Milja Immonen
Tulvavesialtaiden rakentamismahdollisuudet Saramojoen valuma-alueella
Opinnäytetyö Marraskuu 2008
OPINNÄYTETYÖ Marraskuu 2008 Ympäristöteknologian koulutusohjelma Koivikontie 82430 KITEE p. (013) 260 6501 Tekijä
Immonen Milja Nimeke
Tulvavesialtaiden rakentamismahdollisuudet Saramojoen valuma-alueella Toimeksiantaja
Pohjois-Karjalan ympäristökeskus Tiivistelmä
Opinnäytetyön tarkoituksena oli löytää Pielisen osavaluma-alueelta paikkoja tulvavesialtail- le, jotka otettaisiin käyttöön suurtulvan aikana. Tutkimusalueeksi valittiin Pielisen pohjois- puolella sijaitseva Saramojoen valuma-alue (4.47), jonka havaittiin olevan ainoa varteenotet- tava paikka altaiden suunnittelulle. Tulvavesialtaiden löytämiseen käytettiin apuna maanmit- tauslaitoksen MML10-korkeusmallia, joka visualisoitiin ja esitettiin ArcGis-ohjelmalla.
Työn yhtenä tarkoituksena oli testata tämän mallin toimivuutta tulvavesialtaiden tunnista- misvälineenä. Mallin paikkansapitävyyttä tarkasteltiin maastomittausten avulla. Maastomit- taukset suoritettiin kesän 2008 aikana ja korkeustasot määritettiin GPS:n ja vaaituskojeen avulla. Saatujen tulosten perusteella arvioitiin, kuinka paljon altaat vaikuttaisivat Pielisen keskimäärin kerran 250 vuodessa toistuvan tulvaveden korkeuteen.
Saramojoen valuma-alueelta löytyi useita painanteita, mutta suurimman osan todettiin ole- van liian pieniä varastoimaan suuria vesimääriä tai padotusmatkat nousivat liian suuriksi.
Alueelta löytyi kaksi kohdetta, jotka otettiin suunnitelman kohteeksi. Palojoen osavaluma- alueella sijaitsevat Kolkonjärvi ja Raatelampi, joiden lähtevät uomat patoamalla vedenvaras- tointi onnistuisi ympäröivään maastoon. Altaisiin voitaisiin varastoida noin 16 milj. m3 tul- vavesiä. Tällä tilavuudella alennettaisiin Pielisen tulvavedenkorkeutta noin 1,5 cm. Pielisen suurtulvan aiheuttamia kokonaisvahinkoja se vähentäisi noin 835 000 euroa, jolloin altaiden rakentamisen taloudelliseksi hyödyksi saatiin noin 538 000 euroa ja hyötykustannussuhteek- si noin 2,8. Altaiden vaikutus Pielisen tulvavedenkorkeuteen on kuitenkin niin pieni, että altaiden toteuttamisen todettiin olevan riittämätön keino Pielisen tulvantorjuntakeinona.
Maanmittauslaitoksen visualisoidun MML10-korkeusmallin todettiin olevan hyvä ja yksin- kertainen työväline tulvavesialtaiden tunnistamisvälineenä. Mallin avulla painanteet löytyi- vät nopeasti. Mallin käyttöä voidaan suositella jatkossa samankaltaisissa tutkimuksissa.
Kieli suomi 61 + 4
Asiasanat
Tulvavesiallas, valuma-alue, suurtulva, Pielinen, Saramojoki
THESIS
November 2008 Degree Programme in Environmental Technology Koivikontie
82430 KITEE p. (013) 260 6501 Author
Immonen Milja Title
Building Possibilities of Flood Reservoirs in the Catchment Area of the River Saramojoki Commissioned by
North Karelia Regional Environment Centre Abstract
The purpose of this thesis was to find areas for the flood reservoirs on the catchment area of Lake Pielinen, which would be used during a major flood. Saramojoki catchment area, which located on the north side of Lake Pielinen, was chosen to be the study field in this thesis. It was found to be the only noteworthy place for planning the reservoirs. Land Sur- vey's MML10 digital elevation model, which was visualized and presented by the ArcGis- software, was used to find the flood reservoirs. One purpose of this work was to test this model's functionality as the tool of recognition for flood reservoirs. The model's accuracy was considered by field measurements which were accomplished during summer 2008. The levels were defined with GPS and level control apparatus.
Lake Pielinen's major flood repeats every 250 years. On the basis of the results it was esti- mated how much these reservoirs would impact lake Pielinen's floodwater level during the flood. There was several moulds founded in Saramojoki catchment area but most of them were founded to be too small to store large quantities of water or the damming would be- come too long. There were two areas which were selected as the subject of the study. Lake Kolkonjärvi and pound Raatelampi are located in the Palojoki catchment area and there by damming the outlets it would be possible to store water to the surrounding ground. It would be possible to store approximately 16 million cubic meters of flood waters to the reservoirs.
This volume would reduce Lake Pielinen's flood height by approximately 1½ centimeters.
This would reduce the total damage of Lake Pielinen's major flood by 835 000 euros where- by the financial benefit of building the reservoirs would be approximately 530 000 euros and cost-benefit ratio is approximately 2,8. However, the impact of the reservoirs on Lake Pielinen's floodwater height is so small that implementing the reservoirs would be an insuf- ficient way in flood protection.
Visualized MML10 digital elevation model was discovered to be good and easy tool to find flood reservoirs. With the help of model moulds were found quickly. The model can be rec- ommended in the future in similar studies.
Language Finnish Pages 61 + 4
Keywords
flood reservoir, catchment area, major flood, Lake Pielinen, Saramojoki
SISÄLTÖ TIIVISTELMÄ ABSTRACT
1 JOHDANTO ... 8
2 TULVAT JA TULVARISKIEN HALLINTA ... 9
2.1 Tulvat, tulvavahingot ja tulvien toistuvuus ... 9
2.2 Suurtulva ... 11
2.3 Tulviin varautuminen ja tulvariskien hallinta ... 12
2.3.1 Suurtulvaselvitys ja suurtulvatyöryhmän loppuraportti ... 13
2.3.2 Best practice -asiakirja ... 14
2.3.3 Direktiivi tulvariskien arvioinnista ja hallinnasta ... 14
2.3.4 Alueelliset ja paikalliset selvitykset ja suunnitelmat ... 15
2.4 Pielisen tulvavahingot ja tulvariskien hallinta ... 16
2.4.1 Pielisen tulvavahingot ... 17
2.4.2 Pielisen tulvatorjunta ... 18
2.5 Tulvavesien pidättäminen valuma-alueella ... 20
2.5.1 Tulvavesien kuivat pidätysaltaat ... 21
2.5.2 Pidättämisaltaiden rakentamisen ja käytön ympäristövaikutuksia ... 23
3 TUTKIMUSALUE JA TULVAVESIEN PIDÄTYSALTAIDEN RAKENTAMISMAHDOLLISUUDET ... 25
3.1 Pielisen valuma-alue ... 25
3.2 Tulvavesien pidättämisaltaiden rakentamismahdollisuudet päävaluma-alueille .. 26
3.3 Saramojoen valuma-alueen kuvaus ... 27
3.3.1 Virtaamat... 29
3.3.2 Saramojoen valuma-alueella toteutetut tulvasuojelutoimet ... 30
3.3.3 Maankäyttö Saramojoen valuma-alueella ... 30
3.3.4 Luonnonsuojelualueet ja Natura 2000 ... 31
4 KORKEUSMALLI MENETELMÄNÄ PIDÄTYSALTAIDEN SUUNNITTELUSSA ... 32
4.1 Korkeusmallit ... 32
4.1.1 Yleistä korkeusmalleista ... 32
4.1.2 MML25- ja MML10 -korkeusmallit ... 33
4.1.3 Saramojoen valuma-alueiden tutkiminen osavaluma-alueittain MML10- mallilla ... 33
4.2 Kolkonjärvi ja Raatelampi ... 34
5 TUTKIMUSTULOKSET ... 36
5.1 Altaiden suunnittelu MML10-mallin avulla ... 36
5.1.1 Kolkonjärven tulvavesiallas vedenkorkeudella N60 + 182,5 metriä ... 37
5.1.2 Kolkonjärven tulvavesiallas vedenkorkeudella N60 + 182,0 metriä ... 38
5.1.3 Raatelammen tulvavesiallas ... 39
5.2 Maastokäyntien havainnot ... 41
5.2.1 Tienkohdat Kolkonjärven lounaispuolella ... 42
5.2.2 Kolkonjärven luusuassa oleva silta ... 43
5.2.3 Tienkohta Kolkonjärven kaakkoispuolella ... 44
5.2.4 Rakennus Kolkonjärven luoteispuolella ... 44
5.2.5 Ympäröivä maasto ... 45
6 TULOSTEN TARKASTELUA... 47
6.1 Tulvavesialtaan rakentamisedellytykset Kolkonjärveen (N60 + 182,5 metriä) ... 47
6.1.1 Padon rakentaminen ja massamäärät ... 47
6.1.2 Tien korotukset ... 48
6.1.3 Rakennuksen tulvasuojelu ... 48
6.2 Tulvavesialtaan rakentamisedellytykset Kolkonjärveen (N60 + 182,0 metriä) ... 49
6.2.1 Pato ... 49
6.2.2 Tien korotus ... 49
6.2.3 Rakennus ... 50
6.3 Tulvavesialtaan rakentamisedellytykset Raatelammelle ... 50
6.4 Kustannukset yhteensä ... 50
6.4.1 Kolkonjärvi tasossa N60 + 182,5 metriä ja Raatelampi ... 50
6.4.2 Kolkonjärvi tasossa N60 + 182,0 metriä ja Raatelampi ... 51
6.5 Ympäröivä maasto ... 51
6.6 Tulvavesialtaisiin liittyvät oikeudelliset kysymykset ... 52
6.6.1 Vesilaki (264/1961) ... 52
6.6.2 Patoturvallisuuslaki (413/1984) ... 52
6.6.3 Ympäristövaikutusten arviointi (YVA) ... 53
6.7 MML10-mallin toimivuus käytännössä ... 53
7 TULVAVESIALTAIDEN VAIKUTUS PIELISEN TULVIIN... 54
7.1 Pielisen suurtulva ... 54
7.2 Altaiden täyttyminen ja vaikutus Pieliseen ... 55
8 POHDINTA JA JOHTOPÄÄTÖKSET ... 57
LÄHTEET ... 59 LIITTEET
LYHENTEET JA KESKEISET KÄSITTEET
HQ Ylivirtaama eli vuoden tai havaintojakson suurin virtaama.
HW Ylivedenkorkeus eli tietyn ajanjakson ylin vedenkorkeus.
MHQ Keskiylivirtaama eli vuotuisten HQ-arvojen keskiarvo.
MHW Keskiylivesi eli havaintojakson HW-arvojen keskiarvo.
MNQ Keskialivirtaama eli vuotuisten NQ-arvojen keskiarvo.
MNW Keskialivesi eli havaintojakson NW-arvojen keskiarvo.
MQ Keskivirtaama eli havaintojakson päiväarvojen keskiarvo.
MW Keskivesi eli havaintojakson keskimääräinen vedenkorkeus.
NQ Alivirtaama eli vuoden tai havaintojakson pienin virtaama.
NW Alivesi eli vuoden tai havaintojakson alin vedenkorkeus.
