Kaupungit rehevöittävät vesistöjä

9.2.2015

Kuvassa on Pasilan korkeat kerrostalot (valuma-alue) ja edessä Kumpulanpuro, joka vastaanottaa vedet alueelta.Kaupungistumisella ja kaupunkialueiden maankäytöllä on merkittävä vaikutus vesiekosysteemien hyvinvointiin. Kaupungistuneista valuma-alueista ohjautuu vesistöihin niin ravinteita kuin raskasmetallejakin. Sillä, miten kaupungit ja niiden viheralueet on suunniteltu, on suuri merkitys valumavesien määrään ja laatuun.

Vesistöjen rehevöitymistä lisäävät siten paitsi maatalous ja sen aiheuttamat ravinnepäästöt myös kaupunkien ravinnekuorma. Vaikka rakennettuja alueita on koko Suomen pinta-alasta vain muutama prosentti, suomalaisista asuu taajamissa noin 80 prosenttia. Suomessa asutus lisäksi keskittyy nimenomaan vesistöjen tuntumaan. Maailmanlaajuisestikin kaupungistuminen ja rakentamisen tiivistämiskehitys on voimakas suuntaus.

Tavoitteena on saada uutta tietoa siitä, minkälaista kaupunkialueilta valuva sade- ja sulamisvesi eli hulevesi on ja mitkä tekijät vaikuttavat sen laatuun ja määrään. Samalla perehdytään viheralueiden merkitykseen valumavesien laatua parantavina ekosysteemipalveluina, ja pohditaan ilmastonmuutoksen vaikutusta sade- ja sulamisvesiin."Kaupungistumisen vaikutuksia vesiekosysteemeihin on kuitenkin tutkittu tähän mennessä varsin vähän. Tietoa rakennetun alueen merkityksestä vesistöjen tilan muutoksiin tarvitaan lisää", sanoo professori Heikki Setälä Helsingin yliopistosta. Hän johtaa parhaillaan laajaa tutkimushanketta, jossa perehdytään kaupungistuneiden valuma-alueiden maankäytön vaikutuksiin vesiekosysteemeissä. Tutkimus on osa Suomen Akatemian Akvaattisten luonnonvarojen kestävä hallinta -ohjelmaa.

"Kaupungit rehevöittävät vesistöjä enemmän kuin yleisesti ajatellaan. Sadevesiä ei oteta talteen eikä kierrätetä vedenpuhdistamon kautta, vaan ne ohjataan suoraan valuma-alueelta lähivesistöihin", Heikki Setälä kertoo.

"Koska rakennetulle ympäristölle on tyypillistä läpäisemättömän pinnan suuri osuus, vedet eivät imeydy maahan, vaan valuvat miltei kokonaisuudessaan lähivesistöihin. Siksi ne vaikuttavat äkillisesti merkittävästikin luonnonvesien määrän vaihteluihin. Myöskään mahdolliset ravinteet tai raskasmetallit eivät suodatu maaperään, vaan ne kulkeutuvat sadevesien mukana suoraan luonnonvesiin. Maaperällä on myös puhdistava vaikutus."

"Itse asiassa monille tulee yllätyksenä tieto, että hulevedet johdetaan käsittelemättöminä läheisiin luonnonvesiin, ja että päällystetyiltä pinnoilta huuhtoutuu vesistöihin sekä kiintoainetta että esimerkiksi ravinteita, metallijäämiä ja öljyä", tutkimushankkeessa väitöskirjaa tekevä Marjo Valtanen sanoo. Valtanen vastaa suurelta osin tutkimusta varten perustettujen Lahden hulevesiasemien mittauksista ja vesianalyyseistä.

 

Hulevesimittauksia vuorokauden ympäri

"Yllättävää tässä tutkimuksessa onkin ollut, miten tarkasti mittauksien perusteella pystyy seuraamaan yksittäisten alueiden hulevesissä tapahtuvia muutoksia", Maija Taka sanoo.

 

Tutkimusta varten Lahteen ja Helsinkiin perustetut automaattiset hulevesitutkimusasemat mittaavat vuorokauden ympäri hulevesiviemäreissä virtaavan veden laatua ja määrää. Laadun mittauksissa saadaan selville muun muassa vedessä olevien ravinteiden, kiintoaineen ja raskasmetallien pitoisuudet. Automaattiset hulevesiasemat on perustettu kahdeksalle rakennustiheydeltään erilaiselle valuma-alueelle Helsingissä ja Lahdessa. Vesianalyysien lisäksi selvitetään näille alueille tuleva sadanta yhdistämällä tutka- ja maa-asemamittauksia.

Hulevesien laatuun vaikuttaa olennaisesti myös ihmisen toiminta. Valtanen ja Helsingin hulevesitutkimusasemasta vastaava jatko-opiskelija Maija Taka kertovat, että yksittäisiltä tutkimusalueilta saatavassa datassa näkyy muun muassa kaupunkilaisten autonpesuaktiivisuus. "Ruostetta, pikeä ja öljyä erotetaan hulevesissä enemmän, kun jollakin mittausalueella pestään autoa. Yllättävää tässä tutkimuksessa onkin ollut, miten tarkasti mittauksien perusteella pystyy seuraamaan yksittäisten alueiden hulevesissä tapahtuvia muutoksia", Maija Taka sanoo.

