Vesiensuojelurakenteet ja -ratkaisut

Virtaamanhallinnan kannalta on oleellista arvioida suometsän hoitohankealueen ojakohtaiset vesimäärät sekä ojien pituuskaltevuudet. Vesien ohjailulla voidaan vaikuttaa alueen ojakohtaisiin vesimääriin. Veden virtausnopeuteen voidaan vaikuttaa myös erilaisten vesiensuojelurakenteiden avulla. Ojan pituuskaltevuutta voidaan pienentää esimerkiksi pohjapatojen tai kaivukatkojen avulla. Veden nopeuteen voidaan vaikuttaa erilaisilla patorakenteilla. Edellä mainittujen valuma-alueen eri ominaisuuksien määrittelyyn on suositeltavaa käyttää mm. Metsäkeskuksen tarjoamia avoimia paikkatietoaineistoja ja -työkaluja.(ulkoinen linkki)

Lisätietoa: Ojien kunnostus.

Virtaamanhallinnan suunnittelussa voidaan käyttää apuna seuraavaa menettelyä:

1. Määritellään vesienkulku ojitusalueella ja ojakohtaiset valuma-alueet
2. Määritellään ojien eroosioalttius ja ne keinot, joilla sitä voidaan vähentää:
   • selvitetään, voidaanko eroosioalttiutta vähentää ojitussuunnitelmaa muuttamalla
   • jos ei, selvitetään, voidaanko käyttää virtaamanhallintarakenteita
3. Määritellään alustavasti mahdolliset virtaamanhallintarakenteiden paikat
4. Tarkistetaan maastossa paikan soveltuvuus mm. valuma-alueen pinta-alan, rakenteen vaikutusalueen ja veden pidätystilavuuden osalta
5. Suunnitellaan padon rakenne:
   • mitoitetaan rakenteen padotusputken halkaisija, apuna voidaan käyttää nomogrammia tai laskukaavoja
   • määritellään asennettavien putkien korkeudet sekä tulvavesien ohjaus

Pintavalutukseen voidaan ojittamattomien soiden lisäksi hyödyntää myös ojitettuja kunnostamattomia soita sekä kivennäismaa-alueita.

Suoalueilla voidaan toimia seuraavin, osin päällekkäisin tavoin:

• Pintavalutuskenttä: Tavoitteena on kiintoaineen ja ravinteiden pidättäminen.
• Veden johtaminen: Tavoitteena voi olla sekä luontoarvot että vesiensuojelu tai vain jompikumpi. Vesimäärä voi olla suurempi kuin luontaisesti suolle on virrannut.
• Veden palauttaminen: Tavoitteena on pääasiassa luontoarvot. Suolle palautetaan vain vedet, joita sinne on luontaisesti virrannut ennen ojituksia. Toimenpide tuottaa myös vesiensuojelullista hyötyä.

Lue lisää vedenpalautuksesta ja veden johtamisesta: Vedenpalautus suolle.

Metsätalouden vesiensuojelussa pintavalutuskentällä tarkoitetaan aluetta, jolle valuma-alueen vedet johdetaan maaperään ja pintakasvillisuuden sekaan. Veteen liuenneet ja huuhtoutuneet ravinteet ja kiintoaine sitoutuvat tehokkaasti kasvillisuuteen ja pintamaahan. Pintavalutusta suositellaan käytettäväksi ojankaivuun ja -perkauksen yhteydessä aina, kun kuormitusriski sitä edellyttää ja olosuhteet sen mahdollistavat. Veden ohjaamisella suoalueille voi olla myös vastaanottavan alueen suokasvillisuuden monimuotoisuutta parantava vaikutus, etenkin jos suo on kuivunut sitä ympäröivien suometsien ojituksen takia. Toimenpiteen seurauksena suovedenpinta nousee ja suon luontainen kasvillisuus elpyy.

Perustettaessa pintavalutuskenttiä pinnanmuodoiltaan vaihtelevalle alueelle syntyy helposti oikovirtauksia. Erityisesti voimakkaasti viettävällä yli 1 % kaltevuuden rinteellä voi myös syntyä nopeita pintavirtauksia. Nämä oiko- ja pintavirtaukset heikentävät pintavalutuskentällä puhdistustulosta ja aiheuttavat eroosioriskin suurilla vesimäärillä. Pintavalutuskentälle menevän veden määrää voidaan rajoittaa ja suunnata erilaisilla toimenpiteillä esimerkiksi johde- ja jako-ojilla sekä ojitusjärjestelyillä. Suoalueelle perustettavilla pintavalutuskentillä ravinteet ja kiintoaine pidättyvät kentän ylimpään ja vettä läpäisevään turvekerrokseen sekä pohja- ja kenttäkerroksen kasvillisuuteen. Hyvä puhdistustulos saavutetaan suunnittelemalla ja toteuttamalla kenttä niin, että valumavesi on mahdollisimman laajasti kosketuksessa turpeen kanssa. 

Tärkeää on, että kentän toteuttamisvaiheessa maan pintaa ei rikota eikä pintakasvillisuutta vaurioiteta, sillä vesi tulisi saada jakautumaan tasaisesti koko pintavalutuskentän alueelle. Pintavalutuskentällä voi olla tarpeen tukkia oikovirtauksia kentän tehollisen pinta-alan kasvattamiseksi, mutta turhaa liikkumista kentällä on vältettävä. Myös johdeojan päätepiste on suunniteltava huolella pintavalutuskentän luontaiset pinnanmuodot huomioiden ja vesiä voi olla tarpeen johtaa kentälle useasta kohdasta. Pintavalutuskentän yläpuolelle ennen johdeojaa voidaan tarvittaessa kaivaa myös laskeutusallas, joka pidättää veden mukana etenevän karkeimman kiintoaineen ja estää johdeojaa tukkeutumasta suuren kuormituksen kohteilla.  

