka olivat peräisin parkkipaikan asfaltointitöistä. Korjaustöinä rakenteista vaihdettiin päällimmäiset 75 mm ja luiskia jyrkennettiin, jotta suodatuskerrointa ja varastotilavuutta saatiin kasvatettua. Muutoksista huolimatta biosuodatusalueilla ei päästy alkuperäisen mitoituksen vaatimiin varastotilavuuksiin. Korjaustöiden jälkeen kuitenkin vain 11-12 % virtaamasta poistui rakenteista ylivirtaamina, kun ennen korjausta ylivirtaaman osuus oli 37-39 %. Brownin ja Huntin (2012) tutkimuksessa korostuu rakentamisen aikainen ja sen jälkeisen lopputarkastuksen merkitys rakenteen toimivuuden varmistuksessa. Taulukossa 2 on esitetty australialaisessa biosuodatusoppaassa oleva tarkistuslista seikoista, jotka tulisi huomioida rakentamisen aikaisessa tarkastuksessa ja lopputarkastuksessa. 42 Taulukko 2 Tarkistuslista rakentamisen aikaiselle katselmukselle ja loppukatselmukselle Melbourne Water 2005). 43 Metallien pidättymisen kannalta merkitsevä tekijä pidätyskyvyn säilyttämiseksi on katekerroksen uusiminen. Katekerros tulisi uusia arviolta 3-7 vuoden välein, jotta rakenteen toimintakyky metallien sitomisessa säilyy. (Muthanna 2007.) Myös katteen maatumisen vuoksi katetta tulee lisätä säännöllisesti suodatinrakenteen pinnalle. Suodatinkerroksen vaihtoväliksi riittää arviolta 10-20 vuotta. Lisäksi säännöllisenä huoltotoimenpiteenä tulisi leikata kasveja, jolloin niiden elinikä pitenee ja kasvien sitomia metalleja saadaan poistettua systeemistä. (Muthanna et al. 2007b.) Tutkimuksessa arvioitiin maantien hulevesien biosuodatusrakenteen elinkaareksi ilman kunnossapitoa noin 11 vuotta, jonka jälkeen rajoittavan metallin, joka tässä tapauksessa oli sinkki, poisto ei olisi enää tehokasta. Suorittamalla tarvittavia huoltotoimenpiteitä kuten lisäämällä katetta ja leikkaamalla kasvillisuutta, saadaan rakenteen elinikää kuitenkin pidennettyä. Elinkaaren voidaan myös olettaa olevan pidempi, jos rakenne sijaitsee esimerkiksi keskusta- tai asuinalueella, jossa tuleva hulevesi on puhtaampaa. (Muthanna 2007.) Esimerkkinä pidemmästä elinkaariarviosta on Delawaren hulevesien hallintaoppaassa esitetty arvio, jossa biosuodatusrakenteen elinkaareksi arvioitiin noin 50 vuotta, jos katekerrosta kunnossapidetään riittävästi (Lucas 2005). Suomen Kuntaliiton (2012) mukaan biosuodatusalueen kunto tulee tarkistaa joka vuosi. Kuntotarkastuksessa tarkistetaan esiintyykö biosuodatusalueella eroosiota sekä leikataan kosteikkokasvillisuutta ja kuolleita kasveja pois. Kuolleiden kasvien tilalle tulee istuttaa uusi kasvi, joko samaa kasvilajia tai tarvittaessa toista kasvilajia, jos nykyinen kasvilaji ei menesty biosuodatusalueella. Lisäksi tulee poistaa rakenteen pinnalle ja salaojiin kertynyttä sedimenttiä, puhdistaa alue kertyneistä roskista, tarkistaa kaivojen kansistojen korkeusasemat ja suoruudet, varmistaa purkureitin, padon tai ylivuotoreitin toimivuus ja huoltaa mahdolliset kivipinnat. Leikkuujätteet tulee viedä pois biosuodatusalueelta, jotta systeemistä saadaan poistettua niihin sitoutuneita ravinteita ja raskasmetalleja. Kasvillisuuden leikkuu ja sedimentin poisto kannattaa suorittaa syyslokakuussa, jolloin kasvien kasvukausi on ohitse ja biosuodatusalue kestää paremmin painoa. Oppaan mukaan biosuodatusalueita ei pidä myöskään lannoittaa, ettei lisätä rakenteesta poistuvan huleveden ravinnepitoisuuksia. Marylandin osavaltion biosuodatusoppaassa (Prince George’s County 2007) on esitetty tarpeellisia kunnossapitotoimenpiteitä, jotka voidaan jakaa kasvien ylläpitoon ja imeytyksen ylläpitoon. Kasvillisuuden hoitoon kuuluu muun muassa rikkaruohojen kitkemi44 nen ja niiden kasvun hillitseminen lisäämällä katetta. Kunnossapitotoimiin kuuluu myös kuolleiden tai vioittuneiden oksien poistaminen tai tarvittaessa uusien kasvien istuttaminen kuolleiden tilalle. Nämä toimenpiteet on oppaan mukaan hyvä suorittaa keväällä tai syksyllä. Biosuodatusoppaan mukaan lannoitusta tuskin tarvitaan, mutta sen käyttöä ei myöskään kielletä. Jos kasveja lannoitetaan erikseen, on riskinä, että kasvit eivät käytä hulevedestä saatavia ravinteita, jolloin ravinteiden pidätysteho rakenteessa pienenee. Kuivilla alueilla voi olla tarpeen kastella kasveja, etenkin kolme ensimmäistä vuotta istutuksen jälkeen ovat kriittisiä kasvien selviytymisen kannalta. Jos imeytyskyvyssä on ongelmia, saattaa katekerroksen vaihtaminen auttaa, jos tukkeuma on rakenteen pinnalla. Tällöin voi auttaa myös biosuodatusalueen haravoiminen lehdistä. Jos sen sijaan suodatinkangas on tukkeutunut, voi imeytymistä yrittää parantaa pistelemällä reikiä suodatinkankaaseen. Jos taas suodatinkerros on tukkeutunut, voidaan tehdä vertikaalinen hiekkakerros, joka ohjaa vettä alaspäin rakenteessa puhdistaen sitä samalla. Pahimmassa tapauksessa saatetaan joutua uusimaan koko rakenne. Tukkeumaa aiheuttavat yleensä huleveden sedimenttipartikkelit, mutta myös roskat ja jätteet voivat estää huleveden pääsyä rakenteeseen. Roskat tulisikin poistaa rakenteesta ja virtaaman tulokohdista aina niitä havaittaessa. Virtaaman estymisen lisäksi roskat ovat esteettinen haitta ympäristölle. Roskien lisäksi myös lemmikkien jätökset tulisi poistaa rakenteesta, koska ne voivat sisältää taudinaiheuttajabakteereita, jotka kulkeutuvat huleveden mukana lopulta vastaanottavaan vesistöön. Talvisin lumia ei saisi Marylandin oppaan (Prince George's County 2007) mukaan kasata biosuodatusalueen päälle tai sisääntuloaukon eteen, koska siitä on haittaa rakenteen kevätaikaiselle toiminnalle. Tällöin rakenne ei pääse imeyttämään lumen sulamisvesiä, koska se on yhä lumen peitossa eikä vesi ei pääse virtaamaan rakenteeseen. Rakenteen päälle satanutta lunta ei kuitenkaan suositella poistettavaksi rakenteesta, vaan siihen satanut lumi saa sulaa itsestään. Jos jäänpoistokemikaaleja käytetään biosuodattimen lähistöllä, tulisi niissä käyttää mahdollisimman ympäristöystävällisiä kemikaaleja. Jäänpoistoa ei suositella biosuodatusalueella. Australialaisessa ohjekirjassa (Melbourne Water 2005) esitetyt huoltotoimenpiteet vastaavat pääasiassa yhdysvaltalaisia ohjeita, paitsi että ohjeessa on lisäksi tarkistuslista, jonka voi ottaa mukaan kunnossapitotarkastukselle ja se on esitetty taulukossa 3. 45 Taulukko 3 Tarkistuslista kunnossapidolle (Melbourne Water 2005). Biosuodatusalueen kunnossapidon tarkistuslista Tarkastustiheys: 3 kuukauden välein Tarkastuspäivä: Sijainti: Kuvaus: Tarkastajan nimi: Tarkastettavat kohteet Onko sedimentin kerääntymistä tulovirtaamakohdissa? Onko roskia painanteessa? Onko eroosiota tuloaukoissa tai muissa tärkeissä rakenteissa? Onko sattunut liikennevahinkoa? Onko viitteitä jätteiden kaadosta (esim. rakennustyömaajätettä)? Onko kasvillisuuden kunto riittävä (tiheys, rikkaruohot jne.)? Tarvitaanko uudelleen istutusta? Tarvitaanko niittoa? Onko tukkeumaa salaojaputken lähellä (sedimenttiä tai jätteitä)? Onko viitteitä lammikoitumisesta? Ovatko reunakivet yhä paikoillaan? Onko rakenteessa vaurioita tai onko tehty ilkivaltaa? Onko rakenteen pinnalla näkyvää tukkeumaa? Tarkistettiinko salaojitus? Onko uudelleenasennus tarpeellinen? Kommentteja: Kyllä Ei Tarvittavat toimenpiteet (yksityiskohdat) 4.7 Biosuodatusalueen kustannustarkastelu Kustannusarviossa ennakoidaan odotettavissa olevia kustannuksia jakamalla projekti eri tehtäviin ja osatehtäviin. Jakamalla projekti osiin päästään tarkempiin arvioihin eri osaalueiden materiaali-, tarvike- ja työvoimakustannuksista. Kustannuksia arvioitaessa on muistettava ottaa huomioon projektin aikataulu ja sitä kautta varata osatehtäviin aikataulun mukaisesti työvoimaa. (Prince George's County 2007.) Lloyd et al. (2002) seurasi uuden asuinalueen suunnittelua ja rakentamista. Suunnitteluvaiheessa vertailtiin perinteisestä hulevesiviemäröidystä ratkaisusta aiheutuvia kustannuksia luonnonmukaisen hulevesirakentamisen kustannuksiin. Vertailussa huomattiin, että kustannukset olivat noin 5 % suuremmat luonnonmukaisessa hulevesien hallinnassa, jossa katujen varsilla on käytetty biosuodatusta ja ennen lampeen ohjausta hulevedet on ohjattu kosteikon läpi. Kun hulevesijärjestelmän kustannukset suhteutetaan koko rakentamishankkeen kustannuksiin, on kustannusnousu enää 0,5 %, koska hulevesirakentamisen osuus on noin 10 % hankkeen kokonaiskustannuksista. Kustannuseron voidaan olettaa pienenevän tulevaisuudessa, kun luonnonmukainen rakentaminen yleistyy, eivätkä urakoitsijat enää lisää riskilisiä budjetteihinsa. Urakoitsijat voivat lisätä tarjousta tehdessään arvioituihin kustannuksiin riskilisää uuden tyyppisiin hankkeisiin, joiden 46 kustannuksista heillä ei ole vielä tarpeeksi kokemusta. (Lloyd et al. 2002.) Kustannuksia saadaan myös alennettua, jos pystytään hyödyntämään helposti saatavilla olevia materiaaleja ja tarvikkeita sekä hyödyntämään työvoimaa tehokkaasti aikatauluttamalla projektin tehtävät hyvin (Lloyd et al. 2002, Prince George's County 2005). LID-oppaassa (Hinman 2005) selvitettiin vanhan asuinalueen kunnostushankkeen kustannuksia, jos alueelle asennetaan jälkikäteen biosuodatusalueet verrattuna kustannuksiin, jotka tulisivat hulevesiviemäröinnin ja katujen reunakivien asentamisesta. Tonttikaduilla kustannukset olivat 24 % matalammat biosuodatusratkaisussa ja kokoojakadulla kustannussäästöjä saatiin jopa 45 % valitsemalla biosuodatus perinteisen viemäröinnin ja reunakivettyjen katujen sijaan. Biosuodatusrakenteessa kustannuksia saadaan säästettyä, koska se ei aiheuta katurakenteiden auki kaivamista, sillä biosuodattimet asennetaan katujen reunoille. Sen sijaan rakennettaessa hulevesiviemäröinti olemassa olevalle kadulle, joudutaan katurakenteet avaamaan, jotta viemärit saadaan asennettua kadun alle. Biosuodatuksen, kuten muidenkin luonnonmukaisten hulevesien hallintamenetelmien esteeksi, saattaa rakennetuilla alueilla muodostua kapeat katualueet, joissa ei ole tilaa rakenteille, koska tonttien rajat ovat hyvin lähellä ajorataa. Kustannuksia arvioitaessa on suunnittelun ja rakentamisen aikaisten kustannusten lisäksi huomioitava syntyvät kunnossapitokustannukset. Weiss et al. (2005) selvitti Yhdysvalloissa toteutettujen biosuodatuskohteiden vuosittaisia kunnossapitokustannuksia. Tutkittujen biosuodatuskohteiden vuosittaiset kunnossapitokustannukset olivat 0,7-10 % rakentamiskustannuksista. Yhdysvaltain ympäristösuojeluviraston arvion mukaan vuosittaiset kunnossapitokustannukset ovat arviolta 5-7 % rakentamiskustannuksista. (Weiss et al. 2005.) Biosuodatuksella ja muilla luonnonmukaisilla hulevesien hallintamenetelmillä on myös epäsuoria hyötyjä, joita on vaikea hinnoitella. Tällaisia ovat esimerkiksi alueen ja sen myötä tonttien ja asuntojen arvonnousu, koska kasvillisuuden säilyttäminen ja ympäristön arvostaminen rakentamisessa lisää yleisesti ihmisten kiinnostusta aluetta kohtaan. (Lloyd et al. 2002.) Biosuodatuksella saatavia vaikeasti hinnoiteltavia hyötyjä ovat turvallisuuden lisääntyminen rakentamisen aikana ja kunnossapidossa. Myös sedimentin kontrollointikustannukset alenevat, koska sedimenttikuormitus jakautuu tasaisemmin eikä kasaudu purkupisteeseen aiheuttaen siellä toimenpiteitä. Kustannuksia saadaan 47 säästettyä myös kunnossapidossa, suunnittelussa, asennuksessa ja huleveden johtamisessa purkupaikkaan. Suunnittelu- ja asennuskustannusten voidaan kuitenkin odottaa alenevan vain yksinkertaisilla rakenneratkaisuilla. Myös alueen esteettisyys lisääntyy ja samalla säästetään viherrakentamiskustannuksissa, koska kasvillisuus ja niiden istuttaminen sisältyvät hulevesirakentamiseen eikä erillisiä viheralueita katualueilla tällöin tarvita. (Prince George's County 2007.) Kustannusarvioita tehtäessä paras keino arvioida kustannuksia on selvittää jo rakennettujen samankaltaisten hankkeiden toteutuneita kustannuksia ja laatia niiden pohjalta arvio hankkeen kustannuksista. Jotta arvioissa päästään tulevaisuudessa tarkempiin tuloksiin, on tärkeää verrata arvioituja ja toteutuneita kustannuksia vanhoista hankkeista ja selvittää mistä suurimmat erot johtuivat. Näin voidaan välttyä tekemästä samoja arviointivirheitä tulevien hankkeiden kustannusarvioissa ja päästään lähemmäs todellisuutta. (Prince George's County 2007.) 48 5 Kirjallisuusosion tapaustutkimukset biosuodatuksesta 5.1 Yleistä Tapaustutkimusosiossa perehdytään Vantaalle suunniteltujen ja rakennettujen biosuodatuskohteiden suunnitteluratkaisuihin. Osion lopussa verrataan kohteiden suunnitteluratkaisuja toisiinsa sekä kirjallisuudessa esitettyihin suunnitteluratkaisuihin. Kuvassa 12 on esitetty Vantaa Suomen kartalla sekä tapaustutkimuskohteiden sijoittuminen Vantaalla. Kuva 12 Vantaan sijainti Suomessa sekä tapaustutkimuskohteiden sijainti Vantaalla (Google Maps 2012, Vantaan kaupunki 2012, muokattu). 5.2 Meiramitien biosuodatusalueet Meiramitie on kokoojakatu vilkkaasti liikennöidyllä teollisuusalueella Vantaan Koivuhaassa. Meiramitiellä kulkee paljon raskasta liikennettä ja bussireitti. Raskas liikenne on aiheuttanut katuun painaumia, joiden vuoksi katu peruskorjataan ja vuonna 1990 rakennettua vesihuoltoverkostoa saneerataan. Kuvassa 13 on valokuvia kadusta nykytilassa. Saneerauksessa hulevesiviemäri uusitaan lähes koko matkalta. Katualueen maaperä, jonne biosuodatusta on suunniteltu, on osan matkaa kitkamaata ja osan matkaa paksuhkoa savikkoa, jossa on paikoin alempana sitkeämpää savea kuin päällä. Savikerroksen alla on silttikerros ja sen alla on hiekkaa, soraa ja moreenia. Nykytilanteessa kadun kuivatus on järjestetty hulevesiviemäreillä. (Ramboll Finland 2011.) Raskas liikenne lisää haitta-aineita hulevesissä, joten biosuodatuksen asentaminen katualueelle on perusteltua. 49 Kuva 13 Meiramitien erotuskaista ja ajoradan painaumia nykytilanteessa. Biosuodatusalueita on suunniteltu ajoradan viereiselle erotuskaistalle viisi kappaletta ja lisäksi kadun toiselle puolelle tulee hulevesiä viivyttävä viherpainanne. Suunnitellut biosuodattimet sijaitsevat 300 metrin matkalla ja katujen hulevedet ohjataan niihin reunakiviä aukottamalla ja ohjaamalla vedet nupukiveyksen kautta biosuodatusalueelle. Kuva 14 on asemapiirustus yhdestä Meiramitielle suunnitellusta biosuodatusalueesta ja kuvassa 15 on suunniteltu tyyppipoikkileikkaus biosuodatusrakenteesta. Kuva 14 Asemapiirustus Meiramitielle suunnitellusta biosuodatusalueesta, joka on kuvassa esitetty vihreällä. 50 Kuva 15 Tyyppipoikkileikkaus Meiramitien biosuodatusrakenteesta. Biosuodattimien rakennekerroksessa ylimpänä on 400 mm kasvualustaa, jonka rakeisuuskäyrän tulee vastata InfraRYL 2010 kuvaa 23111:K3 (Ramboll Finland 2011). Tämä rakeisuuskäyrä soveltuu vaatimattomille puille, pensaille ja perennoille ja se on esitettynä kuvassa 16. (InfraRYL 2010). Rakeisuuskäyrästä nähdään, että kasvualusta sisältää noin 65 läpäisyprosenttia hiekkaa ja loput on pääasiassa silttiä. Kasvualustan alla on 200 mm syvyinen hiekkakerros ja tämän alla kuivatuskerros. Kuivatuskerros on syvyydeltään 500 mm ja se tehdään salaojasepelistä. Asennettavat salaojaputket ovat ulkohalkaisijaltaan 110 mm. Biosuodatusrakennetta ympäröi suodatinkangas, joka on käyttöluokkaa N3. Kuva 16 Rakeisuuskäyrä vaatimattomalle kasvualustalle (Infra-RYL 2010). 