Sen lisäksi, että ravinteet rehevöittävät vesistöjä, raskasmetallit kertyvät vesistöjen kautta ravintoketjuun. Tällä kehityksellä on vaikutuksensa myös ihmisten terveyteen. Myös bakteerien määrät vesistöissä lisääntyvät, kun hulevesien mukana luonnonvesiin huuhtoutuvat esimerkiksi lemmikkien jätösten ja lintujen levittämät bakteerit.

 

Talviaikaan kiintoaineskuorma lisääntyy

Mittalaitteet kykenevät tunnistamaan välittömästi myös akuutit vaihtelut vedessä. Tähän viemäriputkeen on hulevesi kuljettanut mukanaan ilmeisesti rakennusjätettä.

Hulevesille on tyypillistä niiden isot vaihtelut. Sademäärät vaihtelevat voimakkaasti niin ajallisesti kuin paikallisestikin. Ison läpäisemättömän pinnan takia sadevesi ei pääse luontaisesti imeytymään maaperään, vaan valuu isolla volyymillä läheisiin luonnonvesiin. Tämä aiheuttaa nopeita muutoksia vastaanottavien vesistöjen virtaamassa, mikä puolestaan voi näkyä uomien eroosiona.

Niin ikään vuodenajat vaikuttavat hulevesien määrään ja laatuun. "Talvisaikaan kiintoaineskuorma lisääntyy vesissä, esimerkiksi hiekoitushiekka lisää tätä kuormaa. Sulamis- ja sadevesien 

mukaan vesistöihin ajautuu myös muuta kiintoainesta, kuten roskia, metallinpaloja, ruostetta, lemmikkieläinten jätöksiä ja pikeä. Teiden suolaaminen puolestaan liottaa metalleja, mikä sekin näkyy valumavesien laadussa", Marjo Valtanen kuvailee.


"Jatkuva mittaus on äärimmäisen tärkeää tässä tutkimuksessa, sillä data vaihtelee kovasti sen mukaan, minkälainen tarkasteluajankohta on ollut esimerkiksi lämpötilan tai sademäärän suhteen. Jos arvioinnit tehdään vain yhdestä ajankohdasta ja tilanteesta saadun datan perusteella, voidaan tehdään vääriä johtopäätöksiä."
"Sekä Lahden että Helsingin valuma-alueilla on tähän mennessä saatujen tutkimustulosten valossa todettu selkeitä määrän ja laadun eroja niin vuodenaikoihin kuin maankäyttötyyppiinkin liittyen. Näyttää siltä, että mitä intensiivisempää maankäyttö on, sitä suurempia vaihtelut ovat. Lähes kaikkien huleveden laatua kuvaavien muuttujien, ravinteiden ja raskasmetallien määrä ja veden sameus, erosivat tilastollisesti merkitsevästi eri valuma-alueilla", Setälä kertoo.

 

Mallintamalla yleistettävää tietoa

AKVA-ohjelman tutkimushankkeen tutkijat ovat kiinnostuneita myös siitä, miten maan pinnan muodot ja sateen erilainen olemus kuten tuleeko sade tihkuna vai rankkasateena, vaikuttavat hulevesiin. Valuma-alueiden pintojen ominaisuuksia vertaillaan sen mukaan, kuinka paljon alueella on läpäisemättömiä pintoja kuten rakennusten kattoja ja pysäköintialueita ja toisaalta kasvillisuutta, ja minkälainen topografia eli maastonpiirteet kullakin tutkittavalla alueella on. Tätä tutkimuksessa kartoitetaan lasermittaukseen perustuvalla LIDAR-menetelmällä sekä hyödyntämällä ilmakuvia ja kaupunkisuunnittelukarttoja.

"Menetelmän avulla saadaan resoluutioltaan tarkempaa tietoa maaperän läpäisevyydestä ja maan pinnan ominaisuuksista eri valuma-alueilla, mikä puolestaan mahdollistaa paremman mallintamisen", Heikki Setälä sanoo.

Mittausaineiston avulla voidaan luoda matemaattisia malleja, jotka mahdollistavat tutkimustulosten yleistämisen laajemmille alueille. "Mallin avulla pystymme esimerkiksi arvioimaan, miten kaupungistuminen ja ilmastonmuutos vaikuttavat hulevesien määrään ja laatuun ja ennakoimaan näitä muutoksia pidemmällä aikavälillä", tutkimuksen mallintamisosiosta vastaava tutkija Teemu Kokkonen Aalto-yliopistosta kertoo.

