Hajautettujen hulevesijärjestelmien toiminnan simulointi

Intelligent and Sustainable Stormwater Management (ISMO) -hanke edistää kestävää hulevesien hallintaa hajautetuilla ratkaisuilla ja integroidulla vesihuollolla kehittämällä digitaalisia ratkaisuja suunnittelun, toiminnan ja päätöksenteon tueksi.

Hajautetut hulevesien hallintaratkaisut, kuten hulevesien pidätysaltaat, ovat yhä suositumpia hulevesien hallinnassa kaupunkialueilla (ks. esimerkkejä alla).

Dronevideokuvaa Turun Kupittaan puistoon rakennetusta sadepuutarharakenteesta

Toisin kuin keskitetyt ratkaisut, esimerkiksi hulevesien viemäriputket tai yhdistetyt hule- ja jätevesiviemärit, hajautetut hulevesien hallintaratkaisut keräävät sateen ja pintavaluman pienemmiltä alueilta ja joko suodattavat veden maahan ja haihduttavat sen tai vapauttavat veden hitaasti tavanomaisiin viemärijärjestelmiin tai vastaanottaviin vesistöihin. Hajautettujen ratkaisujen etuna on, että ne lievittävät hulevesiviemärien ja kaupunkien virtavesien huippuvirtauksia rankkasateiden aikana ja voivat siten estää paikallisia tulvia, sekä tasoittaa purojen ja jokien huippuvirtauksia. Tämä puolestaan voi vähentää purojen ja jokien uomien eroosiota, ja samalla estää epäpuhtauksia leviämästä vastaanottaviin vesistöihin. Hajautettujen hulevesihallintamenetelmien yhteyteen istutettavalla kasvillisuudella on myös positiivisia paikallisia vaikutuksia hydrologiaan, lämpösaarekeilmiöön ja biologiseen monimuotoisuuteen.

Hajautettujen ratkaisujen etuna on, että ne lievittävät hulevesiviemärien ja kaupunkien virtavesien huippuvirtauksia rankkasateiden aikana ja voivat siten estää paikallisia tulvia.

Vaikka näitä ratkaisuja on kehitetty ja käytetty vuosikymmeniä, ne eivät ole vielä valtavirtaa kaupunkisuunnittelussa ja vesihuollon järjestämisessä. Yksi rajoittavista tekijöistä niiden laajemmalle käytölle on epävarmuustekijät veden määrän ja pilaantumisen käsittelykapasiteetin, toiminnan ja hallinnan sekä eliniän suhteen. Yksi työkalu näiden epävarmuustekijöiden selvittämiseksi on hydrologisten ja hydraulisten prosessien numeeriset mallit. Nämä mallit käyttävät matemaattisia yhtälöitä simuloidakseen sadeveden aiheuttaman pintavalunnan ja maaperään suodattumiseen liittyviä fysikaalisia prosesseja, kuten veden virtausta maaperän läpi ja kasvillisuuden vedenottoa. Malleja käyttämällä insinöörit, kaupunkisuunnittelijat ja maisema-arkkitehdit voivat suunnitella hajautettuja hulevesien hallintaratkaisuja, jotka on optimoitu suunnittelualueen olosuhteisiin. Lisäksi simulaatiomalleilla voidaan ennustaa tarkemmin hajautettujen hulevesien hallintaratkaisujen suorituskykyä hulevesien aiheuttamien valumien hallinnassa.

ISMO-hankkeessa Turun ammattikorkeakoulun asiantuntijat tutkivat ja mallintavat hulevesien hallintarakenteiden toimintaa. Yksi tavoitteista on parantaa hulevesien hallintaratkaisujen suunnitteluprosessia niin että pienimuotoisten veden ja epäpuhtauksien pidättämiseksi toteutettujen rakenteiden toiminta voidaan optimoida paikalliset olosuhteet huomioiden.

Alla esimerkkejä numeerisista simulaatioista, joissa analysoidaan veden etenemistä sadetapahtuman aikana ja sen jälkeen maaperän laadultaan yhtenäisessä hulevesien viivytysrakenteessa.

Yksinkertaisilla teoreettisilla mallisimulaatioilla voidaan optimoida veden viivytysratkaisujen suunnittelua. Tavoitteena on maksimoida veden viivytys- ja pidätyskyky, esimerkiksi valitsemalla eri raekokoisia maakerroksia tai muuttaa viivytysrakenteen kokoa ja muotoa. ISMO-hankkeen fokuksessa on kehittää malleja vedenpidätysrakenteiden optimointiin kaupunkialueilla.

Teksti: Erityisasiantuntija Emil Nyman ja erityisasiantuntija Jan-Hendrik Körber, Turun ammattikorkeakoulu
Simulaatiot: Tutkija Ashvin Chaudhari, Turun ammattikorkeakoulu