51 Kahteen biosuodattimeen on valittu kasvillisuudeksi rantavehnää (Leymus arenarius), kahteen lamoherukkaa (Ribes glandulosum) ja yhteen kirjopuntarpäätä (Alopecurus pratensis) ja pikkupihlaja-angervoa (Sorbaria sorbifolia). Rantavehnän istutusetäisyys on 0,5x0,4 m, lamoherukan 0,6x0,5 m, kirjopuntarpään 0,6x0,5 m ja pikkupihlaja-angervon 0,6x0,5 m. Kaikkien kasvien on todettu menestyvän hyvin Suomessa, joten talvikestävyydessä ei pitäisi olla ongelmia (Lampinen et al. 2012, Taimikko Ruhanen 2007). Istutuksilla on hoitotakuu 2 vuotta, jonka aikana biosuodatuksen kasvillisuutta hoidetaan VHT’05:n (Eskolainen 2005) hoitoluokan A3 mukaisesti. Vuosittaisiin hoitotoimiin kuuluu kevätkunnostus, joka tulee suorittaa huhtikuun loppuun mennessä. Kevätkunnostuksessa poistetaan liettynyt maa-aines ja paikataan istutukset. Lisäksi tarkistetaan, ettei veden johtumisessa biosuodatusalueille ole ongelmia ja että biosuodattimien salaojat toimivat. Kevätkunnostuksen lisäksi vuosittain poistetaan pensasalueille levittäytynyttä heinää ja tarkistetaan biosuodatusalueille johtavien kiveysten tasaukset ja korjataan mahdolliset poikkeamat. Rikkakasvien torjuntaa tehdään joka toinen viikko perenna-alueilla ja kuukauden välein pensasalueilla. Määrävuosina tarkistetaan, etteivät biosuodatusalueiden tasaukset poikkea suunnitellusta. Kuukausittaisessa tarkistuksessa tarkastetaan kiveyksien ja aukotettujen reunakivien kunto ja puhtaus. (Ramboll Finland 2011.) Biosuodatusrakenteiden kustannusarvio on sisällytetty kadun rakentamisen kustannuksiin. Biosuodatuksen rakennekerrosten materiaalit ja asennustyö on kuitenkin kustannusarviossa eriteltynä. Taulukossa 4 on esitettynä Meiramitien biosuodatusrakenteissa käytettyjä yksikkökustannuksia vuoden 2012 hintatasossa. Taulukko 4 Meiramitien kustannusarviossa käytetyt yksikkökustannukset biosuodatusrakenteille. Salaojasora [€/m] Suodatinkerros hiekasta [€/m³] Paikalla tehtävä kasvualusta lk 2 [€/m³] Bioaltaiden lapiotyöt [€/m³] Suodatinkangas N3 [€/m²] 40,61 9,65 5,65 15,00 1,47 52 5.3 Tikkurilantien biosuodatusalueet Pääkatuluokkainen Tikkurilantie, välillä Katriinantie ja Riipiläntie, rakennetaan Kehäradan eteläpuolelle. Uuden katuosuuden on tarkoitus parantaa Kehä III:n pohjoispuolista rinnakkaiskatuverkkoa luomalla ajoyhteys Vanhalta Porvoontieltä Hämeenkylänväylälle ja siten vähentää liikenneruuhkia Kehä III:lla. Samalla uusi katuosuus yhdistää uuden asuin- ja työpaikka-alueen Marja-Vantaan Aviapolikseen ja Tikkurilaan. Kadun ympäristö on yleiskaavassa merkitty maatalousalueeksi ja osittain myös maisemallisesti arvokkaaksi alueeksi. Vuonna 2030 liikennemäärän on arvioitu vaihtelevan välillä 17000-27000 ajon/vrk. (WSP Finland Oy 2008.) Suuren liikennemäärän vuoksi kadulta tulevat hulevedet sisältävät runsaasti haitta-aineita, jotka on hyvä käsitellä ennen niiden johtamista Vantaanjokeen. Tämän vuoksi biosuodatus soveltuu hyvin käytettäväksi hulevesien käsittelymenetelmäksi. Katuosuudella, jonne biosuodatusta suunnitellaan, maaperä on pääosin päältä kuivakuorisavea ja sen alla pehmeää tai hyvin pehmeää savea. Saven alapuolella on silttiä, jonka alla on keskitiivistä tai tiivistä kitkamaata. (WSP Finland Oy 2008.) Maaperä läpäisee vettä heikosti, joten imeyttämistä alueella ei juuri tapahdu. Biosuodatus toimii siis vettä viivyttävänä ja puhdistavana rakenteena alueella. Tikkurilantien varteen rakennetaan kuusi biosuodatusaluetta, joihin kadun hulevedet ohjataan maavallien kautta. Katuosuudelle ei tule reunakiviä, joten vedet ohjataan kaduilta kallistuksien avulla. Biosuodattimet ovat 2,5 m leveitä ja 5 m pitkiä. Painanteiden koko vastaa vähintään 2 % valuma-alueen pinta-alasta ja 10 % läpäisemättömästä pintaalasta. Biosuodattimet jakautuvat 650 m osuudelle Tikkurilantien varrella. Suodattuneet hulevedet ohjataan salaojissa avo-ojiin, joista ne päätyvät Vantaanjokeen. Salaojien halkaisijat ovat 110 mm ja niiden minimipituuskaltevuus on 0,5 %, jolla varmistetaan veden riittävä virtaus putkessa. (Vantaan kaupunki 2011a.) Suunnitelmapiirustuksista nähdään suunnitellut biosuodattimien poikkileikkaukset. Kuvassa 17 on tyyppipoikkileikkaus katualueesta biosuodatuksen kohdalta. Viisi biosuodatinrakennetta on 1500 mm syviä ja niiden päällä on 150 mm syvyinen lammikoitumistila ylivuotokaivolla varustettuna. Ylimpänä kerroksena on 400 mm kasvualustaa, joka koostuu hiekasta ja mullasta. Kasvualustan alapuolella on 600 mm suodatinkerros, jonka materiaali on raekooltaan 0-2 mm hiekkaa. Siirtymäkerros on suunnitelmassa 250 53 mm syvyinen ja materiaalina on hienosoraa, jonka rakeisuus on 2-8 mm. Alimpana rakennekerroksena on 250 mm syvä salaojallinen kuivatuskerros salaojasorasta, jonka raekoko vaihtelee välillä 8-16 mm. Rakennetta ympäröi suodatinkangas, joka on käyttöluokkaa N2. Yhdessä biosuodattimessa rakennekerrokset ovat muutoin samat, mutta siirtymäkerroksen tilalla käytetään suodatinkangasta N2. Kuva 17 Tyyppipoikkileikkaus Tikkurilantieltä biosuodatuksen kohdalta. Viisi rakenteeltaan samanlaista biosuodatinta eroaa kuitenkin siten, että yhteen on suunniteltu monimuotoista pintakasvillisuutta, toiseen ei lainkaan pintakasvillisuutta, kolmanteen on suunniteltu lisättävän puu- ja lehtihaketta, neljänteen on suunniteltu ensimmäisen tapaan runsasta kasvillisuutta ja tämän lisäksi sienirihmastoa sekä puuhaketta ja viidenteen suodattimeen on suunniteltu lisättävän kalkkia (Kasvio 2012). Kuudennessa biosuodattimessa rakennesyvyys on suunniteltu matalammaksi, koska siirtymäkerros on korvattu suodatinkankaalla. Tämän biosuodatusrakenteen pinnalle on tarkoitus lisätä puuhaketta ja runsasta kasvillisuutta. Tavoitteena on tutkia, kuinka nämä erilaiset rakenneratkaisut vaikuttavat huleveden puhdistuvuuteen. Näytteitä otetaan suodattuneesta hulevedestä jokaisen suodattimen jälkeen, jolloin voidaan vertailla eri biosuodatusrakenteiden puhdistustuloksia. 54 Lammikoitumistilan alimpaan tasoon valitaan hyvin kosteutta kestäviä kasveja ja painanteessa ylemmäs noustaessa voidaan valita kuivemman kasvupaikan kasvilajeja, jotka siten kestävät myös kesän vähäsateisia kausia. Perennat ja kasvit voidaan istuttaa perenna- ja kasvimattoina, kosteimpaan kohtaan istutus tehdään kosteikkotaimina ja kuivimpiin kohtiin pensastaimina. Perenna- ja kasvimatot toimivat painanteen luiskissa eroosiosuojana ja samalla ne estävät rikkaruohojen kasvua. Tässä vaiheessa suunnittelua ei ole kuitenkaan vielä valittu istutettavia kasvilajeja. Rakennetut katuviheralueet kuuluvat hoitoluokkaan A3, jonka mukaan niitä hoidetaan kahden vuoden takuuaikana. Tähän kuuluu alueen yleisilmeen siistinä pitäminen kuten roskien poisto. Biosuodatusalueita koskevia toimenpiteitä ovat uusien kasvien istutus kuolleiden tilalle, joko kevät- tai syysistutuksena, rikkakasvien poistaminen kolmesti kasvukautena ja syntyvän jätteen vienti pois alueelta. (Vantaan kaupunki 2011a). Kasveja tulee kastella aina tarpeen mukaan. Taulukko 5 toimii tarkastuslistana kunnossapidolle. Tikkurilantien suunnittelu ja rakentaminen suoritetaan ST-urakkana. Lyhenne ST tulee sanoista suunnittelee ja toteuttaa. ST-urakassa tilaaja maksaa sovitun kokonaissumman hankkeesta urakoitsijalle, joka suunnittelee ja toteuttaa kohteen. Tällöin tilaajalla ei ole tietoa kustannusten jakautumisesta urakan sisällä (Merenkulkulaitos 2009). Tämän vuoksi biosuodatuksen kustannusarviota tai yksikkökustannuksia ei voida Tikkurilantieltä esittää. 55 Taulukko 5 Valvontasuunnitelmalomake kunnossapidolle (Vantaan kaupunki 2011a). 56 5.4 Koisotien lumenvastaanottoalueen biosuodatusalue Biosuodatusta voidaan hyödyntää katujen hulevesien ja lumen sulamisvesien käsittelyn lisäksi myös lumenvastaanottoalueilla. Vuonna 2011 valmistuneeseen Koisotien lumenvastaanottoalueelle rakennettiin puhdistava biosuodatusalue. Lumen sulamisvedet ja sadevedet johdetaan läjitysalueen reunaojissa ensin hiekan- ja öljynerotukseen. Ennen erotinjärjestelmää hulevesiä mahtuu padottumaan läjitysalueelle 600 m³, jonka ylittävät vesimäärät ohjautuvat ylivuotoputkeen. Erotinjärjestelmän mitoitusvirtaama on 15 l/s, joka vastaa arvioitua lumen sulamisveden virtaamaa. Erotinjärjestelmästä vedet jatkavat biosuodatusalueelle. (FCG Planeko Oy 2009b.) Erotinjärjestelmä ja biosuodatusalue ovat esitettynä kuvassa 18. Kuva 18 Kaaviomainen kuva Koisotien lumenvastaanottoalueen lumen sulamisveden käsittelystä (Tuominen 2009). Biosuodatusalueesta 90 % on kasvien peitossa. Kasveiksi on valittu kosteutta ja lumen suurta suolapitoisuutta kestäviä kasvilajeja. Valitut kasvit ovat järviruoko (Phragmites australis), järvikaisla (Schoenoplectus lacustris) ja kapealehtiosmankäämi (Typha angustifolia). Biosuodatusalueen ympärille kylvetään tulvaniittyä, rantaniittykasveja ja luhtalemmikkejä. (Suomen Kuntaliitto 2012.) 57 Suunnitelmapiirustuksista nähdään, että biosuodatusalueen pinta-ala on 1000 m², lammikoitumistilavuus on 300 m³ ja lammikoitumissyvyys enintään 250 mm. Ylivuoto ohjautuu suoraan kosteikkoon. Biosuodattimen rakenteena on 500 mm syvä suodatinkerros, suodatinkangas ja kuivatuskerros, jossa on salaojaputki. Suodatinkerroksessa on 50 % hiekkaa, 28 % vaatimattomien kasvien kasvualustaa ja 20 % humusta. Suodattunut hulevesi ohjataan salaojissa kosteikkoon. Rakenteen poikkileikkaus esitetään kuvassa 19. Kuva 19 Koisotien biosuodatuksen poikkileikkaus. Kuvassa 20 näkyy erotinjärjestelmän tarkastuskaivot ja biosuodatusalue. Maavalli sortui kesällä 2012 erotinjärjestelmän kohdalta, koska stabilointia ei ollut tehty luiskiin asti ja biosuodatuksen kohdalla luiskat eivät olleet yhtä pitkät kuin muualla rakenteessa. Kuva 20 Koisotien erotinjärjestelmä ja biosuodatusalue. Toteutuneita kustannuksia ei ole vielä eritelty toiminnoittain, mutta vuoden 2009 kustannusarviossa biosuodatusalueen kustannuksiksi arvioitiin 40 000 €. Siitä maa- ja pintarakenteiden osuus oli 8 000 € ja loput kustannuksista tuli ylivuotoputkista, tulokaivosta ja salaojista. Hiekan- ja öljynerotinjärjestelmän kustannuksiksi arvioitiin samana vuonna myös 40 000 € (FCG Planeko Oy 2009b). 58 5.5 Tapaustutkimusten vertailu kirjallisuuteen ja kirjallisuusosion yhteenveto Vantaalle suunnitelluista kolmesta biosuodatuskohteesta kaksi sijoittuu katualueelle ja yksi sijoittuu lumenvastaanottoalueelle. Geometrioiltaan Meiramitien ja Tikkurilantien katualueille suunnitellut biosuodatusalueet muistuttavat toisiaan ollessaan suorakulmion muotoisia, kun taas Koisotien biosuodatusalue on ympyrän muotoinen. Meiramitien ja Tikkurilantien biosuodattimien poikkileikkaukset muistuttavat paljolti toisiaan. Molemmissa lammikoitumissyvyys on 150 mm, kun taas Koisotien biosuodattimessa lammikoitumissyvyyttä on 250 mm. Kirjallisuudessa lammikoitumissyvyydet ovat vaihdelleet välillä 150-400 mm, joten tämän osalta rakenteet vastaavat kirjallisuudessa esitettyjä arvoja. (Blecken et al. 2009a, Bratieres et al. 2008, Brown ja Hunt 2012, Hatt et al. 2009, Muthanna et al. 2007a.) Kaikissa tapaustutkimuskohteissa on päällimmäisenä rakennekerroksena kasvualustaa 400-600 mm. Meiramitiellä ja Tikkurilantiellä kasvualustan alla on hiekkainen suodatinkerros, jota Koisotiellä ei ole erikseen. Kasvualustat sisältävät pääasiassa hiekkaa, mutta seassa oli myös kohteesta riippuen silttiä, soraa, humusta ja multaa eli kasvualustan seokset erosivat toisistaan. Kerrokset ovat kuitenkin kirjallisuuden ohjeiden mukaisia sisältäessään samoja maa-aineksia ja eloperäistä ainesta kuin kirjallisuudessakin on esitetty. (Bratieres et al. 2008, Melbourne Water 2005, Muthanna et al. 2007b, Prince George's County 2007.) Rakenteet sisältävät kuitenkin vähemmän hiekkaa kuin mitä norjalaisessa Muthannan et al. (2007b) tutkimuksessa oli käytetty, jossa pyrittiin löytämään kylmiin olosuhteisiin soveltuvia rakenneratkaisuja, joten suunnitelluilla rakenteilla saattaa olla riskinä jäätyä umpeen talviaikana. Koisotien biosuodatusrakenteessa ja yhdessä Tikkurilantien biosuodatusrakenteessa on suodatinkerroksen alla suodatinkangas, joka estää hiekan kulkeutumisen kuivatuskerrokseen. Meiramitien biosuodatusrakenteissa ja muissa Tikkurilantien biosuodatusrakenteissa käytetään siirtymäkerrosta, jonka maa-aines on Meiramitiellä hiekkaa ja Tikkurilantiellä hienosoraa. Kaikkia näitä rakenneratkaisuja esiintyy myös kirjallisuudessa, mutta suodatinkankaissa on kuitenkin havaittu ongelmalliseksi niiden tukkeutumisalttius (esim. Blecken et al. 2009a, Blecken et al. 2011, Bratieres et al. 2008, Hatt et a. 2009, Melbourne Water 2005, Suomen Kuntaliitto 2012). Meiramitiellä on siirtymäkerroksen ja kuivatuskerroksen välipinta kiilattu vielä murskeella. Siirtymäkerroksen sy59 vyys on Meiramitiellä 200 mm ja Tikkurilantiellä 250 mm. Nämä ovat kirjallisuudessa esitettyjen syvyyksien yläpäässä, syvyyksien vaihdellessa kirjallisuudessa välillä 10-250 mm (esim. Blecken et al. 2009a, Blecken et al. 2011, Bratieres et al. 2008, Hatt et al. 2009, Melbourne Water 2005). Siirtymäkerrosten materiaalit vastasivat esitetyissä kohteissa kirjallisuudessa esitettyjä materiaaleja (esim. Blecken et al. 2009a, Blecken et al. 2011, Bratieres et al. 2008, Hatt et al. 2009, Melbourne Water 2005). Alimpana kerroksena on kaikissa rakenteissa salaojaputkella varustettu kuivatuskerros, jonka syvyys vaihtelee välillä 250-500 mm. Kuivatuskerrosten syvyydet vaihtelevat kirjallisuudessa välillä 70-200 mm (esim. Blecken et al. 2011, Bratieres et al. 2008, Hatt et al. 2009, Muthanna et al. 2005b), joten Vantaalle suunnitellut kerrossyvyydet ovat suurempia kuin mitä ulkomaisessa kirjallisuudessa on esitetty. Suomessa InfraRYL (2010) ohjeistaa kuitenkin rakentamaan ympärystäyttöä vähintään 200 mm salaojaputken laen yläpuolelle. Tällöin kirjallisuudessa esitettyjä 70-200 mm kuivatuskerroksia ei pystytä Suomessa toteuttamaan, jos halutaan noudattaa yleisiä laatuvaatimuksia. Salaojaputkien halkaisijat ovat tapauskohteissa 100 mm ja 110 mm ja täyttömateriaalina käytetään soraa, jota myös kirjallisuudessa on käytetty kuivatuskerroksissa (esim. Blecken et al. 2011, Bratieres et al. 2008, Hatt et al. 2009, Muthanna et al. 2005b). Yhteenvetona kirjallisuusosuudesta ja vertailusta havaittiin, että on tärkeää varmistaa rakenteen riittävä kuivatus, jotta rakenne ei jäädy umpeen talviaikana. Rakenteen talviaikainen toimivuus ilmastonmuutoksen myötä, kun talviaikaiset virtaamat kasvavat. Talviaikaisen toimivuuden varmistamiseksi lammikoitumissyvyys on syytä pitää riittävän matalana, kuten tapaustutkimuskohteissa olikin tehty. Riittävän imeytymisen varmistamiseksi tulee suodatinkerroksen olla vedenläpäisevyydeltään riittävä. Suomen ilmastoon soveltuu maa-ainekseksi hiekkainen maa. Ilmastollisesti lämpimämmissä maissa voidaan käyttää suodatinkerroksen maa-aineksena silttiä, jolloin viipymä rakenteessa kasvaa ja sitä kautta haitta-aineiden ja ravinteiden pidättyminen parantuu. Siltti ei kuitenkaan sovellu Suomen ilmasto-oloihin jäätymisriskin vuoksi. Kirjallisuudessa ja tapaustutkimuskohteissa on käytetty suodatinkerroksen ja kuivatuskerroksen välissä sekä siirtymäkerrosta että suodatinkangasta. Suodatinkankaan tukkeutumisriskin vuoksi on kuitenkin suositeltavaa käyttää siirtymäkerrosta. 60 Kirjallisuustutkimuksessa havaittiin, että biosuodatusalueen käyttöikää saadaan kasvatettua riittävällä rakentamisen aikaisella valvonnalla ja kunnossapidolla. Rakentamisen aikaisella valvonnalla varmistetaan, että materiaalit, kerrospaksuudet, kasvit ja pinnan geometria lammikoitumistilavuuksineen ovat samat kuin suunnitelmissa. Rakentamisen aikaiset virheet saattavat estää koko biosuodatusrakenteen toiminnan tai ainakin heikentää sitä. Kunnossapitotehtäviin kuuluu muun muassa katteen vaihtaminen tai lisääminen, kasvein leikkaaminen, kuolleiden kasvien poisto ja uusien kasvien istutus kuolleiden tilalle sekä kiintoaineksen ja roskien poisto. Näillä toimenpiteillä saadaan poistettua biosuodatusrakenteeseen pidättyneitä ravinteita ja raskasmetalleja sekä parannetaan rakenteen vedenjohtokykyä, jolloin ehkäistään rakenteen tukkeutumista ja siten pidennetään rakenteen käyttöikää. 