N60 Suomessa käytössä oleva korkeusjärjestelmä, jonka lähtökorkeudeksi on valittu keskimerenpinta Helsingissä vuonna 1960.
Valuma-alue Vedenjakajien rajaama alue, jolta lumensulamis- ja sadevedet keräy- tyvät.
Virtaama (Q) Uoman poikkileikkauksen kautta sekunnissa virtaaman veden määrä (l/s, m3/s).
KUVAT, KUVIOT JA TAULUKOT
Kuva 1. Esimerkki kuva tulvavesialtaan vaikutuksesta, s. 21 Kuva 2. Pielisen koko valuma-alue, s. 25
Kuva 3. Saramojoen valuma-alue, s. 28
Kuva 4. Rasterimuotoinen GRID-malli ja vektorimuotoinen TIN-malli, s. 32 Kuva 5. Veden alle jäävä alue Kolkonjärvellä tasolla, 182,5 m, s. 37
Kuva 6. Veden alle jäävä alue Kolkonjärvellä tasolla, 182,0 m, s. 39 Kuva 7. Veden alle jäävä alue Raatelammella tasolla, 192,0 metriä s. 40 Kuva 8. Maastotarkastelukohteet, s. 41
Kuva 9. Maasto kohdassa 1, s. 42 Kuva 10. Maasto kohdassa 2, s. 43
Kuva 11. Kolkonjärven uoman ylittävä silta, s. 43 Kuva 12. Rakennuksen perustukset, s. 44
Kuva 13. Kolkonjärven ympäröivää maastoa, s. 45 Kuva 14. Kolkonjärven ympäröivää maastoa, s. 45 Kuva 15. Raatelammen ympäristö, s. 46
Kuvio 1. Saramojoen valuma-alueen maankäyttö, s. 31
Kuvio 2. Pielisen kerran 250 vuodessa toistuva suurin simuloitu tulva, s. 54 Kuvio 3. Pielisen vedenpinnan noususta aiheutuvat vahingot, s. 55
Taulukko 1. Pielisen vedenkorkeuden keski- ja ääriarvoja (N60), s. 16 Taulukko 2. Pielisjoen keski- ja ääriarvoja (m3/s), s. 16
Taulukko 3. Havaitut ylimmät vedenkorkeudet Pielisellä (N60), s. 17 Taulukko 4. Saramojoen ja Pielisjoen keski- ja ylivirtaamat, s. 30
Taulukko 5. Virtaamat Roukkajankoskella, Kolkonjärvellä ja Raatelammella, s. 35 Taulukko 6. Kustannukset yhteensä, s. 50
Taulukko 7. Kustannukset yhteensä, s. 51
1 JOHDANTO
Tulva on luonnonilmiö, jota ei voida poistaa. Luonnononnettomuuksista se on maail- manlaajuisesti tuhoisimpia. Maailmanlaajuisesti tulvasuojelua on hoidettu uomia per- kaamalla ja pengertämällä ja tämän johdosta veden luontainen kulkureitti on muuttunut.
Tulva-alueiden vähentymisen seurauksena tulvat ovat jopa äärevöityneet. Nyt suuntaus on siirtynyt siihen, että tulvan kanssa on opittava elämään ja annetaan tulville tilaa jo valuma-alueella. Keski-Euroopassa on jo vuosien ajan toteutettu niin sanottujen kuivien altaiden periaatetta, joka on todettu varsin tehokkaaksi keinoksi.
Opinnäytetyössä selvitetään, onko Saramojoen valuma-alueelle (4.47) riittävän suuria alueita tilapäisille tulvavesialtaille, jotka otettaisiin käyttöön Pielisen suurtulvan aikana.
Muuna aikana altaat olisivat luonnontilaisina. Lisäksi työssä arvioidaan, mikä merkitys altailla on Pielisen suurtulvaan, ja selvitetään, kuinka paljon Pielisen tulvaveden korke- utta saataisiin alennettua mahdollisilla altailla. Painanteiden etsimiseen käytettiin apuna maanmittauslaitoksen MML10-korkeusmallia, joka visualisoitiin ArcGis-ohjelmaan soveltuvaksi. Työssä testataan mallin toimivuutta tulvavesialtaiden tunnistamistyökalu- na, ja mallin toimivuus tarkastetaan maastokäynneillä tutkimuskohteella.
Tutkimus on ajankohtainen, koska se täydentää Pohjois-Karjalan ympäristökeskuksen vuoden 2008 tulostavoitteita, jossa Maa- ja metsätalousministeriö on asettanut ympäris- tökeskukselle tavoitteen jatkaa Pielisen valuma-alueen vesitalouden hallintasuunnitel- man laatimista selvittämällä mahdollisia tulvavesien pidättämisalueita.
Opinnäytetyön toimeksiantaja on Pohjois-Karjalan ympäristökeskus. Toimeksiantajan taholta ohjaajina toimivat diplomi-insinöörit Teppo Linjama ja Janne Kärkkäinen. Poh- jois-Karjalan ammattikorkeakoulusta ohjaajana toimii limnologi Tarmo Tossavainen.
2 TULVAT JA TULVARISKIEN HALLINTA
2.1 Tulvat, tulvavahingot ja tulvien toistuvuus
Tulva on luonnollinen sää- ja vesistöolosuhteista johtuva ilmiö, jota ei voida estää, vaan siihen tulee varautua suunnittelulla ja ennakoinnilla. Maailmanlaajuisesti tulvat vaativat uhreja enemmän kuin maanjäristykset, myrskyt ja muut luonnononnettomuudet yhteen- sä (Timonen, Ruuska, Taipale, Kouvalainen, Maunula, Hanski, Suihkonen, Ollila, Sa- vea-Nukala & Vähäsöyrinki 2003, 11). Uhrien lisäksi taloudelliset kustannukset nouse- vat yleensä erittäin suuriksi. Euroopassa vuosien 1991–1995 välillä tulvien arvioidaan aiheuttaneen 99 miljardin euron vahingot. (Estrela, Menendez, Dimas, Marcuello, Rees, Cole, Weber, Grath, Leonard, Ovense, Fehér, Lack & Thyssen 2001, 7.)
2000-luvulla suuret tulvat ovat aiheuttaneet paljon tuhoa eri puolilla Keski-Eurooppaa.
Vuonna 2002 Praha ja Dresden joutuivat veden valtaan, kun Tonavan rantapenger rik- koutui tulvan aikana. Vuonna 2005 samansuuruinen tulva toistui ja aiheutti tuhoa Ro- maniassa, Sveitsissä, Itävallassa sekä Saksassa. Romanian keskiosissa noin 1 400 taloa jäi tulvan alle, ja Bulgariassa jopa 14 000 ihmistä jäi kodittomaksi kolmeksi kuukaudek- si. On arvioitu, että Saksassa nämä "vuosisadan tulvat" ovat aiheuttaneet vähintään 2,26 miljardin euron vahingot. (Bunyard 2006, 130.)
Suomessa tulvat eivät aiheuta massiivisia ihmiskuolemia, mutta ne aiheuttavat taloudel- lisia vahinkoja joka vuosi. Paikallisesti vahingot voivat olla suuria, varsinkin jos tulva- alueille jo sijoitettuja tai sijoitettavia rakennuksia tai toimintoja joudutaan suojaamaan tulvilta (Timonen ym. 2003, 9). Tulva-alueen laajuuteen ja vahinkojen suuruuteen vai- kuttavat valuma-alueen pinnanmuodot, alueen maankäyttö, tulvan korkeus sekä tulvan kesto ja esiintymisajankohta.
Suomen sisävesissä tapahtuvat tulvat voidaan Ollilan (2002) mukaan jakaa viiteen eri tyyppiin:
– lumensulamistulvat huhti-kesäkuussa lähes koko maassa
– rankkojen sateiden aiheuttamat tulvat erityisesti vähäjärvisillä vesistö- alueilla
– runsasjärvisen vesistöalueen tulvat useiden perättäisten märkien vuosien seurauksena
– jää- ja suppopatotulvat
– rankkojen paikallisten sateiden aiheuttamat nopeasti kehittyvät tulvat etenkin taajamissa.
Pahimpia tulvia syntyy, kun tulvaan vaikuttavat useat tekijät yhtä aikaa. Suomessa suu- ria vedenkorkeuksia ja virtaamia esiintyy yleensä lumen sulamisen tai rankkasateiden seurauksena, mutta jää- ja hyydepadot voivat paikallisesti aiheuttaa joessa voimakkaan- kin vedenpinnan nousun. Kaupungeissa tulvimista aiheuttavat rankkasateet, jotka nosta- vat vedenpintaa puroissa sekä ojissa. Ongelmia muodostuu myös tiheästi rakennetulla taajama-alueella, jossa veden imeytyminen on yleensä estynyt maaperään. Pahoja tulvia pääsee muodostumaan, kun sadevesiviemäreiden kapasiteetti ylittyy. (Kaatra, Suihko- nen, Välipirtti, Reskola, Kujanpää, Gullstén, Ijäs, Tolvi, Leinonen, Ollila, Hurmeranta, Seppänen & Valjakka 2006, 8.) Tulvat aiheuttavat ongelmia muutenkin vesihuollolle, koska tulvat kuljettavat mukanaan ravinteita ja jätevesien ohijuoksutukset heikentävät vedenlaatua. Tämä taas voi aiheuttaa vahinkoa koko vesistön eliöstölle. Eliöstön lisäksi vedenlaatuongelmat heikentävät vesistön virkistyskäyttöarvoa. (Suhonen & Rantakokko 2006, 41.)
Suomessa tulvavahingot kohdistuvat yleensä ensimmäisenä peltoviljelyyn, koska pellot on usein sijoitettu vesistöjen läheisyyteen. Tulvan noustessa alkaa vahinkoa muodostua myös rakennuksille ja rakenteille, esimerkiksi kesämökeille. Korkeat tulvat voivat va- hingoittaa myös teitä ja siltoja sekä teollisuuslaitoksia ja rantametsiä. (Ollila 2002, 16.) Tulvien aiheuttamat taloudelliset vahingot vaihtelevat vuosittain suuresti. Suomessa koko 1990-luvulla tulvat aiheuttivat vahinkoa noin 3 miljoonan euron edestä, kun taas pelkästään vuonna 2005 vahinkoa syntyi 17 miljoonan euron edestä. (Kaatra ym. 2006, 10.)
Tulvat ovat luonnonilmiöitä, jotka eivät esiinny säännöllisesti eikä niiden esiinty- misajankohtaa voida tarkasti ennakoida. Tulvan suuruutta ja harvinaisuutta kuvataan toistumisajalla, joka tarkoittaa sen ajanjakson pituutta, joka keskimäärin kuluu, ennen kuin tietyn suuruinen tai sitä suurempi tulva esiintyy uudelleen (Timonen ym. 2003, 5).