"Automaattisten hulevesiasemien ja laserkeilausaineiston ansiosta saamme tutkimuksesta hyvin paljon resoluutioltaan tarkkaa dataa mallintamisen pohjaksi, mikä mahdollistaa hyvin osuvien mallien ja arvioiden tekemisen. Voisi sanoa, että pystymme aineiston ansiosta kertomaan jokaisen sadepisaran tarinan", Heikki Setälä täydentää.Mallintamisen avulla pystytään myös tarkastelemaan sitä, miten erilaisilla hallintakeinoilla voidaan vaikuttaa ravinteiden ja raskasmetallien saastuttaman huleveden määrän vähentämiseen tai sen laadun parantamiseen.

Tutkimusryhmä otti vuonna 2014 käyttöön uuden tutkamenetelmän, joka on parantanut sateen ajallista ja paikallista mittaustarkkuutta. Lisäksi se tarkensi lumen kerääntymisen mittauksia. "Sadetutkadatan perusteella huomasimme muun muassa, että lentoliikenne Helsinki-Vantaan lentokentän ympärillä lisää ajoittain sadantaa jopa 4-5-kertaisesti", kertoo sadedatasta vastuussa oleva tutkija Dmitri Moisseev Helsingin yliopiston ilmakehäfysiikan laitokselta.

Myös ilmastonmuutoksen vaikutusten arviointiin mallintamista on tässä tutkimuksessa hyödynnetty. Tutkimusryhmä on kahden peräkkäisen erilaisen talven, kylmän ja leudon, data-aineiston pohjalta mallintamalla arvioinut, että ilmastonmuutoksen vaikutus sadantaan on iso. Sademäärä lisääntyy jopa 20 prosentilla. "On ongelmallista, jos sademäärän lisäys osuu juuri talviaikaan, koska silloin haihtumisen ja maaperään imeytymisen merkitys on olematonta."

 

Ekosysteemipalveluilla luodaan läpäiseviä alueita

Heikki Setälän mukaan kaupunkien hulevesien hallinnassa olennaista on se, minkälaisia ekosysteemipalveluja rakennetuilla alueilla on käytössä. Toisin sanoen, miten esimerkiksi puistot ja muut viheralueet on suunniteltu ja sijoitettu osaksi kaupunkiympäristöä. Esimerkiksi sillä, onko viheralue yksi iso puistokokonaisuus vai ovatko puistot pieninä alueina eri puolilla kaupunkia, saattaa olla vaikutusta hulevesien määrään ja kulkeutumiseen luonnonvesiin.

"Keskeistä on läpäisevän alueen laajuus. Jos viheralueet eli läpäisevät alueet ovat kovin pirstoutuneita, reuna-alueiden merkitys kasvaa. Kaupunkirakentamisen nykysuuntaus, joka suosii rakentamisen tiivistämistä, voi itse asiassa olla hulevesien hallinnan ja niiden laadun kannalta huono suuntaus." 

Yhtenä ratkaisuna hulevesien hallintaan ja niiden laadun parantamiseen AKVA-ohjelman hankkeessa on tutkittu viherkattojen käyttöä. Viherkattojen käyttö on nykyarkkitehtuurissa noussut suosituksi trendiksi, ja kattojen teollista valmistustakin on. "Tutkimustulostemme mukaan viherkatot vähentävät vuotuista valuntaa noin puoleen tavanomaisesta, mutta samaan aikaan ne lisäävät lannoitettuina viheralueina kokonaistypen ja -fosforin kuormitusta", ryhmän tutkija Kirsi Kuoppamäki tiivistää. Toisaalta biohiilikerros auttaa pidättämään ravinteita ja vettä kasvualustassa. Tutkijat ovatkin kokeilleet erilaisia koekattoja saadakseen selville, minkä tyyppinen viherkaton pitäisi olla, jotta se toimisi parhaiten.

AKVA-ohjelman hankkeen jälkeen tutkijat haluavat perehtyä siihen, mitä hulevesien kuormitus merkitsee itse vesiekosysteemin tilassa.

"Tutkimusohjelmassa mukana oleminen on tarjonnut tutkijoille aitoa monitieteistä yhteistyötä. Se on avannut uusia näkökulmia vesitutkimukseen ja sen menetelmiin. Kokonaisuudessaan AKVA-ohjelma on tarkoittanut koko tutkimushaaran eteenpäin viemistä", Heikki Setälä sanoo.

Lue lisää aiheesta www.aka.fi/akva

 

Teksti: Riitta Tirronen
Henkilökuva: Juha Aalto
Muut kuvat: Maija Taka

Viimeksi muokattu 20.2.2015
Seuraa meitä:
FacebookSlideshareTwitterYoutube
VAIHDE 029 533 5000
KIRJAAMO 029 533 5049
FAKSI 029 533 5299
   
SÄHKÖPOSTI etunimi.sukunimi@aka.fi
AUKIOLO Arkisin 8.00-16.15
   
HENKILÖHAKU »
YHTEYSTIEDOT, LASKUTUS  JA
REKISTERISELOSTEET»
KYSYMYKSET JA PALAUTE »