Vesien hallinnassa käytetään riskinarvioinnin apuna mitoitussadetietoja

Pitkäikäisten rakenteiden ja toimintojen suunnittelun apuna käytetään yleisesti sadehavainnoista laskettuja mitoitussateita. Mitoitussateen avulla voidaan laskea vesimäärä, joka esimerkiksi hulevesijärjestelmän on johdettava, tai virtaama, joka padon tulee kestää. Oikein mitoittamalla varaudutaan ilmastonmuutoksen myötä lisääntyviin sateisiin.

Ilmastonmuutos voimistaa rankkasateita ja lisää tulvia

Sademäärien arvioidaan kasvavan Suomessa ilmastonmuutoksen myötä: vuoteen 2040 mennessä noin 7–8 prosenttia ja vuosisadan lopulle tultaessa noin 12–20 prosenttia vuosien 1971–2000 keskiarvoon verrattuna. Sademäärät kasvavat ja voimistuvat kaikkina vuodenaikoina, mutta suhteellisesti eniten talvella. [1] Myös rankkasateiden arvioidaan voimistuvan [2], ja rankimmat sateet esiintyvät edelleen kesällä ja alkusyksystä [3]. Kesällä kovimmat rankkasateet voivat voimistua 10–25 prosenttia [4], [5]. Rankkasateiden muutosten arviointiin liittyy kuitenkin suurta epävarmuutta. Runsaat sateet voivat aiheuttaa maaperän kostumista, voimakkaita virtaamia ja tulvimista.

Tulvien arvioidaan yleistyvän Suomessa ilmastonmuutoksen seurauksena [6], [7]. Tulvimista aiheuttavat runsaiden sateiden lisäksi lumen sulaminen, virtaaviin vesiin muodostuva jäähyyde tai jäiden patoutuminen, meriveden pinnan nousu tai näiden ilmiöiden yhdistelmät. Tulvat voivat heikentää maaperän kantavuutta sekä aiheuttaa vahinkoja tai haittaa viljelyksille, rakennuksille, teille ja muille rakenteille sekä terveydelle. Esimerkiksi jos viemärit ja tulvareitit eivät pysty johtamaan vesiä riittävän nopeasti pois, kesällä voimistuvat rankkasateet lisäävät hulevesi- eli kaupunkitulvia [6], [7].

Vesien hallintajärjestelmien mitoitusta varten tarvitaan tietoa riskeistä

Hulevesien ja tulvien hallintajärjestelmät, kuten esimerkiksi sadevesiviemäriputket ja padot, rakennetaan ja mitoitetaan kestämään vuosikymmeniä. Siksi niitä suunniteltaessa tulisi ottaa huomioon myös tulevaisuuden tulva- ja ilmastoriskit. Näin sopeudutaan eli varaudutaan ennakolta ilmastonmuutoksen vaikutuksiin.

Suunnitteluprosessissa riskit tunnistetaan, analysoidaan ja niiden suuruus arvioidaan ottamalla huomioon kunkin tapahtuman todennäköisyys ja vaikutukset [8]. Sen jälkeen päätöksentekijät päättävät, kuinka suuri tai pieni riski voidaan ottaa ja mitkä ovat riskin hallinnan ja toisaalta mahdollisten vahinkojen kustannukset.

Mitoitussateella varaudutaan tietynsuuruiseen riskiin

Esimerkiksi hulevesiä johtavien järjestelmien ja patojen rakenteiden mitoituksen suunnittelussa käytetään apuna niin sanottua mitoitussadetta. Mitoitussateet kertovat sademäärien todennäköisyyksistä, ja niiden avulla varaudutaan tietyn suuruiseen riskiin. Mitoitussadetta suurempi sade aiheuttaa mitoitettavassa järjestelmässä tulvimista. [3] Alueidenkäyttösuunnitelmissa täytyy erikseen ottaa huomioon se, minne ja miten tulvavedet ohjataan.