61 6 Suunnitteluprosessin kuvaus ja mitoitusmenetelmät 6.1 Hulevesien hallintamenetelmän valinta Vantaalle suunniteltaessa hulevesien hallintaa, on huomioitava Vantaan hulevesiohjelman (Vantaan kaupunki 2009) prioriteettijärjestys, jonka mukaan avulla pyritään löytämään kohteeseen parhaiten soveltuva hulevesien hallintaratkaisu. Hulevesiohjelman mukaan hulevedet on ensisijaisesti käsiteltävä ja hyödynnettävä syntypaikallaan. Mikäli se ei ole mahdollista, tulee niitä pyrkiä viivyttämään ennen johtamista vastaanottavaan vesistöön. Kolmantena ratkaisuna hulevedet ohjataan hulevesiviemäreissä viivytysalueelle ja viimeisessä ratkaisussa hulevedet ohjataan suoraan hulevesiviemäreistä vastaanottavaan vesistöön. Prioriteettijärjestys on esitetty taulukossa 6. Taulukko 6 Vantaan hulevesiohjelman prioriteettijärjestys (Vantaan kaupunki 2009). Prioriteettijärjestys 1 Ensisijaisesti hulevedet käsitellään ja hyödynnetään syntypaikallaan. 2 Hulevedet johdetaan pois syntypaikaltaan suodattavalla ja hidastavalla järjestelmällä. 3 Hulevedet johdetaan pois syntypaikaltaan hulevesiviemärissä yleisillä alueilla sijaitseville hidastus- ja viivytysalueille ennen vesistöön johtamista. 4 Hulevedet johdetaan hulevesiviemärissä suoraan vastaanottavaan vesistöön. 6.2 Suunnitteluprosessi Suunnitteluvaihe alkaa alueen nykytilan analyysillä, jossa selvitetään alueella olevat toiminnot, maaperäolosuhteet, topografia sekä valuma-alueet. Nykytilan analyysin jälkeen selvitetään kaavoitustilanne ja mitä alueelle ollaan suunnittelemassa. Tässä vaiheessa tarkennetaan myös suunnittelukohteen sijainti yleissuunnitelmassa ja käydään läpi, miksi alueella tarvitaan biosuodatusta. Samalla käydään läpi kaksi skenaariota, joille suunnitelmat 1 ja 2 laaditaan. Ensimmäisessä suunnitelmassa käsitellään ainoastaan katualueelta kertyviä hulevesiä, kun taas toisessa suunnitelmassa käsitellään katualueen lisäksi yhdyskuntateknisen huollon alueelta tulevia hulevesiä. Ensimmäinen suunnitelma käsittelee siis ainoastaan yleisten alueiden vesiä, kun taas toinen suunnitelma toteutetaan yhteistyössä tontinomistajan kanssa. Suunnittelemalla samaan paikkaan rakenteet kahdelle eri tilanteelle, pystytään vertailemaan niiden kustannuksia ja 62 tilantarvetta keskenään ja pohtimaan onko kunnan kannattavaa toteuttaa tontinomistajien kanssa yhteisiä biosuodatusalueita. Molemmille suunnitelmille rajataan omat valuma-alueet, joiden perusteella lasketaan suunnitelmien biosuodatusrakenteille mitoitusvesimäärät ja -virtaamat. Näiden arvojen perusteella mitoitetaan molempien suunnitelmien biosuodatuspainanteet. Käytetyt mitoitusmenetelmät esitellään kappaleessa 6.3. Kun molempien suunnitelmien painanteet on mitoitettu, jatkuu suunnitteluprosessi taas yhtenäisenä, sillä rakennekerrokset ja kasvillisuus suunnitellaan samanlaisina molempiin suunnitelmiin. Myös kunnossapitosuunnitelma tehdään yhteisenä molemmille suunnitelmille. Tämän jälkeen molemmille suunnitelmille laaditaan vielä kustannusarviot Fore -kustannusten hallintaohjelmalla. Kuvassa 21 havainnollistetaan suunnitteluprosessin kulkua. 63 Kuva 21 Suunitteluprosessin vaiheet. 6.3 Mitoitusmenetelmät 6.3.1 Hulevesivirtaaman ja -määrän mitoitus Suunniteltavat biosuodatusrakenteet mitoitetaan Vantaan mitoitusohjeen (2011b) mukaisesti. Vantaan mitoitusohje perustuu rationaaliseen menetelmään (Thompson 2007), jota esimerkiksi hulevesiopas (Suomen Kuntaliitto 2012) ohjeistaa käyttämään hulevesien mitoittamiseksi. Rationaalisessa menetelmässä mitoitus perustuu sateen rankkuuteen, sateen kestoon, valuma-alueen pinta-alaan ja pintojen valumakertoimiin. 64 Muodostuvan huleveden määrä saadaan laskettua halutulle sateen rankkuudelle, kun tunnetaan valuma-alueen pinta-ala ja valuntakerroin. Jos valuma-alue muodostuu erilaisista pinnoista, tarvitaan jokaisen pinnan pinta-alat ja niiden valuntakertoimet. Rationaalisen menetelmän avulla saadaan laskettua huleveden määrä kaavalla 1 ja virtaaman suuruus kaavalla 2. = missä = 10 (1) V on huleveden määrä [m³] C on valuntakerroin i on mitoitussateen rankkuus [l/s/ha] A on valuma-alueen pinta-ala [ha] t on mitoitussateen kestoaika [s] P on sademäärä [mm] Q = CiA missä (2) Q on virtaama [m³/s] ja muut tekijät samoja kuin kaavassa 1. 6.3.2 Mitoitussateet ja valuntakertoimet Vantaan mitoitusohjeen (2011b) mukaisesti viivytysjärjestelmä mitoitetaan viivyttämään 10 minuutin sade, jonka rankkuus on 150 l/s/ha. Nyrkkisääntönä Vantaan mitoitusohjeessa opastetaan viivyttämään 100 m² läpäisemättömältä pinnalta 1 m³ hulevettä. Tulvatilanne mitoitetaan sadetapahtumalle, jonka rankkuus on 167 l/s/ha ja kesto 30 minuuttia. Tulvareitti mitoitetaan rankkuudeltaan samansuuruiselle sateelle kuin tulvatilanne, mutta sen kesto on 50 minuuttia. Koska alueelle sijoitetaan mahdollisesti linjaautovarikko, tulee sen toiminta turvata mahdollisuuksien mukaan suuremmillakin sadetapahtumilla. Tämän vuoksi päädyttiin mitoittamaan suunniteltavien rakenteiden tulvareitti Vantaan mitoitusohjeen suurimmalle sadetapahtumalle, joka on kerran sadassa vuodessa toistuva 10 minuutin sade, joka on rankkuudeltaan 300 l/s/ha. Tulvamitoituksessa varaudutaan ohjaamaan mitoitusvirtaama Myllymäenojaan, joten viivytystilavuutta ei tarvitse tulvatilanteessa järjestää. (Vantaan kaupunki 2011b.) 65 Valuntakerroin kuvaa kuinka suuri osa sataneesta vedestä muuttuu hulevedeksi. Valuntakertoimien arvot vaihtelevat nollasta yhteen. Arvolla yksi kaikki satanut vesi muuttuu hulevedeksi ja arvolla nolla kaikki satanut vesi imeytyy tai haihtuu, jolloin hulevettä ei muodostu lainkaan. Erityyppisille pinnoille on arvioitu valuntakertoimia (esim. Suomen Kuntaliitto 2012), mutta todellisuudessa valuntakertoimeen vaikuttavat muun muassa sademäärä, sadetta ennen vallinneet olosuhteet, pinnan vedenläpäisevyys ja kaltevuus. (Sänkiaho ja Sillanpää 2012, Suomen Kuntaliitto 2012.) Vantaan kaupungin (2011b) mitoitusohjeen mukaisesti mitoitettaessa liikennealueita tai paljon läpäisemätöntä pintaa sisältäviä alueita, lähdetään oletuksesta, että läpäisemättömille pinnoille satava vesi muuttuu kokonaan pintavalunnaksi, jolloin valuntakerroin saa arvon yksi. Sen sijaan läpäiseviltä pinnoilta ei mitoitusohjeen mukaan muodostu pintavaluntaa eli toisin sanoen sen valuntakerroin saa arvon nolla. Tämä pelkistää rationaalista menetelmää ja todellista tilannetta. Todellisuudessa vettä muun muassa haihtuu ja jää pinnan painanteisiin, jolloin valuntakerroin ei ole yksi. Rankoilla sateilla taas läpäisevät pinnat aiheuttavat pintavaluntaa, koska maaperä ei ehdi imeyttää vettä riittävän nopeasti (Suomen Kuntaliitto 2012). 6.3.3 Pohjapatojen ylisyksyn ja kivikoon mitoitus Tulvatilanteita varten painanteet on mitoitettava riittävän syviksi, jotta pohjapatojen ylivirtaama mahtuu kulkemaan painanteessa. Virtausnopeuden ollessa alle 0,5 m/s padon yläjuoksulla voidaan ylivirtaama pohjapadon yli laskea Polenin kaavoilla (Vesihallitus 1985). Koska ylijuoksun kynnys on yhdistelmä vaakasuorasta ja vinosta kynnyksestä (kuva 22), lasketaan virtaama vaakasuoran kynnyksen kohdalta kaavalla 3 ja luiskien yläpuolelta kaavalla 4. Kokonaisvirtaama padon yli (kaava 5) on siis vaakasuoran kynnyksen ja molemminpuolisten vinojen kynnysten summa. Kuva 22 Pohjapadon kynnys, joka on yhdistelmä vaakasuorasta ja vinosta kynnyksestä (Vesihallitus 1985). 66 = missä (3) Qvaaka on virtaama vaakasuoran patorakenteen yli [m³/s] µ on padon ylisyöksyn purkautumiskerroin b on padon harjan pituus kohtisuoraan virtaussuuntaan vasten g on maan vetovoiman kiihtyvyys [m/s2] h on yläveden korkeus padon harjan tasosta lukien [m] = missä ) tan (4) Qvino on virtaama vinon patorakenteen yli [m³/s] µ on padon ylisyöksyn purkautumiskerroin on pystysuoran ja vinon padon välinen kulma g on maan vetovoiman kiihtyvyys [m/s2] ha on alemman pisteen painekorkeus [m] hy on ylemmän pisteen painekorkeus [m] +2 (5) Kaavan 4 ylemmän pisteen painekorkeus (hy) saa suunnitelmissa kuitenkin arvon nolla, koska padon ylisyöksy on puolisuunnikkaan muotoinen. Puolisuunnikkaan muotoisen padon ylisyöksyn purkautumiskerroin saadaan taulukosta 7. Purkautumiskertoimeen vaikuttaa padon leveyden (d) ja ylijuoksun korkeuden (h) välinen suhde sekä padon korkeuden (p1) ja ylisyöksyn korkeuden (h) välinen suhde. 67 Taulukko 7 Ylisyöksyn purkautumiskertoimet puolisuunnikkaille padoille (Vesihallitus 1985). Pohjapatojen kiviverhouksen kivikoko tulee mitoittaa, jotta varmistetaan etteivät kivet lähde liikkeelle virtaaman mukana. Ylivirtaaman ja padon pituuden suhteesta saadaan tarvittava keskimääräinen kivikoko eri luiskan kaltevuuksille. Vesihallituksen (1985) esittämä kuvaaja kivikoon määrittämiseksi on esitetty kuvassa 23. Kuva 23 Tasarakeisen luonnonkiven vakavuusdiagrammi (Vesihallitus 1985). 68 6.3.4 Salaojituksen mitoitus Salaojayhdistyksen (2012) mukaan salaojat mitoitetaan sateen rankkuudelle 1 l/s/ha. Koska biosuodatusrakenne mitoitetaan käsittelemään rankkuudeltaan 150 l/s/ha sadetapahtuma, toimivat salaojat rakennekerrosten kanssa viivyttävinä rakenteina. Salaojayhdistyksen nomogrammi salaojaputkien mitoittamiseksi on esitettynä kuvassa 24. Salaojaputkikoot määritetään nomogrammin avulla huomioiden kuitenkin Infra-RYL:ssä (2010) esitetyt yleiset laatuvaatimukset ja saatavilla olevat putkikoot. Yleisten laatuvaatimusten mukaan salaojan ulkohalkaisijan on oltava vähintään 100 mm ja salaojaputken pituuskaltevuuden vähintään 0,4 %. Kuva 24 Nomogrammi salaojaputken mitoitukseen (Salaojayhdistys 2012). 69 6.3.5 Suodatinkankaan käyttöluokan valinta Suunniteltaessa suodattavia hulevesirakenteita katualueelle, on tarpeen varmistaa, etteivät maa-ainekset kulkeudu veden virtauksen mukana katurakenteisiin. Tämän vuoksi suodatusrakenne ympäröidään pohjasta ja reunoilta suodatinkankaalla, joka estää maaaineksen kulkeutumisen katurakenteisiin. Suodatinkankaan käyttöluokan valintaan vaikuttavat pohjamaa, täyttömateriaalin enimmäisraekoko sekä rakentamisolosuhteet. Suodatinkankaan käyttöluokka kuvastaa kankaan vahvuutta ja se valitaan taulukon 8 perusteella (InfraRYL 2010). Taulukko 8 Suodatinkankaiden käyttöluokat (InfraRYL 2010). 6.3.6 Katteen materiaali Eloperäiset katteet on Infra-RYL:ssä (2010) luokiteltu laatuluokkiin muun muassa palakoon ja aineksen mukaan. Kateluokka valitaan kohteen käyttötarkoituksen mukaan tai halutun palakoon mukaan. Katteiden luokitustaulukko on esitetty taulukossa 9. 70 Taulukko 9 Laatuvaatimukset eloperäisille katteille (Infra-RYL 2010). 6.3.7 Rumpukoon mitoitus Tulvatilanteessa, jossa esiintyy ylivirtaamaa pohjapatojen yli, tulee varmistaa, että rakenteen katkaisevat poikkikadut tai tonttiliittymät eivät padota vettä rakenteessa. Padotuksen estämiseksi kadun alituksiin asennetaan rummut, jotka mitoitetaan tulvatilanteen suurelle sadetapahtumalle. Rummut mitoitetaan Colebrookin nomogrammilla (kuva 25) täyden putken virtaamalle. 71 Kuva 25 Colebrookin nomogrammi (RIL 2010). 72 7 Suunnittelun lähtökohdat 7.1 Vehkalan nykytila Suunnittelukohde sijaitsee Vehkalassa Länsi-Vantaalla, Kehä III:n pohjoispuolella ja Hämeenlinnanväylän länsipuolella. Vehkala on osa uutta asuin- ja työpaikka-aluetta, Marja-Vantaata. (Pöyry Finland Oy 2012.) Kartta suunnittelualueesta ja sen sijainti Vantaalla on esitettynä kuvassa 26. Kuva 26 Vehkalan kartta ja sijainti Vantaalla (Vantaan kaupunki 2012, muokattu). Tällä hetkellä alue on pääasiassa luonnontilaista metsää. Suunnittelualueen kaakkoisosassa sijaitsee Vantaankosken ja Vantaanjoen koulut ja Kehä III:n läheisyydessä on muutamia teollisuuskiinteistöjä. Länsiosassa sijaitsee Vehkalanmäki, joka on täyttömäki. Talvisin täyttömäellä sijaitsee lumenvastaanottopaikka. Vehkalassa on eläimistöltään arvokkaita alueita määritelty yhteensä neljä. Täyttömäellä sijaitsee perhosniitty, Vehkalan pohjoisosassa on Petaksen liito-oravametsä ja Petaksen harmaatikkametsä ja itäosassa paikallinen lintukohde, jossa esiintyy pyitä, varpushaukkoja, puukiipijöitä ja mustapääkerttuja. Täyttömäki on luokiteltu myös LUO-alueeksi, jolla tarkoitetaan luonnon monimuotoisuuden kannalta tärkeää aluetta. Arvokkaat eläinkohteet ja alueen topografia on esitetty kuvassa 27. (Vantaan kaupunki 2012.) 73 Kuva 27 Vehkalan topografia ja luontotiedot (Vantaan kaupunki 2012, muokattu). Alueen korkein kohta on Vehkalanmäki (kuva 27), joka on täyttömäki. Vehkalanmäki yltää +60 (N43) korkeustasoon. Länsi- ja itäosissa on moreenimäkiä, jotka ovat korkeimmillaan +51,3 korkeustasossa, alimman korkeustason ollessa +30. Maalajikartta on esitetty kuvassa 28. Moreenimäkien reunoilla moreenia peittää savi- ja silttikerrokset. Alavilla alueilla maaperä on pääasiassa savea. (Pöyry Finland Oy 2012.) Kuva 28 Maalajikartta (Vantaan kaupunki 2012, muokattu). 74 Vehkalan alueella kulkee Myllymäenoja, joka kuuluu Pitkäjärven valuma-alueeseen, jonka pinta-ala on 659 ha. Myllymäenojan pituus on 7,4 km ja se muodostuu kahdesta haarasta, jotka näkyvät kuvassa 29. Myllymäenojan pohjoinen haara lähtee yleissuunnitelmassa merkittyjen teollisuustoimintojen, työpaikkatoimintojen ja yhdyskuntateknistä huoltoa palvelevien alueiden välistä ja virtaa lännen suuntaan. Osayleiskaavassa Myllymäenojan ympäristö on merkitty lähivirkistysalueeksi. Puron eteläinen haara lähtee yleissuunnitelmassa työpaikka-alueen pohjoispuoliselta lähivirkistysalueelta ja kulkee etelän suuntaan Martinlaaksoon alittaen Kehä III:n. Martinlaaksosta puro palaa Kehä III:n ali Vehkalan täyttömäen länsipuolelle Petikon Isosuolle. Kehä III:n alituksissa sekä myöhemmin Vihdintien alituksissa on havaittu tulvaongelmia, jotka oletettavasti pahenevat rakentamisen myötä, ellei viivytysjärjestelmiä rakenneta riittävästi. Isosuo on laaja kosteikkoalue, jossa esiintyy muun muassa Etelä-Suomessa harvinaisia mustapääkerttuja ja perhoslajeista häiveperhosia ja aaltoritariyökkösiä. Isosuolta puron etelähaara jatkaa pohjoisen suuntaan yhdistyen pohjoishaaran kanssa. Yhtymäkohdasta Myllymäenoja jatkaa pohjoiseen yhtyen Kynikenojaan. Kynikenoja virtaa lännen suuntaan laskien Pikkujärveen, joka on kasvistollisesti ja eläimistöllisesti arvokas alue. Pikkujärvestä vesi virtaa Pikkujärvenojaa pitkin Pitkäjärveen. (FCG Planeko Oy 2009a.) Kuva 29 Myllymäenoja. (FCG Planeko Oy 2009a, muokattu.) 75 7.2 Suunniteltujen toimintojen vaikutus alueen hydrologiaan 7.2.1 Arvio toimintojen vaikutuksesta huleveden määrään Vehkalaan tehdään tällä hetkellä asemakaavaa, joka etenee Vehkalan itäosasta kohti länttä. Alueella lentomelu on 55-60 desibeliä ja tiemelu 50-64 desibeliä, joten asutusta alueelle ei ole melusta johtuen suunnitteilla (Vantaan kaupunki 2012). Kehärata kulkee Vehkalan läpi pohjois-eteläsuunnassa ja sen asema sijoittuu alueen keskiosaan. Aseman läheisyyteen ollaan kaavoittamassa keskustatoimintoja, joiden ympärille sijoitetaan työpaikkatoimintoja. Alueen luoteisosaan varataan tilaa teollisuudelle ja yhdyskuntatekniselle huollolle. Täyttömäki jätetään lähivirkistysalueeksi, jolloin eläimistöllisesti ja kasvistollisesti arvokas alue säilyy. Myös alueen halkaiseva Myllymäenoja säilyy ennallaan ja siihen on tarkoitus johtaa alueelta muodostuvat hulevedet. Kuvassa 30 on Vehkalan yleissuunnitelma, johon on merkitty suunniteltavan biosuodatuskohteen sijainti punaisella. 