Mallinnuksen hyödyntäminen hulevesien hallinnan suunnittelussa

Abstract

Urbanization has significantly changed the hydrologic cycle in urban areas. This has led to a dramatic increase in storm water runoff which has made urban floods more frequent and has degraded local water basins. As an effect of climate change the extreme rainfalls in Finland are predicted to get more intense and frequent. Problems related to the runoff will therefore become more pressing, which means there is a need for adequate storm water management. Increasingly popular implementation of storm water management practices has favoured the use of modelling software. Although the theoretical background of storm water modelling has recently been studied in Finland, a practical guide for the modelling of storm water management systems is yet to be made. This work attempts to summarize the practical side of modelling and storm water planning. This work consists of two separate parts. The first part outlines the theoretical background of urban hydrology, storm water management and modelling. The main sources have been important nationwide projects such as Urban waters and stormwater management practices in Finland (RYVE) and Heavy rains and floods in urban areas (RATU). In addition, various storm water management guides have been studied and the latest Finnish rainfall data analyses have been reviewed. The second part of the work consists of an update of a large suburban storm water management plan in Vuores, Tampere, which is studied with a high-resolution SWMM-model in various conditions. The focus of the work has been on how to achieve sufficiently accurate modelling results with the limited resources of planning work. Urban hydrology is characterized by complex natural processes which cannot be modelled precisely. Therefore computer models carry big uncertainties within the methods used and the results achieved. This emphasizes the fact that the purpose of modelling is not to get exact numerical results, but instead to help analyze the behavior of a storm water management system as a whole in multiple different scenarios. In addition the flexibility and versatility of the models makes them highly useful tools for planning purposes. By applying certain simplifications to the theoretical methods in use, even complex storm water management systems can be modelled extensively, as seen in the second part of the work concerning the case Vuores.

Kaupungistumisen on todettu muuttavan merkittävästi taajama-alueiden valuntaprosessia, mikä on johtanut hulevesimäärien hälyttävään kasvuun. Tämä on lisännyt rankkasadetulvien riskiä ja heikentänyt taajamien pienvesistöjen tilaa. Ennustetun ilmastonmuutoksen vaikutuksesta Suomessa sademäärien on ennustettu kasvavan ja rankkasadetapahtumien ääreistyvän, mikä lisää hulevesien aiheuttamia ongelmia ja korostaa niiden hallinnan tärkeyttä. Hulevesien hallintaan on kehitetty eritasoisia menetelmiä, joiden suunnittelussa tietokoneavusteinen hulevesimallinnus on tärkeä työkalu. Mallinnuksen teoreettista taustaa on tutkittu viime vuosina kasvavassa määrin, mutta tiedon soveltamisesta käytännön suunnittelutyöhön ei ole tehty yhteenvetoa. Tämän työn tavoitteena on olla käytännöllinen tietolähde hulevesisuunnittelun ja mallintamisen pohjaksi. Työn teoriaosassa on koottu yhteen hulevesien hallinnan suunnittelun ja mallinnuksen kannalta keskeiset taustatiedot ja näkökulmat. Teoriaosa perustuu suurelta osin 2000-luvulla Suomessa laadittuihin tärkeimpiin hulevesialan julkaisuihin kuten RYVE-projektin ja RATU-hankeen raportteihin. Lisäksi on tehty yhteenvetoa hulevesien hallinnan suunnitteluoppaissa esitetyistä näkökulmista sekä perehdytty uusimpiin Suomen sadantailmastoa ja rankkasateita käsitteleviin julkaisuihin. Työn soveltavassa osassa päivitettiin Tampereen Vuoreksen hulevesien hallinnan yleissuunnitelma sekä laadittiin sen perusteella laaja SWMM-hulevesimallinnus. Työn tarkoituksena oli koota yhteen aikaisemmin Vuorekseen laaditut useat hulevesien hallintasuunnitelmat ja tutkia laajan hulevesien hallintajärjestelmän toimintaa kokonaisuutena vaihtelevissa olosuhteissa. Työn keskeisenä näkökulmana oli laatia havainnollinen ja tuloksiltaan riittävän laadukas hulevesimallinnus suunnittelutyötä rajoittavien resurssien puitteissa. Hulevesimallinnuksella pyritään kuvaamaan monimutkaisia luonnon prosesseja yksinkertaistettuina. Tästä johtuen mallinnuksessa käytettävät menetelmät ja lähtöarvot sisältävät suuria epävarmuuksia, joten myös mallintamalla saadut tulokset ovat luonteeltaan suuntaa antavia. Näin ollen mallinnuksen tärkein tehtävä on antaa kuva valuma-alueiden ja hulevesien hallintamenetelmien käyttäytymisestä erikoistilanteissa sekä auttaa tarkastelemaan järjestelmien toimimista kokonaisuutena. Mallinnusmenetelmien puutteista ja epävarmuuksista huolimatta työn perusteella todettiin, että mallinnus on monipuolisuutensa ja joustavuutensa johdosta korvaamaton työkalu hulevesien hallinnan suunnittelussa. Tekemällä järkeviä yksinkertaistuksia on mahdollista mallintaa hyvinkin monimutkaisia järjestelmiä. Mallinnuksen avulla voitiin tarkastella myös Vuoreksen hulevesijärjestelmien toimintaa kattavasti ja löytää toimivia ratkaisuja havaittujen ongelmakohtien parantamiseksi. /Kir10