Antti Leinonen Suomen metsäkeskus

Esitys aiheesta: "Antti Leinonen Suomen metsäkeskus"— Esityksen transkriptio:

1 8.10.2014 Antti Leinonen Suomen metsäkeskus
Vesistöhaittojen estäminen metsätaloudessa & putkipatojen ja laskeutusaltaiden suunnittelu Antti Leinonen Suomen metsäkeskus

2 Esityksen sisältö Vesiensuojelun tavoitteista
Eroosio ja kiintoaineksen pysäyttäminen Vesiensuojelurakenteiden suunnittelu ja tehokkuus Putkipadot Laskeutusaltaat

3 Vesistövaikutusten torjumisen tavoitteet metsätaloudessa
Veteen liuenneita ravinteita, fosfori ja typpi tärkeimmät Humusta =liuennutta orgaanista ainesta Kiintoainesta, orgaanista tai epäorgaanista Huuhtoutuminen, kuljetus, kasaantuminen Kuormituksen kesto keskimäärin 10 vuotta, jonka jälkeen palataan ojitusta edeltäneelle tasolle Maanmuokkauksissa aika vielä keskimäärin lyhyempi

4 Kuormituksen synty ja kulkeutuminen vesistöön
Nykykäytännön mukaiset perustoimenpiteet: Lisätoimenpiteet: merkitys 90 % ? merkitys 10 % ? Toiminta -laji -määrä -sijainti Huuhtoutuminen -maalaji -kaltevuus -vesimäärä Kulkeutuminen -pintavesien uomat Vesistöön pääsevä kuormitus Työmaatason vesiensuojelun puutteita haasteellista korjata enää valuma-aluetasolla Kuormituksen synnyn ehkäiseminen Kuormituksen kulkeutumisen pysäyttäminen + Vesiensuojelun taso valuma-alueella =

5 Kiintoainekuormituksen keskimääräinen ajallinen kesto
Kerralla kuntoon! Jälkikäteinen korjailu hyvejää yleensä vain vähän Lähde:Leena Finér ym Metsätalouden vesistökuormituslaskelmat Kansallisen metsäohjelman 2015 valmistelua varten.

6 Eroosion tunnistaminen
Yksinkertaistetusti: eroosio alkaa, kun virtausnopeus ylittää maalajin rajanopeuden Mihin ”analyysi” perustuu Virtausmallin avulla pyritään saamaan vinkkiä etukäteen mahdollisista riskikohteista. Pystytään tehostamaan maastosuunnittelua suuntaamalla oleellisiin kohteisiin.

7 Maalajin rajanopeus ______________________________________________
Maalaji tai verhoustapa vmax m/s ______________________________________________________ Siltti, liejusavi 0,30 Hieno hiekkamaa 0,35 Konsolidoitumaton savimaa, maatunut turve 0,40 Karkea hiekkamaa 0,45 Hieno soramaa 0,60 Raaka turvemaa 0,70 Karkea soramaa 0,80 Konsolidoitunut lihava savimaa 1,15 Tiivis moreenimaa 1,20 Kivikko ,50 Hyvin juurtunut nurmi 1,80 Betoniverhous 4,00 ______________________________________________ Useita erilaisia lähteitä, joissa luvut poikkeavat toisistaan. Suuruusluokkatieto on se olennainen tieto. Maankuivatuksen ja kastelun suunnitteluopas, luonnos

8 Kaltevuus Kaltevuuden vaikutus veden virtausnopeuteen
Vrt. rajanopeustaulukko! Leo Heikuraisen kunnostusojituksen alkeet opuksessa tavoiteltava pituuskaltevuus ojilla 0,003 kaltevuus m/100 m Virtausnopeus ojakauhalla kaivetussa ojassa kaivun jälkeen eri uoman kaltevuuksilla virtaamalla 27 l/s (keskiylivirtaama 25 ha valuma-alueella)