Ylivirtaamien suuruuksien arviointiin käytetään yleensä todennäköisyysjakaumaa. To- dennäköisyysjakaumalla saadaan arvioitua halutun toistumisajan omaavan ylivirtaaman suuruus. Todennäköisyysjakaumaan on poimittu mahdollisimman pitkältä jaksolta kun- kin vuoden suurin yhden vuorokauden keskivirtaama-arvo. (Veijalainen 2004, 18.) Poh- joismaissa ylivoimaisesti käytetyin ja myös virallisesti Suomen patoturvallisuusohjeissa suositeltu todennäköisyysjakauma on Gumbelin jakauma (Sane, Alho, Huokuna, Käyh- kö & Selin 2006, 35). Todennäköisyysjakaumien käytössä yksi tärkeimmistä oletuksista on se, että menneitä tulvia voidaan käyttää tulevien tulvien ennustamiseen. Mitä enem- män havaintoja on, sitä luotettavammin voidaan sitä suuremman toistumisajan omaavi- en ylivirtaamien suuruuksia arvioida käyriltä. Ongelmaksi voi tosin muodostua tulevai- suudessa mahdollinen ilmastonmuutos. Todennäköisyysjakautuma perustuu menneisiin tulviin, joten oletus tulevista tulvista ei välttämättä pidä tulevaisuudessa paikkansa.
Gumbelin jakaumassa kaikki havainnot asetetaan suuruusjärjestykseen ja kunkin ha- vainnon toistumisaika lasketaan Weibulin kaavalla. Muodostuneesta kuvasta voidaan määrittää eri tulvatilanteiden ylivirtaama-arvot. (Veijalainen 2004, 17–18.)
2.2 Suurtulva
Suurtulvan käsite on hyvin epämääräinen, mutta yleensä sillä tarkoitetaan tulvaa, joka ylittää tarkastellun alueen tulvasuojelutöissä käytetyn mitoitustason. Suomessa valmis- tui vuonna 2000 suurtulvaselvitys, ja tässä selvityksessä suurtulvana pidettiin tulvaa, joka toistuu keskimäärin kerran 250 vuodessa. (Timonen ym. 2003, 9.)
Luonnostaan suuria tulvia tapahtuu Suomessa aika ajoin, ja tulevaisuudessa ilmaston- muutos voi nostaa keskilämpötiloja ja vuotuisia sademääriä lisäten suurtulvan riskiä myös meillä (Ollila, Virta & Hyvärinen 2000, 12). Maa- ja metsätalousministeriön pe- rustama tulvavahinkotyöryhmä pitikin tärkeänä kiinnittää huomiota siihen, että Suomes- sa ääri-ilmiöt sää- ja vesioloissa näyttävät olevan yleistymässä (Kaatra ym. 2006, 2).
Vuonna 1899 Suomessa esiintyi korkein laajoja alueita koskenut niin sanottu valapaton- tulva. Tässä suurtulvassa vesi nousi Päijänteessä, Kallavedellä, Vanajavedessä, Tampe- reen Pyhäjärvessä ja Saimaalla keskimäärin kaksi metriä keskivedenkorkeuden yläpuo- lelle aiheuttaen paljon vahinkoa. Valapatontulvan toistuvuusajaksi on arvioitu keski-
määrin 250 vuotta. Toinen lähes yhtä korkea tulva sattui vuonna 1924, mutta tämän tulvan aiheuttamista vahingoista ei ole tietoa. (Ollila ym. 2000, 8.)
Vuoden 1899 jälkeen rantojen rakentaminen on ollut vilkasta, ja perinteisten asuinra- kennusten lisäksi rantojen läheisyyteen on rakennettu paljon teollisuutta, teitä, siltoja jne. Nykypäivänä samanlainen tulva kuin valapatontulva oli, aiheuttaisi aivan eri luokan vahingot kuin vuonna 1899. (Ollila ym. 2000, 8.) On arvioitu, että nykyään samankal- tainen tulvatilanne aiheuttaisi noin 230 miljoonan euron vahingot, vaikka säännöstelyt ja poikkeusjuoksutukset suoritettaisiinkin eri vesistöissä (Ollila 2004).
2.3 Tulviin varautuminen ja tulvariskien hallinta
Suomen laajat metsä- ja suovarannot tasoittavat virtaamia luonnostaan, mutta tehokas maankäyttö, mm. metsäojitukset ja soidenkuivatukset 1950-luvulta lähtien, ovat muut- taneet valuma-alueiden hydrologisia olosuhteita. Lisäksi tulvavesien luonnollinen varas- toituminen on vähentynyt järvenlasku- ja kuivatushankkeiden seurauksena. (Rantakok- ko 2002, 7.)
Suomessa tulvariskien hallinnan sääntely on varsin kehittymätön ala verrattuna Keski- Euroopan maihin, joissa suuret tulvat ovat huomattavasti yleisempiä kuin meillä (He- lander 2007, 2). Suomessa tulvariskien hallinta on perinteisesti jaettu tulvasuojeluun ja tulvatorjuntaan. Suomessa tulviin on varauduttu toteuttamalla runsaasti tulvasuojelu- hankkeita, joita ovat mm. pengerrykset, perkaukset, tekojärvet sekä vesistöjen säännös- telyt. (Kaatra ym. 2006, 29.)
Suomessa viljelysmaat on perinteisesti pyritty suojaamaan keskimäärin kerran 20 vuo- dessa (HQ20) tai sitä useammin toistuvilta tulvalta. Sitä suuremmilta tulvilta suojaami- nen on katsottu kannattomaksi. Asutukset on pyritty suojaamaan keskimäärin kerran 100 vuodessa (HQ100) tai useammin esiintyviltä tulvilta. Rakentamisen ohjaukseen laa- dittiin vuonna 1984 suositukset ylimpien vedenkorkeuksien huomioonottamisesta ranta- alueiden käytössä ja rakentamistoiminnassa. Tätä julkaisua ajantasaistettiin vuonna 1999 (Ylimmät vedenkorkeudet ja sortumariskit ranta-alueille rakennettaessa – Suositus alimmista rakentamiskorkeuksista), ja julkaisu toimitettiin kuntiin ja kaikille muillekin tahoille kenen katsottiin tietoa tarvitsevan. (Timonen ym. 2003, 10–11, 16.)
Suuntaus on alkanut siirtyä kuitenkin pois maatalouden tulvasuojelusta kohti muita hankkeita. Asutuksen suojaaminen tulvilta, vesistörakenteiden ja -säännöstelyjen turval- lisuuden ja toimintavarmuuden parantaminen sekä vanhojen hankkeiden ajanmukaista- minen ja niistä aiheutuvien haittojen vähentäminen ovat nousseet keskeisimmiksi tavoit- teiksi. (Timonen ym. 2003, 17.)
Tulvariskien hallinnan kehitystä Suomessa on vienyt eteenpäin vuonna 2003 valmistu- nut suurtulvatyöryhmän loppuraportti, jonka pohjalta laadittiin tulvariskien hallinnan yleissuunnittelun ohjeellinen sisältörunko. Loppuraportin lisäksi Suomen tulvariskien arviointia ja hallintaa ohjaa Euroopan unionin vuonna 2007 voimaan tullut tulvadirek- tiivi yhdessä best practice -asiakirjan kanssa. Nämä yhdessä muodostavat pohjan EU:n lähestymistavalle tulvariskien hallintaan (Lonka & Nikula 2006, 9).
2.3.1 Suurtulvaselvitys ja suurtulvatyöryhmän loppuraportti
Vaikka Suomessa niin sanottuja pahoja tulvia ei ole esiintynyt vuoden 1899 jälkeen, niin Keski-Euroopan 1990-luvun suurtulvat herättivät keskustelua myös Suomessa.
Suomessa ruvettiin selvittämään suurten tulvien vaikutuksia. Maa- ja metsätalousminis- teriö antoi Suomen ympäristökeskukselle tavoitteeksi selvittää tulvavahinkojen uhkaa Suomessa. Suomen ympäristökeskus selvitti yhteistyössä alueellisten ympäristökeskus- ten kanssa kerran 250 vuodessa sattuvan tulvan aiheuttamat vahingot ja niiden torjun- tamahdollisuudet pahimmilla alueilla. (Ollila ym. 2000, 5, 8.) Selvitys valmistui vuonna 2000, ja se osoittikin, että suuriin tulviin ei ollut varauduttu kunnolla. Tämän vuoksi Maa- ja metsätalousministeriö asetti työryhmän laatimaan toimenpiteitä suurten tulvien aiheuttamien vahinkojen vähentämiseksi. Ryhmä koostui sisäasiainministeriön, valtion- varainministeriön, maa- ja metsätalousministeriön, Kuntaliiton sekä ympäristöhallinnon edustajista. Työnsä aikana työryhmä kuuli useita eri alojen edustajia. (Lonka & Nikula 2006, 12.) Kukin alueellinen ympäristökeskus laati suurtulvatyöryhmän pyynnöstä arvi- on merkittävimmistä vahinkokohteista tärkeysjärjestyksessä ympäristökeskuksen alueel- la. Pohjois-Karjalan alueella tällaisiksi alueiksi määriteltiin Pyhäselän ja Oriveden alue sekä Pielisen ja Pielisjoen alue. (Timonen 2003, 27.)
Suurtulvatyöryhmän loppuraportissa ehdotettiin tarvittavia toimenpiteitä suurista tulvis- ta aiheutuvien vahinkojen vähentämiseksi. Näiden ehdotusten keskeisenä sisältönä oli nykyisen ja uuden asutuksen suojaaminen tulvilta ottaen käyttöön yhtenäinen riskitaso.
Lisäksi raportissa arvioitiin toimenpiteiden toteuttamisesta aiheutuvat henkilöstövoima- vara- ja rahoitustarpeet. Vuonna 2003 valmistunut loppuraportti onkin edelleen keskei- nen ja kattava tulvavahinkoriskien vähentämistä käsittelevä "opas" (Lonka & Nikula 2006, 12).
2.3.2 Best practice -asiakirja
Vuoden 2002 suurten tulvien jälkeen EU:n vesijohtajat rupesivat laatimaan kansallista asiakirjaa tulvariskien hallintaan. Ryhmä sopi tulvantorjuntaan, tulvasuojeluun ja vahin- kojen korjaamiseen liittyvien parhaiden käytäntöjen kokoamisesta. Marraskuussa 2003 hyväksyttiin "Best Practice on Flood Prevention, Protection and Mitigation" -asiakirja.
Tämän asiakirjan tavoitteena on kuvata parhaat käytännöt ja menetelmät, joiden avulla voidaan ehkäistä, suojata ja vähentää tulvatapausten aiheuttamia vahinkoja ihmisten terveydelle ja turvallisuudelle, omaisuudelle sekä ympäristölle. Asiakirjassa käsitellään perusperiaatteita, strategioita ja muita taustatietoja, joiden pohjalta jäsenvaltioiden tulisi kehittää tulvariskien hallintaa. Lisäksi asiakirjan tulisi kasvaa ja kehittyä sitä mukaa, kun tulvariskien hallinnan menetelmät kehittyvät. Suomessa asiakirjan osoittamia me- nettelytapoja voidaan soveltaa keväisiin lumensulamistulviin. (Lonka & Nikula 2006, 9–10.)
2.3.3 Direktiivi tulvariskien arvioinnista ja hallinnasta
Marraskuussa 2007 tuli voimaan Euroopan parlamentin ja neuvoston direktiivi tulvaris- kien arvioinnista ja hallinnasta (2007/60/EY). Yleisesti direktiiviä kutsutaan tulvadirek- tiiviksi, joka on läheisessä suhteessa EU:n vesipolitiikan puitedirektiivin (2000/60/EY) kanssa. Vesipuitedirektiivi koskee ennen kaikkea vesiensuojelua, ja sen tavoitteena on parantaa pinta- ja pohjavesien suojelua ja vähentää tulvien ja kuivuuden vaikutuksia.
