Vesiteiden pato- ja sulkurakenteiden korjaustarpeen määrittäminen Suomen merkittävimmissä vesivoimalaitoksissa

Tämän diplomityön tavoitteena oli kartoittaa suomalaisten vesivoimalaitosten vesiteiden pato – ja sulkurakenteiden tulevia korjaustarpeita seuraavien viiden vuoden aikana. Tutkimuskohteiksi rajattiin yli 1 MW:n ja ennen vuotta 1975 valmistuneet sekä vielä peruskorjaamattomat kohteet. Näillä rajauksilla muodostui 73 vesivoimalaitoksen joukko. Näissä vesivoimalaitoksissa oli yhteensä 133 koneistoa ja 394 erilaista sulkurakennetta. Tutkimusaineisto hankittiin haastattelemalla 30 henkilöä yhteensä 24:stä eri yhtiöstä. Haastateltavat olivat pääasiassa laitosten käyttö- tai kunnossapitopäälliköitä, mutta myös omistajayhtiöiden ylintä johtoa. Strukturoidun haastattelulomakkeen avulla toteutettuna haastattelu oli siten lähes puhdas kyselytutkimus, jonka vastausprosentiksi muodostui 100 %. Haastattelu mahdollisti epäselvien yksityiskohtien selvittämisen ja siten tutkimuksen luotettavuus muodostui suuremmaksi kuin pelkällä kyselylomake - mittauksella. Tulokset osoittivat, että tulevia korjaustarpeita havaittiin noin kolmasosassa tutkimuskohteista. Tyypillisimmät korjaustarpeet ovat vesiteiden betonirakenteisiin tulleissa vaurioissa sekä sulkurakenteiden teknisen ikääntymisen myötä tulevissa tiiviysongelmissa sekä toiminnallisissa vioissa.

Bodominjärven ja Matalajärven säännöstely : Säännöstelyn muutosmahdollisuudet

Espoon Bodominjärvi on toiminut raakavedenottolähteenä vuosina 1961–1998, minkä vuoksi järven vedenkorkeutta ja virtaamaa säännöstellään. Myös järveen laskeva puro Matalajärvestä on suoristettu ja ruopattu, ja Matalajärven vedenpinnan laskun estämiseksi on rakennettu pohjapato. Säännöstelyn alkuperäinen käyttötarkoitus on poistunut ja säännöstelypato on säännöstelijälle raskastekoinen ja työläs. Lisäksi pato aiheuttaa eliöstölle, mm. alapuolisessa vesistössä elävälle taimenelle, täydellisen vaellusesteen. Tässä työssä selvitettiin mahdollisuuksia luopua Bodominjärven ja Matalajärven nykymuotoisesta säännöstelystä aiheuttamatta haitallisia vaikutuksia vesistön ja rantojen käytölle, luontoarvoille tai järven alapuoliselle vesistölle. Nykyiselle padolle suunniteltiin vaihtoehto luonnonmukaisia vesirakennusmenetelmiä soveltaen, jotta Glomsinjoen ja Bodominjärven välille palautuisi eliöstön vaellusmahdollisuus. Lisäksi selvitettiin hiljalleen umpeen kasvavan, Natura 2000 -verkostoon kuuluvan, Matalajärven vedenkorkeuden nostomahdollisuuksia järvien välistä pohjapatoa muuttamalla. Työssä simuloitiin erilaisia pato- ja säännöstelyvaihtoehtoja Bodominjärven ja Matalajärven vesitaseisiin perustuvilla simulointimalleilla. Bodominjärven rantojen ja virkistyskäytön sekä alapuolisen vesistön asettamien rajoituksien vuoksi säännöstelystä ei jatkossakaan voida täysin luopua. Nykyinen säännöstelypato on kuitenkin purettavissa, ja sen tilalle voidaan rakentaa pato, joka koostuu luonnonmukaisesta eliöstön vaelluksen mahdollistavasta pohjapadosta sekä erillisestä settipadosta, jonka kautta virtaamaa voidaan jatkossakin lisätä esim. kevättulvan ennakoimiseksi. Lisäksi pohjapadon alivirtaama-aukon kokoa voidaan pienentää elementin avulla kesän virkistyskäyttömahdollisuuksien säilyttämiseksi. Matalajärven pohjapadon korkeutta muuttamalla sen sijaan voidaan vaikuttaa lähinnä järven alivesiin, sillä vedenpinnan ollessa padon yläpuolella Matalajärven vedenkorkeus on riippuvainen Bodominjärven vallitsevista vedenkorkeuksista. Tutkimuksissa Bodominjärvelle suunnitelluilla toimenpiteillä ei havaittu olevan merkittäviä muutoksia vedenkorkeuteen, eikä haitallisia vaikutuksia vesistön ja rantojen käytölle, alueen virkistyskäytölle, järven luonnolle, eliöstölle tai järven alapuoliselle vesistölle. Sen sijaan järven menovirtaama palautuisi joen luonnonmukaista rytmiä mukailevaksi, mikä on hyödyllistä jokieliöstölle. Lisäksi padon luonnonmukaisen muotoilun vuoksi pato on eliöstön kuljettavissa ja mahdollistaa mm. taimenen nousun. Suunnitellun mukainen pato vähentäisi myös säännöstelijän tehtävää, sillä tavanomaisina vuosina pato toimii lähes itsenäisesti, ja vaatii säännöstelijältä huomattavasti vähemmän toimenpiteitä nykytilaan verrattuna.