9 Vesimäärä tietyllä hetkellä
Valuma-alueen koon vaikutus veden virtausnopeuteen Vrt. rajanopeustaulukko! valuma-alue ha Virtausnopeus ojakauhalla kaivetussa ojassa ojan kaivun jälkeen, kun kaltevuus on 0,3 %

10 Vesimäärä tietyllä hetkellä
Vesimäärän vaikutus veden virtausnopeuteen Vrt. rajanopeustaulukko! Tee selittävät apuviivat valuma l/s/ha Virtausnopeus ojakauhalla kaivetussa ojassa ojan kaivun jälkeen, kun kaltevuus on 0,3 % ja valuma-alueen pinta-ala 25 ha

11 Kuormitus ja virtaama Lähde: Lappalainen, M Transport of sediment from peatland forest after ditch network mainenance

12 Virtaaman vaikutus veden sameuteen
Kuntalan ojitusalue Surnuin vertailualue, ei käsittelyä

13 Eroosion tunnistaminen = eroosiolle altistavien olosuhteiden tunnistaminen
2 1 3 Taulukko Maalajin rajanopeudesta johdettu kaivettavan ojan suurin suositeltu kaltevuus m/100m (Ojitettujen soiden puuntuotanto ja ympäristönhoito 1999, 34) Esimerkki. Kun perattavan laskuojan valuma-alueen pinta-ala tarkastelupaikassa on 25 ha (1) ja maalaji ojassa hietaa (2), saa ojan kaltevuus olla enintään 0,22 m/100 (3), tai muuten oja alkaa syöpymään

14 …tunnistaminen ja oikea reagointi

15 Paikkatietoaineisto apuna - pintaveden virtausmalli
Paikkatietoaineistojen pohjalta laskettu tulos pintavesien liikkumisesta. Lähtötiedot Maanmittauslaitoksen numeerinen maastotietokanta Suomen ympäristökeskuksen valuma-aluejako. Lopputulos Teemakartta Ominaisuustiedot Mikä? Analyysi, jolla kuvataan valuma-alueiden ominaisuuksia Pintaveden virtausreitit (ja valuma-alueiden koot) Maanpinnan ja uomien kaltevuudet Maaperätieto (ei yleensä mukana metsäkeskuksen aineistoissa) Maaperäaineiston hyödyntämisestä lisää diassa 14 Eroosioalttius & suojavyöhykkeiden painopisteet (synteesi)

16 Vesiensuojelun tehostaminen kunnostusojituksessa (nykykäytännön mukainen vesiensuojelu)
Tarpeettomien tai syöpyvien ojien kaivamatta jättäminen Kunnostusojitustarve <> kunnostusojituskelpoisuus Sarkaojat = kuivatus <>laskuojat = vesien johtaminen Eroosiolle alttiiden ojien tunnistaminen Eroosion vähentäminen kaivettavissa ojissa Eroosiolle altistavien olosuhteiden tunnistaminen ja oikea reagointi Menetelmien valinta, sijoittaminen ja mitoittaminen Mitoitus pääsääntöisesti vesimääriin perustuen Hajautettu vesiensuojelu & vesien johtaminen rakenteisiin

17 Vesiensuojelun tehostaminen kunnostusojituksissa
Eroosiolle altistavat olosuhteet vaihtelevat usein suuresti ojitusalueen sisällä ja ojittain Tietoa vesimääristä > laskuojien ja sarkaojien tunnistaminen Ojien kaltevuudet ja maalajit riittävällä tarkkuudella erityisesti laskuojien osalta Ojastokohtainen tai pienipiirteisempi tarkastelu Vesiensuojelusuunnitelmassa riskien tunnistaminen ja niihin reagointi