Pintavalutuskenttä voidaan suunnitella mihin tahansa kasvillisuuden peittämään ja kaltevuudeltaan sopivaan paikkaan, turve- tai kivennäismaalle. Suositeltavaa on aina varmistaa, etteivät pintavalutuskentältä purkautuvat vedet aiheuta suurta tulovirtaaman kasvua ja siten eroosioriskiä alapuolisissa ojissa. Taloudellisesti vähäarvoinen puusto ja pensaikko suositellaan jätettäviksi pintavalutuskentille. Muu puusto voidaan poistaa taloudellisin perustein tai kuolevan puuston vesistökuormituksen vuoksi, jos se voidaan tehdä maanpintaa rikkomatta ja hakkuutähteet keräten. Useimmiten pintavalutuskenttä on hyvä jättää koskemattomaksi toimivuuden varmistamiseksi. Myös perustamisen jälkeen on syytä välttää kentällä liikkumista koneilla tai ajoneuvoilla.

Pintavalutuskentän koko, sen hyötyala, kentälle tulevan veden määrä, oikovirtaukset sekä kentän kaltevuus, kasvillisuus ja turvekerroksen paksuus vaikuttavat tulevan veden puhdistustulokseen. Pintavalutuskentän tulisi olla niin suuri, että se hidastaa oleellisesti veden virtausta ja vesi suodattuu maan pintakerroksen ja sen kasvillisuuden läpi. Pintavalutuskentän suositeltava tehollinen pinta-ala on vähintään 1 % kentän yläpuolisen valuma-alueen pinta-alasta. Vähimmäispinta-alaa suuremmat alueet toimivat kuitenkin useimmiten paremmin. Mikäli suositusten mukaista alaa ei ole käytettävissä pintavalutuskentäksi, pienempääkin alaa on hyvä hyödyntää kiintoaineen pidättämiseen, vaikka pidätysteho laskee.  

Pienialaisille pintavalutuskentille sopivia kohteita voi löytää hanketasolla helpommin kuin isoille pintavalutuskentille. Pienialaisia pintavalutuskenttiä voi sijoittaa myös useampia peräkkäin tai muiden vesiensuojelurakenteiden yhteyteen, esimerkiksi laskeutusaltaiden ja virtaamansäätörakenteiden alapuolelle. Mikäli pintavalutuskentälle johdettavaa vesimäärää voidaan rajoittaa esimerkiksi virtaamansäätöpadolla, voidaan saavuttaa kohtalainen kiintoaineen pidätys jo 0,15 % kokoisella pintavalutuskentällä. Pienillä pintavalutuskentillä on erityisen tärkeää tarkastella tehollisen pinta-alan ja vesimäärän suhdetta sekä kentän kaltevuutta, jotta ei synny oikovirtausten aiheuttamaa eroosioriskiä.

Pintavalutuskenttä on hyvä, mikäli:

• kentän tehollinen pinta-ala on riittävän suuri ylivirtaaman aikaiselle vesimäärälle
• vesi saadaan jakaantumaan tasaisesti suunnitellulle alueelle
• kenttään ei pääse syntymään oikovirtauksia
• alapuolisen vesistön tulva ei nouse kentän alueelle
• pintavalutuskenttä ei aiheuta vettymishaittoja yläpuolisilla alueilla

Pintavalutuskentillä tavoitellaan lopputulosta, jossa vedet pyritään saamaan pintavalutuskentällä siten, ettei vettymishaittoja synny talousmetsän puolella. Tämän saavuttamiseksi tarvitaan usein johdeoja, jonka avulla vedet ohjataan pintavalutuskentälle. Toimenpiteen suunnittelu vaatii paikkatieto- ja maastosuunnittelua.

Ennen maastosuunnittelua potentiaaliset pintavalutuksen paikat etsitään paikkatietoaineistojen avulla. Ojitusalueen alapuolelta etsitään soveltuvat kuviot karttatarkastelun ja Suomen metsäkeskuksen suometsänhoidon sekä muiden paikkatietoaineistojen avulla. Löydettyjen alueiden yläpuolelta etsitään virtausverkon avulla uomat, joissa suurin osa alueen vesistä virtaa ja joilta kohdin veden ohjaaminen pintavalutuskentälle voisi onnistua.

Onnistuminen vaatii riittävän korkeuseron metsätalousmaalta pintavalutuskentälle, jotta puuston kasvulle riittävä kuivatussyvyys metsätalousmaalla toteutuu puuston juuristolle riittävää hapellista turvekerrosta, jonka on oltava loppukesällä vähintään 30–40 cm. Tätä suurempi kuivatussyvyys ei merkittävästi lisää puuston kasvua. Jotta toimenpide ei aiheuta vettymishaittoja johdeojan pituus on suunniteltava maanmittauslaitoksen tarjoaman 2 m korkeusmallin tai sitä hyödyntävien erillisten työkalujen avulla. Alustavat johdeojien sijainnit sekä pituudet varmistetaan maastokäynnillä. Pintavalutuskentällä vastaanottavan alueen arvioitu tehollinen pintavalutuksen pinta-ala tulee suhteuttaa johdeojaan tulevaan ylivirtaaman aikaiseen vesimäärään, joka voidaan määrittää valuma-alueen koon ja ominaisuuksien perusteella.

Maastokäynnillä varmistetaan paikkatietotarkasteluun perustuvan suunnitelman toimivuus. Maastokäynnin yhteydessä on syytä mitata maanpinnan korkeudet tarkasti, sillä korkeusmallin keskivirhe on noin 30 cm, mikä voi aiheuttaa virhettä paikkatietoperusteisiin kuivavaralaskelmiin. Tarkkaan mittaamiseen soveltuvat esimerkiksi tasolaser tai niin sanottu tarkkuus-GPS eli RTK-mittaukseen kykenevä GNSS-paikannuslaite. Mittauspisteitä otetaan johdeojan lähtöpisteestä talousmetsästä, johon nähden etsitään riittävä korkeusero pintavalutuskentän suuntaan. Johdeoja suunnitellaan yleensä siten, että maanpinnankorkeus pintavalutuskentän yläpuolisessa talousmetsässä on 30–40 cm korkeammalla kuin johdeojan päätepisteessä. Näin talousmetsässä toteutuu riittävä kuivavara. Maastokäynnillä varmistetaan myös veden virtausreitit, sillä paikkatietopohjainen virtausverkko ja sen mukaan mallinnettu valuma-alue voivat sisältää virheitä. Suunnitellut johdeojat on hyvä merkitä sekä paikkatietoon että maastoon toteutuksen onnistumiseksi suunnitellun mukaisesti.