76 Kuva 30 Vehkalan yleissuunnitelma, johon on merkitty suunnittelukohteen sijainti punaisella. 77 Vehkalan yleissuunnitelma kuuluu Pitkäjärven valuma-alueeseen. Kuvassa 31 on jaoteltu Marja-Vantaan valuma-alueet osayleiskaavan mukaisessa tilanteessa osavalumaalueisiin. Jaottelun mukaan Vehkalan alue jakautuu neljään osavaluma-alueeseen, jotka ovat kuvassa esitetty numeroilla 10, 11,12 ja 18. Rakentamisen myötä valuntakertoimet kasvavat 16 % valuma-alueella 10, 90 % valuma-alueella 11, 237 % valuma-alueella 12 ja 51 % valuma-alueella 18. Muutokset valuntakertoimissa ovat paikoin erittäin suuria Myllymäenojan valuma-alueilla, jolloin puron tulvimisen ehkäisemiseksi tarvitaan sen valuma-alueilla hulevesiä viivyttäviä hallintatoimenpiteitä. Ilman hallintatoimenpiteitä Myllymäenoja tulvii entistä enemmän Kehä III:n alituksissa ja saattaa nousta tulvatilanteessa Raappavuorentielle. Lisäksi huippuvirtaaman on arvioitu olevan tulevassa tilanteessa 10,12 m³/s, kun nykytilassa huippuvirtaama on 4,86 m³/s eli huippuvirtaama yli kaksinkertaistuu. Hallintatoimenpiteinä Marja-Vantaan alueelle suunnitellaan tulvaalueita, jotka tasaavat virtaamia tulvatilanteissa. Tulva-alueet on esitettynä myös kuvassa 31. Tulva-alueiden lisäksi korttelikohtaisilla viivytysmenetelmillä tulee pidättää 10 mm sateen aiheuttamat vesimäärät. Molempien menetelmien yhdistelmä viivyttää hulevesiä tarpeeksi, jotta huippuvirtaama on samansuuruinen kuin nykytilanteen huippuvirtaama purkupisteessä eikä Kehä III:n alitus tulvi tällöin nykytilannetta enempää. (FCG Planeko Oy 2009c.) Kuvassa 32 on esitetty Pitkäjärven purkupisteen virtaamat nykytilanteessa, osayleiskaavan mukaisessa tilanteessa, jossa hulevesien hallintamenetelmiä ei ole käytetty ja osayleiskaavan mukaisessa tilanteessa, jossa hulevesien hallintamenetelmiä on käytetty. Purkupiste, jota käyrä kuvaa on merkitty kuvaan 31. Mallinnus on tehty kerran viidessä vuodessa toistuvalle sadetapahtumalle, joka on rankkuudeltaan 31 l/s/ha ja kestoltaan 180 minuuttia. (FCG Planeko Oy 2009c.) Kuvasta 32 nähdään, että ilman hulevesien hallintaa virtaamahuiput yli kaksinkertaistuisivat rakentamisen myötä nykyisiin virtaamahuippuihin verrattuna. Suunnitelluilla hulevesien hallintatoimenpiteillä virtaamahuiput purkupisteessä saadaan laskemaan nykyiselle tasolle. 78 Kuva 31 Marja-Vantaan osayleiskaavan mukaisen tilanteen valuma-alueet numeroituna ja rakennettavat tulva-alueet (FCG Planeko Oy 2009c). Kuva 32 Purkupisteen virtaamat nykytilassa ja osayleiskaavan mukaisissa tilanteissa ilman hulevesien hallintaa ja hallinnan kanssa (FCG Planeko Oy 2009c, muokattu). 79 7.2.2 Arvio toimintojen vaikutuksesta hulevesien laatuun Vehkalan biosuodatuskohde sijaitsee katualueen erotuskaistalla (liite 1), käsitellen suunnitelmassa 1 katualueen hulevesiä ja suunnitelmassa 2 myös mahdollisen linjaautovarikon hulevesiä. Katu, jonne biosuodatusta suunnitellaan, palvelee pohjoispuolelle sijoittuvaa teollisuustoimintojen liikennettä sekä ympäröivää työpaikkaliikennettä. Suurimpana laadullisena kuormittajana ovat linja-autovarikolle ajavat linja-autot, jos suunniteltu varikon sijoittaminen alueelle toteutuu. Toteutuessaan linja-autovarikko lisää kadun raskasta liikennettä runsaasti, joten hulevesien laadulliselle käsittelylle on tarvetta molemmissa suunnitelmissa. Perustuen aiempiin Suomessa tehtyihin tutkimuksiin teollisuus- ja liikennealueista alueen hulevesissä voidaan odottaa olevan kohonneita kiintoaineen, suspendoituneen aineksen, kokonaisfosforin ja kokonaistypen pitoisuuksia sekä kohonnutta kemiallisen hapenkulutusta ja sähkönjohtavuutta. Metalleista liikenne- ja teollisuusalueilla voidaan odottaa esiintyvän muita alueita enemmän vanadiinia, kuparia, sinkkiä ja lyijyä. Hulevesi saattaa olla myös sameampaa verrattuna väljemmin rakennettuihin alueisiin, johtuen hulevedessä olevien hiukkasten määrästä. (Melanen 1980, Sänkiaho ja Sillanpää 2012.) Arvion perusteella voidaan olettaa huleveden sisältävän kohonneita pitoisuuksia ravinteita ja raskasmetalleja, joten biosuodatuksen käyttö hulevesien laadulliseen hallintaan on perusteltua. Vaikka linja-autovarikolla olisikin yhteinen biosuodatus yleisten alueiden hulevesien kanssa, on siltä siitä huolimatta syytä vaatia hiekan- ja öljynerotusta tontillaan ennen vesien johtamista biosuodatusalueelle. 80 8 Tulokset: suunnitteluratkaisut 8.1 Suunnittelutarve ja tavoitteet Osayleiskaavassa Vehkalaan on suunniteltu työpaikkatoimintoja ja länsiosaan teollisuutta ja yhdyskuntateknistä huoltoa palveleva alue, johon mahdollisesti sijoitetaan linja-autovarikko (kuva 30). Etenkin teollisuus ja yhdyskuntatekninen huolto aiheuttavat paljon liikennettä, jonka johdosta hulevedet ovat likaisempia kuin muiden toimintojen alueella yleensä. Näillä tonteilla myös läpäisemättömän pinnan osuus on tyypillisesti suuri, mikä lisää muodostuvan huleveden määrää. Suunniteltava katuosuus valittiin, koska sen länsipuolella on varaus yhdyskuntatekniselle huollolle, joka toteutuessaan aiheuttaa paljon raskasta liikennettä kadulla. Lisäksi katuosuudella tulee olemaan läpiajoliikennettä pohjoispuolella oleville teollisuustonteille. Suunniteltava biosuodatusalue tulee katuosuudelle, jossa maaperä on Myllymäenojan läheisyydessä savea, joten imeytys ei ainakaan kyseisellä alueella onnistu. Vantaan hulevesiohjelman (Vantaan kaupunki 2009) mukaan hulevesiä tulee tällöin viivyttää ja hidastaa virtaamia ennen niiden johtamista pois alueelta. Salaojallisella biosuodatuksella pystytään viivyttämään hulevesiä ennen niiden päätymistä Myllymäenojaan ja samalla hulevesien laatua saadaan parannettua hulevesien suotautuessa maakerrosten läpi. Tehtävän suunnitelman tavoitteena on hillitä rakentamisesta aiheutuvia muutoksia Myllymäenojan virtaamissa ja veden laadussa viivyttämällä ja puhdistamalla alueelta muodostuvia hulevesiä biosuodatuksen avulla. 8.2 Suunnitelmien kuvaus Suunniteltava katuosuus sijaitsee paaluvälillä 0-427 (liite 1.1). Liitteestä 1.2 nähdään, että kyseisellä matkalla katu laskee noin 8 metriä Myllymäenojaa kohden pituuskaltevuuden ollessa pienimmillään 0,9 %. Hulevesien viivytys- ja johtamisrakenteet ovat siis toteutettavissa katuosuudelle ilman ongelmia veden johtamisessa. Vaihtoehtoja biosuodatuksen sijoittamiselle ovat sijoittaminen katualueen erotuskaistoille tai keskitetty biosuodatusalue katuosuuden loppupäähän ennen hulevesien johtamista Myllymäenojaan. Keskitetyssä hulevesien hallintamenetelmässä hulevesien johtaminen biosuodatusalueelle tapahtuisi joko katualueelle sijoitettavissa ojissa, painanteissa tai hulevesiviemäreissä. 81 Vantaan hulevesiohjelman prioriteettijärjestyksen (Vantaan kaupunki 2009) mukaan hulevedet tulisi ensisijaisesti hyödyntää tai imeyttää niiden syntyalueella. Katualueella imeyttäminen on kuitenkin katujen kuivatuksen kannalta ongelmallista, joten katualueella sijaitsevissa hulevesijärjestelmissä on syytä olla salaojakuivatus rakenteen alaosassa. Vaihtoehtoisessa keskitetyssä biosuodatusalueessa imeytyksen ongelmaksi nousee savinen maaperä, joten rakenne voisi toimia vain viivyttävänä menetelmänä. Koska kyseessä on keskitetty viivytysjärjestelmä, on se Vantaan hulevesiohjelman prioriteettijärjestyksessä vasta kolmantena. Katualueelle sijoitettava suodattava ja viivyttävä rakenne on sen sijaan Vantaan hulevesiohjelman prioriteettijärjestyksessä toisena. Prioriteettijärjestys on esitetty taulukossa 6. Suunniteltavaksi rakenteeksi valittiin siis katualueen erotuskaistalle sijoittuva biosuodatusrakenne, koska se on prioriteettijärjestyksessä korkeammalla. Suunniteltaessa katualueen erotuskaistalle biosuodatuspainanteita, on vaihtoehtoina toteuttaa rakenne erillisistä biosuodatusaltaista tai tehdä koko erotuskaista yhtenäisenä painanteena, jonka alla on biosuodatusrakenteet koko erotuskaistan matkalta. Erillisessä rakenteessa katualueen hulevedet ohjataan reunakivillä lähimmälle biosuodatusalueelle, jonka kohdalla reunakivi on joko madallettu, aukotettu tai siitä on jätetty reunakivi kokonaan pois. Irrallisten biosuodatusalueiden rakentaminen on haastavampaa, koska asennettavat materiaalit vaihtelevat erotuskaistalla. Ongelmia saattaa esiintyä etenkin materiaalien rajapinnoilla, jos materiaalien painumisessa ja routimisessa on eroja. Jos biosuodatusalueet halutaan rakentaa vaakatasoisiksi altaiksi, joudutaan altaan luiskia joko jyrkentämään rinteen yläpäässä ja loiventamaan rinteen alapäässä tai kasvattamaan luiskille varattavaa aluetta. Eripituiset luiskat tekevät kuitenkin katualueen rajauksesta mutkittelevan, mikä vaikeuttaa ympäröivien tonttien mahdollisuutta hyödyntää tehokkaasti koko tontin pinta-alaa ja vaikeuttaa tonttiliittymien rakentamista. Toisaalta taas muuttuvan luiskakaltevuuden rakentaminen on hankalaa ja lisää siten riskiä rakentamisen aikaisista virheistä ja saattaa lisätä hankkeen kustannuksia, koska rakennustyö vaikeutuu. Yhtenäisessä rakenteessa, jossa koko painanne on biosuodatusaluetta, voidaan koko katuosuus rakentaa ilman reunakiviä, jolloin hulevedet ohjautuvat kadun ja raittien kallistuksien avulla suoraan painanteeseen. Yhtenäisessä biosuodatuspainanteessa rakenne82 taan painanne koko katuosuuden matkalta tasalevyisenä ja -syvyisenä, jolloin katualueen leveys pysyy vakiona. Hulevesiä viivytetään rakentamalla pohjapatoja painanteen pohjalle ja mitoittamalla ne padottamaan mitoitusvesimäärä. Suunniteltavaksi rakenteeksi valittiin yhtenäinen biosuodatuspainanne pohjapadoilla, koska se on helpompi rakentaa ja siten riski rakentamisen aikaisista virheistä pienenee. Lisäksi katualueen leveys säilyy vakiona, mikä helpottaa tonttien tilankäyttöä ja tonttiliittymiä. 8.3 Suunniteltavat rakenteet 8.3.1 Valuma-alueet Suunnitelmassa 1 biosuodatukseen tulee hulevesiä ainoastaan katualueelta, jolloin mitoitus tehdään tämän mukaisesti. Tässä suunnitelmassa oletetaan, että tonteilla on omat hulevesijärjestelmänsä ja katualueella käsitellään ainoastaan yleisten alueiden hulevesiä, jolloin valuma-alue on 0,90 ha. Suunnitelmassa 2 mitoitetaan biosuodatusalueet vastaanottamaan vesiä katualueen lisäksi myös yhdyskuntateknisen huollon alueelta, jolloin valuma-alue ja vesimäärät kasvavat suunnitelmaan 1 nähden. Tässä suunnitelmassa katualueella ja yhdyskuntateknisen huollon tontilla on siis yhteinen hulevesien käsittely, jolloin tontinomistaja maksaisi kunnalle siitä, että se saa johtaa hulevetensä yleisille alueille. Tämän suunnitelman valuma-alue on 6,26 ha eli yli kuusinkertainen verrattuna suunnitelman 1 valumaalueeseen. Suunnitelmien valuma-alueet on esitetty kuvassa 33. 83 Kuva 33 Suunnitelmien valuma-alueet. 8.3.2 Hulevesivirtaamat ja -määrät Muodostuvat hulevesivirtaamat ja -määrät molemmille suunnittelualueille määritettiin Vantaan kaupungin (2011b) mitoitusohjeen mukaan, joka on esitelty kappaleessa 6.3. Mitoittavaksi tekijäksi valittiin rankkasade eikä lumen sulamistapahtuma, koska Vantaa sijaitsee Etelä-Suomessa rannikkoseudulla, jossa rankkasateet aiheuttavat suunnilleen yhtä suuria virtaamia kuin lumen sulamistapahtumien aikana saattaa muodostua. Tulevaisuudessa ilmaston lämpeneminen vähentää sulamiskauden virtaamia EteläSuomessa, jolloin rankkasateet nousevat nykyistä selkeämmin mitoittavaksi tekijäksi. (Veijalainen 2012.) Taulukoissa 10 ja 11 on esitetty mitoitusvesimäärät viivytysrakenteille sekä mitoitusvirtaamat tulvatilanteessa molemmille suunnitelmille. Suunnitelmassa 1 viivytettäväksi hulevesimääräksi saatiin noin 56 m³ ja tulvatilanteen mitoitusvirtaamaksi 0,17 m³/s. Suunnitelman 2 viivytettävä hulevesimääräksi saatiin 506 m³ ja mitoitusvirtaamaksi 1,47 m³/s. 84 Taulukko 10 Suunnitelman 1 mitoitusvesimäärä ja -virtaama Vantaan mitoitusohjeen mukaisesti laskettuna. Pinta-alat Valuma-alueen koko yhteensä [ha] Ajoradan ja kevyen liikenteen reittien pinta-ala [ha] Painanteiden ja erotuskaistojen pinta-ala [ha] Valuntakertoimet Ajoradat ja kevyen liikenteen väylät Painanteet ja erotuskaistat Viivytysrakenteen mitoitus Mitoitussade [mm] Sateen kesto [min] Sateen toistuvuus [1/a] Viivytettävä vesimäärä [m³] Painanteen mitoitus tulvatilanteen virtaamalle Mitoitussateen rankkuus [l/s/ha] Sateen kesto [min] Sateen toistuvuus [1/a] Mitoitusvirtaama [m³/s] 0,90 0,56 0,34 1,00 0,00 10,00 10,00 1/5 55,51 300 10 1/100 0,17 Taulukko 11 Suunnitelman 2 mitoitusvesimäärä ja -virtaama Vantaan kaupungin (2011b) mitoitusohjeen mukaisesti laskettuna. Pinta-alat Valuma-alueen koko yhteensä [ha] Ajoradan ja kevyen liikenteen reittien pinta-ala [ha] Tontin pinta-ala [ha] Painanteiden ja erotuskaistojen pinta-ala [ha] Valuntakertoimet Ajoradat ja kevyen liikenteen väylät Painanteet ja erotuskaistat Yhdyskuntateknisen huollon alue Viivytysrakenteen mitoitus Mitoitussade [mm] Sateen kesto [min] Sateen toistuvuus [1/a] Viivytettävä vesimäärä [m³] Painanteen mitoitus tulvatilanteen virtaamalle Mitoitussateen rankkuus [l/s/ha] Sateen kesto [min] Sateen toistuvuus [1/a] Mitoitusvirtaama [m³/s] 85 6,26 0,56 5,00 0,70 1,00 0,00 0,90 10,00 10,00 1/5 506 300 10 1/100 1,47 Vertailun vuoksi laskettiin vesimäärät ja virtaamat rationaalisella menetelmällä arvioimalla kullekin toiminnolle valuntakertoimet sekä nykytilanteessa ennen rakentamista muodostuvat virtaamat ja vesimäärät. Vertailussa laskettiin myös viivytettävä vesimäärä, jos nykytilanteen suuruisen vesimäärän sallitaan poistua alueelta ilman viivytystä. Vertailu tehtiin 10 mm sateelle, jonka kesto oli 10 minuuttia. Valuntakertoimina käytettiin 0,80 liikennealueilla ja 0,10 erotuskaistoilla ja reuna-alueilla sekä nykytilanteen valuntakertoimena (Suomen Kuntaliitto 2012). Yhdyskuntateknisen huollon alueella käytettiin Marja-Vantaan osayleiskaava-alueen hulevesien hallintasuunnitelmassa arvioitua ET-alueiden valuntakerrointa 0,60 (FCG Planeko Oy 2009c). Vertailut molemmille suunnitelmille on esitetty taulukoissa 12 ja 13. Taulukko 12 Suunnitelman 1 mitoitusvesimäärät ja -virtaamat eri laskentamenetelmillä laskettuna. Nykytilanne Vantaan mitoitusohje Rationaalinen menetelmä, valumiskertoimet huomioitu Viivytettävä vesimäärä, jos nykytilanteen vesimäärä saa mennä viivytyksen ohi Vesimäärän muutos Virtaaman muutos Mitoitusvesimäärä nykytilanteeseesta Mitoitusvirtaama nykytilanteeseesta [m³] [%] [l/s] [%] 9 15 56 619 93 619 48 533 80 533 39 433 - - Taulukko 13 Suunnitelman 2 mitoitusvesimäärät ja -virtaamat eri laskentamenetelmillä laskettuna. Nykytilanne Vantaan mitoitusohje Rationaalinen menetelmä, valumiskertoimet huomioitu Viivytettävä vesimäärä, jos nykytilanteen vesimäärä saa mennä viivytyksen ohi Mitoitusvesimäärä [m³] 63 506 Vesimäärän muutos Mitoitusvirtaama nykytilanteeseen [%] [l/s] 104 808 843 Virtaaman muutos nykytilanteeseen [%] 808 351 561 586 561 289 461 - - Taulukkojen 12 ja 13 vertailusta huomataan, että suunnitelmassa 1 mitoitusvesimäärät ja -virtaamat ovat alhaisempia rationaalisella menetelmällä laskettuna verrattuna Vantaan mitoitusohjeella laskettuihin arvoihin, rationaalisella menetelmällä saadun mitoitusvesimäärän ja mitoitusvirtaaman ollessa 86 % Vantaan mitoitusohjeella saadusta arvosta. Ero johtuu siitä, että rationaalisessa menetelmässä käytetty valuntakerroin läpäisemättömälle pinnalle on hieman pienempi kuin Vantaan mitoitusohjeessa. Eroa kuitenkin kaventavat painanteet ja reuna-alueet, jotka