18 Vesiensuojelun tehostaminen maanmuokkauksissa
Huuhtoutuminen, toiminta muokkausalueella Maanmuokkausmenetelmien tarkentaminen ja toteutuksen laatu kuvion sisällä (esim. naveroinnin suunta, naverointi vs. mätästys, vanhat ojat), puunkorjuu Kulkeutuminen, suojavyöhykkeet Toimenpidekuvioiden rajaukset tarkentaminen vesistöjen läheisyydessä (suojavyöhykkeiden painopisteet) Vesien kertyminen (ml. maanmuokkausalueen ulkopuoliset vedet), maanpinnan kaltevuus

19 Vesiensuojelurakenteet, Kiintoaineksen pysäyttäminen
Hidastetaan virtausta, jotta virtauksen mukana kulkeutava aines laskeutuu, eikä enää lähde liikkeelle Suspensioita (aines sekoittuneen veteen)ja pohjakulkeumaa (vierimällä ja pomppimalla pohjalla) Molempia tapahtuu aina yhtä aikaa, suhteelliset osuudet vaihtelevat virtauksen ja maa-aineksen mukaisesti Pohjakulkeuma Suspensio (vierimällä ja pomppimalla pohjalla virtauksen mukana) (aines sekoittuneena koko vesimassaan)

20 Kulkeuman tyyppi pohjakulkeuma suspensio Lähde: Lappalainen, M Transport of sediment from peatland forest after ditch network mainenance HkMr maalle kaivetun tyypillisen laskuojan kulkeumatyypit n. 50 % ei huuhtoudu n. 20 % pohjakulkeumana n. 30 % suspensiona Lähde: Haavisto-Hyvärinen & Kutvonen 2007

21 Milloin kiintoaines pysähtyy ?
Lähde: Kiintoaineen eroosio, kuljetus ja sedimentoituminen Hjulströmin mukaan (Graf 1988) Esim. läpimitaltaan 0,06 mm hiukkanen (HHt) huuhtoutuu, kun veden nopeus ylittää 30 cm/s, hiukkanen kulkeutuu veden mukana kunnes veden virtaus nopeus alittaa 0,5 cm/s Veden kuljettaman hienoaineksen pysäyttäminen on erittäin hankalaa!

22 Vesiensuojelun tavoitteet
1. Eroosion synnyn estäminen Tunnistetaan eroosiota synnyttävät olosuhteet Arvioidaan mahdollisuuksia vaikuttaa olosuhteisiin Valitaan tehokkain tapa toimia 2. Irronneen kiintoaineksen pysäyttäminen Hidastetaan virtausnopeutta sopivassa paikassa Suojavyöhykkeet, pintavalutuskentät, kosteikot, laskeutusaltaat, lietekuopat

23 Vesiensuojelurakenteiden tehokkuus
Tehokkain vesiensuojelukeino on välttää kuivatuksen kannalta tarpeettomien ojien kaivamista tai liian uudistamisen kannalta tarpeettoman voimakasta muokkausta -> ojien syöpymisen estäminen, kaivukatkot ja virtausta hidastavat rakenteet tai yhtenäisten muokkausurien muodostumisen välttäminen päälaskusuuntaan Viimeisenä lukkona jo liikkeelle lähteneen kuormituksen pysäyttävät rakenteet, ensi sijassa pinta-valutuskentät, viimeisenä keinona lietekuopat ja laskeutusaltaat ja maanmuokkausalueella vesistöjen suojavyöhykkeet Yhteen yksitäiseen vesiensuojelukeinoon tukeutuminen ei takaa hyvää lopputulosta, vaan kaikki keinot on otettava käyttöön -> huolellisen suunnittelun merkitys korostuu!

24 Putkipadot Merkittävä osa kiintoaine ja ravinnekuormituksesta huuhtoutuu vesistöihin tulva-aikoina Kuva Matemaattisella mallilla laskettu kiintoainekuormitus metsäojassa ojan perkauksen jälkeen (Lappalainen 2008) Kuva Matemaattisella mallilla laskettu kiintoainekuormitus metsäojassa ojan perkauksen jälkeen (Lappalainen 2008) Perinteisten vesiensuojelurakenteiden toimivuus heikko kriittisinä hetkinä!