Patoturvallisuusopas

Uusi patoturvallisuuslaki (494/2009) tuli voimaan 1.10.2009 ja valtioneuvoston asetus patoturvallisuudesta (319/2010) 5.5.2010. Tämä patoturvallisuusopas korvaa patoturvallisuusohjeet (MMM:n julkaisuja 7/1997), jotka poistuivat käytöstä 1.10.2009. Patoturvallisuusoppaassa esitetty ei ole padon omistajaa sitovaa, vaan oppaan tarkoitus on täydentää ja selventää esimerkein ja selostuksin laissa ja asetuksessa esitettyä. Oppaassa käsitellään padon suunnittelua kuten hydrologista mitoitusta ja padon teknisiä turvallisuusvaatimuksia, padon rakentamista ja käyttöönottoa sekä vahingonvaaraselvitystä, padon omistajan turvallisuussuunnitelmaa sekä padon kunnossapitoa, käyttöä, tarkkailua, vuosi- ja määräaikaistarkastuksia. Padot luokitellaan vahingonvaaran perusteella luokkiin 1, 2 ja 3. Luokittelua ei tarvitse kuitenkaan tehdä, jos patoturvallisuusviranomainen katsoo, että padosta ei aiheudu vaaraa. Jokaiselle luokitellulle padolle on padon omistajan laadittava tarkkailuohjelma, jonka patoturvallisuusviranomainen hyväksyy päätöksellään. Padosta aiheutuvan vahingonvaaran selvittämiseksi 1-luokan padon omistajan on laadittava vahingonvaaraselvitys padosta ihmisille, omaisuudelle ja ympäristölle aihetuvasta vahingonvaarasta. Myös muusta kuin 1-luokan padosta voi patoturvallisuusviranomainen määrätä tehtäväksi vahingonvaaraselvityksen luokittelua varten. Padon omistajan on laadittava 1-luokan padolle turvallisuussuunnitelma onnettomuus- ja häiriötilanteiden varalle. Suunnitelmassa esitetään padon omistajan omatoiminen varautuminen em. tilanteiden varalle. Pelastusviranomainen arvioi tapauskohtaisesti pelastuslain mukaisen suunnitelman laatimistarpeen. Padon omistajan on toimitettava patoturvallisuusviranomaiselle tietojärjestelmään vietäväksi patoturvallisuusasetuksessa mainitut tiedot. Patoturvallisuusviranomaisen ja padon omistajan on säilytettävä kustakin luokitellusta padosta ajantasaiset tulosteet tietojärjestelmästä sekä muut padon turvallisuuden kannalta tärkeät asiakirjat patoturvallisuuskansiossa siten, että ne ovat mahdollisissa häiriötilanteissa nopeasti saatavilla.