Mitoitussade määritetään valuma-alueen, mitoitussateen keston, todennäköisyyden (toistuvuusajan) ja sateen voimakkuuden (intensiteetin) sekä sademäärän avulla (taulukko 1) [3]. Toistuvuusaika ei kirjaimellisesti kuvaa tietyn ilmiön toistumisen aikaväliä vaan sen todennäköisyyttä. Jos tietty sademäärä toistuu keskimäärin kerran 50 vuodessa, sen esiintymisen todennäköisyys on 1/50 eli 2 prosenttia. Tämä tarkoittaa sitä, että vaikka ilmiö tapahtuisi tänä vuonna, myös ensi vuonna se voi tapahtua uudelleen 2 prosentin todennäköisyydellä. Kaikkein rankimpia sateita mitataan harvoin. Tämän vuoksi mitoitussateen epätarkkuus on sitä suurempi, mitä harvinaisemmasta sateesta on kyse.

Taulukko 1. Mitoitussateisiin ja tulvariskien hallintaan liittyviä termejä. Laadittu Hulevesioppaan määritelmiin perustuen [3].

HulevesiMaan pinnalta, rakennuksen katolta tai muilta vastaavilta pinnoilta pois johdettava sade- tai sulamisvesi
MitoitussadeMitoitussade määritetään valuma-alueen, mitoitussateen keston, todennäköisyyden (toistumisajan) ja sateen intensiteetin sekä sademäärän avulla. Mitoitussadetta suurempi sade aiheuttaa mitoitettavassa järjestelmässä tulvimista.
Sateen intensiteetti (voimakkuus/rankkuus)Tietyn aikavälin (esimerkiksi 10 minuutin) keskimääräinen sademäärä
Suhteellinen frekvenssiSuhteellisessa frekvenssijakaumassa muuttujan luokkiin tulevat tapaukset suhteutetaan tapausten kokonaismäärään.
Toistumisaika (toistuvuus)Aikaväli jonka aikana tietty ilmiö keskimäärin toistuu. Toistuvuuden arviointi perustuu pitkän aikavälin havaintoihin ja niistä johdettuihin tilastollisiin todennäköisyyksiin
Todennäköisyys (=tilastollinen todennäköisyys)Tilastollinen todennäköisyys on luku, jota suhteellinen frekvenssi lähestyy. Esimerkiksi sademäärän osalta suhteellinen frekvenssi lasketaan pitkän aikavälin havaintojen perusteella.
TulvariskiTulvan todennäköisyyden ja tulvasta mahdollisesti aiheutuvien vahinkojen yhdistelmä (riski = tulvan todennäköisyys x mahdollinen vahinko)

Ilmastonmuutoksen seurauksena sää- ja ilmastoilmiöiden toistuvuusajat ja todennäköisyydet voivat muuttua nopeastikin [9], ja sen vuoksi vain havaintoihin perustuvat todennäköisyydet ovat aina jo hieman vanhentuneita. Varsinkin vuosikymmenien päähän ulottuvassa suunnittelussa tulisi ottaa huomioon ilmastonmuutoksen vaikutukset ilmiöiden todennäköisyyteen. Käytännön vesitaloudellisissa mitoituksissa ja niitä koskevissa ohjeissa tulisi nykyistä enemmän ottaa huomioon tarkoitukseen sopivat mitoitussateet ja niissä tapahtuvat muutokset.

Mitoitussateet perustuvat sademittareilla tai säätutkilla tehtyihin havaintoihin [10]. Sademittausverkosto on erityisesti aiempina vuosikymmeninä ollut Lapissa harvempi kuin muualla Suomessa. Mitoitussateiden arvoihin liittyy siis pohjoisimmassa Suomessa suurempi epätarkkuus kuin muualla.

Hulevesien hallintajärjestelmät suunnitellaan lyhytkestoisten mitoitussateiden mukaan

Lyhytkestoisen eli alle tunnin mittaisen mitoitussateen avulla voidaan määrittää huleveden määrä, jonka välittömäksi johtamiseksi asuinalueen viemärijärjestelmä, rakennuksen katon vedenpoistojärjestelmä tai siltarumpu mitoitetaan. Esimerkiksi hulevesiviemäreitä ei kuitenkaan mitoiteta kaikkein rankimpien sateiden mukaan, vaan ajoittainen tulviminen sallitaan. Viemärien mitoittaminen on siis viemärin koon kasvaessa kohoavien rakennuskustannusten ja viemärin tulvimisesta aiheutuvien vahinkojen kompromissi [3].