lisäävät hieman rationaalisella menetelmällä saatuja vesimäärän ja virtaaman arvoja, kun taas Vantaan mitoitusohjeessa niitä 86 ei huomioida. Toisena vertailukohtana oli mitoitusmenetelmä, jossa rationaalisella menetelmällä saadusta mitoitusvesimäärästä saadaan päästää ohi viivyttämättä nykytilan suuruinen vesimäärä ja loput on viivytettävä. Tällä mitoitusmenetelmällä saatu arvo on enää 70 % Vantaan mitoitusohjeella saadusta mitoitusvesimäärästä. Verrattaessa Vantaan mitoitusohjeen arvoja nykytilan arvoihin nähdään, että alueelta muodostuva hulevesimäärä ja -virtaama kuusinkertaistuvat mitoitustilanteessa rakentamisen myötä. Suunnitelmassa 2 erot ovat samansuuntaiset kuin suunnitelman 1 vertailussa, mutta erot ovat suurempia. Tämä johtuu pääasiassa yhdyskuntatekniselle huollolle varatun alueen valuntakertoimesta, koska ET-alue muodostaa suurimman osan valuma-alueesta. Vantaan mitoitusohjeessa oletetaan, että lähes kaikki hulevedet päätyvät pintavaluntana biosuodatusalueille, jolloin valuntakertoimena on käytetty arvoa 0,90. Sen sijaan rationaalisessa menetelmässä käytettiin valuntakertoimena arvoa 0,60. Koska alueen pinta-ala on suuri, vähentää tämä huomattavasti alueelta lähtevää vesimäärää ja virtaamaa. Suunnitelmassa 2 rationaalisen menetelmän mitoitusvesimäärä ja -virtaama olivat noin 70 % Vantaan mitoitusohjeella saaduista arvoista. Mitoitusmenetelmällä, jossa rationaalisella menetelmällä saadusta vesimäärästä vähennetään nykytilan aiheuttama vesimäärä, saatu arvo on vain 57 % Vantaan mitoitusohjeen mukaisesta mitoitusvesimäärästä. Vantaan mitoitusohjeen mukaisia arvoja verrattaessa nykytilanteeseen, todetaan alueen vesimäärän ja virtaaman kahdeksankertaistuvan mitoitustilanteessa rakentamisen myötä. Etenkin suunnitelmassa 2 erot eri mitoitusmenetelmien välillä kasvoivat suuriksi. Pääasiallisena syynä oli valuntakertoimen muutos yhdyskuntateknisen huollon alueella, joka suuren pinta-alansa vuoksi vaikutti merkittävästi alueelta lähtevään virtaamaan ja kertyvään vesimäärään. Valuntakerroin rationaaliseen menetelmään saatiin MarjaVantaan osayleiskaavan hulevesien hallintasuunnitelmasta, jossa oli arvioitu yleiskaavassa esitetyille toiminnoille valuntakertoimia. Yleiskaavassa merkitty toiminto, tässä tapauksessa ET-alue, sisältää kuitenkin hyvin erilaista toimintaa, joissa läpäisemättömän pinnan osuus vaihtelee suuresti. Kyseinen linja-autovarikkotoiminta vaatii lähes koko tontin asfaltointia, kun taas esimerkiksi väliaikaisvarastointi, jonne kunnossapito voi väliaikaisesti varastoida esimerkiksi risuja tai muuta irtoainesta, saattaa olla päällystetty kokonaan soralla. Tällöin on selvää, että alueiden valuntakertoimet poikkeavat toisistaan todellisuudessa hyvinkin paljon, jolloin todellisuudessa linja-autovarikon valuntakerroin on suurempi kuin rationaalisessa menetelmässä esitetty 0,60. Tätä todellista 87 valuntakerrointa on pyritty arvioimaan Vantaan mitoitusohjeen mukaisissa laskuissa, joissa varikon valuntakertoimeksi arvioitiin 0,90. 8.3.3 Mitoituslaskelmat Mitoitusta varten valuma-alueet jaettiin kahtia jakamalla vedet kadun itä- ja länsipuolisen painanteen välillä. Lisäksi katuosuus jaettiin kolmeen paaluväliin kadun arvioidun pituuskaltevuuden mukaan. Vedenjakajana toimii katualueen keskilinja, jolloin saadaan erotettua katualueen molemmille puolelle kertyvät vesimäärät. Oletuksena on, että hulevedet kertyvät tasaisesti biosuodatuspainanteisiin, jolloin laskennassa voidaan määrittää kaikille kolmelle paaluvälille kertyvät vesimäärät. Jaottelun avulla saatiin laskettua tarvittavat pohjapatojen viivytystilavuudet, jotka ovat riippuvaisia pohjapadon korkeudesta, painanteen poikkipinta-alasta, biosuodatuspainanteen pituuskaltevuudesta ja pohjapatojen määrästä. Biosuodatuspainanteiden pituuskaltevuus on suunnitelmassa sama kuin kadun pituuskaltevuus. Viivytettäviä vesimääriä arvioitaessa oletettiin, että kyseisen paaluvälin hulevedet ohjautuvat saman paaluvälin painanteeseen ajoradan sivukaltevuuden ollessa 3 % ja raittien sivukaltevuuksien ollessa 2,5 %. Suunnitelmassa 2 linja-autovarikon hulevesien oletettiin ohjautuvan tasaisesti tontin rajalta painanteeseen (kuva 33). Pohjapatojen korkeudet pyrittiin pitämään korkeimmillaan 300 mm korkuisina, jotta hukkumisvaara ei kasvaisi liian suureksi ja vesi suodattuisi rakenteen läpi riittävän nopeasti. Myös kirjallisuudessa suosittiin alle 400 mm lammikoitumissyvyyksiä. (Blecken et al. 2009a, Bratieres et al. 2008, Brown ja Hunt 2012, Hatt et al. 2009, Muthanna et al. 2007a.) Suunnitelmassa 2 pohjapatojen korkeudet ovat kuitenkin korkeimmillaan 630 mm, koska rakenteeseen tulevat vesimäärät ovat suuria. Tällöin ei ollut mielekästä leventää rakennetta enempää, vaan ennemmin korottaa pohjapatoja. Koska alueella ei ole asutusta, syvyydet voivat olla suuremmat kuin asuinalueilla, joiden kaduilla voidaan olettaa kulkevan paljon lapsia. Biosuodatuspainanteiden luiskien kaltevuudeksi valittiin 1:4, joka on Ympäristöministeriön (1990) selvityksen mukaan jyrkin kaltevuus katualueiden luiskissa, jos luiska verhoillaan kasvillisuudella. Pohjapadon yläveden puolisen luiskan kaltevuudeksi valittiin kuitenkin 1:2, koska siinä on kiviverhous. Taulukoissa 14 ja 15 on esitetty biosuodatuspainanteiden ja pohjapatojen mitat molemmille suunnitelmille ja liitteenä 1 on poikkileikkaukset molemmista suunnitelmista sekä pituusleikkaus ja asemapiirros suunnitel88 masta 1. Kaikki liitteen piirustukset on piirretty MicroStation-ohjelmalla (Bentley Systems 2012). Asemapiirustuksessa ja pituusleikkauksessa on ollut pohjalla piirustukset, joita on muokattu suunnitelmaan sopiviksi ja joihin on lisätty biosuodatuspainanteet ja pohjapadot. Suunnitelmassa 2 jalkakäytävä ja ajorata ovat vierekkäin kadun länsipuolella, koska biosuodatuspainanne on sijoitettuna katualueen ja tontin rajalle. Tällöin kadunsuunnittelussa on huomioitava jalankulkijan turvallisuus erottamalla jalkakäytävä ajoradasta esimerkiksi reunakivin tai ajoratamaalauksin. Taulukko 14 Painanteiden mitat suunnitelmassa 1. Lännen puoleinen painanne Idän puoleinen painanne PL 0-30 PL 30-210 PL 210-427 PL 0-30 PL 30-210 PL 210-427 Viivytettävä vesimäärä [m³] 1,80 10,82 13,00 0,70 12,63 15,16 Kadun pituuskaltevuus [-] 0,015 0,030 0,009 0,015 0,030 0,009 Painanteen pohjan leveys [m] 0,30 0,30 0,30 0,50 0,50 0,50 Painanteen syvyys [m] 0,34 0,34 0,34 0,38 0,38 0,38 Painanteen leveys [m] 3,00 3,00 3,00 3,50 3,50 3,50 Pohjapadon korkeus [m] 0,22 0,27 0,21 0,15 0,30 0,22 Sivuluiskan ja pohjapadon alajuoksun kaltevuus 1:4 1:4 1:4 1:4 1:4 1:4 Pohjapadon yläjuoksun kaltevuus 1:2 1:2 1:2 1:2 1:2 1:2 Pohjapadon viivytystilavuus [m³] 1,90 1,64 2,61 0,76 2,55 3,80 Pohjapatojen määrä [kpl] 1 7 5 1 5 4 Taulukko 15 Painanteiden mitat suunnitelmassa 2. Lännen puoleinen painanne Idän puoleinen painanne PL 0-30 PL 30-210 PL 210-427 PL 0-30 PL 30-210 PL 210-427 Viivytettävä vesimäärä [m³] 32,37 226,24 233,68 2,10 12,63 15,16 Kadun pituuskaltevuus [-] 0,015 0,030 0,009 0,015 0,030 0,009 Painanteen pohjan leveys [m] 5,00 5,00 5,00 0,50 0,50 0,50 Painanteen syvyys [m] 0,81 0,81 0,81 0,38 0,38 0,38 Painanteen leveys [m] 11,50 11,50 11,50 3,50 3,50 3,50 Pohjapadon korkeus [m] 0,43 0,63 0,18 0,22 0,30 0,19 Sivuluiskan ja pohjapadon alajuoksun kaltevuus 1:4 1:4 1:4 1:4 1:4 1:4 Pohjapadon yläjuoksun kaltevuus 1:2 1:2 1:2 1:2 1:2 1:2 Pohjapadon viivytystilavuus [m³] 41,42 49,74 46,37 2,23 2,55 2,53 Pohjapatojen määrä [kpl] 1 5 5 1 5 6 Pohjapadon ylisyöksy mitoitettiin korkeimman pohjapadon kohdalta, koska se on mitoittava tekijä koko painanteen syvyyden ja leveyden kannalta. Korkeimmat pohjapadot 89 sijaitsevat paaluvälillä 30-210, jossa kadun ja siten myös painanteen pituuskaltevuus on suurimmillaan. Mitoitussateena käytettiin kerran sadassa vuodessa toistuvalle 10 min rankkasateelle, jonka rankkuus on 300 l/s/ha, joten ylisyöksyt mitoitettiin tämän sateen aiheuttamalle virtaamalle. Padon harjan leveyden ja ylisyöksyn korkeuden suhdeluku oli molempien suunnitelmien padoilla yli kaksi ja padon korkeuden ja ylisyöksyn korkeuden suhdeluku oli välillä 3-5, joten taulukosta 7 saatiin patojen purkautumiskertoimeksi 0,65. Pohjapadon verhouksen materiaaliksi valittiin tasarakeinen luonnonkivi, joka lisää alueen viihtyisyyttä luoden puromaisen vaikutelman ylivirtaamatilanteissa. Suunnitelluissa hulevesipainanteissa ylivirtaama on niin pieni suhteessa pohjapadon pituuteen, ettei kuvan 23 vakavuusdiagrammi määrittänyt niin pienelle suhteelle kivikokoa. Näin ollen kivikoko voidaan valita saatavilla olevan materiaalin tai maisemakuvallisin perustein. Taulukoissa 16 ja 17 on esitettynä ylisyöksyn mitoitus korkeimpien pohjapatojen kohdalta suunnitelmissa 1 ja 2. Taulukko 16 Mitoituslaskelmat suunnitelman 1 korkeimman pohjapadon ylivirtaamalle. Mitoitussateen rankkuus [l/s/ha] Sateen kesto [min] Valuma-alue [m²] Mitoitusvirtaama [m³/s] Harjan leveys [m] Pohjapadon korkeus [m] Ylisyöksylle varattu korkeus [m] Ylisyöksyn purkautumiskerroin [-] Virtaama, joka mahtuu padon yli [m³/s] Virtaaman ja padon pituuden välinen suhde [m³/s/m] Keskimääräinen kivikoko [cm] 90 Länsipuoli 300 10 2562 0,08 0,53 0,27 0,07 0,65 0,09 0,03 Virtaama ei ole määräävä tekijä Itäpuoli 300 10 2989 0,09 0,60 0,30 0,08 0,65 0,11 0,04 Virtaama ei ole määräävä tekijä Taulukko 17 Mitoituslaskelmat suunnitelman 2 korkeimman pohjapadon ylivirtaamalle. Mitoitussateen rankkuus [l/s/ha] Sateen kesto [min] Valuma-alue [m²] Mitoitusvirtaama [m³/s] Harjan leveys [m] Pohjapadon korkeus [m] Ylisyöksylle varattu korkeus [m] Ylisyöksyn purkautumiskerroin [-] Virtaama, joka mahtuu padon yli [m³/s] Virtaaman ja padon pituuden välinen suhde [m³/s/m] Keskimääräinen kivikoko [cm] Länsipuoli 300 10 46068 1,38 1,26 0,63 0,18 0,65 1,51 0,13 Virtaama ei ole määräävä tekijä Itäpuoli 300 10 2989 0,09 0,60 0,30 0,08 0,65 0,11 0,03 Virtaama ei ole määräävä tekijä 8.3.4 Suunnitelmien rakennekerrokset Molempiin suunnitelmiin valittiin samanlaiset biosuodatusrakenteet. Rakenteeksi valittiin ylhäältä alaspäin kuvattuna katekerros, suodatinkerros, siirtymäkerros ja kuivatuskerros, jossa on salaojaputki. Tähän rakenneratkaisuun päädyttiin, koska se vastaa yleisimmin kirjallisuudessa esitettyä rakenneratkaisua. Kuivatuskerroksen pohjalle lisättiin vielä asennusalusta ja koko suodatinrakenne eristettiin muista rakenteista suodatinkankaalla. Valitut rakennekerrokset on esitetty taulukossa 18. Taulukko 18 Biosuodatukseen valitut rakennekerrokset. Rakenne Katekerros Suodatinkerros Siirtymäkerros Kuivatuskerros Asennusalusta Suodatinkangas Yhteensä Syvyys [mm] 70 500 30 410 150 1010 Materiaali puunkuorihake kasvualusta, jossa yli 90 läpäisyprosenttia hiekkaa hienosora salaojasora sora N3 - Katekerros vähentää rikkaruohojen kasvua, ylläpitää maan kosteuspitoisuutta, parantaa kasvien kasvua, sekä poistaa tehokkaasti raskasmetalleja hulevedestä (Sirviö 2004, Blecken et al. 2011, Muthanna et al. 2007b). Katemateriaaliksi valittiin havupuunkuorihake, koska se on yleisimmin käytetty hake Suomessa. (Sirviö 2004.) Katekerroksen syvyydeksi valittiin 70 mm, joka on InfraRYL:n (2010) mukainen katekerroksen maksimisyvyys kasvualustan päällä. Valitsemalla suurin katekerroksen syvyys saatiin mak91 simoitua katteen raskasmetallien sitomiskapasiteetti. Kateluokaksi valittiin taulukosta 9 koristekate, jonka palakoko vaihtelee 2-40 mm välillä. Muut kateluokat olisivat olleet palakooltaan niin suuria, että niitä olisi ollut vaikea asentaa riittävän matalaksi kerrokseksi. Suodatinkerros toimii biosuodatuksen kasvien kasvualustana ja samalla haitta-aineita pidättävänä rakenteena, joten rakenteen täytyy palvella molempia toimintoja. Pidättymisen kannalta olisi parempi, jos vesi viipyisi rakenteessa pidempään. Tämän vuoksi lämpimän ilmaston maissa onkin suosittu suodatinkerroksen materiaalina silttiä. Suomen talviolosuhteiden vuoksi on kuitenkin huomioitava maan jäätyminen, joten suodatinkerroksen materiaaliksi valittiin kasvualusta, jossa on yli 90 läpäisyprosenttia hiekkaa. Tällöin rakenne ei jäädy umpeen, jolloin rakenteen suodatuskyvyn tulisi säilyä myös talvisin. (Hatt et al. 2009, Muthanna et al. 2008.) Valitun kasvualustan rakeisuuskäyrä on esitetty kuvassa 34. Rakeisuuskäyrän mukaista kasvualustaa käytetään yleensä golfväylillä. Orgaanista ainesta on golfkentillä yleensä noin kaksi painoprosenttia (Sirviö 2004), mutta biosuodatuksen rakenteessa orgaanisen aineksen määrä voi olla korkeampi, noin 8-9 painoprosenttia maa-aineksesta (Muthanna et al. 2007b). Kuva 34 Suodatinkerroksen rakeisuuskäyrä (Sirviö 2004). Siirtymäkerroksen tehtävänä on estää suodatinkerroksen hiekan kulkeutuminen kuivatuskerrokseen ja sieltä salaojaputkeen. Siirtymäkerroksen syvyydeksi valittiin 30 mm. Koska suodatinkerroksen materiaali on pääasiassa hiekkaa, voi siirtymäkerros olla hienosoraa, jonka raekoko on välillä 2,0-6,0 mm. 92 Biosuodatusrakenteen alimpana kerroksena on kuivatuskerros, johon asennetaan salaojaputki. Salaojaputken ympärystäyttöä tulee olla vähintään 200 mm putken sivuilla ja putken laen yläpuolella (InfraRYL 2010). Vantaalla suositellaan kuitenkin salaojan laen yläpuolelle täyttöä vähintään 300 mm, joten ulkohalkaisijaltaan 110 mm salaojaputki vaatii tällöin 410 mm paksuisen kuivatuskerroksen. Ympärystäyttö tehdään salaojasorasta, jonka raekoko on välillä 2-20 mm (Muottikolmio Oy 2010). Salaojan ympärystäyttö tehdään yleisten laatuvaatimusten mukaisesti (InfraRYL 2010) mukaisesti. Salaojaputkien koot mitoitettiin Salaojayhdistyksen (2012) ohjeiden mukaiselle sateen rankkuudelle ja nomogrammilla, joka on esitetty kuvassa 24. Salaojaputkien mitoitus on esitetty taulukossa 19. Tarkastuskaivoja asennetaan jokaisen pohjapadon yhteyteen. Tarvittavien tarkistusputkien määrät ja sijainnit kadun kaareville kohdille määritetään rakennesuunnitteluvaiheessa. Taulukko 19 Salaojaputken mitoitus. Sateen rankkuus [l/s/ha] Valuma-alue [ha] Mitoitusvirtaama [l/s] Minimikaltevuus [%] Salaojaputken ulkohalkaisija [mm] Salaojaputken ulkohalkaisija yleiset laatuvaatimukset huomioiden [mm] Suunnitelma 1 Suunnitelma 2 länsipuoli itäpuoli länsipuoli itäpuoli 1 1 1 1 0,42 0,48 5,63 0,63 0,42 0,48 5,63 0,63 0,90 0,90 0,90 0,90 50 50 125 65 100 100 125 100 Biosuodatusrakennetta ympäröivän suodatinkankaan käyttöluokan valinnassa otettiin huomioon täyttömateriaali ja pohjamaa. Täyttömateriaalin enimmäisraekoko on suunnitellulla biosuodatusrakenteella 20 mm, Pohjamaa vaihtelee katuosuudella moreenista saveen, jolloin mitoittava tekijä on savi. Koska täyttömateriaali on raekooltaan pieni, riittää taulukon 8 mukaan suodatinkankaaksi N3 käyttöluokka. Risteyksiin ja tonttiliittymiin on tulvatilannetta varten rakennettava hulevesirummut, jotta tulvavirtaama pääsee etenemään biosuodatuspainanteissa Myllymäenojaan padottumatta liittymien ja risteyksien kohdalla. Rummut mitoitettiin (taulukko 20) tulvatilanteen virtaamalle Colebrookin nomogrammilla (esim. RIL 2010), joka on esitetty kuvassa 25. 