Kunnostuksen vaikutukset vuollejokisimpukkaan (Unio crassus) : Siuntionjoen Sågarsforsin padon purkaminen ja kalatien rakentaminen

Vuollejokisimpukan populaatiossa tapahtuvia muutoksia tutkittiin Siuntionjoessa vuosina 2007–2010. Siuntionjoen Sågarsforsin pato, sen kiertävä sivu-uoma sekä alapuolista aluetta kunnostettiin vuonna 2007 mahdollistamaan kalan nousu joessa, sekä lisäämään lohikalojen lisääntymis- ja elinalueita. Kunnostettu alue ulottui lähelle uhanalaisen vuollejokisimpukan (Unio crassus) populaatiota ja toteutettiin syksyllä vuollejokisimpukan lisääntymiskauden jälkeen. Kunnostuksen aiheuttamaa kiintoainekuormitusta pyrittiin rajoittamaan seuraamalla jokiveden samentumista ja keskeyttämällä kunnostustoimet luvanvaraisen rajan ylittyessä. Muista ympäristötekijöistä Sågarsforsin simpukkaseurannan alueella seurattiin pohjanläheisiä virtausnopeuksia avoveden aikaan. Sågarsforsilla sekä Purnuksen vertailualueella seurattiin 2007–2010 alkukesäisin 250 m:n mittaisilla tutkimusalueilla muutoksia simpukkalajistossa, simpukoiden kokonaismäärissä, sekä esiintymistiheyksissä. Kummallekin alueelle satunnaistettiin vuosittain 90 näyteruutua, joilta kerättiin simpukat niin sedimentin pinnalta kuin sisältä. Kultakin näyteruudulta kirjattiin myös virtausnopeus. Elävien simpukoiden osalta lajistossa ei tapahtunut muutoksia kummallakaan alueella. Sågarsforsilla vuollejokisimpukan (U. crassus) sekä sysijokisimpukan (Unio tumidus) kokonaismäärissä että esiintymistiheyksissä tapahtui laskua tutkimusjaksolla. Soukkojokisimpukan (Unio pictorum) määrät vaihtelivat vuodesta toiseen ilman merkittäviä muutoksia esiintymistiheydessä. Järvisimpukoiden (Adononta & Pseudoanodonta-suvut) kokonaismäärät otoksessa vaihtelivat, mutta käytännössä esiintymistiheydet laskivat tutkimuksen aikana. Purnuksella simpukkamäärät ja tiheydet laskivat ja nousivat, ilman selkeää suuntaa, vaikka esimerkiksi vuollejokisimpukan osalta havaittiin hienoista laskua vuodelta 2007 vuodelle 2010. Kummallakin alueella pienten (< 16 mm) simpukoiden määrät laskivat. Sågarsforsilla vuollejokisimpukkapopulaation kokojakaumassa, määrissä sekä tiheyksissä havaitut muutokset näyttäisivät virtausnopeusmittausten, sekä vesistössä suoritetun vedenkorkeuden pitkäaikaismittauksen pohjalta ajoittuvan poikkeuksellisen runsasvetisille vuosille. Kunnostuksista johtuvia vakavia muutoksia virtausnopeudessa tai kiintoainepitoisuudessa ei havaittu, joten todennäköistä on että runsasvetisinä talvina 2007–2008 sekä alkuvuodesta 2010 vuollejokisimpukoita on huuhtoutunut Sågarsforsin alueelta. Tätä vahvistaa myös havainto alhaisista simpukkamääristä korkeamman virtausnopeuden näyteruuduilla. Purnuksen alueella on todennäköistä että simpukkapopulaation vaihtuvuus on suurta ja että yksilöitä huuhtoutuu alueelle ja sieltä pois vuosittain riippuen vesimäärästä joessa.