Kuitenkaan direktiivissä ei käsitellä tulvantorjuntaa. Uuden tulvadirektiivin tarkoitukse- na on vähentää ja hallita tulvista ihmisen terveydelle, ympäristölle, infrastruktuurille ja omaisuudelle aiheutuvia riskejä.
Tulvadirektiivi asettaa jäsenvaltioille kolme päävelvoitetta: tulvariskien alustavan arvi- oinnin, tulvavaara- ja tulvariskikarttojen sekä tulvariskien hallintasuunnitelmien laatimi- sen. (2007/60/EY). Vesistöille, joilla on merkittävä tulvariski, on laadittava tulvan le- viämistä ja kattavuutta kuvaavat tulvakartat sekä tulvan vaikutuksia kuvaavat tulvaris- kikartat. Pielinen on tehtyjen selvitysten mukaan alustavasti määritelty merkittävän tul- variskin alueeksi. Arvio perustuu tapahtuneisiin tulviin. (Kärkkäinen 2007, 4.)
2.3.4 Alueelliset ja paikalliset selvitykset ja suunnitelmat
Käytännön tulvariskien hallinnan toteuttamisen oleellisena osana ovat alueelliset ja pai- kalliset suunnitelmat. Suunnitelmissa alueelliset ympäristökeskukset ja kunnat ovat useimmiten selvittäneet tärkeimmät tulvariskikohteet ja tehneet suunnitelmia tulviin varautumiseksi. (Lonka & Nikula 2006, 14.) Vuonna 2007 valmistui Pohjois-Karjalan ympäristökeskuksessa Pielisen tulvariskien hallinnan yleissuunnitelma, jossa kartoitet- tiin suurella tulvalla syntyviä vahinkoja sekä keinoja tulvavahinkojen pienentämiseksi (Kärkkäinen 2007). Tämä suunnitelma on täydennetty päivitys kahdesta aiemmasta Pie- lisen tulvaselvityksistä. Vuonna 1989 Insinööritoimisto Reiter Oy selvitti Pielisen ranta- alueille sijoittuvalle yhdyskunnalle ja teollisuudelle suurista tulvista aiheutuvia aineelli- sia ja tuotannollisia vahinkoja. Lisäksi vuonna 1997 Jouni Mikkonen tarkasteli diplomi- työssään Pielisen tulvavahinkoja ja -haittoja sekä niiden torjuntamahdollisuuksia.
Pielisen tulvariskien hallinnan yleissuunnitelman yhteydessä laadittiin tulvavaarakartat alustavasti merkittäviksi arvioiduille kohteille. Nämä kohteet olivat Lieksan, Nurmek- sen ja Juuan taajama-alueet. Näiden lisäksi suurtulvasta aiheutuvat vahingot arvioitiin Enon kunnan Kaltimon ja Uimaharjun taajamille. Kartoissa esitetään ne alueet, jotka jäävät veden alle tilastollisesti keskimäärin kerran 100 ja 250 vuodessa toistuvilla tulvil- la. Kartoilla esitetään myös veden syvyys eri alueilla. Tarvetta Pielisen tulvariskien hal- linnan yleissuunnitelmalle antoivat niin suurtulvatyöryhmän loppuraportin toimenpide- ehdotukset kuin vuonna 2007 voimaan tullut EU:n tulvadirektiivikin. (Kärkkäinen 2007, 4.)
2.4 Pielisen tulvavahingot ja tulvariskien hallinta
Pielisen vedenkorkeuden havainnointi on aloitettu vuonna 1911. Pielisellä on kaksi lim- nigrafista asemaa, joista toinen sijaitsee Nurmeksessa (taulukko 1) ja toinen Ahvenisel- la. Pielisjoen vedenkorkeuksia mitataan säännöllisesti Kuurnan (taulukko 2) ja Kaltimon voimalaitoksilla sekä Hiirenveden ja Jakokosken havaintopaikoilla. (Hertta.)
Taulukko 1. Pielisen vedenkorkeuden keski- ja ääriarvoja (N60)
Havaintopaikka Ajanjakso HW MHW MW MNW NW
Pielinen (Nurmes) 1911 2007 95,38 94,35 93,73 93,19 92,60 Taulukko 2. Pielisjoen keski- ja ääriarvoja (m3/s)
Havaintopaikka Ajanjakso HQ MHQ MQ MNQ NQ
Pielisjoki (Kuurna) 1958–2007 584 375 236 125 45
Pohjois-Karjalan ympäristökeskuksella on käytetty tähän mennessä Pielisellä 1/250 vuoden yliveden korkeutena N60 + 95,9–96,0 m. Suomen ympäristökeskuksen hydrolo- gian yksikkö on tarkastellut mahdollisen ilmastonmuutoksen vaikutuksia Vuoksen ve- sistöalueen järvien tulvavedenkorkeuksiin. Hydrologian yksikön mukaan suurimmassa osassa Vuoksen vesistöalueen järvissä vaikutukset jäisivät pieniksi ajanjaksolla 2071–
2100. Ilmastonmuutoksella ei näyttäisi olevan suurta merkitystä ylivedenkorkeuksiin Pielisellä, joten ylivedenkorkeutta N60 + 95,9–96,0 m ei näyttäisi olevan tarpeen muut- taa. Kuitenkin ilmastonmuutos voi aiheuttaa talviaikaisten tulvien lisääntymistä. (Kärk- käinen 2007, 8.) Ympäristöhallinnon toistuvuusanalyysin perusteella Pielisen vedenpin- ta nousisi tasoon N60 + 95,70 m, tulvalla joka toistuu keskimäärin kerran 250 vuodessa (HYD-valikko).
2.4.1 Pielisen tulvavahingot
Pielisellä suurimmat havaitut tulvat ovat sattuneet vuosina 1924, 1955, 1962, 1981, 1988 ja 2004 (taulukko 3). Suuren tulvan on arvioitu aiheuttavan Pielisen alueella mit- tavia vahinkoja. Eri selvitysten mukaan (Reiter Oy 1989 ja Mikkonen 1997) Pielisellä merkittävimmät vahingot tapahtuisivat teollisuudelle ja yhdyskuntarakenteille. Vahin- koina on tarkasteltu lähinnä rakennuksille aiheutuvia vettymisvahinkoja, yhdyskunnan toiminnalle aiheutuvia häiriöitä sekä teollisuudelle aiheutuvia rakennevahinkoja ja tuo- tannollisia menetyksiä. Metsätaloudelle aiheutuvat vahingot on Mikkosen työssä tutkittu korkeustasoon N60 + 95,19 m saakka. Rakennuksille, tiestölle, silloille sekä maatalou- delle aiheutuvat vahingot on selvitetty korkeustasoon N60 + 95,45 m. Pielisen tulvariski- en hallintasuunnitelmassa taajamille ja teollisuudelle vahinkoarviot on arvioitu jopa korkeustasoon N60 + 96,0 m asti. Selvitysten mukaan merkittäviä vahinkoja aiheuttava vedenkorkeus on N60 + 95,20 m. (Kärkkäinen 2007, 38.)
Taulukko 3. Ylimmät tulvavedenkorkeudet (N60) Pielisellä (Kärkkäinen 2007, 7) Havaintopaikka/ vuosi 1924 1955 1962 1981 1988 2004 Pielinen (Nurmes) 95,39 m 94,74 m 94,73 m 94,78 m 94,70 m 94,74 m
Taajamien rakennukset, jotka rajoittuvat Pieliseen, on sijoitettu pääosin mitoitustulva- korkeuden N60 + 96,00 m yläpuolelle. Taajamissa on noin 40–50 rakennusta, jotka on sijoitettu N60 + 95,0 – 96, 0 m välisille tasoille. Nämä sijaitsevat Lieksan Rantakylässä ja Mähkön alueella, Nurmeksessa Vinkerlahdella sekä Bomban alueella ja Juuassa val- tatie 6:n vierustoilla. Suurtulvatilanteessa Pielisen ranta-alueiden taajamissa huomatta- van ongelman muodostaa vesistölähtöisestä tulvasta aiheutuva viemäreiden tulviminen kellarillisiin rakennuksiin. Merkittäviä yksittäisiä kohteita olisivat Lieksan vesilaitoksen käyttöveden pumppaamo, Pielisen museo, Bomban matkailualue sekä Enon kunnan Kaltimon terveyskeskus. Teollisuudelle merkittävää vahinkoa alkaa muodostua veden- korkeuden noustessa N60 + 95,4–95,6 m. Tällöin tulva aiheuttaisi toiminnan keskeytyk- sen Lieksan Kevätniemen ja Enon Uimaharjun sahoilla. (Kärkkäinen 2007, 32 33.) Suurtulvan aikana ympäristövahinkoja muodostuu, jos käsittelemättömät jätevedet pää- sevät kulkeutumaan vesistöön. Taajamien jätevedet on mahdollista suurimmaksi osaksi
johtaa jätevedenpuhdistamolle ja käsitellä puhdistamolla. Tämä onnistuu yleisesti N60 + 95,0 m asti, minkä jälkeen pumppaamoiden toiminnan keskeytymisen tai katkosten riski alkaa kasvaa. Nurmeksen ja Lieksan jätevesien johtaminen kävisi mahdottomaksi mitoi- tustulvakorkeudella N60 + 96,0 m, kun vastaavasti puhdistettujen jätevesien purkaminen Kaltimon taajaman jätevedenpuhdistamolla ei enää onnistuisi Pielisen vedenkorkeudella noin N60+ 95,0–95,2 m. (Kärkkäinen 2007, 34.)
Jätevesien lisäksi valuma-alueelta tulvan mukana tuleva ravinnehuuhtouma kuormittaisi vesistöä pahasti. Kertaluontoisen kuormituspiikin vaikutusten ei arvioida kuitenkaan jäävän pysyväksi, vaan vesistön tilan arvioidaan palautuvan 5 10 vuoden aikana lähes suurtulvaa edeltäneelle tasolle. (Kärkkäinen 2007, 34.)
2.4.2 Pielisen tulvatorjunta
Pielinen on Suomen suurin säännöstelemätön järvi. Kaltimon voimalaitos juoksuttaa Pielistä Itä-Suomen vesioikeuden luvan mukaisesti siten, että järven luonnonmukainen purkautuminen toteutuu. Pielisen mahdollinen säännöstely on kuitenkin noussut jatku- vasti esille suurten vedenpinnanvaihteluiden vuoksi. Pielisen säännöstelemiseksi on tehty useita suunnitelmia jo vuosikymmeniä sitten. Vuonna 1968 suunnitelma oli jo vesioikeuden käsittelyssä, mutta asia kuitenkin raukesi. Vuonna 2005 käynnistettiin Pohjois-Karjalan ympäristökeskuksen johdolla uusi selvitystyö Pielisen juoksutusten kehittämismahdollisuuksista. (Verta, Nykänen, Höytämö & Marttunen 2006, 4, 7, 9.) Pielistä on poikkeusjuoksutettu 1980-luvulta lähtien kahdeksan kertaa tulva-aikaisten vedenkorkeuksien laskemiseksi. Vuonna 2006 Pielisen juoksutusta vähennettiin ensim- mäistä kertaa kuivuuden haittojen vähentämiseksi. Poikkeusjuoksutukset perustuvat vesilain 12 luvun 19 §:ään. Tämän vuoksi Pohjois-Karjalan ympäristökeskuksen tulee hakea poikkeusjuoksutukseen lupaa Maa- ja metsätalousministeriöltä sekä Itä-Suomen ympäristövirastolta. Poikkeusjuoksutukset toteutetaan, mikäli kevät- ja kesäaikaisten virtaamien odotetaan nousevan huomattavan suuriksi. Tulvauhan jälkeen vesitilanne tasataan luonnonmukaiseksi virtaamaa vähentämällä. Poikkeusjuoksutukset ovat teho- kas tapa torjua tulvia, mutta niiden käyttöönotto on hidasta lupakäsittelyn vuoksi. Tämä voi aiheuttaa sen, että vahinkoja ehkäisevän toiminnan aloittamisesta voidaan merkittä- västi myöhästyä. (Verta ym. 2006, 19 20.)