93 Taulukko 20 Rumpukoon mitoitus. Virtaama yhtä rumpua kohden [l/s] Kaltevuus [promillea] Putken sisähalkaisija [mm] Riittävä huuhtoutuminen Suunnitelma 1 Länsipuoli 77 9 300 kyllä Itäpuoli 90 9 300 kyllä Suunnitelma 2 Länsipuoli Itäpuoli 1382 90 9 9 800 300 kyllä kyllä 8.3.5 Kasvillisuus Valittavien kasvien tulee kestää seisovaa vettä etenkin patojen yläpuolella ja painanteiden pohjalla. Kasvit tulee istuttaa siten, että eniten vettä tarvitsevat kasvit istutetaan näille alueille, kun taas painanteiden reunoille ja pohjapatojen alajuoksun puolelle istutetaan kasveja, joiden veden tarve on vähäisempi. Kasvien tulee pärjätä myös hiekkaisessa kasvualustassa ja sietää suolaisia sulamisvesiä. Näillä kriteereillä biosuodatuspainanteiden kasveiksi valittiin leveäosmankäämi (Typha latifolia), tyrni (Hippophae Rhamnoides) ja hanhenpaju (Salix repens). Valituista kasveista leveäosmankäämin on havaittu sitovan hulevedestä raskasmetalleja (Muthanna et al. 2007b) ja tyrnin juurinystyröillään typpeä (Sanoma News Oy 2011). Hulevesioppaassa taas suositeltiin biosuodatusalueilla käytettäväksi pajuja, joten rakenteeseen valittiin pajuista hanhenpaju, joka viihtyy hiekkaisilla alueilla (Hulevesiopas 2012, Luontoportti 2012). Kuvassa 35 on valitut kasvit. Kasveista kosteassa viihtyvää leveäosmankäämiä istutetaan pohjapatojen yläpuolelle, joihin hulevettä ensisijaisesti padottuu. Kuivemmissa olosuhteissa viihtyviä tyrnejä ja hanhenpajua istutetaan luiskiin ja kauempana pohjapadoista myös painanteen pohjalle (Luontoportti 2012). Biosuodatuksen pinta-alasta puolet varataan leveäosmankäämille ja puolet tyrnille ja hanhenpajulle. Kuva 35 Biosuodatuspainanteiden kasvit ovat leveäosmankäämi, tyrni ja hanhenpaju (Luontoportti 2012). 94 8.4 Rakentamisen aikainen valvonta ja kunnossapitosuunnitelma Rakentamisen aikainen valvonta ja loppukatselmus nousevat tärkeään rooliin vesimäärien ollessa suuria. Kuten kirjallisuusosiossa todettiin (Brown ja Hunt 2012), pienetkin virheet esimerkiksi pohjapatojen korkeuksissa vaikuttavat padottuvaan vesimäärään merkittävästi padottuvan veden pinta-alan ollessa suuri. Rakentamisen aikaisen valvonnan ja loppukatselmuksen avuksi on tehty tarkastuslista (Melbourne Water 2005), joka käytetään tarkastusta tehtäessä. Tarkastuslista parantaa tilaajapuolen yhtenäisyyttä laatuasioissa, jolloin tarkastajien toimintatavat yhdenmukaistuvat kaikkien käyttäessä samaa listaa tarkastuskäynneillä. Tarkastuslistaa voidaan kuitenkin muokata kohteeseen sopivaksi, jolloin joitain kohtia voidaan jättää täyttämättä, jos kyseistä rakennetta ei esimerkiksi ole kohteessa tai listaan voidaan lisätä tarkastuskohta, jos siitä puuttuu jokin tarkastettava seikka. Tehdyn suunnitteluhankkeen toteutuessa suositellaan käytettäväksi kyseistä listaa, joka on esitetty kirjallisuusosiossa taulukossa 2. Rakentamisen jälkeen ei pidä unohtaa kunnossapitoa, jonka avulla varmistetaan rakenteen pitkä käyttöikä. Kasvillisuudella on kahden vuoden takuuaika istutuksen jälkeen, jolloin sitä tulee hoitaa Viherympäristöliiton (Eskola 2005) ohjeiden mukaisesti. Kasvillisuus koostuu perennoista ja pensaista, joten biosuodatuspainanteiden hoidossa noudatetaan Viherympäristöliiton laatuvaatimuksia perennoiden ja pensaiden hoitotöistä. Pääpiirteissään kahden vuoden takuuaikaisiin laatuvaatimuksiin kuuluu (Eskola 2005): kevätkunnostus o poistetaan istutusalueelle kuulumattomat ainekset, korjataan routavaurioita ja poistetaan kuolleet kasvit paikataan syntyneet aukot o kahden vuoden takuuajan päättyessä istutuksissa ei saa olla aukkoja kitketään rikkaruohot joka toinen viikko ja viedään kasvijätteet pois istutusalueelta estetään kasvillisuuden leviäminen istutusalueen ulkopuolelle tarvittaessa kastellaan kasveja pensaita leikataan tarvittaessa ja varmistetaan, että näkemäalueet ja kulkuväylien esteettömyys ei ole vaarantunut. Huonosti menestyvät kasvit voidaan tarvittaessa myös korvata toisella kasvilajilla, jos havaitaan ongelmien johtuvan kasvin soveltumattomuudesta biosuodatusalueelle. Koska kasvit sitovat hulevedestä ravinteita ja raskasmetalleja, on pensaiden lisäksi hyvä leikata 95 myös perennoita huollon yhteydessä, jolloin rakenteesta poistuu ravinteita ja raskasmetalleja (Muthanna et al. 2007b). Katekerros pidättää erityisen hyvin hulevedessä olevia raskasmetalleja, joten metallin pidättymisen kannalta katekerros on hyvä vaihtaa 3-7 vuoden välein. Katekerros myös maatuu ajan kuluessa, joten senkin vuoksi katetta on syytä lisätä. (Muthanna 2007.) Hoitotöistä jätetään Viherympäristöliiton (Eskola 2005) laatuvaatimuksissa esitetty lannoitus pois, koska se saattaisi huonontaa rakenteen ravinteiden poistotehoa. Lannoitusta tai kalkitsemista ei kannata tehdä senkään vuoksi, että katekerros estää niiden pääsyn kasvualustaan, jolloin lannoitteet ja kalkki jäävät katekerroksen päälle, mikä taas lisää rikkaruohoja katteessa. (Sirviö 2004.) Kasvien hoidon lisäksi vuosittaisiin hoitotöihin kuuluu Hulevesioppaassa (Suomen Kuntaliitto 2012) esitetyt toimenpiteet, joihin kuuluu salaojien puhdistaminen ja tarkistuskaivojen kansien korkeuksien tarkistaminen. Pohjapatojen kiveysten kunto tulee myös tarkistaa ja puhdistaa padon kiveys kertyneestä kiintoaineesta. Tulvareitin toiminta varmistetaan puhdistamalla rummut tarvittaessa kertyneestä kiintoaineesta. Ongelmalliseksi biosuodatuksen hoidossa nousee kuitenkin kunnossapitoresurssien vähyys. Kahden vuoden hoitotakuun jälkeen viheralueiden ylläpitoon kuuluu lähinnä niiden siistiminen roskista. Biosuodatusalueiden toimivuuden kannalta niihin pitäisi budjetoida varoja vähintään katekerroksen uusimiseen esimerkiksi kerran viidessä vuodessa. Tämän lisäksi, jos resursseja on saatavilla, olisi kasvillisuutta hyvä leikata, jotta saadaan poistettua niihin pidättyneitä ravinteita ja raskasmetalleja. Kunnossapitotarvetta arvioitaessa suositellaan käyttämään kirjallisuudessa esitettyä (Melbourne Water 2005) tarkistuslistaa, joka on esitettynä taulukossa 3. Tarkastuslista toimii dokumenttina tarkastuskäynniltä, jolloin siitä on helppo jälkikäteen tarkistaa kohteen kunto eri tarkastuskerroilla. Kohteesta tehtyjä tarkastuslistoja onkin helppo verrata keskenään, koska tarkastuspohja on sama kaikissa sen sijaan, että verrattaisiin tarkastajien omia muistiinpanoja. 8.5 Kustannusarviot suunnitelmille Kustannusarvioita tehtäessä jätettiin kadun rakentamisesta aiheutuvat kustannukset huomioimatta, jolloin kustannuksissa huomioitiin ainoastaan biosuodatusalueiden ra96 kentamisesta aiheutuvat kustannukset. Todellisuudessa kustannukset kuitenkin sisältyvät kadun rakentamiskustannuksiin, koska rakenteet ovat osa katurakenteita. Koska tässä työssä ollaan kuitenkin kiinnostuneita ainoastaan biosuodatuksen kustannuksista, ei ollut syytä lähteä arvioimaan muita kadun rakentamiskustannuksia. Lisäksi se olisi vaatinut myös katurakenteiden suunnittelua, jotta kustannuksia olisi pystytty arvioimaan. Kustannusarvioihin sisältyi nykyisen kasvillisuuden ja pintamaan poisto sekä kaivantojen kaivu ja näiden materiaalin poiskuljetus ja vastaanotto. Tämän jälkeen arvioitiin salaojaputkien asennus ja täytöt sekä maapatojen rakentaminen ja istutukset. Kaikkiin töihin kuului materiaalikustannukset sekä asennustyöstä aiheutuvat kustannukset. Näiden rakennusosakustannusten lisäksi kustannuksiin lisättiin työmaatehtävät, joihin sisältyy muun muassa rakentamisen johtotehtäviä ja työmaakalustosta aiheutuvia kustannuksia. Koko hankkeen kustannuksia laskettaessa pitää kustannuksiin lisätä lopuksi vielä tilaajatehtävät, joihin sisältyy arvio suunnittelun kustannuksista ja rakennuttamisen kustannuksista. Molempien suunnitelmien kustannusarviot ovat liitteenä 2. Käytetyt yksikkökustannukset ovat samoja kuin Meiramitiellä käytetyt yksikkökustannukset niiltä osin kuin oli käytetty samoja materiaaleja. Yksikkökustannukset saadaan Fore -kustannusten hallintaohjelmasta (Fore 2012) ja ne perustuvat valmistajilta ja tilastoista saatuun kustannustietoon. Kustannusarviot perustuvat vuoden 2012 hintatasoon. Suunnitelman 1 kokonaiskustannukset ilman arvonlisäveroa olivat 432 700 €. Tästä varsinaisen rakentamistyön osuus materiaaleineen oli 312 300 €, josta kasvien hankinnan ja istutuksen osuus oli 125 500 €, joka on noin 40 % koko rakentamisen kustannuksista. Kasvillisuuden kustannuksia selittää tehtävän työn määrä, sillä kasvien istuttaminen on aikaa vievää työtä. Suunnitelman 2 kokonaiskustannuksiksi ilman arvonlisäveroa arvioitiin 1 076 600 €, josta rakentamistyön ja materiaalien osuus on 777 200 €. Loput kustannuksista kertyi työmaanjohtotehtävistä ja muista työmaatehtävistä ja suunnittelunaikaisista kustannuksista. Kasvillisuuden kustannukset olivat tässä suunnitelmassa 288 300 €, mikä vastasi 37 % rakentamiskustannuksista. 97 9 Tulosten tarkastelu 9.1 Perustelut rakenneratkaisuille Suomen kylmien talvien vuoksi biosuodatusrakenteen suodatinkerrokseksi valittiin hiekkainen maa-aines, jotta rakenne toimisi jäätyneenäkin. Samankaltaista rakennetta käytettiin myös Muthannan (2007) väitöskirjatutkimuksessa, jossa havaittiin rakenteen suodattavan vettä talvella nopeammin kuin kesäaikana. Suunniteltu suodatinkerroksen maa-aines eroaa monissa tutkimuksissa (esim. Blecken et al. 2007, Hatt et al. 2009, Melbourne Water) käytetystä hiekkaisesta silttikerroksesta. Hiekkaista silttiä suositaan monissa tutkimuksissa, koska sen hydraulinen johtavuus on pienempi, jolloin pidättyminen maahan paranee (esim. Blecken et al. 2007, Hatt et al. 2009, Melbourne Water). Tällöin kuitenkin riski rakenteen umpeen jäätymisestä kasvaa, joten kylmiin oloihin kannattaa valita hydrauliselta johtavuudeltaan suurempi rakenne. (Hatt et al. 2009.) 9.2 Arvio rakenteen toimivuudesta Rakenteen viivyttävää vaikutusta arvioitiin, kun tiedettiin suodatinkerroksen olevan hiekkaisaa maa-ainesta ja tunnettiin padottuvan veden syvyys pohjapatojen yläpuolella. Maa-aineksen vedenläpäisykyvyn oletettiin olevan hulevesioppaassa (Suomen kuntaliitto 2012) esitetty minimiarvo 10-6 m/s, joka vastaa hiekan tai karkean siltin vedenläpäisykykyä. Viipymät arvioitiin syvimmille padoille molemmissa suunnitelmissa, joten tulokset edustavat maksimiviipymiä. Suunnitelman 1 pisimmät viipymät ovat noin 3,5 päivää ja suunnitelman 2 pisimmät viipymät ovat 7,3 päivää. Todellisuudessa salaojitus kuitenkin nopeuttaa suodattumista kuivattamalla rakennetta nopeammin. Suodatusrakenteissa ohjeena on, että rakenteen tulisi tyhjentyä viimeistään kahden vuorokauden kuluessa sateesta (Suomen Kuntaliitto 2012). Puhdistavuuden kannalta pidempi viipymä on kuitenkin parempi, koska se parantaa pidättymistä (Hatt et al. 2009, Muthanna et al. 2008). Koska suunnitelmat on mitoitettu myös suurille virtaamille, ei patojen ylivirtaamista aiheudu haittaa muille toiminnoille. Tämän johdosta viipymää ei ole tarvetta pienentää kasvattamalla hydraulista johtavuutta tai madaltamalla pohjapatoja, vaan peräkkäisten suurten sadetapahtumien yllättäessä hulevedet saavat tulvia pohjapatojen yli. Ylivirtaamastakin osa hulevesistä imeytyy padon ylityksen jälkeen biosuodatusrakenteessa alueelle, johon vesi ei pääse pohjapatojen mataluuden vuoksi padottumaan. 98 Rakenteen pidätyskyvystä on vaikea tehdä arviota ilman mittaustietoja. Kirjallisuudessa esitetyt tutkimukset ovat perustuneet mittauksiin, eikä yleistettävää tietoa eri materiaalien tai kasvien pidätyskyvystä ole saatavilla. Katekerroksen ja kasveista leveäosmankäämin avulla pyritään tehostamaan raskasmetallien pidättymistä. Jos rakenne toimii kuten kirjallisuudessa esitetyt rakenteet, voidaan raskasmetalleista pidättää jopa 90 % (Blecken et al. 2009a, Fritioff et al. 2005, Muthanna et al. 2007b, Read et al. 2008). Fosforin poiston voidaan myös olettaa olevan tehokasta, koska yleisesti kirjallisuudessa esitetyissä tutkimuksissa sen poistaminen ei ole ollut ongelmana ja poistoteho on ollut yli 76 % (Bratieres et al. 2008, Blecken et al. 2010, Sänkiaho ja Sillanpää 2012). Typen pidättymistä on vaikeaa arvioida, koska sen pidättyminen on kirjallisuudessakin vaihdellut hyvästä pidättymisestä suureen vuotamiseen rakenteesta. Typen sitomiseksi istutetaan biosuodatusalueelle tyrniä, jonka on havaittu pidättävän hyvin typpeä Sanoma (News Oy 2011). Joten mikäli tyrni viihtyy alueella, voidaan myös typpeä saada pidättymään. (Blecken et al. 2010, Bratieres et al. 2008, Sanoma News Oy 2011, Sänkiaho ja Sillanpää 2012.) 9.3 Mitoitusmenetelmän arviointi Kirjallisuudessa esitettiin monia eri mitoitusmenetelmiä biosuodatusrakenteille eikä yhtenäistä tapaa niiden mitoitukseen ollut (Roy-Poirier et al. 2010). Työn suunnitteluvaiheessa sovellettiin Vantaan kaupungin (2011b) mitoitusohjetta hulevesille, joka on yksinkertaistettu versio Suomessa yleisesti käytetystä rationaalisesta menetelmästä. Vantaan mitoitusohjeessa läpäisevät pinnat jätetään huomioimatta ja läpäisemättömiltä pinnoilta oletetaan kaiken sateen muuttuvan hulevedeksi. Tämän työn suunnittelukohteessa Vantaan mitoitusohjeella saadut mitoitusvesimäärät ja -virtaamat olivat suurempia verrattuna rationaalisella menetelmällä saatuihin arvoihin. Jossain toisessa tilanteessa taas Vantaan mitoitusohjeella saadut arvot saattaisivat olla pienempiä kuin rationaalisella menetelmällä saadut arvot. Tapauksessa, jossa alueella on paljon läpäisevää pintaa verrattuna läpäisemättömään pintaan, huomioi Vantaan mitoitusohje ainoastaan läpäisemättömältä pinnalta tulevat hulevedet, vaikka läpäisevältä pinnalta saattaa tulla paljonkin hulevesiä ainakin suurilla sadetapahtumilla. 99 Koska biosuodatusrakenne sijoitetaan erotuskaistoille koko katuosuuden matkalta, on niiden osuus valuma-alueen pinta-alasta suuri. Suunnitelmassa 1 biosuodatusalueet kattavat koko valuma-alueesta 31 % ja suunnitelmassa 2 biosuodatusalueet kattavat 10 % valuma-alueesta. Mitoitetut biosuodatusalueet ovat suunnitelmassa 1 suurempia verrattuna kirjallisuudessa esitettyihin mitoitusmenetelmiin, joista suurimmassakin ratkaisussa biosuodatuksen osuus valuma-alueesta oli 24 %. Tämä johtuu siitä, että suunnitelman 1 valuma-alue koostuu paljon läpäisemätöntä pintaa sisältävästä katualueesta. Lisäksi on syytä muistaa, että biosuodatusta ei mitoituksen kannalta tarvittaisi koko erotuskaistan matkalla, jolloin myös sen osuus valuma-alueesta olisi pienempi. Tähän kuitenkin päädyttiin, jotta rakentaminen olisi helpompaa ja materiaalien rajapintojen painumisongelmilta vältytään. Vaikka suunnitelman 1 biosuodatusalue onkin suuri suhteessa valuma-alueeseen, ei sitä ole syytä pienentää. Rakenteen kaventaminen johtaisi syvempään lammikoitumissyvyyteen tai jyrkempiin luiskiin, jotta käsiteltävät hulevedet saadaan padotettua rakenteeseen. Nämä toimenpiteet taas heikentäisivät rakenteen turvallisuutta. Suunnitelmassa 2 biosuodatuksen osuus valuma-alueesta menee kirjallisuudessa esitettyihin rajoihin, jotka ovat välillä 5-24 %. (Muthanna et al. 2007c.) Suunnitelma 2 vie siis vähemmän tilaa valuma-alueeseensa nähden kuin suunnitelma 1. Laskettujen pintaalojen suhteen perusteella voidaan tehdä johtopäätös, että tonttien kanssa yhteinen hulevesijärjestelmä on tilankäytöllisesti tehokkaampi kuin erilliset järjestelmät. 