Toteutusvaiheessa on tärkeää noudattaa suunnitelmaa ja välttää pintavalutuskentän maanpinnan tarpeetonta painumista tai rikkomista. Johdeojan ojamaat voi nostaa ojan vierelle pintapuoli ylöspäin, jotta kasvillisuus jatkaa kasvuaan ja toimenpiteestä aiheutuu vähiten maisemallista haittaa. Johdeojan lähtöpisteeseen on usein tarpeen rakentaa pato alapuoliseen ojaverkostoon johtavaan ojaan, jotta vedet ohjautuvat pintavalutuskentälle myös kuivaan aikaan.

Putkipadon toimintaperiaate perustuu ylivirtaamien aikana veden hetkelliseen varastoitumiseen padon yläpuolelle. Tavoitteena on padottaa vettä ojitusalueen ojiin ja vähentää eroosiota hidastuvan virtausnopeuden avulla padon ylä- ja alapuolella.

Putkipadon suurin vaikutus kohdistuu padon yläpuolelle, sille osalle ojastoa, johon padotus ulottuu. Padotuksen johdosta veden virtausnopeus hidastuu. Menetelmällä vähennetään uomaeroosiota ja voidaan lisäksi laskeuttaa jo liikkeelle lähtenyttä kiintoainetta. Metsämaata ei kuitenkaan kaiveta tarpeettomasti.

Huolellisen suunnittelun avulla voidaan varmistaa padon tehokas toiminta. Parhaiten rakenne pystytään toteuttamaan silloin, kun maa on sulana. Rakentaminen onnistuu huolellisesti tehtynä myös jäätyneen maan aikana. Padon paikka valitaan siten, että rakenteen virtausnopeutta hidastava vaikutusalue ulottuu mahdollisimman laajalle yläpuoliseen ojaverkostoon. Metsäkeskuksen suometsänhoidon paikkatietoaineistosta löytyy työkalu putkipadon/virtaamansäätöpadon vaikutusalueen arviointiin, Metsä.fi: Suometsänhoidon paikkatietoaineistot(ulkoinen linkki).

Padon mitoituksessa huomioidaan valuma-alueen ominaisuudet, jotka vaikuttavat ylivirtaamien suuruuteen sekä padon yläpuolisen ojaston kaltevuussuhteet. Mitoitus tehdään siten, että kasvukauden aikana pohjaveden pinta pysyy metsänkasvun kannalta riittävän alhaalla. Ylivuotoputken tai -uoman pohja suunnitellaan korkeudelle, joka on noin 30 cm padon viereisen maanpinnan alapuolella. Padon ala- ja yläputken yhteenlasketun läpäisykyvyn on oltava riittävä myös tulva-aikaan.  Mitoitusohje löytyy Suomen metsäkeskuksen verkkosivuilta oppaat ja ohjeet.(ulkoinen linkki)

Suunnittelussa on tärkeää varmistaa, että putkien mahdollinen tukkeutuminen ei aiheuta haittaa puuston kasvulle tai alueen muulle käytölle. Putket voivat tukkeutua syvennyksien täyttyessä tai roskista. Tukkeutumisen välttämiseksi suositellaan, että alaputken halkaisija on vähintään 10 cm. Padon toimintaa on hyvä seurata ja tarvittaessa poistaa tukokset.  Pato pyritään sijoittamaan paikkaan, jossa tulva-aikaiset vedet voidaan ohjata ylivuotoputkesta tai -uomasta pintavaluntana eteenpäin. 

Pato pyritään rakentamaan paikalla olevasta maa-aineksesta. Routivilla ja syöpymisherkillä alueilla voidaan käyttää apuna suodatinkangasta ja kiveämistä. Padon materiaalina vältetään käyttämästä eroosioherkkiä kivennäismaalajeja. 

Putken molempien päiden kohdalle kaivetaan altaana toimiva syvennys. Ensimmäisenä kaivetaan padon etupuolelle tuleva syvennys. Alaputken kohta ojassa tasoitetaan ja samalla varmistetaan, ettei pohjalle jää esimerkiksi kiviä. Seuraavaksi alaputki asennetaan ojan pohjalle siten, että putken päät tulevat syvennyksien kohdalle. 

Putki peitetään ja tiivistetään etenkin putken ympäriltä huolellisesti. Ylivuotoputki asennetaan korkeudelle, joka on noin 30 cm ympäröivän maanpinnan alapuolella. Korkeusasema suositellaan mitattavaksi tarkasti esimerkiksi tasolaserin avulla rakentamisen aikana. Ylivuotoputki asennetaan siten, että sen läpi purkautuva vesi ei riko padon rakennetta.

Lopuksi pato täytetään ja tiivistetään siten, että padon harja on selvästi ympäröivää maanpintaa korkeammalla. Etenkin talviaikana korotusta on hyvä tehdä reilusti maa-aineksen painumisen takia.

Putkipadon käyttö altaan yhteydessä on perusteltua kohteilla, joissa altaan kynnys joudutaan kaivamaan syväksi riittävän kuivatuksen varmistamiseksi tai muun syyn takia. Tällöin putkipato tasaa virtaamahuippuja ja kasvattaa altaan tilavuutta ylivirtaaman aikaan verrattuna pelkkään matalan kynnyksen altaaseen. Alaputken korkeus määritetään altaan mitoitustaulukon purkuojan pohjankorkeuden mukaisesti. Alaputken normaalia korkeamman sijoituksen vuoksi voi olla tarpeen sijoittaa ylivuotouoma ohjaamaan tulvavedet padon sivulle pintavalunnaksi.

Laskeutusaltailla pystytään poistamaan valumavedestä kiintoainetta. Ne ovat käyttökelpoisia vesiensuojeluratkaisuja sellaisilla ojitusalueilla, joiden pohjamaa on keskikarkeaa tai karkeaa kivennäismaata. Laskeutusallasta ei suositella käyttämään kohteissa, joiden maalaji on hienojakoista kivennäismaata tai maatunutta turvetta.

