Hulevesien imeytyskaivantojen mitoitus kaupunkialueella

Abstract

Kaupungistuminen lisää asfaltin ja muiden läpäisemättömien pintojen määrää, mikä estää sade- ja sulamisvesien luonnollisen imeytymisen maaperään. Tämä kasvattaa pintavaluntaa ja aiheuttaa kaupunkialueilla hulevesitulvia. Tilannetta vaikeuttaa ilmastonmuutos, joka tulevaisuudessa lisää rankkasateiden voimakkuutta Suomessa. Koska perinteisten hulevesiviemäreiden laajentaminen on kallista ja tilanpuutteen vuoksi vaikeaa, kaupungeissa tarvitaan moderneja ratkaisuja, kuten hulevesien imeytyskaivantoja.

Tämän kandidaatintyön tavoitteena oli selvittää hulevesien imeytyskaivantojen mitoitusperiaatteet kaupunkiympäristössä. Työssä tutkittiin, miten eri hydrologiset ja tekniset tekijät vaikuttavat mitoitukseen ja miten kaivannon fyysiset ulottuvuudet, tilavuus, pohjan pinta-ala ja syvyys, määritetään sadannan ja pintavalunnan perusteella. Lisäksi selvitettiin, miten muuttuvat sääolosuhteet ja rakenteen mekaaninen ikääntyminen vaikuttavat kaivannon pitkäaikaiseen toimivuuteen. Työ toteutettiin kirjallisuuskatsauksena vertailemalla erilaisia mitoitusmenetelmiä sekä analysoimalla kansainvälisiä kenttätutkimuksia ja suomalaisia suunnitteluohjeita.

Kirjallisuuskatsaus osoitti, että suuri valuma-alue ja läpäisemättömät pinnat lisäävät huleveden määrää ja kasvattavat kaivannon tilavuustarvetta. Maaperän hyvä vedenläpäisykyky ja täyteaineen suuri huokoisuus taas pienentävät kaivannon kokotarvetta, sillä ne tehostavat imeytymistä ja varastointia. Mitoitusmenetelmien vertailu paljasti, että sateen aikaisen imeytymisen huomioivat dynaamiset mallit antavat tarkan tuloksen ja taloudellisen tuloksen. Perinteiset staattiset suoraviivaiset menetelmät taas ovat yksinkertaisempia mutta johtavat usein liian suureen tilavuustarpeeseen. Imeytyskaivannon suunnittelun yhtenä rajoitteena on pohjavesi. Imeytysteho heikkenee heti, jos etäisyys kaivannon pohjasta pohjaveteen alittaa kynnysarvon, joka on hiekkamaassa 1,5–3 metriä ja savimaassa jopa 11–12 metriä.

Pitkäaikaisessa seurannassa imeytyskaivantojen suurimmaksi riskiksi havaittiin mekaaninen tukkeutuminen hienoaineksen ja sedimenttien kertymisen vuoksi. Eräässä 15-vuotisessa tutkimuksessa sivuseinämien imeytymisnopeus putosi kolmanneksen ja pohjan imeytyskyky neljänneksen alkuperäisestä. Toisessa kenttätutkimuksessa havaittiin, että esikäsittelemätön kaivanto menetti valtaosan tehostaan jo ensimmäisen vuoden aikana.

Suomen talviolosuhteissa toimintaa rajoittavat myös maanpinnan jäätyminen, routa sekä hiekoitushiekan tuoma hienoaines, jotka voivat talvella estää imeytymistä. Työssä todettiin, että imeytyskaivanto vaatii säännöllistä ylläpitoa koko elinkaarensa aikana, johon kuuluu muun muassa kiintoaineksen poistoa kaivantoon liittyvistä putkistoista, pintakerroksen läpäisevyyden ylläpitoa sekä keväisin jään poistoa sulamisvesien reittien avaamiseksi.