9.4 Kustannusten vertailu Suunnitelmien kustannustarkastelusta ilmeni, että tontin kanssa yhteisen biosuodatusrakenteen rakentaminen tulee yksikkökustannuksiltaan halvemmaksi kuin pienen rakenteen rakentaminen. Kirjallisuudesta ei löytynyt tietoa biosuodatushankkeiden kustannuksista, joten saatua tulosta ei voitu verrata kirjallisuuteen. Tämän johdosta tässä työssä vertaillaan ainoastaan kahden suunnitelman välisiä kustannuksia keskenään. Kustannusvertailussa (taulukko 21) on verrattu hankkeiden kokonaiskustannuksia viivytettyyn vesimäärään ja saatu siten yksikkökustannukset hankkeille. Taulukko 21 Suunnitelmien yksikkökustannukset. Suunnitelma 1 Suunnitelma 2 432 700 1 076 600 56 506 7 795 2 130 Kokonaiskustannukset [€] Viivytetty vesimäärä [m³] Yksikkökustannus [€/m³] 100 Suunnitelmassa 1, jossa käsiteltiin ainoastaan katualueen hulevesiä, kustannukset käsiteltyä kuutiota hulevettä kohti olivat 7 795 €/m³. Suunnitelmassa 2, jossa käsiteltiin sekä katualueen että yhdyskuntateknisen huollon alueelta tulevat hulevedet, kustannuksen olivat 2 130 €/m³. Suuremmalla hankkeella kustannuksia saadaan alennettua, koska materiaalien yksikköhinnat saattavat olla alhaisempia, kun tilataan suurempi erä massoja. Myös kuljetuksen yksikkökustannukset saattavat madaltua, kun kuljetettavaa massaa on enemmän. Käytännössä myös suunnittelun kustannukset suhteessa koko hankkeen kustannuksiin alenevat suurissa hankkeissa, koska suunnitteluun ei kulu välttämättä enempää aikaa kuin pienemmän kohteen suunnitteluun. Foren (2012) kustannuslaskentaohjelmassa näitä tekijöitä ei ole kuitenkaan huomioitu, koska suunnittelun osuus kustannuksista lasketaan prosentuaalisena osuutena rakentamiskustannuksista ja kuljetuskustannukset perustuvat yksikköhintaan. Yhdistetyssä käsittelyssä kustannukset kunnan ja tontinomistajan välillä tulisi jakaa suhteessa muodostuvan huleveden määrään. Taulukossa 22 on esitetty kustannusten jakautuminen yhdyskuntateknisen huollon alueen ja katualueen välillä. Taulukko 22 Toimijoille aiheutuvat kustannukset. Yhdistetyn käsittelyn kokonaiskustannus [€] ET-alueelta muodostuvat hulevedet [m³] Katualueelta muodostuvat hulevedet [m³] Yksikkökustannus [€/m³] ET-alueen omistajalle aiheutuvat kustannukset [€] Vantaan kaupungille aiheutuvat kustannukset [€] 1 076 600 450 56 2 130 958 400 118 200 Yhdistetystä käsittelystä Vantaan kaupungille aiheutuvat kustannukset ovat noin 27 %, erillisestä käsittelystä aiheutuvista kustannuksista. ET-alueen omistajan kustannukset alenevat myös hieman, vaikka heillä kustannussäästö jää pienemmäksi, koska käsiteltävät vesimäärät ovat suuret suhteessa katualueen vesimääriin. Tontinomistaja hyötyy järjestelmästä kuitenkin pääsemällä helpommalla, kun he välttävät suunnittelutyön ja rakennuttamisen, jos tästä vastaa Vantaan kaupunki. Tällöin tontinomistaja joutuu ainoastaan maksamaan oman osuutensa biosuodatusalueen kokonaiskustannuksista ja jatkossa oman osuutensa kunnossapitokustannuksista samalla kustannusjaolla. Suunnitelmien kustannustarkastelusta havaittiin, että kasvillisuuden osuus oli 37-40 % koko rakentamiskustannuksista. Vertailun vuoksi laskettiin rakentamiskustannukset, jos kasvillisuutena käytettäisiin niittykasvillisuutta, joka kylvettäisiin biosuodatusalueelle. 101 Tällöin suunnitelman 1 rakentamiskustannukset olisivat 192 200 € ja suunnitelmassa 2 kustannukset olisivat 501 400 €. Nämä vastaavat noin 60 % kustannuksista, jotka muodostuvat, kun kasvillisuutena käytetään istutettavia kasveja. Kustannussäästöt ovat siis suuret, mutta samalla menetetään biosuodatukselle tyypillinen runsas ja vaihteleva kasvillisuus. Tämä saattaa heikentää raskasmetallien ja ravinteiden pidättymistä kasvillisuuteen ja suodatinkerroksen vedenläpäisykyvyn säilyminen saattaa vaarantua, koska heinien juuristo ei pysty ohuilla juurillaan ylläpitämään suodatinkerroksen vedenläpäisykykyä. (Blecken et al. 2009a, Bratieres et al. 2008, Li ja Davis 2009, Muthanna et al. 2007a, Muthanna et al. 2007b, Read et al. 2008.) 102 10 Johtopäätökset Tässä työssä havaittiin, että biosuodatus soveltuu käytettäväksi Suomen ilmasto-oloissa tietyin ehdoin. Jos biosuodatusrakenteen halutaan toimivan myös jäätyneenä, tulee suodatinkerroksen olla riittävän vettä läpäisevä. Materiaaliksi soveltuu maa-aines, jossa on suuri hiekkapitoisuus. Vedenläpäisevyydeltään pienempi maa-aines pidättää raskasmetalleja ja ravinteita paremmin, mutta saattaa jäätyä talvella umpeen, jolloin suodattumista ei pääse tapahtumaan talvisateilla tai lumen sulamisaikana. Talviaikaisen hulevesien hallinnan merkitys korostuu tulevaisuudessa ilmastonmuutoksen johdosta, jolloin Suomessa ilmaston lämpeneminen aiheuttaa talviaikaisten sateiden ja lumen sulamistapahtumien lisääntymistä nykyisestä. Etelä-Suomessa ja rannikkoseuduilla mitoittavana tekijänä voi olla joko rankkasadetapahtuma tai lumen sulamistapahtuma. Pohjoisempana sen sijaan mitoittava tekijä hulevesirakenteissa on lumen sulamistapahtuma, jolloin virtaamat ovat suurimmillaan. Riittävän kuivatuksen takaamiseksi rakenne on syytä salaojittaa, jotta rakenne ei jäätyessään ole vedellä kyllästynyt. Suodatinkerroksen materiaalin ja salaojituksen lisäksi tärkeässä roolissa on biosuodatukseen valittava kasvillisuus. Kasvien tulee kestää talven pakkaset ja viihtyä hiekkaisessa maassa, joka toisinaan on veden peitossa ja toisinaan kuivana. Katualueelle sijoitettavissa biosuodatusrakenteissa kasvien on kestettävä suolaista vettä, jos kadulla käytetään talvisin tiesuolaa. Kasvien olisi hyvä olla myös helppohoitoisia, jotta kunnossapito olisi helppoa ja kunnossapitoväliä voisi kasvattaa. Katuympäristöön soveltuvia kasveja voivat olla esimerkiksi meren rannoilla viihtyvät kasvit, jotka viihtyvät hietikossa ja kestävät suolaista vettä. Näiden ominaisuuksien lisäksi kasvien tulisi sitoa raskasmetalleja ja ravinteita. Etenkin typen sitomisessa havaittiin kasvillisuuden valinnalla olevan suuri merkitys. Kirjallisuudessa esitetyt kasvit eivät kuitenkaan joko kasvaneet Suomessa tai kasvit olivat kosteikko- ja uposkasveja. Suunniteltuihin biosuodatusrakenteisiin olikin vaikea löytää kirjallisuudesta kasveja, jotka täyttäisivät vaaditut lähtökohdat. Tutkimusta tarvitaankin lisää kylmiin olosuhteisiin soveltuvista kasveista, jotka pidättävät raskasmetalleja ja ravinteita, viihtyvät hiekkaisessa maassa ja kestävät sekä kosteutta että kuivuutta. Katekerros pidättää kasvejakin paremmin raskasmetalleja. Niinpä kasvien huonoa pidätyskykyä voidaan kompensoida katekerroksen avulla, joka pidättää valtaosan raskasme- 103 talleista. Samalla katekerros myös ehkäisee rikkaruohojen kasvamista ja pitää rakenteen siistin näköisenä. Kustannustarkastelusta havaittiin, että kallein yksittäinen rakentamiskustannus muodostui kasvillisuuden istutuksesta. Kasvillisuuden istutuksessa kustannukset kertyvät kasvien hankinnasta, mutta myös niiden istutustyöstä, jota ei voida tehdä koneellisesti. Kasvit ovat kuitenkin suuressa roolissa biosuodatuksen toiminnassa, koska ne pidättävät raskasmetalleja ja ravinteita, mutta myös ylläpitävät rakenteen vedenläpäisevyyttä juurillaan ja siten vähentävät rakenteen tukkeutumista. Korvaamalla vaihteleva kasvillisuus halvemmalla niittykasvillisuudella säästetään kustannuksissa, mutta menetetään vaihtelevan kasvillisuuden tuomat edut. Eri kasvit pidättävät eri aineksia, jolloin pidättymisen kannalta on parasta istuttaa vaihtelevaa kasvillisuutta. Lisäksi vedenläpäisevyyttä parantaa parhaiten paksut ja pitkät juuret, joita niittykasveilla ei yleensä ole, jolloin rakenteen tukkeutumisriski kasvaa ja rakenteen arvioitu elinkaari lyhenee. Kustannussäästöjä haettaessa kannattaakin mieluummin säästää vaikka suodatinkerroksen paksuudessa, koska raskasmetallit ja ravinteet pidättyvät pääasiassa katekerrokseen, kasvillisuuteen ja suodatinkerroksen yläosaan. Toisaalta ohuemman rakenteen viivyttävä vaikutus pienenee, koska vesi suodattuu rakenteen läpi nopeammin. Tällöin virtaamahuippuja ei saada tasattua yhtä tehokkaasti kuin syvemmällä rakenteella. Kustannustehokkaimmaksi ratkaisuksi tässä tutkimuksessa havaittiin yhteinen biosuodatusalue tontinomistajien kanssa. Yhteinen biosuodatus säästää kustannuksia, koska salaojaputkia, rumpuja ja tarkastuskaivoja tarvitaan vähemmän kuin erillisissä järjestelmissä. Kustannussäästöjä, joita kustannusarviot eivät huomioi, ovat suunnittelukustannusten pieneneminen, kun kahden toteutussuunnitelman sijasta riittää yksi suunnitelma. Toinen vaikeammin mitattavissa oleva säästö on tilansäästö, sillä yhteinen biosuodatusrakenne vie vähemmän tilaa kuin kaksi erillistä. Tontinomistajalle kertyy myös aikasäästöä, koska omistajan ei tarvitse käyttää aikaa suunnitelman teettämiseen ja rakennuttamiseen, jos hankkeesta vastaa kunta. Kustannukset kunnan ja tontinomistajan välillä on reiluinta jakaa tulevien hulevesimäärien mukaan. Tässä suunnitelmassa tontilta tuli suurin osa hulevesistä, jolloin tontinomistaja joutuu myös maksamaan suurimman osan rakentamiskustannuksista. Jossain toisessa tilanteessa taas kunta saattaisi joutua maksamaan suurimman osan rakenteen kustannuksista, jos suhdeluku olisi toisin päin. Yhteistä hulevesijärjestelmää suunniteltaessa tulee tontinomistajan kanssa tehdä kunnallis104 tekniikan sopimus kustannusten jakamisesta. Samassa sopimuksessa sovitaan myös kunnossapitokustannusten jakamisesta, jotta kunnossapitokustannuksista ei tarvitse riidellä hankkeen toteuttamisen jälkeen. Yhteisen biosuodatusrakenteen toteuttamisen ongelmaksi saattaa nousta kuitenkin hankkeiden eri aikaisuus. Kunnalle paras toteutusaika on rakentaa biosuodatusalueet kadun rakentamisen yhteydessä, jolloin tontin rakentamisesta ei välttämättä ole vielä täyttä varmuutta. Tällöin tontinomistaja on tuskin halukas investoimaan hulevesirakenteeseen. Kunnossapitokustannukset saattavat myös aiheuttaa ongelmia, jos toinen sopimusosapuolista ei pysty hoitamaan omaa osuuttaan. Tontinomistajalla tämä voi tarkoittaa sitä, ettei ole varaa maksaa sovittuja kunnossapitokustannuksia ja kunnan puolella budjettisäästöt voivat estää sovitun kunnossapitotason ylläpitämisen. Yksityisten toimijoiden kanssa tehdyt sopimukset saattavat taas asettaa nämä hulevesijärjestelmät kunnossapidoltaan parempaan asemaan verrattuna kunnan omiin hulevesijärjestelmiin, joiden hoidosta ei ole tehty sopimusta yksityisen toimijan kanssa. Tästä työstä saatujen tietojen perusteella ei voida yksiselitteisesti todeta kummankaan ratkaisun olevan toista parempi. Päätöksiä tehdessä tulee siis arvioida molempia vaihtoehtoja ja kartoittaa tontinomistajan yhteistyöhalukkuutta ja tehdä päätös kaikkien vaikuttavien tekijöiden pohjalta. Rakentamisen aikaisella valvonnalla varmistetaan, että toteutettu rakenne vastaa suunniteltua, mitoitusvesimäärä mahtuu viipymään rakenteen pinnalla ja mitoitettu ylivirtaama mahtuu patojen yli tulvimatta ajoradalle. Huolimattomalla rakentamisella saatetaan pilata hyvä suunnitelma, eikä rakenteesta tällöin saada kaikkea hyötyä irti. Rakentamisen aikaisella valvonnalla varmistetaan pintarakenteiden lisäksi, että maanalaiset rakenteet, kuten kerrospaksuudet ja materiaalit ovat suunnitelmien mukaiset, sillä näitä rakenteita on jälkikäteen mahdotonta tarkistaa kaivamatta rakennetta auki. Tarkastuksen tueksi ehdotetaan, että otetaan käyttöön taulukossa 2 esitetty tarkastuslista biosuodatuskohteille. Rakentamisen aikaisen tarkastuksen lisäksi on syytä tehdä kunnossapitotarkastuksia. Biosuodatuksen kasvillisuutta hoidetaan kahden vuoden takuun ajan alueen hoitoluokan mukaisesti. Biosuodatuksen kasveja hoidetaan muuten Viherympäristöliiton laatuvaatimusten mukaisesti, mutta lannoitusta kasveille ei anneta, koska tällöin rakenteen ravinteiden sitomiskyky hulevedestä saattaisi heikentyä. Takuuaikana on hyvä suorittaa alueella kunnossapitotarkastuksia, joissa tarkistetaan rakenteen kunto ja kirjataan, mitä 105 kunnossapitotoimia pitäisi suorittaa. Samassa tarkastuksessa tarkastetaan myös virtaamaan vaikuttavat tekijät, kuten salaojien toimivuus ja poistetaan pinnalta näkyvä sedimentti, joka saattaa heikentää huleveden suotautumista rakenteeseen. Kunnossapitotarkastuksessa suositellaan käytettäväksi taulukossa 3 esitettyä tarkastuslistaa kunnossapitoon. Tarkastuslistojen avulla tehtyjen tarkastuskäyntien merkintöjä on helppo jälkikäteen katsoa ja verrata eri käyntikertojen merkintöjä, kun kaikki tarkastajat käyttävät samaa tarkastuspohjaa. Tässä työssä tehdyt suunnitelmat sekä tapaustutkimuksista Tikkurilantielle ja Koisotien lumenvastaanottoalueelle suunnitellut biosuodatusalueet sijoittuivat uudisrakentamisen yhteyteen, jolloin biosuodatusalue on helppo huomioida katutilaa mitoitettaessa. Biosuodatus soveltuu kuitenkin myös vanhojen katualueiden saneerauskohteisiin, jos katualueella on vain riittävästi tilaa. Esimerkiksi Meiramitien saneerauksen yhteydessä biosuodatusalueet suunniteltiin sijoitettavaksi kadulla olleelle erotuskaistalle, jolloin biosuodatus ei vaikuttanut katualueen leveyteen. Kapean katualueen saneeraukseen biosuodatus ei sovellu ilman, että katualuetta levennettäisiin tai sen muita toimintoja poistettaisiin tai kavennettaisiin. Saneerauskohteissa pitääkin tapauskohtaisesti kartoittaa, onko biosuodatukselle tilaa, onko sitä maaperäolosuhteiden vuoksi mahdollista rakentaa tai onko sille ylipäätään tarvetta. 106 Lähdeluettelo Aaltonen, H., Hohti, H., Jylhä, K., Karvonen, T., Kilpeläinen, T., Koistinen, J., Kotro, J., Kuitunen, T., Ollila M., Parvio, A., Pulkkinen, S., Silander, J., Tiihonen, T., Tuomenvirta, H. & Vajda, A. 2008. Rankkasateet ja taajamatulvat (RATU). Suomen ympäristö 31/2008. 123 s. Suomen ympäristökeskus. Atchison, D. & Severson, L. 2004. REGARGA User´s Manual. University of Wisconsin, Civil& Environmental Engineering Department, Water Resources Group. Version 2.3. 19 s. [Viitattu 20.11.2012]. Saatavilla: http://dnr.wi.gov/topic/stormwater/documents/InfStdsTools/RECARGA23User_Manual.pdf Bentley Systems. 2012. MicroStation Platform Technology and Products. [Viitattu 23.11.2012]. Saatavilla: http://www.bentley.com/fiFI/Products/microstation+product+line/ Blecken, G-T., Zinger, Y., Muthanna, T. M., Deletic, A., Fletcher, T. D. & Viklander, M. 2007. The influence of temperature on nutrient treatment efficiency in stormwater biofilter systems. Water Science & Technology. Vol. 56. No. 10. 83-91 s. Blecken, G-T., Zinger, Y., Deletic, A., Fletcher, T. D. & Viklander, M. 2009a. Influence of intermittent wetting and drying conditions on heavy metal removal by stormwater biofilters. Water Research. Vol. 43. 4590-4598 s. Blecken, G-T., Zinger, Y., Deletic, A., Fletcher, T. D. & Viklander, M. 2009b. Impact of a submerged zone and a carbon source on heavy metal removal in stormwater biofilters. Ecological engineering. Vol. 35. 769-778 s. Blecken, G-T., Zinger, Y., Deletic, A., Fletcher, T. D., Hedström, A. & Viklander, M. 2010. Laboratory study on stormwater biofiltration: Nutrient and sediment removal in cold temperatures. Journal of Hydrology. Vol. 394. 507-514 s. 107 Blecken, G-T., Marsalek, J. & Viklander, M. 2011. Laboratory Study of Stormwater Biofiltration in Low Temperatures: Total and Dissolved Metal Removals and Fates. Water, Air, & Soil Pollution. Vol. 219. 303-317 s. Bratieres, K., Fletcher, T. D., Deletic, A. & Zinger, Y. 2008. Nutrient and sediment removal by stormwater biofilters: A large-scale optimisation study. Water Research. Vol. 42. 3930-3940 s. Brown, R. A. & Hunt, W. F. 2011. Underdrain configuration to enhance bioretention exfiltration to reduce pollutant loads. Journal of environmental engineering. Vol. 137. No. 11. 1082-1091 s. Brown, R. A. & Hunt, W. F. 2012. Inproving bioretention/biofiltration performance with restorative maintenance. Water Science & Technology. Vol. 65. No. 2. 361-367 s. Eskola, J. & Suoranta, J. 2008. Johdatus laadulliseen tutkimukseen. 8. painos. Tampere. ISBN 951-768-035-X. Eskola, R. & Tahvonen, O. 2010. Hulevedet rakennetussa viherympäristössä. Hämeenlinna. Hämeen ammattikorkeakoulu. 