Poikkeusjuoksutusten lisäksi Pielisellä on tehty pengerryksiä. Tehdyt tulvapengerrykset ovat kuitenkin hyötypinta-alaltaan pieniä. Yhteensä pengertämällä suojattuja maita Pie- lisen alueella on hieman yli 200 hehtaaria, ja penkereiden harjankorkeus on yleensä rakennettu tasoon N60 + 95,70 m. (Kärkkäinen 2007, 9.)
Vaikkakin Pielisen ja Pielisjoen juoksutukset määrätään luonnonmukaisen purkautu- miskäyrän mukaisesti, niin vedenkorkeuksien luonnonmukaisuuteen vaikuttaa erityisesti Pielisen itäpuolella sijaitsevan Koitere. Koitere on voimakkaasti säännöstelty järvi, ja koska Koitereen vedet yhtyvät Pielisjokeen Kaltimon voimalaitoksen yläpuolella, se vaikuttaa näin Pielisen ja Pielisjoen vedenkorkeuksiin. Saimaan alueen tulvantorjunnan toimintasuunnitelmassa on kuvattu vuoden 1899 tulvatilannetta ja kyseisessä selvityk- sessä vesistömallin mukaan luonnontilassa Pielisen vedenkorkeus olisi kyseisen tulvan aikana noussut tasolle N60 + 95,68 m. Koitereen säännöstelyn vaikutuksesta Pielisen tulvakorkeus olisi kuitenkin noin 25 senttimetriä alempana eli tasossa N60 + 95,49 m.
(Kärkkäinen 2007, 8.)
Pohjois-Karjalan ympäristökeskus tarkisti vuonna 2006 suositukset alimmista rakenta- miskorkeuksista vesistöjen rannoille ja jakoi ne Pohjois-Karjalan kuntien rakennuslupa- ja kaavoitusviranomaisille. Suositus alimmista rakentamiskorkeuksista on tasossa N60 + 95,9 m. (Kärkkäinen 2007, 8.) Lisäksi Pielisen valuma-alueelle on tehty vuonna 2007 selvitys valuma-alueella tehtyjen vesistötoimenpiteiden vaikutuksista yli- ja alivirtaa- miin (Oittinen 2007). Selvityksen perusteella vesistötoimenpiteiden ennallistaminen ei ole taloudellisesti järkevä tulvantorjuntavaihtoehto Pielisellä.
Pielisen valuma-alueella halutaan edelleen jatkaa vaihtoehtoisten tulvantorjuntakeinojen tutkimista. Pohjois-Karjalan ympäristökeskuksen vuoden 2008 tulostavoitteisiin on ase- tettu tavoitteeksi selvittää Pielisen valuma-alueella mahdollisia tulvavesien pidättämis- alueita osana vesitalouden hallintasuunnitelman laatimista. Tämän työn tarkoitus on täydentää tätä tavoitetta.
2.5 Tulvavesien pidättäminen valuma-alueella
Euroopassa ja USA:ssa tulvavesien pidättäminen valuma-alueella on keskeinen osa tul- vasuojelupolitiikkaa. Yleisempiä muotoja ovat pääuoman varressa tehtävien entisten tulva-alueiden palauttaminen, perattujen uomien ennallistaminen ja valuma-alueella tehtävät imeyttämis- ja viivytystoimenpiteet. Tämä onkin kansainvälisesti keskeinen suuntaus, koska on todettu, että suurtulvia ei voida hoitaa pelkästään perinteisillä mene- telmillä. (Rantakokko 2002, 15, 21.)
Suomessa perinteisiä tulvasuojelukeinoja ovat olleet lähinnä perkaukset, pengerrykset, tekojärvet ja luonnonvesistöjen säännöstelyt (Ollila ym. 2000, 6). Kuten aikaisemmin mainittiin, Pielisen alueella käytössä ovat poikkeusjuoksutukset ja pengerrykset.
Euroopan ja USA:n suuntaus on tulossa myös Suomeen. Suomessa on alettu tutkia tul- vasuojelun luonnonmukaisia keinoja perinteisten suojelukeinojen rinnalla. Huomio on keskittynyt pitkälti tulvavesien pidättämiseen valuma-alueella. Suuntaa tälle on antanut mm. suurtulvatyöryhmän loppuraportti, jossa yhtenä tavoitteena oli tulvariskien vähen- täminen valuma-alueella tehtävillä toimenpiteillä. Euroopan unionin tulvadirektiivissä- kin on sisälletty vaihtoehtoiset ja luonnonmukaiset tulvien vähentämismenetelmät tulva- riskien arviointiin ja hallintaan. Hallintasuunnitelmien laatimisessa jäsenvaltioiden tulee ottaa huomioon mahdolliset tulvavesien pidättämisalueet.
Valuma-alueella tapahtuvan veden pidättämisen on todettu olevan hyödyllisintä tavan- omaisilla tulvilla, jotka toistuvat keskimäärin useammin kuin kerran kymmenessä vuo- dessa. Tätä suuremmilla tulvilla korostuvat tulvapenkereiden, laajennettujen uomien ja pidätysaltaiden hyödyt. (Timonen ym. 2003, 11.)
2.5.1 Tulvavesien kuivat pidätysaltaat
Tulvavesien tehokas varastointikeino on niin sanotut kuivat altaat, joita on toteutettu Keski-Euroopassa jo vuosien ajan. Periaate on, että tulvavedet johdetaan padon avulla pidätysalueelle niin, että ympäristölle ei aiheudu juurikaan haittaa. Tulvavesien varas- tointiajan tulisi tämän vuoksi olla mahdollisimman lyhyt, korkeintaan joitain viikkoja, minkä jälkeen vedet juoksutetaan pois. Muuna aikana altaat ovat luonnontilassa. On- gelmana kuivien altaiden käytössä on sopivien maa-alueiden löytäminen valuma- alueelta. Jotta altaiden käytöstä saataisiin merkittäviä tuloksia tulvan madaltamiseen, vaatisi se alueelta sopivia hydrologisia ominaisuuksia sekä riittävän suuret varastotila- vuudet. (Rantakokko 2002, 32–34.)
Tulvaveden varastoituminen pidätysalueelle voidaan toteuttaa sopivalla padotusraken- teella uoman poikki. Suunnittelussa tulee ympäristönäkökohtien lisäksi ottaa huomioon se, onko tavoitteena lievittää alapuolisen vesistön tulvahuippua vai tulvanousun aiheut- tamia haitallisia vaikutuksia. Mikäli tulvahuippuja halutaan vähentää ja vesien varastoi- tuminen halutaan toteuttaa tietyn aikataulun mukaisesti, tulee juoksutusrakenteiden olla säädettäviä. Tällöin pystytään vaikuttamaan juuri tulvahuipun leikkaamiseen (kuva 1).
(Rantakokko 2002, 32 –34.)
Kuva 1. Esimerkki pidätysalueen vaikutuksesta menovirtaamaan säädettävällä (huippu- leikkaus) ja kiinteällä (nousuleikkaus) aukkoratkaisulla (Rantakokko 2002, 33)
Tulvanousun haitallisia vaikutuksia voidaan vähentää kiinteillä pohjapatokynnyksillä, jolloin varastoituminen alkaa heti valunnan lisääntyessä. Koska varastoituminen alkaa heti, voi tulvahuipun leikkaaminen jäädä vähäiseksi. Pohjapatokynnystä muotoilemalla voidaan kuitenkin vaikuttaa varastoitumisen ajoitukseen, mutta joka tapauksessa osa varastotilavuudesta menee tulvan nousuvesiin. Säädettäviin patoratkaisuihin verrattuna kynnykset voidaan sopeuttaa helpommin ympäröivään luontoon ja niiden kunnossapito on helpompi toteuttaa. (Rantakokko 2002, 32 34.)
Padon rakentaminen ja suunnitteleminen vaatii paljon tietoa kohteesta ja lähiympäris- töstä. Tärkeää olisi selvittää kallioperän kivilajit ja niiden kulku, railosuunnat, ruhje- vyöhykkeet ja muut heikot alueet, sekä maalajit ja -kerrostumat sekä maaperän luonne.
Lisäksi tulisi selvittää mahdollisimman huolellisesti erityisen tiiviit ja vettäläpäisevät vyöhykkeet, koska nämä seikat voivat vaikuttaa ratkaisevasti padon sijoitukseen ja muotoiluun. Vesistöstä ja sen rannoista tarvitaan tietoa mm. virtaamien suuruuksista padon kohdalla, vedenkorkeuksista, jäätymisolosuhteista ja pohjaveden korkeudesta.
(Holm 1973, 256.)
Pidätysalueet tulisi sijoittaa vesistön varrelle tai mahdollisimman lähelle vesistöä, koska veden johtaminen kauemmaksi voi olla teknisesti hankalaa, ja koska se lisää kustannuk- sia. Padotusrakenteiden kustannukset riippuvat pitkälti padotuskorkeudesta, koska ra- kennusmassat lisääntyvät eksponentiaalisesti korkeuden lisääntyessä. Myös kunnossa- pidon kustannukset kasvavat sitä mukaa kuin padon korkeus. Kustannuksien ja kunnos- sapidon vuoksi tulisi pyrkiä mahdollisimman helppohoitoisiin ja yksinkertaisiin raken- teisiin. Lisäksi korkeudeltaan yli kolmemetrisen padon rakentamista ohjaa patoturvalli- suuslaki (1.6.1984/413), joka määrää padon omistajaa tai haltijaa laatimaan turvallisuus- tarkkailuohjelman, joka hyväksytetään alueellisella ympäristökeskuksella. (Rantakokko 2002, 32 34.)
Pidätysalueiden toteuttamisessa tulee ottaa huomioon ympäristöön liittyvät näkökohdat ja lain edellyttämät vaatimukset. Toteutuksen kannalta olisi joustavinta, jos alueella olisi mahdollisimman vähän maanomistajia, ja helpointa olisi, jos alue olisi kokonaan valtion omistuksessa. Patoturvallisuuslain lisäksi rakennettaessa patoa tarvitaan vesilain edellyt- tämä lupa vesistön sulkemiskiellon perusteella.
2.5.2 Pidättämisaltaiden rakentamisen ja käytön ympäristövaikutuksia
Vaikka kuivien altaiden suunnittelussa ja käytössä tähdätään luonnonolojen huomioon ottamiseen, niin alueelle johdetut tulvavedet aiheuttavat haittoja kuitenkin kasvistossa ja eläimistössä jollain tavalla. Näitä ei ole tutkittu Suomessa kovinkaan paljoa. Vaikutus kasveihin riippuu tulvan kestosta, toistuvuudesta ja tulvan ajoittumisesta eri vuodenai- koihin (Bledsoe & Shear 2000, Rantakokko 2002, 22 mukaan).