Hulevesiviemärin mitoitusta varten tarvitaan tieto siitä, mikä on sateen intensiteetti valitulla todennäköisyydellä (tai toistuvuusajalla) ja sateen kestolla. Usein todennäköisyys tai toistuvuusaika valitaan ja mitoitukseen tarvittava sateen kesto määräytyy valuma-alueen ominaisuuksien perusteella (pinta-ala, virtausnopeus, imeytyminen). Yhdessä paikassa tapahtuvien nykyilmaston rankkasateiden todennäköisyyksien arviointiin voi käyttää Ilmasto-oppaan interaktiivista työkalua (kuva 1).

Lyhytkestoisten sateiden rankkuus ja toistuvuusaika

Kuva 1. Lyhytkestoisten sateiden rankkuus ja toistuvuusaika Suomessa. Klikkaa kuvaa käyttääksesi interaktiivista mitoitussateiden työkalua.

Mitoituksessa käytettävä sateen toistuvuusaika saattaa perustua ohjeistukseen tai se voidaan määrittää tapauskohtaisella riskitarkastelulla. Esimerkiksi hulevesiviemärien mitoituksessa käytettävät toistuvuusajat vaihtelevat järjestelmän haltijasta ja kohteesta riippuen tyypillisesti kerran kahdessa tai kerran kymmenessä vuodessa tapahtuviin sateisiin. Vastaava tilastollinen todennäköisyys tällaisten sateiden esiintymiselle vuoden aikana on 50 prosenttia (kerran 2 vuodessa) ja 10 prosenttia (kerran 10 vuodessa). Hulevesiopas sisältää yksityiskohtaista tietoa hulevesien hallinnasta ja ilmastonmuutoksen huomioimisesta. [3].

Padot suunnitellaan turvallisiksi ottamalla huomioon pitkäkestoiset sateet

Yli vuorokauden ja pidempien jaksojen aikana kertyvät runsaat sademäärät saattavat aiheuttaa laaja-alaisia vahinkoja. Pitkäkestoisia mitoitussadantoja käytetään patojen ja niiden turvallisuuden suunnittelussa. Padot tulee suunnitella siten, että ne eivät sorru, mutta myös siten, etteivät niiden rakennuskustannukset kohoa tarpeettoman suuriksi. Sortunut pato aiheuttaa vahinkoa ihmishengille, terveydelle, ympäristölle tai omaisuudelle. Sortuessaan huomattavan vaaran aiheuttavien patojen turvallisuusvaatimukset ovat korkeammat kuin vähäisempää vaaraa aiheuttavien patojen [11].

Patojen mitoituksessa käytetään mitoitustulvaa, joka lasketaan hydrologisella mallilla. Eräänä lähtötietona tarvitaan valitulla toistuvuusajalla tarkasteltavan valuma-alueen ja aikajakson yli kertyvä sadesumma eli mitoitussadanta [12]. Patojen mitoituksissa käytetään eri luokkia, vaativimmassa luokassa toistuvuusaika on 1000 vuotta eli varaudutaan tulvaan, jonka todennäköisyys on 0,1 prosenttia.

Patoturvallisuusasioiden viranomaisvalvonta kuuluu pelastustointa lukuun ottamatta elinkeino-, liikenne- ja ympäristökeskuksille (ELY-keskuksille). Patoturvallisuusoppaat antavat ohjeita pitkän aikavälin suunnitteluun, jossa otetaan huomioon myös ilmastonmuutos.

 