152 s. ISBN 978-951-784-522-9. Eskolainen, M. 2005. Viheralueiden hoito VHT’05 – Laatuvaatimukset, Määrämittausperusteet, Työohjeet. Viherympäristöliitto ry. 118 s. ISBN 952-5225-28-3. Evans, J. M. & Perlman, H. 2012. Diagrammi veden kiertokulusta. Kääntäjä: Jantunen, T. U.S. Geological Survey. [Viitattu 7.6.2012]. Saatavissa: http://ga.water.usgs.gov/edu/watercyclefinnishhi.html FCG Planeko Oy. 2009a. Vantaan pienvesiselvitys. Vantaan kaupunki. 88 s. [Viitattu 31.8.2012]. Saatavissa: http://www.vantaa.fi/instancedata/prime_product_julkaisu/vantaa/embeds/vantaawwwst ructure/64935_PienvesiRaportti_2009-03-25.pdf. ISBN 952-443-283-8. 108 FCG Planeko Oy. 2009b. Koisotien tukikohta, lumenvastaanottopaikka. Vantaan kaupunki. 45 s. FCG Planeko Oy. 2009c. Marja-Vantaan osayleiskaavan hulevesien hallinnan yleissuunnitelma. Vantaan kaupunki. 85 s. Fritioff, Å., Kautsky, L. & Greger, M. 2005. Influence of temperature and salinity on heavy metal uptake by submersed plants. Environmental Pollution. Vol. 133. 265-274 s. Fore. 2012. Fore usein kysytyt kysymykset. 11 s. [Viitattu 5.11.2012]. Saatavissa: http://docs.ininfra.net/download/attachments/656296/Fore_usein_kysytyt_kysymykset.pdf?version=5& modificationDate=1339400332857 Google Maps. 2012. Vantaa. [Viitattu 26.11.2012]. Saatavissa: http://maps.google.fi/maps?hl=fi&tab=wl Hatt, B. E., Fletcher, T. D. & Deletic, A. 2009.Hydrologic and pollutant removal performance of stormwater biofiltration systems at the field scale. Journal of Hydrology. Vol. 365. S. 310-321. Hamill, L. 2001. Understanding Hydraulics. 2. painos. School of Civil and Structural Engineering, University of Playmouth. Palgrave Macmillan. 608 s. ISBN-10: 0-33377906-1. Hepojoki, A., Järvelä, J., Karvonen, T., Koivusalo, H., Kokkonen, T., Koskela, J., Paasonen-Kivekäs, M., Rankila, M., Ruotsalainen I., Vakkilainen, P. & Varis, O. 2011. Vesitalous ja vesirakennus. Espoo, Otaniemi: Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulu, Yhdyskunta- ja ympäristötekniikan laitos. 39 s. [Viitattu 8.6.2012]. Saatavissa: http://civil.aalto.fi/fi/tutkimus/vesi/www_oppikirjat/yhd_01100/yytverkkokirja.pdf 109 Hinman, C. 2005. Low impact development. Technical guidance manual for puget sound. Washington State University, Pierce County Extention. 256 s. [Viitattu 18.7.2012]. Saatavissa: http://www.psp.wa.gov/downloads/LID/LID_manual2005.pdf Ilmatieteen laitos. 2012a. Termiset vuodenajat. [Viitattu 7.8.2012]. Saatavissa: http://ilmatieteenlaitos.fi/termiset-vuodenajat Ilmatieteen laitos. 2012b. Vuositilastot. [Viitattu 28.5.2012]. Saatavissa: http://ilmatieteenlaitos.fi/vuositilastot Ilmatieteen laitos. 2012c. Talvien lumista ja lumisuudesta. [Viitattu 28.5.2012]. Saatavissa: http://ilmatieteenlaitos.fi/lumitilastot Ilmatieteen laitos. 2012d. Sade, pilvet ja tuulet. [Viitattu 28.5.2012]. Saatavissa: http://ilmatieteenlaitos.fi/sade-pilvet-ja-tuulet#23 Ilmasto-opas. 2012a. Nykyinen ilmasto – 30 vuoden keskiarvot. [Viitattu 7.8.2012]. Saatavissa: https://ilmasto-opas.fi/fi/ilmastonmuutos/suomen-muuttuva-ilmasto//artikkeli/1c8d317b-5e65-4146-acda-f7171a0304e1/nykyinen-ilmasto-30-vuodenkeskiarvot.html Ilmasto-opas. 2012b. Uusimaa – avomereltä Lohjanharjulle. [Viitattu 7.8.2012]. Saatavissa: https://ilmasto-opas.fi/fi/ilmastonmuutos/suomen-muuttuva-ilmasto//artikkeli/08848977-fd1a-4e85-8389-7ecf3ca7de7d/uusimaa-avomereltalohjanharjulle.html InfraRYL. 2006. Infrarakentamisen yleiset laatuvaatimukset. Osa 1 Väylät ja alueet. Helsinki. Rakennustieto Oy. 622 s. ISBN-13: 978-951-682-801-8. ISBN-10: 951-682801-9. InfraRYL. 2010. Infrarakentamisen yleiset laatuvaatimukset. Osa 1 Väylät ja alueet. Helsinki. Rakennustieto Oy. 555 s. ISBN 978-951-682-958-9. 110 Jokela, H. 2008. Maanteiden huleveden laatu. Kirjallisuusselvitys. Tiehallinnon sisäisiä julkaisuja 81/2008. 54 s. Jyväskylän yliopisto. 2012a. Tutkimusstrategiat. [Viitattu 21.6.2012]. Saatavissa: https://koppa.jyu.fi/avoimet/hum/menetelmapolkuja/menetelmapolku/tutkimusstrategiat Jyväskylän yliopisto. 2012b. Metsien ongelmat. [Viitattu 7.8.2012]. Saatavissa: http://peda.net/veraja/kuusankoski/lukio/verkko_opetus/riskienmaailma/metsien_ongel mat Kasvio, P. 2012. Biosuodatusalueiden koejärjestely Vantaalle (Hulegreen 1). Suomen ympäristökeskus. 13 s. Keski-Suomen ELY. 2011. Lumen painon mittaus (tee se itse -lumipuntari). [Viitattu 30.5.2012]. Saatavissa: http://www.ymparisto.fi/default.asp?contentid=117325&lan=fi Kondoh, A. & Nishiyama, J. 2000. Changes in hydrological cycle due to urbanization in the suburb of Tokyo metropolitan area, Japan. Adv. Space Res. Vol. 26, No. 7. S. 11731176. Kotola, J. & Nurminen, J. 2003. Kaupunkialueiden hydrologia - valunnan ja ainehuuhtouman muodostuminen rakennetuilla alueilla. Osa 1: Kirjallisuustutkimus. Teknillisen korkeakoulun vesitalouden ja vesirakennuksen julkaisuja 7. 90 s. [Viitattu 29.5.2012]. Saatavissa: http://www.water.tkk.fi/wr/tutkimus/julkaisut/TKK-VTR-7.pdf. ISBN 95122-6496-X (sähköinen). ISBN 951-22-6495-1 (painettu). Lampinen, R., Lahti, T. & Heikkinen, M. 2012. Kasviatlas 2011. Helsingin Yliopisto, Luonnontieteellinen keskusmuseo, Helsinki. [Viitattu 9.7.2012]. Saatavissa: http://www.luomus.fi/kasviatlas Le Coustumer, S., Fletcher, T. D., Deletic, A., Barraud, S. & Lewis, J. F. 2009 Hydraulic performance of biofilter systems for stormwater management: Influences of design and operation. Journal of Hydrology. Vol 376. S. 16-23. 111 Le Coustumer, S., Fletcher, T. D., Deletic, A., Barraud, S. & Poelsma, P. 2012. The influence of design parameters on clogging of stormwater biofilters: A large-scale column study. Water Research. S. 1-10. Li, H. & Davis, A. P. 2009. Water quality improvement through reductions of pollutant loads using bioretention. Journal of Environmental Engineering. Vol. 135, No. 8. S. 567-576. Li, H., Sharkey, L. J., Hunt, W. F. & Davis, A. P. 2009. Mitigation of impervious surface hydrology using bioretention in North Carolina and Maryland. Journal of Hydrologic Engineering. Vol. 14. S. 407-415 Lidman, S. 1992. Uusi iso atlas. Jyväskylä. Gummerus Kustannus OY Helsinki. 192 s. ISBN 951-20-4030-1. Lloyd, S. D., Wong, T. H. F. & Porter, B. 2002. The planning and construction of an urban stormwater management scheme. Water Science and Technology. Vol. 45 No. 7 S. 1-10. Lucas, W. C. 2005. Green technology: The Delaware urban runoff management approach. Delaware Department of Natural Resources And Environmental Control Division of Soil And Water Conservation. 93 s. [Viitattu 23.7.2012]. Saatavissa: http://www.dnrec.state.de.us/DNREC2000/Divisions/Soil/Stormwater/New/GT_Stds%2 0%26%20Specs_06-05.pdf Luontoportti. 2012. Kasvilajit. [Viitattu 16.10.2012]. Saatavissa: http://www.luontoportti.com/suomi/fi/kasvit/ Melanen, M. 1980. Taajamien hule- ja sulamisvedet. 1 osa. Laadun tarkastelu. Helsinki. Vesihallitus. 138 s. Tiedotus 197. ISBN 951-46-4971-0. Melbourne Water. 2005. WSUD engineering procedures: stormwater. Collingwood VIC 3066, Australia: CSIRO PUBLISHING. 304 s. ISBN 0 643 09092 4 (painettu) ISBN 0 643 09223 4 (sähköinen). 112 Merenkulkulaitos. 2009. Urakointiohje. Ohje rakennustöiden teettäjille. Merenkulkulaitoksen julkaisuja. 7/2009. [Viitattu 30.10.2012]. Saatavissa: http://www2.liikennevirasto.fi/julkaisut/pdf5/mkl_2009-7_urakointiohje.pdf. ISSN 1456-944. Muottikolmio Oy. 2010. Asennusohjeet. Isodrän salaojitus- ja vedeneristysjärjestelmä. [Viitattu 24.10.2012]. Saatavissa: http://www.isodran.fi/uploads/files/asennusohjeet/Asennusohje_Isodran_021110.pdf Muthanna, T. M., Viklander, M., Blecken, G. & Thorolfsson, S. T. 2007a. Snowmelt pollutant removal in bioretention areas. Water research. Vol. 41. 4061-4072 s. Muthanna, T. M., Viklander, M., Gjesdahl, N. & Thorolfsson, S. T. 2007b. Heavy metal removal in cold climate bioretention. Water, Air, & Soil Pollution. Vol. 183. S. 391402. Muthanna, T. M., Viklander, M. & Thorolfsson, S. T. 2007c. An evaluation of applying existing bioretention sizing methods to cold climates with snow storage conditions. Water Science and Technology. Vol. 55, No 10. S. 73-81. Muthanna, T. M. 2007. Bioretention as a sustainable stormwater management option in cold climates. Väitöskirja. Norwegian University of Science and Technology. Faculty of Engineering Science and Technology. Department of Hydraulic and Environmental Engineering. 191 s. ISSN 978-82-471-0962-5 (painettu). ISBN 978-82-471-0993-9 (sähköinen). Muthanna T.,M., Viklander, M. & Thorolfsson, S. T. 2008. Seasonal climatic effects on the hydrology of a rain garden. Hydrological Processes. Vol. 22. S. 1640-1649. Prince George's County. 2007. Bioretention manual. PGC, Maryland, Department of Environmental Resources, Environmental Services Division. 206 s. [Viitattu 11.6.2012] Saatavissa: 113 http://www.princegeorgescountymd.gov/Government/AgencyIndex/DER/ESG/Bioreten tion/pdf/Bioretention%20Manual_2009%20Version.pdf Pöyry Finland Oy. 2012. Vantaan kaupunki Marja-Vantaa projekti. Suunnitelmaselostus. Vehkalan kaava-alueen tarkastelut. 12.4.2012. Vantaan kaupunki. 12 s. Ramboll Finland. 2011. Meiramitie. Työselostus. 30 s. Vantaan kaupunki, Maankäytön ja ympäristön toimiala, kuntatekniikan keskus, katutekniikka. RIL. 2010. RIL 237-2-2010. Vesihuoltoverkkojen suunnittelu -mitoitus ja suunnittelu. Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL ry. ISBN 978-951-758-521-7. Read, J., Wevill, T., Fletcher, T. & Deletic, A. 2008. Variation among plant species in pollutant removal from stormwater biofiltration systems. Water Research. Vol. 42. S. 893-902. Roy-Poirier, A., Champagne, P., A.M.ASCE & Filion, Y. 2010. Review of bioretention system research and design: past, present, and future. Journal of environmental engineering. Vol. 136, No. 9. S. 878-889. Safe Drain. 2012. Stormwater BMP. [Viitattu 31.7.2012]. Saatavissa: http://www.safedrain.com/stormwater-bmp Salaojayhdistys. 2012. Peltosalaojituksen suunnittelu. [Viitattu 24.10.2012]. Saatavissa: http://www.salaojayhdistys.fi/pdf/Peltosalaoja1.pdf Samposalo, S. 2007. Lumen ominaisuudet taajama-alueilla. Diplomityö. Teknillinen korkeakoulu, rakennus- ja ympäristötekniikan osasto. Espoo. 144 s. Sanoma News Oy. 2011. Tyrni. Puutarha.net. [Viitattu 24.10.2012]. Saatavissa: http://puutarha.net/artikkelit/266/tyrni.htm Semádeni-Davies, A. F. 1999. Snow heterogeneity in Luleå, Sweden. Urban Water. Volume 1, Issue 1. S. 39-47. 114 Semádeni-Davies, A., Hernebring, C., Swensson, G. & Gustafsson, L.G. 2008. The impacts of climate change and urbanisation on drainage in Helsingborg, Sweden: Suburban stormwater. Journal of Hydrology. S. 114-125. Siriwardene, N. R., Deletic, A. & Fletcher, T. D. 2007. Clogging of stormwater gravel systems and filters: Insights from a laboratory study. Water Research. Vol. 41. S. 14331440. Sirviö, J. 2004. Viheralueiden kasvualustat. Viherympäristöliitto ry. 172 s. ISBN 9525225-27-5. Suomen Kuntaliitto. 2012. Hulevesiopas. 150 s. ISBN 978-952-213-896-5. Sänkiaho, L. & Sillanpää, N. 2012. Stormwater-hankkeen loppuraportti. Taajamien hulevesihaasteiden ratkaisut ja liiketoimintamahdollisuudet. Aalto-yliopiston julkaisusarja. Tiede + Teknologia. 4/2012. 64 s. [Viitattu 29.5.2012]. Saatavissa: Saatavissa: http://lib.tkk.fi/TIEDE_TEKNOLOGIA/2012/isbn9789526045559.pdf. ISSN 17994888 (sähköinen). Taimikko Ruhanen. 2007. Lamoherukka (Pikkuherukka) Ribes glandulosum. [Viitattu 7.8.2012]. Saatavissa: http://www.taimikko.com/luettelot/taimikortit/lehtipensaat/Ribes_glandulosum.htm Thompson, D. 2007. The Rational Method. R. O. Anderson Engineering Minden, Nevada. 13 s. [Viitattu 20.11.2012]. Saatavilla: http://drdbthompson.net/writings/rational.pdf Trowsdale, S. A. & Simcock, R. 2011. Urban stormwater treatment using bioretention. Journal of Hydrology. Vol. 397 (2011). S. 167-174. Tuominen, T. 2009. Koisotie 10. Lumenvastaanottopaikka. Finnish Consulting Group, Infra ja ympäristö. 34 s. 115 United States Department of Agriculture. 2009. Soil quality: Managing cool, wet soils. Soil quality - Agronomy technical note. No. 20. 7 s. [Viitattu 6.7.2012]. Saatavissa: http://soils.usda.gov/sqi/management/files/sq_atn_20.pdf University of New Hampshire. 2007. UNHSC-NEMO. Innovative Stormwater Management Database. [Viitattu 30.7.2012]. Saatavissa: http://www.unh.edu/erg/stormwater/lid-bmp/ Vakkilainen, P., Kotola, J. & Nurminen, J. 2005. Rakennetun ympäristön valumavedet ja niiden hallinta. Suomen ympäristö. No. 776. 31 s. ISBN 951-731-319-5 (sähköinen). Vantaan kaupunki. 2009. Hulevesiohjelma. Maankäytön ja ympäristön toimiala, Kuntatekniikan keskus. 36 s. [Viitattu 3.9.2012]. Saatavissa: http://www.vantaa.fi/instancedata/prime_product_julkaisu/vantaa/embeds/vantaawwwst ructure/76792_051800_hulevesiohjelma.pdf Vantaan kaupunki. 2011a. ”Tikkurilantie välillä Riipiläntie – Katriinantie, ST-urakka”. Urakkakohtaiset tuotevaatimukset. Maankäytön ja ympäristön toimiala, kuntatekniikan keskus, katutekniikka. 55 s. Vantaan kaupunki. 2011b. Hulevesien hallinta Vantaalla. Mitoitusohje. Maankäytön ja ympäristön toimiala, Kuntatekniikan keskus. Vantaan kaupunki. 2012. Vantaan kartta- ja paikkatietopalvelu SpatialWeb. [Viitattu 31.8.2012]. Saatavissa: http://kartta.vantaa.fi/ Veijalainen, N. 2012. Estimation of climate change impacts on hydrology and floods in Finland. Väitöskirja. Aalto Unirsity, School of Engineering, Department of Civil and Environmental Engineering. 117 s. ISBN 978-952-60-4614-3 (sähköinen). Vesihallitus. 1985. Pohjapatojen suunnittelu. Vesihallituksen monistesarja. Nro 336. Helsinki. 142 s. ISBN 951-46-8424-9. 116 Viklander, M. 1999. Dissolved and particle-bound substances in urban snow. Water Science and Technology. Volume 39, Issue 12. S. 27-32. Weiss, P. T., Gulliver, J. S. & Erickson, A. J. 2005. The cost and effectiveness of stormwater management practices. Final Report. Research Services Section, Minnesota Department of Transportation. 103 s. [Viitattu 1.8.2012]. WSP Finland Oy. 2008. Tikkurilantien jatkaminen Viinikkalasta Kivistöön. Vantaa. Yleissuunnitelman selostus. 12 s. Vantaan kaupunki. Ympäristöministeriö. 1990. Viherrakentaminen liikenneympäristössä. Kaavoitus- ja rakennustutkimuksen neuvottelukunta. Helsinki: Valtion painatuskeskus. 56 s. ISBN 951-861-535-7. 117 Liiteluettelo Liite 1 Suunnitelmien mukaiset piirustukset. 5 sivua. Liite 1.1 Asemapiirros suunnitelmasta 1. 2 sivua. Liite 1.2 Pituusleikkaus suunnitelmasta 1. 1 sivu. Liite 1.3 Poikkileikkaus suunnitelmasta 1 Liite 1.4 Poikkileikkaus suunnitelmasta 2 Liite 2 Suunnitelmien kustannusarviot. 6 sivua. Liite 2.1 Suunnitelman 1 kustannusarvio. 3 sivua. Liite 2.2 Suunnitelman 2 kustannusarvio. 3. sivua. 118 Liite 1 (1/5) Liite 1 Suunnitelmien mukaiset piirustukset Liite 1.1 Asemapiirros suunnitelmasta 1 Pohjakarttana ollut katujen yleissuunnitelman asemapiirros, jota on muokattu vastaamaan suunnitelmaa. Liite 1 (2/5) Pohjakarttana on ollut katujen yleissuunnitelman asemapiirros, jota on muokattu vastaamaan tehtyä suunnitelmaa. Liite 1 (3/5) Liite 1.2 Pituusleikkaus suunnitelmasta 1 Pohjakarttana ollut kadun pituusleikkaus, johon on lisätty suunnitelmaan kuuluvat rakenteet. Liite 5 (4/5) Liite 1.3 Poikkileikkaus suunnitelmasta 1 2 Liite 1 (5/5) Liite 1.4 Poikkileikkaus suunnitelmasta 2 Liite 2 (1/6) Liite 2 Suunnitelmien kustannusarviot Liite 2.1 Suunnitelman 1 kustannusarvio Liite 2 (2/6) Liite 2 (3/6) Liite 2 (4/6) 2.2 Suunnitelman 2 kustannusarvio Liite 2 (5/6) Liite 2 (6/6)
© Copyright 2024