Kanta-Kauhavan jätevesiverkoston vuotovesien kartoitus virtaamien ja sadanta-aineiston tilastollisen analyysin avulla

Työn tavoitteena oli vuotovesimäärien kartoitus Kanta-Kauhavan alueella perustuen jäteveden pumppaamoiden virtaaamadataan sekä sadanta- ja lumensyvyystietoihin. Vuotovedet pyrittiin myös jaottelemaan suotautuviin ja pintavaluntana vuotaviin vuotovesiin tilastollisen suodatinmenetelmän avulla niiden pumppaamoiden osalta, joissa dataa on saatavilla tarpeeksi laajalta aikaväliltä. Tässä työssä vuotovesillä tarkoitetaan jätevesiverkostoon vuotavia hulevesiä, perustusten kuivatusvesiä ja suotautuvia pohja- ja vajovesiä. Vuotovedet päätyvät jätevesiverkostoon rikkinäisistä tai alaville alueille sijoitettujen tarkastuskaivojen kautta, kiinteistöjen laittomista hulevesiliitännöistä tai suotautumalla rikkinäisten putkien tai epätiiviiden putkiliitosten kautta. Vuotovesien osuudet jätevedenpumppaamoiden kokonaisvirroista voivat olla merkittäviä ja ne aiheuttavat ongelmia, kuten jätevesiverkoston kapasiteetin ylittymistä, ohijuoksutuksia, rakenteiden ja laitteiston ennenaikaista kulumista, ylimääräisiä kustannuksia sekä puhdistusprosessin puhdistustehon heikkenemistä. Jätevedenpumppaamoiden datasta määritettiin niiden minimivirtaamatasot ja suotautuvien vuotovesien määrät. Minimivirtaamatasojen ja suotautuvien vuotovesimäärien perusteella laskettiin varsinaisten jätevesivirtaamien, suotautuvien vuotovesivirtaamien ja pintavaluntana vuotavien vuotovesivirtaamien osuudet jätevedenpumppaamoiden kokonaisjätevesivirtaamista. Pumppaamokohtaisen tarkastelun avulla jätevesiverkosto oli mahdollista jakaa pienempiin osa-alueisiin ja merkittävimmät ongelmakohdat saatiin rajattua tarkemmin. Jätevesivirtaamien ja eri muuttujien välisiä korrelaatioita tutkittiin Spearmanin ja Kendallin korrelaatioiden avulla. Korrelaatiokertoimia verrattiin virtaama/sadanta-kuvaajista tehtyihin havaintoihin ja tutkittiin kuinka hyvin eri muuttujien korrelaatiot antavat tietoa vuotovesien pääsystä jätevesiverkostoon. Tulosten perusteella vanhoilla alueilla suotautuvien vuotovesien määrä oli merkittävästi suurempi kuin 2000-luvulla rakennetuilla alueilla. Uusimpien alueiden vuotovesitarkastelussa kuitenkin havaittiin, että niiden valuma-alueella jätevesiverkostoon päätyy selvästi suurempia määriä vuotovettä pintavaluntana kuin mitä pitäisi. Erityisesti Hemmingintien, Kalliokoskentien, Matsompin ja Isosompin alueilla sateet aiheuttavat kasvupiikin jätevesivirtaamaan. Lisäksi Isosompin alueella vuotovettä suotautuu jätevesiverkostoon verkoston nuoresta iästä huolimatta. Ruotsalan jätevedenpumppaamo erottuu muista 2000-luvun puolella rakennetuista jätevedenpumppaamoista, koska sen jätevesivirtaama ei kasva merkittävästi sateiden vaikutuksesta. Sen sijaan sulamisvedet aiheuttavat merkittävimmät jätevesivirtaaman kasvut Ruotsalan alueella. Suurimmat vuotovesiosuudet löytyivät Luomasen, Riihimäen ja Fräntilän jätevedenpumppaamoiden alueilta. Korrelaatiokertoimet osaltaan tukivat kuvaajista tehtyjä havaintoja. Tutkituista muuttujista jätevesivirtaaman kanssa korreloi parhaiten lumenpinnan aleneminen ja seitsemän päivän kumulatiivinen sadanta. Korrelaatiokertoimien arvot jäivät kuitenkin kohtalaisen alhaisiksi ja ne eivät yksinään selitä jätevesivirtaaman kasvua. Korrelaatiokertoimien arvot eroavat kuitenkin toisistaan verrattaessa vuotavien alueiden korrelaatiokertoimia vähän vuotavien alueiden vastaaviin. Esimerkiksi kumulatiivisen sadannan korrelaatiokertoimien arvot olivat selvästi pienempiä alueilla, joilla suotautuvien vuotovesien osuudet olivat matalia. Työssä selvinneiden tulosten perusteella vuotovesilähteiden tutkintaa voidaan kohdentaa alueille, joilla