Laskeutusaltaat täydentävät muita vesiensuojelukeinoja. Ensisijaisena keinona suositellaan hyödyntämään kaikkia alueelle soveltuvia eroosion syntymistä vähentäviä vesiensuojelutoimia, kuten syöpyviin ojiin jätettäviä kaivukatkoja sekä muita ojissa virtausnopeutta hidastavia rakenteita. Vesiensuojelun suunnittelussa on hyvä aina selvittää kaikki pintavalutukseen soveltuvat alueet. 

Laskeutusallas toimii vain, mikäli sen purkukohdassa on veden liikettä hidastava kynnys tai putkipatorakenne. Laskeutusaltaan, joka pidättää hienoa hietaa ja sitä karkeampaa maa-ainesta, valuma-alue voi käytännössä olla enintään 40–50 hehtaaria, koska tätä suuremmilla valuma-alueilla altaan mitat kasvavat epäkäytännöllisen suuriksi. Metsäkeskuksen verkkosivuilta ladattava laskeustusaltaan suunnitteluun vapaasti hyödynnettävä allastaulukko laskee koon myös yli 50 ha suuruisille valuma-alueille, mutta antaa siitä huomautuksen. Laskeutusaltaiden mitoitustaulukko(ulkoinen linkki) Metsäkeskuksen taulukkopohjassa.

Laskeutusaltaita ei tule suunnitella veden alle jääville tulva-alueille, joilta altaaseen pidättynyt kiintoaine sekä läjitysmaat huuhtoutuisivat helposti vesistöön tulva-aikana. Laskeutusaltaita ei myöskään suunnitella ojien risteyksiin tai eroosioherkkään kohtaan eikä pohjavesialueille.

Laskeutusaltaan mitoitusta varten on Metsäkeskuksen verkkosivuilta ladattavissa Excel-laskentataulukko(ulkoinen linkki).

Lähtötietoina taulukkoon lisätään seuraavat tiedot suunnittelualueesta:

• altaan yläpuolisen valuma-alueen koko hehtaareina
• keskipuuston tilavuus valuma-alueella, m3/ha
• altaan sijaintipaikan (= altaan yläpuolisen valuma-alueen purkupisteen) korkeus merenpinnan yläpuolella, m
• altaan leveys, m
• luiskien kaltevuus, 1/x m
• purkuojan pohjan syvyys, m

Taulukko laskee

• altaan minimipituuden maanpinnalla
• lietekerroksen enimmäispaksuuden, jolla allas vielä pidättää mitoituksessa käytettävän maalajin hiukkasia
• altaan pinta-alan ja tilavuuden purkuojan pohjan tasolla.

Taulukko käyttää mitoituksessa maalajina hienoa hietaa. Altaaseen pidättyy hiukkasia, joiden läpimitta on suurempi kuin 0,02 mm.

Hiukkasen laskeutumisnopeuteen altaassa vaikuttavat hiukkasen massa ja koko. Taulukon mitoituslaskennassa käytetyn hienon hiedan laskeutumisnopeus on 1 m/h. Taulukon avulla mitoitettuun altaaseen siis laskeutuvat hienon hiedan ja sitä karkeampien maalajien hiukkaset, joista karkeimpien maalajien hiukkaset tulevat altaaseen pohjakulkeumana. Hienoa hietaa hienojakoisempien maalajien sekä eloperäisten maalajien veden mukana kulkevat hiukkaset virtaavat altaan läpi ehtimättä laskeutua altaassa purkuojan pohjan alapuolelle.

Kun veden virtaus kuljettaa hiukkasta eteenpäin, se samanaikaisesti laskeutuu painovoiman vaikutuksesta alla olevan kuvan mukaisesti. Altaaseen virtaavan veden mukana saapuva hiukkanen pidättyy altaaseen, mikäli se ehtii laskeutua altaassa sen purkuojan pohjan alapuolelle.  

Altaiden mitoituksessa on huomioitava, ettei kahden peräkkäisen altaan rakentaminen pienennä niiden mitoitusta, koska jokaisen altaan mitoitus perustuu tulovirtaamaan ja pienimmän pidätettävän maalajin laskeutumisnopeuteen.

Hiukkasen laskeutumisnopeuteen vaikuttaa hiukkasen massa ja koko; esimerkiksi hienolla hiedalla nopeus on 1 m/h. Tästä syystä hienojakoisten lajitteiden pidättäminen laskeutusaltaisiin on mahdotonta. Maalajien laskeutumisnopeuden ero on suuri hieno- ja karkeajakoisilla lajitteilla. Vaikka karkeat lajitteet laskeutuvat nopeasti, altaan mitoituksessa on kuitenkin huomioitava edelleen riittävä varastotilavuus sinne pidättyvälle kiintoaineelle. 

Seuraavaksi lasketaan suurin sallittu virtausnopeus altaassa mitoitusvirtaamalla. Veden virtausnopeus lasketaan altaan virtaaman (Q) ja vesipoikkileikkauksen (a) välisenä suhteena Q/a. Yleensä altaan toimivuuden kannalta riittävä virtaaman (Q) ja vesipoikkileikkauksen (a) suhde saavutetaan, kun altaan vesitilavuus on pienellä mitoitusvirtaamalla 2 ja suurella mitoitusvirtaamalla 5 m³/valuma-aluehehtaari.  

Altaan vedenpinnan pinta-alaan (A) vaikuttaa altaan leveyden ja pituuden ohella luiskien kaltevuus sekä vedenpinnan taso mitoitusvirtaamaa vastaavalla hetkellä. Purkupäähän jätetty perkaamaton kynnys tehostaa altaan toimintaa lisäämällä sen tehollista pinta-alaa. Mikäli veden pintaa ei saada pidettyä pysyvästi riittävällä tasolla altaan purkupäähän jätettävän tai rakennettavan kynnyksen avulla yläpuolisen ojaston kaltevuussuhteista johtuen, voidaan altaan vedenpintaa nostaa virtaamansäätörakenteen avulla.  