Kasvit vaativat soluhengitykseen happea ja suurin osa metsäkasveista käyttää vain maa- perän huokosissa olevaa happea. Maaperän ilmatilavuuden tulee olla noin 10 %, jotta puiden juuret tulevat tyydyttävästi toimeen (Russell 1952, Tuonosen, Vähäsöyringin &
Österlundin 1981, 76 mukaan). Maan vettyminen tulvatilanteessa aiheuttaa hapettoman tai vähähappisen tilan, jolloin hapen puute johtaa kasvien soluhengityksen heikkenemi- seen tai se loppuu kokonaan. Tämä aiheuttaa sen, että kasvien kasvu heikkenee tai kasvi kuolee kokonaan. (Havens 1997, Rantakokko 2002, 22 mukaan.) Tosin tulvan ajoituk- sella on suuri merkitys. Kasvukauden alussa vielä lepotilassa olevat kasvit kestävät pit- kiäkin aikoja vedenalaista ja vähähappista elämää (Hellsten 2003, 2).
Lajien välillä on myös eroa tulvan kestävyyden suhteen. Toiset kasvilajit kestävät hapet- tomuutta paremmin kuin toiset. Vesihallitus julkaisi vuonna 1981 raportin (Tuononen, Vähäsöyrinki & Östrelund 1981), jossa koealueilla tutkittiin vedenkorkeusvaihteluiden vaikutusta rantamaiden viljelyyn ja puustoon. Koealoilla tehtyjen tutkimusten perusteel- la paju kestäisi vesikatetta parhaiten. Leppä ja hieskoivu kestävät tulvaa myös varsin hyvin, mutta herkimpiä lajeja tulville ovat havupuista mänty ja kuusi. Näistä mänty näyttäisi kestävän vesikatetta paremmin kuin kuusi. Keväällä tapahtuva tulva ei näyttä- nyt aiheutuvan vahinkoa männylle, mutta kesäkuukausina eli kasvukauden aikana, yli kuukauden vesikate aiheutti jo vahinkoa. Alkukesällä alkanut yli neljä kuukautta kestä- nyt tulva riitti tappamaan puut. Kuusi on yleisimmistä puulajeistamme herkin tulvalle.
Tutkimuksessa kuusi kesti männyn tavoin noin kuukauden kevättulvan vaurioitta. Tätä pitempi yhtäjaksoinen vesikate aiheutti kuuselle haitallisia seurauksia. Kasvukaudella kahden kuukauden vesikate aiheutti kuusen kuolemisen kokonaan. (Tuononen, Vä- häsöyrinki & Österlund 1981, 112 114.) Vaikka kasvit eivät menehtyisi kasvukauden aikana hapettomuuteen, voi hapettomuus heikentää niiden kasvua ja vastustuskykyä sieniä ja eliötä vastaan
Veden tuoma liete ja veden voimakas virtaus aiheuttavat kasveille ja maaperälle haitto- ja. Voimakas virtaus lisää eroosiota aiheuttaen kasveille ja maaperälle vahinkoa. Veden tuoma liete toisaalta kuljettaa kasveille hyödyllisiä ravinteita, mutta samalla se rehevöit- tää tulva-alueita. (Havens 1997, Rantakokon mukaan 2002, 22.)
Eliöstölle tapahtuvat vaikutukset riippuvat tulvan kestosta ja ajankohdasta. Vesistön happitilanne voi merkittävästi heikentyä lämpimänä aikana tapahtuvan tulvan seurauk- sena. Happea kuluttavat kasvien hajoamisprosessit ja muut happea kuluttavat ainekset, jotka kulkeutuvat tulvaveden mukana. Lisäksi happea kuluttavat mahdolliset jätevedet, jotka saatetaan suuren tulvan aikana johtaa vesistöön osittain tai jopa täysin puhdista- mattomina. Happiolosuhteiden muutokset aiheuttavat pahimmillaan laajoja kalakuole- mia. (Suhonen & Rantakokko 2006, 43.). Haittaa voi muodostua myös patorakenteesta, jos se estää kalojen ja muiden eliöiden kulun uomassa.
3 TUTKIMUSALUE JA TULVAVESIEN PIDÄTYSALTAIDEN RA- KENTAMISMAHDOLLISUUDET
3.1 Pielisen valuma-alue
Pielisen reitin (04.4) valuma-alue on osa Vuoksen päävesistöaluetta, ja se sijaitsee pää- osin Pohjois-Karjalan maakunnan alueella (kuva 2). Pieniltä osin Pielisen vesistöalue ulottuu Pohjois-Savon ja Kainuun maakuntien alueelle. Pielisen valuma-alueen koko on 13 710 km2. Tästä noin 7 900 km2 sijaitsee Suomen puolella ja loput Venäjän puolella.
(Hertta.)
Kuva 2. Pielisen koko valuma-alue
Pieliseen vedet laskevat pääasiassa neljästä kohdasta. Pielisen koillissivulle laskevat Viekijoen vesistöalueelta (04.48) ja Lieksanjoen valuma-alueelta (04.42) tulevat vedet.
Länsiosaan vedet laskee Juuanjoen valuma-alue (04.45) ja Pielisen luoteispäähän laske- vat Valtimonjoen (4.46) sekä Saramojoen valuma-alueet (04.47). (Ekholm 1993, 24.)
3.2 Tulvavesien pidättämisaltaiden rakentamismahdollisuudet päävaluma-alueille Tulvavesien pidättämisaltaiden rakentamismahdollisuuksien tutkiminen koko Pielisen reitin valuma-alueelle ei ollut mahdollista valuma-alueen suuren koon takia. Tämän vuoksi Pielisen reitin osavaluma-alueet otettiin vertailuun ja valittiin alue, jonka arvioi- tiin soveltuvan parhaiten pidättämisaltaiden rakentamismahdollisuuksien tutkimuskoh- teeksi.
Pielisen itäpuolelle laskee Lieksanjoen valuma-alue. Sen yläpuoliset valuma-alueet (Ruunaanjoen, Nurmijärven ja Jongunjoen alueet) muodostavat suurimman osan Pieli- sen reitin valuma-alueesta ja noin 2/3 Pielisen valumasta tulee näiltä alueilta. Suunni- telman tekemistä ei kuitenkaan nähty realistisena vaihtoehtona millekään näille valuma- alueille, koska Ruunaanjoen valuma-alueesta vain pieni osa sijaitsee Suomen puolella, Lieksanjoen valuma-alueella sijaitsee säännöstelty Pankajärvi, ja koko Pankajärven ylä- puolinen valuma-alue (Suomen puolelta) kuuluu koskiensuojelulain piiriin. Lisäksi va- luma-alueilla on useita soidensuojelualueita ja Natura 2000 -alueita. Pankajärven käyt- tämisen mahdollisuuksia tulvavesien varastoimiseen tulee tarkastella jatkossa erillisessä selvityksessä.
Pielisen lounaispuolella sijaitsevan Juuanjoen valuma-alueen esteeksi muodostui valu- ma-alueen koko, joka on noin 260 km2. Alue todettiin turhan pieneksi tutkimuskohteek- si, joten Pielisen vedenkorkeuksien kannalta merkittävän suunnitelman tekemistä ei nähty kovinkaan realistisena mahdollisuutena tälle alueelle.
Pielisen koillispuolella sijaitsevan Viekijoen valuma-alue olisi kokonsa puolesta riittävä (627 km2), mutta valuma-alueen alaosassa sijaitsee Viekijärvi, joka tasaa virtaamia luonnostaan. Lisäksi Pielisen ja Viekijärven korkeusero on pieni, joten suunnitelman tekemistä ei nähty kovinkaan realistisena mahdollisuutena tälle alueelle.
Pielisen luoteispuolella sijaitseva Valtimonjoen valuma-alue on edustava kokonsa puo- lesta. Valtimonjoen valuma-alueella kuitenkin korkeuserot ovat varsin pieniä. Lisäksi alue on maatalousvaltaisena, tulvavesien pidättämistä ajatellen, herkkä vahingoille. Täs- tä johtuen pidätysaltaiden rakentamista ei nähty kovinkaan realistisena mahdollisuutena tälle valuma-alueelle.
Alustavan tarkastelun perusteella tulvavesien pidättämisaltaiden rakentaminen todettiin mahdolliseksi lähinnä Pielisen pohjoispuolella sijaitsevalle Saramojoen valuma- alueelle. Alueella on runsaasti korkeuseroja, ja virtaamat uomissa ovat riittävän suuria.
Alueesta 90 % on luokittelematonta metsämaata, ja alueella on paljon ojitettua suota.
Alueella todettiin olevan myös rajoittavia tekijöitä, kuten asutusta ja kymmenkunta Na- tura-aluetta. Tarkastelun perusteella havaittiin, että asutus on keskittynyt vain tietyille osavaluma-alueille, ja että valuma-alueella olevat Natura-alueet ovat pääosin pieniä ja sijaitsevat kaukana uomasta, jolloin ne eivät vaikuta suunnitelmaan. Saramojoen valu- ma-alue päätettiin ottaa altaiden rakentamismahdollisuuksien tutkimuksen kohteeksi.
3.3 Saramojoen valuma-alueen kuvaus
Saramojoen valuma-alue (4.47) (kuva 3) sijaitsee Pielisen pohjoispuolella. Sen ala on 893 km2 ja järvisyys on 5,36 %. Saramojoen valuma-alue koostuu kahdeksasta kolman- nen jakovaiheen osavaluma-alueesta (Ekholm 1993, 24).
Kuva 3. Saramojoen valuma-alue osavaluma-alueineen (Hertta)
Saramojoki saa alkunsa Kainuun puolelta Maanselän vedenjakaja-alueelta ja laskee ve- tensä Pielisen pohjoispäähän Lautiaiseen. Saramojoella on neljä merkittävämpää sivu- jokea. Läntisin haara Saramojoessa on Mäntyjoki, jossa on useita pieniä järviä ja lam- pia. Mäntyjoen kanssa samaan kokoojajokeen vetensä laskee Mehtojoki, jonka varrella on kahdeksan huomattavaa järveä. Mäntyjoen ja Mehtojoen kokoojajoen alajuoksulla jokeen yhtyy idästä Palojoki, joka saa alkunsa Paasijärvestä. Kokoojajoki laskee lopulta Poroinjärveen, josta Saramojoki alkaa. Saramojoki laskee Pienen ja Suuren- Saramojärven kautta Roukkajanjärveen ja Ylikylänjärveen ja siitä lopulta Lautiaiseen.
Ennen Roukkajanjärveä Saramojoen alajuoksulla jokeen yhtyy idästä Kuohatinjoki, joka on noin 25 km pitkä ja saa alkunsa Kuohatinjärvestä. Korkeuseroa Lautiaisen ja Saramojoen pohjoisosassa sijaitsevalla Paasijärvellä on noin 117 metriä. (Hertta.)