25 Ratkaisuna virtaaman säätö
Tavoitteena virtaamahuippujen tasaaminen varastoimalla hetkellisesti tulvavesiä metsäojissa -> Virtausnopeuden hidastuminen yläpuolisessa ojastossa -> Eroosio vähenee Huuhtoutuneen kiintoaineksen sedimentoituminen padon etupuolisessa ojastossa Putkipadoilla mitattu merkittäviä kiintoaine ja ravinnepoistumia (Marttila, Jämsen, Klove) Kiintoaine – 86 % Kokonaistyppi – 65 % Kokonaisfosfori – 67 % Vähentää myös eroosioalttiutta padon alapuolisessa uomassa Myös muiden vesiensuojelurakenteiden toiminnan tehostaminen

26 Rakenteet Padon harjan/aukon mitoitus
Esim. Thompsonin mittapato (kuvassa aukko 120 astetta) Vaatii järeitä rakenteita Mittavampien vesiensuojelurakenteiden yhteyteen

27 Rakenteet Putkipadot Kuva Juha Jämsen Toteutettavissa helposti vaikka ojituksen yhteydessä (rakentaminen & tarvikkeet) Kustannus/tehokkuuden suhde hyvä + Kulkuyhteydet (ylityspaikat, piennartasanteet)

28 Putkipato ja sen rakentaminen
Kuva Marttila, Jämsen & Klove Kuva Juha Jämsen

29 Rakenne & rakentaminen
Tarvittaessa: Tulvaputki Pintavalunta

30 Rakenne & rakentaminen
Vesiensuojelurakenteiden yhteyteen

31 Suunnittelu & sijoittaminen
Suunnittelussa on kiinnitettävä huomioita mm. seuraaviin seikkoihin (Marttila, Jämsen & Klove) valuma-alueen ja ojitusalueen pinta-alat ja niiden välinen suhde ojitusalueen pituuskaltevuus ojitusalueen ojaston potentiaalinen varastotilavuus ojitusalueen maaperä ja sen ominaisuudet vedenpidättämisen aiheuttamat riskit kohteella suurin mahdollinen vedenpidätyskorkeus eroosioriski ojitusalueella valuntahuippujen vähentämistarpeet ja mahdollisuudet alapuolisen padotuksen vaikutus mitoitukseen maanomistajan toiveet padon toimivuuden seuranta jatkossa Putkipadon laskennallinen vaikutus vedenkorkeuteen maksimipadotuksella yläpuolisessa ojastossa

32 Mitoitus Mitoituksen tavoitteet (Marttila, Jämsen, Klove)
Valuntahuippujen leikkaaminen Veden viipymän maksimointi Riittävän kuivatuksen ylläpitäminen Säätöputken (alimman putken) mitoitus Putki padottaa usein toistuvia keskisuuria sateita (tarpeeksi pieni) Ei kuitenkaan aiheuta jatkuvaa padotusta kasvukaudella (tarpeeksi suuri) Mitoitusvirtaamien määrittäminen tärkeää (valuma-alue!)

33 Mitoitusvirtaamien määrittely
Kuva Pienen metsäisen valuma-alueen (73 ha) laskuojan virtaama. Kesäkuun ja joululukuun välisen ajanjakson virtaaman perusteella normaalivirtaama olisi noin 30 l/s, mikäli pisimpänä yhtäjaksoisena padotuksena pidetään 5 vrk. Kuva Kevätkauden keskiylivaluman määrittäminen järvettömillä alueilla Seunan (1983) mukaan (Maankuivatuksen suunnittelu 1986)