Pinta-alan lisäksi altaan mitoituksessa huomioidaan suurin sallittu virtausnopeus, joka mahdollistaa myös kevyiden hiukkasten laskeutumisen vesimassassa. Virtaavaan veteen syntyy pyörteitä, jotka häiritsevät erityisesti hienojakoisen pienimassaisen aineksen laskeutumista. Suositeltava virtausnopeus on 12 cm/s. 

Mitoituksen tavoitteena on määritellä se altaan vesipoikkileikkauksen vähimmäispinta-ala (a), jolla veden virtausnopeus ei aiheuta toimivuutta heikentävää pyörteisyyttä. Altaan leveys määritellään siten, että poikkileikkauksen vähimmäispinta-ala (a) saavutetaan luiskat ja veden korkeus huomioiden. Koska vedenpinnan taso altaassa vaikuttaa oleellisesti vesipoikkileikkauksen pinta-alaan (a) ja sitä kautta myös vaadittavaan altaan leveyteen, kannattaa kynnys jättää tai tarvittaessa tehdä aina laskeutusaltaan purkupäähän, kun se on mahdollista. 

Pintakuormateorian mukaan laskeutusaltaan mitoitus perustuu altaaseen tulevan veden virtausnopeuteen, altaan pinta-alaan ja maahiukkasen laskeutumisnopeuteen. Altaan tulovirtaaman mitoituksessa käytetään keskiylivirtaamaa (Mhq), jolla tarkoitetaan vuoden suurinta vuorokauden keskimääräistä virtaamaa. Altaan mitoittaminen tulvahuipun mukaisesti on perusteltua, sillä tulvahuippujen aikana tapahtuu myös suurin osa kiintoaineen kulkeutumisesta.

Pintakuormateorian mukaan altaaseen pidättyvät hiukkaset, joiden laskeutumisnopeus m/h on yhtä suuri tai suurempi kuin altaan virtaaman m3/h suhde altaan vesipinta-alaan m2.  Taulukossa lasketaan tällä kaavalla altaan minimivesipinta-ala purkuojan pohjasta = tulovirtaama m3/h : hieno hieta (HHt) hiukkasen laskeutumisnopeus 1 m/h.

Altaan vesipinta-alasta ja tallennetuista lähtötiedoista lasketaan altaan vesipoikkileikkaus, pituus ja leveys maanpinnalla.  

Altaan vesipinta-alaksi lasketaan altaan pinta-ala purkuojan pohjan tasolla. Purkupäähän jätetty perkaamaton kynnys tai virtaamansäätörakenne tehostaa altaan toimintaa lisäämällä sen vesipinta-alaa. 

Vesipinta-alan lisäksi altaan mitoituksessa huomioidaan suurin sallittu virtausnopeus altaassa 1 cm/s, joka mahdollistaa myös kevyiden hiukkasten laskeutumisen vesimassassa. Virtaavaan veteen syntyy pyörteitä, jotka häiritsevät erityisesti hienojakoisen pienimassaisen aineksen laskeutumista.

Altaan mitoituksessa lasketaan se altaan vesipoikkileikkauksen vähimmäispinta-ala (m2), jolla veden virtausnopeus ei ylitä virtausnopeutta 1 cm/s.

Excel-laskentataulukko (ulkoinen linkki)on ladattavissa Metsäkeskuksen verkkosivuilta.

Altaan mitoituksessa tulee huomioidaon huomioitava myös altaan täyttyminen. Altaan täyttyminen vaikuttaa altaan toimivuuteen siten, että vesipoikkileikkaus pienenee sitä mukaa kun allas täyttyy tulopäästään. Kun vesipoikkileikkaus on pienentynyt riittävästi, estyy pienimpien hiukkasten pidättyminen altaaseen virtausnopeuden kasvaessa. 

Altaan täyttyminen voidaan huomioida kaivamalla allas syvemmäksi etuosastaan ja jättämällä altaan pohjaan lietevara, jonka aiheuttama vähennys vesipoikkileikkauksessa ei vielä nosta virtausnopeutta liian suureksi hienojakoisen maalajitteen pidättymisen kannalta. Karkeita pohjakulkeuman mukana liikkuvia hiukkasia pidättyy altaaseen niin kauan, kuin altaassa on vapaata vesitilavuutta.

Altaan täyttymistä on syytä ennakoida

Altaan toimivuuteen vaikuttaa merkittävästi altaan täyttymisaste, sillä se lakkaa pidättämästä hienojakoista maa-ainesta jo huomattavasti ennen kuin allas on täyttynyt purkuojan pohjan tasoon asti. Tällöin allas on voinut muodostua kuormituslähteeksi, josta huuhtoutuu sinne aikaisemmin sedimentoitunutta kiintoainetta. Altaan täyttymistä on seurattava säännöllisesti siten, että sen täyttymisajankohta voidaan ennakoida ja allas tyhjentää ennen sitä. Kasvittuneista altaista ei ole haittaa eikä niitä ole syytä tyhjentää, mikäli myös altaan yläpuolinen ojasto on jo kasvipeitteinen, eikä valuma-alueella ole odotettavissa uutta kuormitushuippua, jonka tasaamiseen tarvitaan laskeutusaltaita.

Laskeutusaltaan leveyden ja pituuden suhteen tulisi olla 1:3–1:7 välillä. Pienille vesimäärille mitoitetuissa altaissa altaan minileveyden määrittää kuitenkin vesipoikkileikkaus. Tavoitteena olevassa pitkänomaisessa altaassa vesi saadaan jakaantumaan tasaisesti koko altaan leveydelle. Tämä lisää altaan toimivuutta, sillä kiintoaine laskeutuu vain sillä osalla allasta missä vesi vaihtuu. Monesti ongelmallisiksi muodostuvat suorakulmaisten altaiden tulo ja purkupää, joiden kulmissa vesi ei vaihdu.

Allas kaivetaan erityisen syväksi altaan tulopäästä, missä altaan täyttyminen on nopeinta veden mukana kulkeutuvan karkean aineksen suuren laskeutumisnopeuden ansiosta. Altaan epätasaisen täyttymisnopeuden huomioiminen parantaa altaan kokonaistoimivuutta sekä vähentää tyhjennystarvetta.