Kyrönjoen vesistötyöt : Kasvillisuuskartoitus vuonna 2012

Kyrönjoen kasvillisuuskartoitus tehtiin vuonna 2012 samalla menetelmällä kuin vuonna 2009. Kasvillisuuskartoitusta varten Ilmajoella sijaitsevan Koskenkorvan padon ja Seinäjoen Ylistarossa sijaitsevan Malkakosken padon välinen Kyrönjoki jaettiin kolmeen osa-alueeseen: 1) Koskenkorvan pato - Nikkolan silta, 2) Nikkolan silta - Munakan rautatiesilta ja 3) Munakan rautatiesilta - Malkakoski. Kullekin osa-alueelle sijoitettiin 10 kartoituslinjaa ja yksi koeala. Vuonna 2009 tehdyn kartoituksen perusteella arvioitiin, että Malkakosken yläpuolella olevan alueen ranta- ja vesikasvilajisto ei ollut vielä vakiintunut 1990- ja 2000-lukujen pengerrysten ja perkausten jälkeen. Tarkkailusuunnitelman mukaan tilannetta oli määrä tarkastella vuonna 2012, ja jos tilanne ei ole silloin vakiintunut, kartoitus uusitaan vuonna 2016. Osa-alueiden 1 ja 2 yhden metrin levyisillä rantalinjoilla oli lähestulkoon sama määrä lajeja tai sukuja, mutta Malkakosken läheisellä osa-alueella 3 niitä oli merkittävästi enemmän eli tilanne oli samankaltainen kuin vuonna 2009. Tiettyjä piennarlajeja havaittiin vuonna 2012 ainoastaan Munakan ja Kitinojan siltojen välisellä alueella. Kyseiset lajit esiintyivätkin rantalinjan yläosassa, missä oli varjostuksen puutteen ja niiton takia varsin kuivaa ja paahteista. Malkakosken läheisen osa-alueen 3 muita suurempi rantalinjoilla esiintyneiden kasvien lajimäärä selittyi ainakin osin penkereiden hoidolla. Koska penkereiden käsittely jatkuu entisenlaisena, osa-alueella 3 rantalinjalajien lukumäärä tulee luultavasti pysymään suurempana kuin muualla. Rantalinjalajien kartoitusta ei olekaan perusteltua jatkaa. Vedessä kasvaneista lajeista havaittiin, että lajimäärä oli niukkaa osa-alueella 2, vesitatar oli yleinen osa-alueilla 2 ja 3 ja leveäosmankäämi oli yleinen osa-alueella 3. Lajien niukkuuteen osa-alueella 2 ovat vaikuttaneet 1980-luvulla tapahtuneet perkaukset ja pengerrykset sekä Malkakosken aiheuttama vedenpinnan nosto 2000-luvun alussa. Vesistötyöt ovat voineet aiheuttaa vesitattaren ja leveäosmankäämin runsauden osa-alueella 3. Ulpukka on kärsinyt vesistötöistä osa-alueilla 2 ja 3. Ulpukka on mahdollisesti hitaasti palaamassa osa-alueelle 3, mutta kasvustot ovat kuitenkin toistaiseksi olleet varsin kapeita. Kaikkien vesikasvilajien kasvustojen leveys suhteutettuna jokiuoman leveyteen oli niukasti suurin osa-alueella 1, kun taas osa-alueet 2 ja 3 eivät eronneet toisistaan. Vesikasvillisuudessa tapahtuvaa kehitystä olisi aiheellista jatkaa, jotta nähtäisiin muun muassa runsastuuko ulpukka, joka on tärkeä kalanpoikasille suojaa ja ravintoa tarjoavana peittävänä lajina.