34 Putken mitoittaminen Kuva Putkipadon mitoitusnomogrammi (Marttila, Jamsen & Klove) Ylempi viiva kokonaan ojitetuille alueille ja alueille joilla rakenteen kohdalla esiintyy alapuolista padotusta Alempi viiva ojitusalueille joilla on myös yläpuolista ei ojitettua valuma-aluetta Ohjeita: Tee linkki putkipato-oppaaseen, kerro mitoitustaulukot

35 Laskeutusaltaat Pääsääntöisesti mitoittaminen vesimäärään perustuen
Mitoitus yläpuolinen valuma-alueen perusteella vrt. hyötyala, kaivatusalue Q= A*MHQ (esim. Seuna, kts. dia ) Mitoitustaulukko Hajautettu vesiensuojelu – kustannustehokkuus Tee mitoituksen vertailu laskeutusallastaulukkoon, toinen esimerkki surnuilta, tee linkki mitoitustaulukkoon

36 Laskeutusaltaiden sijoittamien ojitusalueelle
2 2 1 1 Mitoitus vesimäärän perusteella 1. allas - 7,5m x 36 m, 416 m3 2. allas m x 12 m, 65 m3 Yksi iso laskuojassa vai useampi pieni? 1. altaassa puolet mitoituksesta ojitusalueen ulkopuolisia vesiä varten – kustannustehokkuus? Koska mitoitus perustuu altaaseen tulevaan vesimäärän, saman veden ohjaaminen useamman pienen altaan läpi ei vähennä yksittäisen altaan mitoitusta (kaikki toimivat yhtä huonosti) Kaksi diaa 2 1

37 Laskeutusaltaat Altaaseen jää sellaisia hiukkasia, joiden laskeutumisnopeus on suurempi (m/h, kuin samaan aikaan altaaseen virtaavan vesimassan paksuus (m/h) Esimerkiksi jos altaaseen tulevan hiukkasen laskeutumisnopeus on 1 m / h, tulee altaaseen samassa ajassa (1 h) tulevan vesimassan paksuus olla korkeintaan 1 m, jotta hiukkanen pidättyy altaaseen Hiukkasen tulee ehtiä laskeutumaan altaan pohjalle ennen altaan läpi virtaamistaan Altaan mitoituksen määrää sinne tuleva vesimäärä

38 Altaan mitoitukseen vaikuttaa ensisijaisesti altaaseen tuleva vesimäärä sekä pidättyvän hiukkasen minimi tavoiteko Vesimäärä määräytyy ensisijaisesti valuma-alueen koon perusteella -> altaan sijoittaminen erittäin tärkeää, peräkkäiset altaat eivät ole kustannustehokkaita Valuma-alue = se alue mistä vesi tulee altaaseen - > ojitusalueen ulkopuolisten vesien johtaminen laskeutusaltaaseen vähentää kustannustehokkuutta Mitoitus 3-8 m2 /valuma-aluehehtaari ja lietetilavuus 2-5 m3 ; tavoitteena hieno hieta Luiskan kaltevuus 1:0,5 – 1-1,5, riippuen maalajista

39 Virtausnopeuden altaassa tulisi olla korkeintaan 1-2 cm/s (pyörteisyys)
Virtausnopeuteen vaikutetaan tekemällä altaan poikkileikkauksesta riittävä Poikkileikkauksen todelliseen hyöty pinta-alaan vaikuttaa altaan syvyys, laskuojan syvyys (vedenpinnan korkeus), luiskien kaltevuus, altaan leveys sekä maanpinnan kaltevuus Altaan mitoitusneliöihin vaikuttaa laskuojan syvyys, luiskien kaltevuus sekä maanpinnan kaltevuus Pyritään sijoittamaan tasaiselle paikalle Lähtöojan kynnys mahdollisimman korkea Loivennus eläimille Ei tulvavyöhykkeelle

40 Kiitos mielenkiinnostanne!
Linkkejä hyödyllisiin materiaaleihin Suomen metsäkeskuksen sivut: Taso-hankkeen sivut: Metsätalouden vesiensuojelu – kouluttajan aineisto