Altaan reunan kaltevuus

Laskeutusaltaiden suunnittelussa tulee huomioidaon huomioitava, että lajittuneella hienojakoisella ja routivalla maalla luiskien sortuminen voi nopeuttaa altaan täyttymistä ja tehdä siitä kuormituslähteen. Altaat tulisikin sijoittaa ojitusalueen paksuturpeiselle osalle. Laskeutusaltaan sivu- ja päätyluiskien suositeltavaan kaltevuuteen vaikuttaa altaan kaivusyvyys sekä maalajin ominaisuudet. Routivilla ja hienojakoisilla mailla altaan luiskien jyrkkyys saa olla enintään 1/1. Kokonaan maatumattomaan turpeeseen tehtävien altaiden luiskien jyrkkyys voi olla suurempi (1/0,75).

Läjitysmaille on varattava riittävästi tilaa ja kaivumaat läjitettävä riittävän kauas altaan reunasta, jotta luiskien sortumisriski pienentyy ja etteivät läjitysmaat valu takaisin altaaseen. Käytännössä läjitysmaille on varattava tilaa 2–3 kertaa altaan leveyden verran ja maat tiivistettävä ja maisemoitava kaivun yhteydessä. Jokin kohta sivuluiskassa tulee muotoilla niin loivaksi, että altaaseen joutunut eläin pääsee sieltä pois. 

Laskeutusaltaan vesiensuojeluvaikutusta voidaan parantaa, mikäli sen purkuoja voidaan ohjata pintavalutuskentälle tai suojavyöhykkeelle.

Laskeutusaltaan purkupäähän tulee jättää kynnys, eli laskuoja jätetään perkaamatta tai vähintään laskuoja jätetään vähemmän syväksi kuin altaaseen tuleva oja. Mikäli perkaamattomasta laskuojasta ei muodostu riittävää kynnystä, niin sellainen täytyy tehdä.

Virtaamansäätörakenteen yhdistämisellä laskeutusaltaaseen voidaan tehostaa altaan toimivuutta, mikäli altaan kynnystä ei voida jostain syystä nostaa riittävän korkeaksi. Virtaamansäätörakenne mahdollistaa vedenpinnan nostamisen altaassa väliaikaisesti tulva-aikoina, jolloin altaan toiminnallinen pinta-ala kasvaa kuormituksen kannalta kriittisinä ajankohtina.

Laskeutusaltaaseen voidaan asentaa puumateriaalia. Veteen upotettujen, pienpuusta rakennettujen rankanippujen avulla voidaan tehostaa laskeutusaltaan ravinne- ja kiintoaineen pidätystä. Lisäksi ne monipuolistavat vesieliöstöä tarjoamalla niille ravintoa ja suojaa.

Settipato on metallista valmistettu, yleensä rummun yhteydessä oleva kehikko, jossa veden virtaussuuntaan nähden poikittain asetetuilla lankuilla pystytään säätämään veden korkeutta ja virtausta. Padossa voidaan käyttää myös ns. v-patoa. V-mallinen pato toimii tehokkaimmin virtaamien tasaamisessa.

Settipatoja voidaan käyttää esimerkiksi silloin, kun laskeutusaltaassa halutaan säädellä vedenpinnan korkeutta, tai altaan tehoa halutaan seurata rakentamisen jälkeen. Padotus tehostaa kiintoaineen jäämistä altaaseen ja estää sen huuhtoutumista altaasta tulva-aikana.

Saatavissa on valmiita rakenteita, joita voidaan liittää rumpuputkiin. Settipadot soveltuvat hyvin, jos purkuojaan muutenkin tarvitaan rumpu, jolloin lisäkustannus jää pieneksi. Settipatoa ei kuitenkaan käytetä kohteissa, joissa kalankulku on mahdollista.

Munkki on patopenkereeseen tehtävä säätökaivo, johon vesi tulee putkea pitkin. Munkista vesi ohjataan pois lähtöojan pohjan tasolle asennettua putkea pitkin. Putkien koko määritetään tapauskohtaisesti tulvanaikaisen suurimman mahdollisen virtaaman avulla. Vedenpinnan korkeutta munkissa säädellään mekaanisesti levyn avulla. Tulvien varalta patopenkereeseen kannattaa tehdä tulvaputket. Munkin voi tehdä itse esimerkiksi kaivonrenkaista tai muoviputkesta, mutta niitä saa myös tehdasvalmisteisina. Munkki sopii ympärivuotiseen käyttöön, sillä se ei yleensä jäädy talvella.

V-padolla tarkoitetaan patoa, jossa on v-aukkoinen, esimerkiksi vesivanerista tehty levy. Levy kaivetaan maan sisälle sekä pysty- että sivusuunnassa ja tuetaan kivillä, jolloin pato kestää myös tulvavirtaamat. V-pato soveltuu pienehköihin kohteisiin ja V-aukkoon voidaan laittaa mitta-asteikko virtaaman seuraamiseksi. 

Nopeasti toteutettavia pohjapatoja voidaan tehdä ojien kunnostusten yhteydessä esimerkiksi uudistusalojen vesitaloutta järjestellessä. Padon rakentaminen voidaan myös toteuttaa erillistyönä esimerkiksi jo kaivetuilla kohteilla. 

Pohjapatoja voi olla peräkkäin useita, jolloin puhutaan pohjapatosarjasta tai putousportaista. Putousportaiden avulla ojien kaltevuutta pienennetään siten, että pohjapatojen välillä veden virtausnopeus laskee ojien syöpymisen kannalta riittävän pieneksi. Patojen korkeudet kannattaa varmistaa vaaituksella. Tavoitekaltevuus määritellään kohteen maalajin mukaisen virtausnopeuden perusteella. 

Ojien kunnostusten yhteydessä pohjapatoja käytetään etupäässä kohteilla, joissa entuudestaan on todettu suuri syöpymisriski.  Kaivettavien ojien yhteydessä pyritään ojakaltevuuden pienentämisessä käyttämään perkaus- ja kaivukatkoja. Yksittäisiin kuivatusojiin voidaan rakentaa tilapäispatoja havuista vähentämään paikallisen syöpymisherkän aineen liikkeellelähtöä kaivun yhteydessä. Nämä tilapäispadot voidaan tarvittaessa poistaa, kun kaivutyön aiheuttamaa syöpymisvaaraa ei enää ole.