Paimionjoen säännöstelyn kehittäminen : Paimionjoen vesistön yläosan hydraulinen mallinnus HEC-RAS ohjelmistolla

Paimionjoen järviketjulla vedenpinnan ja virtaaman vaihteluiden on koettu aiheuttavan haittaa vesistön käytölle ja tilalle. Kevätkuopan alhaisuus ja takaisinvirtaus Painiojärveen ovat suurimmat ongelmat. Turun kaupungin vesiliikelaitoksen Halisten vesilaitoksen tuotantotoiminnan loppuminen antaa uusia mahdollisuuksia Paimionjoen järviketjun säännöstelyyn, koska järvien rooli Turun seudun raakaveden varastona muuttuu. Tässä raportissa tarkastellaan Paimionjoen yläosasta tehtyä hydraulista mallinnusta, jossa on testattu erilaisia pato- ja juoksutusvaihtoehtoja Paimionjoen järviketjulla sekä niiden vaikutuksia vedenkorkeuksiin ja virtaamiin. Myös ruoppausta Karjakosken ja Hovirinnankosken väliselle osuudelle on käsitelty lyhyesti. Erilaisista skenaarioista on tehty alustavat vaikutusarviot. Mallinnusten perusteella suurempi tai aikaistettu juoksutus pienentää takai-sin-virtausta, muttei estä sitä kokonaan. Juoksutusta ei kuitenkaan välttämättä pysty lisäämään miten haluaa, koska juoksutuksen suuruus riippuu Hovirinnankoskenpadon alapuolisesta vedenpinnankorkeudesta. Ruoppaamalla Hovirinnankosken ja Karjakosken välistä osuutta Hovirinnankosken alapuolista vedenpintaa voisi saada alennettua ja osuuden vetokykyä parannettua sekä tulvimisherkkyyttä pienennettyä. Kevätkuopan pienennys vähentää takaisinvirtausta ja on myös järvien ekosysteemeille hyväksi. Tulvariskin kasvu tulee kuitenkin ottaa huomioon. Painionjärvi toimii tulvatilanteissa paisumisaltaana. Kaikenlainen takaisinvirtaaman estäminen tai pienentäminen johtaa suurempiin juoksutuksiin Hovirinnankoskella tai/ja järviketjun kasvaneisiin vedenkorkeuksiin ja mahdollisesti tulviin. Erilaisten tulvakorkeuksien mahdolliset riskirajat ja vahingot tulee selvittää, jos tulvariskiä kasvatetaan.

Maailman ydinvoimaloiden alttius tulville

Fukushiman ydinvoimalaonnettomuus kiinnitti huomion ydinvoimaloiden turvallisuuteen ulkoisia uhkia vastaan, jonka seurauksena laitosten alttiutta myös tulville alettiin tarkastella ympäri maailmaa. Eurooppalaisten laitosten turvallisuutta selvitettiin kattavien stressitestien avulla. Vaikka tulviin varaudutaan jo ydinvoimalaitoksia suunniteltaessa, laitosten turvallisuutta pyritään parantamaan jatkuvasti. Tässä kandidaatin työssä tarkastellaan erilaisia tulvien syntymekanismeja ja kerrotaan, kuinka näihin tulviin varaudutaan ydinvoimalaitoksilla etukäteen. Stressitesteissä havaittuja puutteita käydään läpi tulviin varautumisen osalta, jonka yhteydessä esitellään myös Fukushiman ydinvoimalaitosonnettomuuden jälkeen tehtyjä parannustoimenpiteitä. Euroopan ulkopuolisten laitosten alttiutta tulville on käsitelty Taiwanin ja Yhdysvaltojen osalta. Yhdysvaltoja käsitellään myös Fort Calhounin ydinvoimalan esimerkkitapauksessa. Esimerkeissä kerrotaan tarkemmin myös Fukushiman onnettomuudesta. Suurin osa Fukushiman onnettomuuden jälkeen tehdyissä tarkasteluissa havaituista puutteista liittyi suunnitteluperusteiseen tulvaan. Puutteet olivat joko suunnitteluperusteisen tulvan korkeuden laskennassa tai laitoksen turvallisuudessa suunnitteluperusteisen tulvan ylittyessä. Yhdysvalloissa osa ydinvoimalaitoksista sijaitsee jokien varsilla. Tällöin yläjuoksulla äkillisesti murtuva pato voi aiheuttaa tulvan, joka on suurempi kuin mihin laitoksella on varauduttu.