Saramojokeen rakennettiin vuonna 1924 Nurmeksen Sähkö Oy:n omistama Louhikos- ken voimalaitos, joka toimii vielä nykyäänkin, mutta omistus on siirtynyt Pohjois- Karjalan Sähkö Oy:lle (kartta liitteenä). Putouskorkeutta voimalaitoksella on noin 11 metriä ja kokonaisteho on 0,5 MW (Ollila 1997, 21).
3.3.1 Virtaamat
Virtaamatietoja Saramojoesta on saatavana Roukkajankoskelta (kartta liitteenä 1).
Roukkajankosken valuma-alueen koko on 857 km2 ja järvisyys 5,4 %. Ensimmäiset Roukkajankosken virtaamahavainnot ovat vuodelta 1963, mutta havainnointijakso lope- tettiin vuonna 1973. Uusi havainnointijakso alkoi vuonna 1974, joka on jatkunut tähän päivään asti. (Hertta.)
Ajanjaksolla 1974–2007 suurin havaittu virtaama (HQ) Saramojoen Roukkajankosken asteikolla on ollut 112 m3/s ja pienin havaittu virtaama (NQ) 1,1 m3/s. Vastaavasti kes- kiylivirtaama (MHQ) on ollut 78 m3/s ja keskialivirtaama (MNQ) 2,1 m3/s. Gumbelin toistuvuusanalyysin perusteella (liite 2) keskimäärin kerran 250 vuodessa toistuvan tul- van virtaaman laskettu arvo olisi Saramojoen Roukkajankoskella noin 158 m3/s. Sara- mojokeen laskevista joista ei ollut virtaamatietoja, joten niiden suuruus määritettiin työssä Roukkajankosken virtaamatietojen ja valuma-alueiden pinta-alojen suhteella.
Roukkajankosken virtaamahavaintojen perusteella voidaan todeta, että Saramojoessa luonnontilaiset vaihtelut ovat melko suuria, mikä luultavasti johtuu vesistöalueen met- säojituksista, vähäjärvisyydestä ja maastonkorkeuseroista. Metsäojitus on ollut Saramo- joen valuma-alueella erittäin voimakasta. Valuma-alueen kokonaisalasta on ojitettua suota lähes 38 % (Oittinen 2007, 26). Metsäojitus pienentää vedenpidätyskykyä ja lisää ylivalumia. Valuma-alueen järvisyys on 5,36 %, joten luonnollisia virtaamia tasaavia vesialtaitakaan ei alueella ole paljon. Lisäksi kevätylivirtaamia Saramojoen valuma- alueella ovat lisänneet hakkuut, jokien perkaukset ja järvenlaskut (Oittinen 2007, 47).
Saramojoen vesimäärien vaikutus Pieliseen on keskimäärin pieni, mutta niillä on ylivir- taamia lisäävä vaikutus. Verrattaessa (taulukko 4) Saramojoen virtaamia (1974–2007) Pielisjoen Kaltimon voimalaitoksen virtaamahavaintoihin (1974–2007) voidaan todeta, että Saramojoen vesistön keskivirtaama on vain noin 4,4 % Pielisjoen keskivirtaamasta.
Ylivirtaamilla on taas suurempi vaikutus. Pielisjoen ylivirtaamasta Saramojoen osuus on teoreettisesti noin 19 %, tosin Saramojoen ylivirtaama tapahtuu aiemmin keväällä kuin Pielisjoen ylivirtaama. (Hyd-valikko.)
Taulukko 4. Saramojoen ja Pielisjoen keski- ja ylivirtaamat ajanjaksolla 1974–2007 Roukkajankoski v.1974–2007 Pielisjoki (Kaltimo) v.1974–2007
MQ (m3/s) 10,6 242
HQ (m3/s) 112 584
HQ1/250Gumbel 158 (1974–2007) 701 (1959–2007)
3.3.2 Saramojoen valuma-alueella toteutetut tulvasuojelutoimet
Saramojoen valuma-alue on harvaan asuttua aluetta. Nykyisinkin koko valuma-alueen maankäytöstä asutusta on vain noin yhden prosentin verran ja maatalousmaita noin kolme prosenttia. Maatalousmaiden tulvasuojelu on alkanut Saramojoen valuma- alueella vuonna 1945, jolloin Mahinkoskea perkaamalla Saramojärven vedenpintaa las- kettiin 0,9 metriä. Näin saatiin 109 hehtaaria maata suojaan tulvilta. Vuonna 1957 per- kaamista jatkettiin, jolloin tulvilta suojeltiin 170 hehtaaria maata. Lisäksi Ylikylän- ja Roukkajanjokia on perattu, millä pyrittiin tulvahaittojen vähentämiseen. Näillä toimilla tulvia torjuttiin aina 1970-luvulle asti. (Häkkinen 1982, 15–16.)
3.3.3 Maankäyttö Saramojoen valuma-alueella
Saramojoen valuma-alueen maankäyttö koostuu pääosin metsätaloudesta, vesistöalueis- ta sekä maatalousmaista. Noin 90 % maankäytöstä on luokittelematonta metsätalous- maata, vesistöjä on vajaat 6 % ja maatalousmaita reilut 3 %. Asuin- ja vapaa-ajan alueet muodostavat alle yhden prosentin. (Hertta.)
Metsätalousmaat luokitellaan kivennäismaihin ja turvemaihin. Kuviosta 1 voidaan tode- ta, että työn kannalta kiinnostavimmat alueet löytyvät Mehtojoen, Mäntyjoen, Palojoen ja Mujejärven valuma-alueilta. Nämä sijaitsevat työn kannalta keskeisillä alueilla, ja näillä alueilla esiintyy laajempia avosuoalueita. Lisäksi muita maankäyttömuotoja, ku- ten asutusta on kohtuullisen vähän ja peltomaita ei ole ollenkaan. Ylikylän ja Roukka-
jankosken valuma-alueilla sijaitsee vastaavasti suurin osa pelloista, jotka sijoittuvat pit- kälti uoman läheisyyteen, joten näille alueille pidätysaltaita tuskin voidaan sijoittaa.
Kuvio 1. Saramojoen valuma-alueen maankäyttö (Oittinen 2007)
3.3.4 Luonnonsuojelualueet ja Natura 2000
Saramojoen valuma-alueella sijaitsee yhteensä 13 Natura 2000 -aluetta. Näistä Mujejär- vi ja osittain Saramojoen valuma-alueen vaikutuspiirissä oleva Hiidenportin alue ovat suurimpia. Loput Natura-alueet ovat kooltaan pieniä ja sijoittuvat tasaisesti valuma- alueelle. Natura-alueiden lisäksi Ylikylän alue on määritelty arvokkaaksi maisemakoh- teeksi ja Saramojoen valuma-alueen pohjoisosasta löytyy yksi harjujensuojelualue. Yk- sityisellä suojelualueella on suojeltu vain yksi suo koko Saramojoen valuma-alueelta.
Muita rajoittavia tekijöitä, kuten koskiensuojelua alueella ei ole. (Hertta.)
0 % 20 % 40 % 60 % 80 % 100 %
Koko Saramojoen v-a Ylikylän v-a Roukkajankosksen v-a
Saramon v-a Mäntyjoen v-a Mehtajoen v-a Palojoen v-a Mujejärven v-a Kuohattijoen v-a
Metsät kivenneäismaalla % Metsät turvemaalla % Pellot % järvet ja joet % Avosuot % Muut alueet
4 KORKEUSMALLI MENETELMÄNÄ PIDÄTYSALTAIDEN SUUNNITTELUSSA
Aluksi allaspaikkoja etsittiin Saramojoen valuma-alueelta silmämääräisesti peruskartto- jen korkeuskäyrien avulla. Työni yhtenä tarkoituksena oli testata maanmittauslaitoksen MML10-korkeusmallin soveltuvuutta tulvavesien pidättämisalueiden tunnistamisen työvälineenä.
4.1 Korkeusmallit
4.1.1 Yleistä korkeusmalleista
Perinteisesti maastonkorkeussuhteita on kuvattu kartoilla korkeuskäyrien avulla ja sy- vyyssuhteita vastaavasti syvyyskäyrillä. Korkeus- ja syvyystietoja on siirretty digitaali- seen muotoon ja näiden digitaaliseen muotoon muutettujen käyrien, rantaviivojen, kor- keuspisteiden ja muiden korkeustiedon sisältävien paikkatietojen avulla on muodostettu erilaisia korkeusmalleja.
Korkeusmalli muodostuu avaruuskoordinaatistoon (x, y, z) sijoitettujen pisteiden muo- dostamasta verkosta. Verkko voidaan esittää joko säännöllisenä ruutuverkkona rasteri- muodossa (GRID-malli) tai epäsäännöllisenä kolmioverkkona vektorimuodossa (TIN- malli). Näistä yleistetympi on GRID-malli, jossa kullakin neliöllä on alueen keskimää- räistä korkeutta kuvaava korkeusarvo. Tarkempi taas on TIN-malli, jossa kaikki korke- uspisteet on liitetty toisiinsa kolmiopinnoilla (kuva 4). (Sane, Alho, Huokuna, Käyhkö
& Selin 2006, 12.)
Kuva 4. Vasemmassa kuvassa rasterimuotoinen GRID-malli ja oikeassa vektorimuotoi- nen TIN-malli (Sane ym. 2006. 13)
4.1.2 MML25- ja MML10 -korkeusmallit
Vuonna 1995 Maanmittauslaitos tuotti valtakunnallisesti kattavan digitaalisen korkeus- mallin. Korkeusmalli (MML25) on rasterimuotoinen ja se on laskettu digitoidusta pe- ruskartan korkeuskäyristä. Laskennassa koordinaattiaineistosta on muodostettu optimaa- linen kolmioverkko, josta on interpoloitu 25 metrin säännöllinen ruutumalli. Korkeus- malli-25 (MML25) keskitarkkuus on 1,76 metriä, joten malli sisältää karkeita virheitä.
(Vertanen, Saarikoski, Jarva, Vermeer, Rasimus, Tujunen, Hyyppä, Tomppo, Joukola, Kvarnström, Mustaniemi & Vilhomaa 2006, 8.)
Maanmittauslaitos uudisti maastotietotuotannon prosessejaan ja aloitti laskemaan uutta 10 metrin ruutukoon korkeusmallia (MML10), johon otettiin mukaan 2,5 metrin apu- käyrästö ja laskentamenetelmää parannettiin. MML10-malli tarjoaa hyvän lähtöaineis- ton tulvavaarakartoituksiin, koska korkeustarkkuutta parannettiin MML25-mallista.
Testatuksi keskihajonnaksi MML10-mallissa saatiin 1,08 metriä. (Vertanen ym. 2006, 9.)
4.1.3 Saramojoen valuma-alueiden tutkiminen osavaluma-alueittain MML10- mallilla
Korkeusmalli esitettiin visualisoituna ArcGis -paikkatieto-ohjelmassa, jolloin mallissa pystyttiin määrittelemään mielivaltaisesti vedenkorkeuden ylä- ja ala-arvoja. Mallista nähtiin väriskaalana alueet, mitkä jäivät veden alle valituilla vedenkorkeuksilla.
Mallin avulla selvitettiin jokaiselta Saramojoen osavaluma-alueelta mahdolliset allas- paikat, minne tulvavesiä olisi voinut varastoida. Pelkän karttatarkastelun perusteella voitiin Ylikylän, Roukkajankosken ja Saramon valuma-alueet todeta paikoiksi, jolle veden johtaminen olisi lähes mahdotonta, koska näillä alueilla uoman tuntumassa on paljon asutusta ja maataloutta. Lisäksi Ylikylän alue on arvokas maisemakokonaisuus.