Pohjapatojen avulla voidaan tehostaa laskeutusaltaiden toimintaa käyttämällä pohjapatoja altaiden purkukynnyksenä. Patoja kannattaa käyttää etenkin tilanteissa, joissa kaivamalla on vaikea lisätä altaan vesitilavuutta riittävästi. Samalla hidastetaan veden tulva-aikaista läpivirtausta. Kosteikkorakenteissa pohjapatojen avulla voidaan vaikuttaa vesien kulkuun ja siten tehostaa veden levittäytymistä alueella.

Paras padon rakentamisajankohta on keskikesän kuivimpana aikana. Materiaalin tulee olla riittävän karkeata louhetta tai seulontajätettä, läpimitaltaan 0–200 mm tai 0–400 mm. Käytettävän kiviaineksen koko valitaan kohteella olevan vedenvirtauksen mukaisesti siten, ettei se pääse kulkeutumaan veden mukana. Materiaalit kannattaa yleensä toimittaa paikalle jäätyneen maan aikana.

Kohteella, jossa veden virtaama on pieni, padon rakentamismateriaaliksi riittää suodatinkangas ja kiviverhoilu. Kohteilla, joissa veden virtaama on suuri, käytetään edellisten lisäksi tukiseinämää, joka voidaan rakentaa esimerkiksi ponttilankusta tai vesivanerilla tiivistetystä lankkuseinämästä.

Uoman luiskaus tehdään kaivinkonetyönä. Tukiseinämä rakennetaan pohjapadon keskelle ojan poikki siten, että se ulottuu syöpymättömään kivennäismaahan sekä riittävän pitkälle uoman reunojen yli. Rakentamisvaiheessa suodatinkangas levitetään ojan pohjan, luiskien ja tukirakenteiden yli patokohdan alimmaiseksi rakenteeksi. Kangasvuodat asetetaan poikittain ojan pituussuuntaan nähden. Kankaat limitetään siten, että veden kulkusuunnassa ylemmän kankaan helma on aina alemman päällä. Ylimmästä kankaasta asetellaan kaivurin avulla maahan noin 50 cm:n lieve kohtisuoraan alaspäin, millä estetään veden kiertämistä padon alle. Kivilouhe asetellaan kaivinkoneella muotoillen kankaan päälle; kiviverhoilun tulisi ulottua riittävän pitkälle alajuoksulle.

Kaivukatkot ovat ojiin ja naveroihin kaivamatta jätettäviä osuuksia, joissa maanpinta säilytetään koskemattomana. Kaivukatkot toimivat kuormituksen pidättämisessä pintavalutuskenttien tapaan. Kaivukatkoja ovat myös vanhoihin ojiin niitä perattaessa jätettävät perkaamattomat osuudet eli perkauskatkot. Kaivu- ja perkauskatkojen sijainnit määritellään ja osoitetaan jo ojien kunnostuksen suunnittelun yhteydessä.

Kaivukatkon pituus riippuu virtaaman määrästä ja maalajista. Kaivukatkon pituus voi vaihdella muutamasta metristä muutamaan kymmeneen metriin. Lyhyitäkin kaivukatkoja kannattaa hyödyntää, jolloin on varmistettava, ettei kaivukatkon muodostama kynnys huuhtoudu pois tulva-aikana. 

Vanhoja ojia perattaessa jätetään ojiin muutamien metrien mittaisia perkaamattomia osuuksia, eli perkauskatkoja. Ojan pohjalla kasvava rahkasammal- ja ruohokasvusto hidastaa virtausnopeutta ja suodattaa perkauskatkon läpi virtaavasta vedestä epäpuhtauksia. Perkauskatkoja suositellaan jätettäväksi etenkin pitkiin vähänkin kaltevuutta sisältäviin ojiin, sekä ojiin, joiden pituuskaltevuus on suuri.

Yksittäisiä ojia perattaessa vesi voidaan maanpinnan kaltevuuden salliessa johtaa sivuun alkuperäisestä ojasta; vesi palautuu kohteen alapuolella uudelleen ojaan pintavalutuksena. Tarvittaessa voidaan kaivaa haarukkaoja kaivukatkon alapuolelle veden keräämiseksi. Kaivu- ja perkauskatkot ovat ensisijaisesti yhden kuivatusojan vesiensuojeluratkaisuja.

Lietekuoppien tehosta ei ole tutkimusnäyttöä. Lietekuoppia suositellaan käytettäväksi karkeiden ja keskikarkeiden maalajien alueilla. Näitä hienomilla maalajeilla ja paksujen tai pitkälle maatuneiden turvemaa-alueiden kohdalla lietekuopat voivat jopa lisätä kuormitusta[Lähdeviite1][Lähdeviite2]. Lietekuoppien sijainnit määritellään ja osoitetaan jo ojien kunnostuksen suunnittelun yhteydessä.

Kaksitasouomien toiminnasta metsätalouden vesiensuojelurakenteena ei ole tutkittua tietoa, mutta niistä on jonkin verran kokemuksia ja rakenteen on todettu sitovan kiintoainetta ja ravinteita. Kaksitasouomista on hyviä kokemuksia maatalousmailta. Ne lisäävät luonnon monimuotoisuutta ja sitovat ravinteita ja kiintoainesta. Rakenteen hyödyntämisessä metsätalouden vesiensuojelurakenteena suositellaan kohteen tarkkaa harkintaa, suunnittelua ja toteutusta.

Tulvatasanteella vesi suodattuu kasvillisuuden läpi ja veden liike hidastuu, jolloin kiintoainesta ja ravinteita laskeutuu tasanteelle. Täydentävänä rakenteena suositellaan putkipatoa, jonka avulla hidastetaan veden virtausnopeutta padottamalla vettä hallitusti tulvatasanteelle ja sen yläpuoliseen ojastoon. Kaksitasouoma soveltuu loivasti viettävälle kohteelle, missä tulvahuippujen aikana vesi nousee uomasta tulvatasanteelle.