vuotovesien osuudet ovat merkittävimpiä. Lisäksi työssä selvitettyjen suotautuvien vuotovesien osuuksien ja pintavaluntana vuotavien vuotovesien osuuksien perusteella voidaan päätellä merkittävimpien vuotovesimäärien vuotoreittejä ja tämän perusteella voidaan valita sopivimmat jatkotutkimusmenetelmät. Työssä saatuja tuloksia voidaan myös hyödyntää tulevaisuudessa vertailupohjana esimerkiksi tutkittaessa saneerausten vaikutusta vuotovesien määrään tietyillä alueilla.The objective of this thesis was to examine infiltration and inflow (I/I) amounts in sewer network of Kauhava area based on wastewater hydrographs, precipitation and snow depth information. Wastewater hydrographs are also divided into infiltration and inflow waters by using filtering method, which provides information about leaking types. Inflow water is urban runoff that enters sanitary sewers from roof and yard drains and other faulty connections. Infiltrated water is groundwater entering the sanitary sewer through the defect pipe joints, cracked pipes and manholes. The amount of I/I waters can be significant and they cause multiple problems, such as decrease of sewer capacity, overflows, increasing operating costs and decreased treatment results. Theory part of the thesis discussed the structure of sewer systems and I/I water and their examination methods. In the study part pump station data was examined and compared to precipitation and snow depth information by drawing graphs and calculating correlation coefficients. Data of pump stations was also used to determine minimum discharge levels and the amounts of infiltrating leakage water, which allows to define proportions of infiltration flow, inflow and wastewater flow in pump stations. Sewer network was divided into smaller sections according to pump stations so the most defective areas could be confined. Correlations between wastewater flow and weather variables were studied by calculating Kendall’s and Spearman’s correlations and the results were compared to observations made from the graphs. The results indicated that the amount of infiltration into sewer system is remarkably higher in old residential areas. The amount of infiltration is clearly lower in the residential areas built after 2000’s. However, amounts of inflow were higher than supposed in newly built residental areas. Especially in the areas of Hemmingintie, Kalliokoskentie, Matsomppi and Isosomppi precipitation significantly increases the flow in the pump stations. In Isosomppi area infiltration into sewer system also occurs. Ruotsala is the only area where precipitation does not increase sewer flow notably. The highest I/I water proportions were found at the areas of Luomanen, Riihimäki and Fräntilä. Correlation coefficients supported partially the observations made from the graphs. In general, the highest correlation between wastewater flow and weather variables were achieved with seven-day cumulative precipitation and decrease of snow depth. However, the correlations were relatively low and they do not explain the increase of wastewater flow alone. There was still a clear difference in correlation coefficients between leaky and intact areas. For example, correlations of cumulative precipitation were distinctly lower in the areas were infiltration did not exist remarkably. Based on the results of this study, further field examinations to locate most significant I/I sources can be performed. The proportions of infiltration and inflow were separated, which enables selection of field examination types. The results found in this study can also be used as a reference in the future. For example, it will allow to define the effects of renovation