Kyseisten alueiden tarkastelu MML10-mallin avulla vahvisti, etteivät alueet soveltuneet kyseiseen tarkoitukseen juuri asutuksen ja maastonmuotojen perusteella.
Poroinjärven yläpuolella sijaitsevat osavaluma-alueet (Mäntyjoen, Mehtojoen ja Palojo- en valuma-alueet) olivat karttatarkastelun perusteella maaston ja asutuksen kannalta
sopivampia tarkemmalle tarkastelulle kuin aiemmin mainitut alueet. Korkeusmallin avulla selvisi, että Saramojoen valuma-alueen pääuomien varrelta löytyi useita painan- teita. Suurin osa alueista todettiin kuitenkin liian pieniksi varastoimaan suurempia ve- simääriä tai padon rakentaminen todettiin liian kalliiksi pitkien padotusmatkojen vuoksi.
Palojoen valuma-alueelta löytyi kuitenkin kaksi kohdetta, jotka mallin perusteella arvi- oitiin sopivan tulvavesien pidättämiseen alueen koon, maaston ja padon rakentamisen kannalta. Nämä alueet otettiin tutkimuksen kohteeksi.
4.2 Kolkonjärvi ja Raatelampi
Saramojokeen laskee idästä Palojoen valuma-alue, jonka koko on noin 136 km2. Yhdes- sä yläpuolisen valuma-alueen kanssa valuma-alueen koko on noin 245 km2. Asutusta alueella on erittäin vähän. Valuma-alueen eteläisellä rajalla sijaitsee yksi 0,11 km2 ko- koinen Natura 2000 -kohde, mutta se ei vaikuttanut työhön sijaintinsa vuoksi. Valuma- alueen keskijuoksulla sijaitsee noin 1,95 km2 kokoinen Kolkonjärvi ja sen yläpuolella samalla valuma-alueella sijaitsee pinta-alaltaan 0,09 km2 kokoinen Raatelampi (liite 3).
Raatelampi sijaitsee Palojoen valuma-alueen yläosassa, jonka kautta yläpuolisen Muje- järven valuma-alueen vedet laskevat Kolkonjärveen. Otettaessa huomioon Mujejärven valuma-alue, Kolkonjärven yläpuolinen valuma-alue on noin 170 km2 kokoinen. Raate- lammen yläpuolinen valuma-alue on puolestaan noin 136 km2. Altaat suunniteltiin ns.
kuiviksi altaiksi, joita käytettäisiin vain suurtulvan aikana ja muuna aikana altaat olisi- vat luonnontilaisina. Työssä altaiden niminä käytetään Kolkonjärven ja Raatelammen tulva-altaita.
Kolkonjärveltä ja Raatelammelta ei kummastakaan ollut saatavilla virallisia vedenkor- keushavaintoja. Peruskarttoihin Kolkonjärven vedenpinnan taso on merkitty N60 + 178,5 metriin ja Raatelammen N60 + 187,7 metriin. Saramojoen valuma-alueelta virtaamatie- toja oli saatavana vain Roukkajankoskelta, joten Kolkonjärven ja Raatelammen purkau- tumiskohtien virtaamien suuruudet määritettiin Roukkajankosken virtaamatietojen ja valuma-alueiden suhteella. HQ 1/250 määritettiin Roukkajankoskelta käytettävissä ole- vien havaintojen perusteella Gumbelin jakaumaa käyttäen (taulukko 5).
Taulukko 5. Virtaamat Roukkajankoskella, Kolkonjärvellä ja Raatelammella (m3/s) Roukkajankoski Kolkonjärven luusua Raatelammen luusua
MQ (m3/s) 10,6 2,1 1,7
HQ (m3/s) 112 22,2 17,7
HQ1/250 (m3/s) 158 (Gumbelista) 31,3 25,1
Ensimmäiset vesinäytteet Kolkonjärvestä on otettu syyskuussa 1970, ja viimeisin on lokakuulta 2003. Yhteensä näytteitä on otettu 13 kappaletta. Näytteiden perusteella Kolkonjärvi on fosforin ja typen pitoisuuksien perusteella mesotrofinen eli lievästi re- hevöitynyt.
5 TUTKIMUSTULOKSET
5.1 Altaiden suunnittelu MML10-mallin avulla
MML10-mallin avulla määritettiin tulvavesialtaiden padotuskorkeudet. Korkeuden mää- rittämisessä otettiin huomioon kartalla näkyvät rakennukset ja maiden omistussuhteet niin, ettei padottamisesta ja veden nostamisesta aiheutuisi kovin suuria vahinkoja tai haittoja.
Kolkonjärvessä otettiin tarkasteluun kaksi eri padotuskorkeutta. Valitut korkeudet olivat N60 + 182,0 ja 182,5 m. Korkeus N60 + 182,5 m otettiin tarkasteluun, koska se oli mallin mukaan korkein vedenkorkeus, jolloin allas olisi vielä mahdollista toteuttaa, mutta se vaatisi eri toimenpiteitä. Vedenkorkeus N60 + 182,0 m oli mallin mukaan se taso, joka ei vaatisi juurikaan muita toimenpiteitä kuin padon rakentamisen. Malli näyttää väriskaa- lana alueet niin, että punainen alue on yli määritetyn maksimikorkeuden ja valkoinen näyttää alueet, mitkä jäävät alle matalimman arvon alle.
Raatelammella päädyttiin tutkimaan vedenkorkeutta N60 + 192,0 m, mikä oli mallin mukaan järkevin toteuttaa. Kohteella vedenkorkeutta olisi voinut nostaa aina tasoon N60
+ 194,5 m asti, jolloin vesi olisi vielä pysynyt altaassa. Kuitenkin padotuskorkeus olisi noussut niin suureksi, että tätä ei nähty järkevänä vaihtoehtona.
Altaiden tilavuudet laskettiin muodostuvien pinta-alojen ja syvyyksien perusteella. Al- taita käsiteltiin katkaistuina kartioina, jolloin tilavuudet saatiin laskettua kaavalla (Sep- pänen, Tiihonen & Wuolijoki 2003, 30).
2 2 1
3 A1 A A A V h
h = altaan syvyys
A1 = altaan alkuperäinen pinta-ala A2 = altaan muodostama uusi pinta-ala
5.1.1 Kolkonjärven tulvavesiallas vedenkorkeudella N60 + 182,5 metriä
Mallin avulla vedenkorkeus nostettiin Kolkonjärvessä N60 + 182,5 m, jolloin vesi nousi- si neljä metriä lähtötilanteesta (178,5 metristä), leviten järveä ympäröivään maastoon (kuva 5). Tällä korkeudella muodostuvan altaan pinta-ala olisi mallin perusteella noin 4,5 km2. Altaalle muodostuisi tilavuutta noin 12,55 miljoonaa m3, kun oletetaan että altaan reunat nousevat tasaisen vinosti.
¯
0 0,375 0,75 1,5
km
Kuva 5. Veden alle jäävä alue, kun vedenpinta tasossa 182,5 m.
Allas voitaisiin mallin perusteella muodostaa yhdellä padolla. Kartassa Kolkonjärven lähtevä uoma vaikuttaa kapealta. Veden noustessa järvessä ja uomassa korkeuteen N60 + 182,5 m padon poikittaispituuden tulisi olla noin 170 metriä, joten padotusmatkat eivät karttatarkastelun perusteella nousisi suuriksi. Kolkonjärven eteläpuolella kulkee yksi- tyistie, joka ylittää Kolkonjärvestä lähtevän uoman. Siltapaikkaa voitaisiin mahdollisesti hyödyntää padon rakentamisessa. Uoman vieressä sijaitsee yleinen laavu, joka jäisi mal- lin mukaan veden alle.
Yli 182,5 m
Alle 178,5 m
Kolkonjärven eteläpuolella oleva hiekkatie näyttää mallin mukaan jäävän veden alle muutamasta kohdasta, mikäli vesi nostetaan korkeuteen N60 + 182,5 m. Karttatarkaste- lun perusteella tietä jouduttaisiin korottamaan noin 700–800 metrin matkalta.
Kolkonjärven rannalla tulvaveden alle jäävä maa-alue on pääosin Valtion omistuksessa.
Kolkonjärven lounaispuolella sijaitsee yksi maatila, joka tila ulottuu rantaan asti. Kartta- tarkastelun perusteella todettiin, että veden alle jäisi tilan metsämaata noin 0,04 km2 (karttapalvelu). Päärakennukselle vahinkoa ei tapahtuisi. Lisäksi Kolkonjärven luoteis- puolelle laskee pieni puro, jonka varrella on 3 pientä yksityistä tilaa, joiden yhteispinta- ala on noin 0,8 km2 (karttapalvelu). Nämä tilat jäisivät veden alle korkeudella N60
+182,5 m. Yhdellä tilalla sijaitsee kartan mukaan rakennus ja mallin mukaan vesi nousi- si juuri rakennuksen tuntumaan.
5.1.2 Kolkonjärven tulvavesiallas vedenkorkeudella N60 + 182,0 metriä
Mallin avulla vedenkorkeus nostettiin tasoon N60 + 182,0 m, jolloin vesi nousisi 3,5 metriä lähtötilanteesta (178,5 metristä) eli puoli metriä vähemmän kuin edellisessä vaih- toehdossa (kuva 6). Tällä korkeudella muodostuvan altaan pinta-ala olisi karttatarkaste- lun perusteella noin 3,9 km2ja tilavuutta muodostuisi noin 10,0 miljoonaa m3, kun olete- taan, että reunat nousevat tasaisen vinosti. Allas voitaisiin muodostaa yhdellä padolla, jonka pituus mallin mukaan olisi noin 160 metriä.
Kuva 6. Veden alle jäävä alue, kun vedenpinta tasossa 182,0 metriä
Mallin perusteella korkeudella N60 + 182,0 metriä vahinkoa muodostuisi, mutta ei kovin paljon. Yksityisen maatilan metsämaata ja uoman välittömässä läheisyydessä oleva yleinen laavu jäisivät tälläkin korkeudella veden alle. Luoteispuolella olevan uoman tuntumassa olevat tilat jäisivät osittain veden alle, mutta yksittäinen rakennus näyttäisi mallin mukaan jäävän korkeuden N60 + 182,0 m yläpuolelle. Kolkonjärven eteläpuolella kulkeva yksityistie ei näyttäisi mallin mukaan jäävän veden alle kuin pieneltä osalta.
5.1.3 Raatelammen tulvavesiallas
Raatelampi on alaltaan pieni (0,09 km2), mutta se sijaitsee keskellä suurempaa ojitettua suoaluetta, jonne vettä voisi varastoida. Lammen ympäristö on erittäin tasaista ja mata- laa. Alue näyttäisi pinnanmuotojen perusteella soveltuvan erinomaisesti tulvavesien varastointiin. Kohteella tilavuudet nousevat suuriksi alueen kokoon nähden. Mallin avulla vedenkorkeutta nostettiin N60 + 192,0 m, jolloin vedenpinta nousisi noin 4,3 met- riä lähtötilanteesta (187,7 metristä), leviten ympäröivälle suoalueelle (kuva 7). Tällöin
Yli 182,0 m
Alle 178,5 m