20.1.2015

Lähteet

  1. Jylhä, K., Ruosteenoja, K., Räisänen, J., Venäläinen, A., Tuomenvirta, H., Ruokolainen, L., Saku, S. & Seitola, T. 2009. Arvioita Suomen muuttuvasta ilmastosta sopeutumistutkimuksia varten. ACCLIM-hankkeen raportti 2009. Ilmatieteen laitos Raportteja 2009:4. 102 s. http://hdl.handle.net/10138/15711
  2. Jylhä, K., Ruosteenoja, K., Räisänen, J. & Fronzek, S. 2012. Ilmasto. Julkaisussa: Ruuhela, R. (toim.) 2012. Miten väistämättömään ilmastonmuutokseen voidaan varautua? - yhteenveto suomalaisesta sopeutumistutkimuksesta eri toimialoilla. Maa- ja metsätalousministeriö, Helsinki. MMM:n julkaisuja 6/2011: 16–23. http://www.mmm.fi/attachments/mmm/julkaisut/julkaisusarja/2012/67Wke725j/MMM_julkaisu_2012_6.pdf
  3. Suomen kuntaliitto. 2012. Hulevesiopas. 297 s. http://shop.kunnat.net/product_details.php?p=2714
  4. Lehtonen, I. 2011. Äärisademäärien muutokset Euroopassa maailmanlaajuisten ilmastomallien perusteella. Pro gradu -tutkielma. Helsingin yliopisto, fysiikan laitos. 86 s. https://helda.helsinki.fi/handle/10138/27589
  5. Lehtonen, I., Ruosteenoja, K. & Jylhä, K. 2013. Projected changes in European extreme precipitation indices on the basis of global and regional climate model ensembles. International Journal of Climatology, Volume 34, Issue 4: 1208–1222. http://dx.doi.org/10.1002/joc.3758
  6. Veijalainen, N., Jakkila, J., Nurmi, T., Vehviläinen, B., Marttunen, M. & Aaltonen, J. 2012. Suomen vesivarat ja ilmastonmuutos – vaikutukset ja muutoksiin sopeutuminen. WaterAdapt-projektin loppuraportti. Suomen ympäristökeskus, Helsinki. Suomen ympäristö 16/2011, Luonnonvarat. 138 s. http://hdl.handle.net/10138/38789
  7. Veijalainen, N., Vehviläinen, B., Nurmi, T., Jakkila, J., Marttunen, M. & Käyhkö, J. 2012. Suomen vesivarat ja ilmastonmuutos - vaikutukset ja muutoksiin sopeutuminen. Julkaisussa: Ruuhela, R. (toim.) 2012. Miten väistämättömään ilmastonmuutokseen voidaan varautua? - yhteenveto suomalaisesta sopeutumistutkimuksesta eri toimialoilla. Maa- ja metsätalousministeriön julkaisuja 6/2011: 61–65. http://www.mmm.fi/attachments/mmm/julkaisut/julkaisusarja/2012/67Wke725j/MMM_julkaisu_2012_6.pdf
  8. Molarius, R., Halonen, M. & Perrels, A. 2012. Ilmastoriskien ja hallinnan menetelmät. Julkaisussa: Ruuhela, R. (toim.) 2012. Miten väistämättömään ilmastonmuutokseen voidaan varautua? - yhteenveto suomalaisesta sopeutumistutkimuksesta eri toimialoilla. Maa- ja metsätalousministeriö, Helsinki. MMM:n julkaisuja 6/2011: 135–144. http://www.mmm.fi/attachments/mmm/julkaisut/julkaisusarja/2012/67Wke725j/MMM_julkaisu_2012_6.pdf
  9. Räisänen, J. 2010. Ilmastonmuutos ja heinäkuun helteet. Ilmastokatsaus 8/2010: 4–6. http://ilmatieteenlaitos.fi/c/document_library/get_file?uuid=7f17b4f7-7ad2-4dc2-bd04-f9f88256e439&groupId=30106
  10. Aaltonen, J., Hohti, H., Jylhä, K., Karvonen, T., Kilpeläinen, T., Koistinen, J., Kotro, J., Kuitunen, T., Ollila, M., Parvio, A., Pulkkinen, S., Silander, J., Tiihonen, T., Tuomenvirta, H. & Vadja, A. 2008. Rankkasateet ja taajamatulvat (RATU). Suomen ympäristökeskus, Helsinki. Suomen ympäristö 31/2008, Luonnonvarat. 123 s. http://hdl.handle.net/10138/38381
  11. Isomäki, E., Maijala, T., Sulkakoski, M. & Torkkel, M. (toim.) 2012. Patoturvallisuusopas. Hämeen elinkeino, liikenne- ja ympäristökeskus. Raportteja 89/2012. 92 s. http://www.ymparisto.fi/fi-FI/Vesi/Vesien_kaytto/Padot_ja_patoturvallisuus/Opas
  12. Veijalainen N. & Vehviläinen B. 2008. Ilmastonmuutos ja patoturvallisuus – vaikutus mitoitustulviin. Suomen ympäristökeskus, Helsinki. Suomen ympäristö 21/2008, Luonnonvarat. 123 s. Suomen ympäristökeskus http://hdl.handle.net/10138/38377

Tuottajatahot