Kaksitasouoman toteuttaminen on luonnonmukaista vesirakentamista, jolla tavoitellaan kuormituksen vähentämisen lisäksi luonto- ja maisema-arvojen säilymistä. Tasanteen korkeus mitoitetaan ojitusalueen tavoitellun kesäveden korkeuden mukaan, jolloin kasvukauden aikana vesi kulkee tasanteen viereisessä ojassa. Tulvahuippujen aikana vesi puolestaan nousee tasanteelle, jolloin veden liike hidastuu, mikä mahdollistaa ravinteiden ja kiintoaineen pidättymisen tasanteelle. Tasanteen maa-aines kasataan tasanteen viereen, ja sitä voidaan hyödyntää piennartienä. Tasanteelle ja maansiirtoalueelle voi syntyä monipuolinen lajisto, joka lisää luonnon monimuotoisuutta.

Tulvatasanne suositellaan kaivettavaksi toispuoleisena. Tällöin kaivuussa tulvatasanteen viereen jäävän ojan vedenjohtokykyä parannetaan perkaamalla vain toinen uoman luiskista. Vastakkainen luiska ja sille kehittynyt kasvillisuus sekä ojan pohja jätetään koskematta. Näin vähennetään maa-aineksen liikkeellelähtöä ojan reunoilta ja pohjasta, sekä ylläpidetään monimuotoisuutta ojassa ja ojan penkalla.[Lähdeviite3]

Ohjeistus kaksitasouomien suunnitteluun ja mitoitukseen(ulkoinen linkki), sekä mitoituslaskuri kaksitasouomien suunnitteluun Syken aineistoista. 

Kaivutyön tai sitä seuraavien kevättulvien aiheuttamaa kiintoaineksen kulkeutumista vesistöön voidaan ehkäistä vesiensuojelurakenteisiin lisätyn puumateriaalin avulla. Ennen ojien kaivuuta, esim. ojitusmätästyksen tai ojien kunnostuksen yhteydessä, puuta voidaan laittaa esimerkiksi laskeutusaltaisiin. Kuormituspiikkiä voi tasoittaa myös puuaineksen pintaan kehittyvä mikrobiyhteisö, eli biofilmi (PuuMaVesi-hanke[Lähdeviite4]). Puuainesta tulisi lisätä sellaisiin rakenteisiin, joissa puumateriaali pysyy veden peitossa myös alivirtaama-aikaan.

Suositeltavin käytettävä materiaali on havupuu. Jos sitä on saatavilla niukasti, rakennetta voidaan täydentää muulla sekapuulla; kuitenkin niin, että pääasiallinen materiaali on havupuuta.

Puumateriaali voidaan hyödyntää vesiensuojelurakenteissa pienimuotoisesti, jolloin pienpuusta valmistettuja rankanippuja voidaan sijoittaa laskeustusaltaaseen tai ojastoon pidättämään ravinteita ja kiintoainesta, sekä paikallisesti hidastamaan virtausnopeutta ja ehkäisemään eroosiota[Lähdeviite4].

Suuremmat rakenteet, joissa käytetään karsittuja rankoja, on kustannustehokkaita tehdä konetyönä. Työhön sisältyy puun korjuu, kuljetus ja asennus. Rakenteeseen voidaan hyödyntää vähempiarvoista pienpuuta, jota saadaan esim. ojalinjojen aukaisun tai muun hakkuutyön yhteydessä. Puumateriaali voidaan kuljettaa metsätraktorilla suunniteltujen vesiensuojelurakenteiden rakennuspaikoille odottamaan kaivutyön yhteydessä tehtävää asennusta[Lähdeviite4]. 

Puumateriaali voidaan asentaa laskeutusaltaaseen kaivurin kaivamiin taskuihin (kuva alla) tai kasettiratkaisuna, jolloin altaan pohjaan juntataan paalut, joiden väliin rankaniput asennetaan (kuva yllä). Rankojen tulisi upottuaan ulottua mahdollisimman hyvin altaan vedenpinnan tasolle myös tulvatilanteissa. Kasettiratkaisuissa on suositeltavaa rakentaa vähintään kaksi laskeutusaltaan poikki ulottuvaa, pohjasta tulvakorkeuteen ulottuvaa rakennetta (kuva yllä)[Lähdeviite4].

Puumateriaalin lisääminen laskeutusaltaisiin edellyttää suunnittelijalta ennakointia ja muiden toimijoiden ohjeistamista. Vesiensuojelurakenteen toteuttajan kaivurin varustelutaso vaikuttaa toimintamallissa valittavaan toteutustapaan[Lähdeviite4].

Puumateriaalin lisääminen vesiensuojelurakenteisiin tai rantavyöhykkeille ei vaadi erillisiä ilmoitus- tai lupamenettelyjä. Asentamisessa on kuitenkin huomioitava seuraava:

1. Kun rankanippuja laitetaan ojiin tai laskeutusaltaisiin puupuhdistamoiksi, on noudatettava ojitusta säätelevää vesilain 5 lukua. Rankanipun sijoittamiselle ojaan on saatava maanomistajan lupa. Puupuhdistamon toteuttajilla on käytännössä ojittajan vastuu. Vesilain 5 luvun 7 ja 8 §:n mukaan ojitus on siten toteutettava ja ojaa kunnossapidettävä, ettei aiheuteta muille haittaa mm. vettymisen muodossa.
2. Jos rankanippuja upotetaan vesialueelle esim. järveen tai puroon, tulee siihen olla vesialueen omistavan osakaskunnan suostumus. 

Lisätietoa puumateriaalin hyödyntämisestä vesiensuojelun tehostamisessa:

• Syke.fi: Puumateriaalin lisääminen laskeutusaltaisiin. Toimintamalli suometsien hoitoon(ulkoinen linkki),
• Syke.fi: Puupohjaisilla uusilla materiaaleilla tehoa metsätalouden vesiensuojeluun ja vesistökunnostuksiin.(ulkoinen linkki) PuuMaVesi-hankkeen loppuraportti.