Geologisen Rakenteen Selvitys Tampereen Aakkulanharjun Pohjavesialueella Jatkotutkimukset - Loppuraportti
Total Page：16
File Type：pdf, Size：1020Kb
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Tilaustutkimuksen loppuraportti 22.12.2017 Geologisen rakenteen selvitys Tampereen Aakkulanharjun pohjavesialueella Jatkotutkimukset - loppuraportti GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Tilaustutkimuksen loppuraportti 22.12.2017 Sisällysluettelo Kuvailulehti 1 Johdanto 1 1.1 Yleistä 1 1.2 Aikaisemmat tutkimukset 2 2 Tutkimusmenetelmät 3 2.1 Maaperäkairaukset ja havaintoputkiasennukset 3 2.2 In Situ pohjavesiputkimittaukset 3 2.3 Virtaamamittaukset 5 2.4 Näytteenotto ja analyysit 5 3 Tehdyt tutkimukset 7 3.1 Maaperäkairaukset ja havaintoputkiasennukset 7 3.2 In Situ pohjavesiputkimittaukset 7 3.3 Virtaamamittaukset 8 3.4 Näytteenotto ja analyysit 9 3.4.1 Laaja vesianalyysi 9 3.4.2 Isotooppianalyysit ja seurantatutkimus 9 4 Mallinnukset ja visualisointi 11 4.1 Harjurakennemallin päivitys 11 4.2 Geokemian ja geohydrologian tulosten visualisointi 12 5 Tutkimustulokset 13 5.1 Harjurakenneselvityksen päivitys 13 5.1.1 Kallioperän korkokuva 13 5.1.2 Pohjavedenpinnan taso, virtaussuunnat ja pohjavesivyöhykkeen paksuus 13 5.1.3 Pohjavettä suojaavan irtomaakerroksen paksuus, irtomaapeitteen kokonaispaksuus ja maaperän rakeisuusmääritykset kairauspisteissä 14 5.2 Pohjaveden muodostuminen, varastoituminen ja virtaus 16 5.3 In Situ pohjavesiputkimittaukset 16 5.3.1 Profiilimittaukset 16 5.3.2 Slug-testit 17 5.4 Virtaamamittaukset 17 5.5 Geokemia ja isotoopit 18 5.5.1 Veden laatu 19 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Tilaustutkimuksen loppuraportti 22.12.2017 5.5.2 Pinta- ja pohjaveden vuorovaikutus 20 5.5.3 Strontium 23 5.5.4 Vesien luokittelu ja laatuun vaikuttavat tekijät 25 6 Johtopäätökset ja yhteenveto 29 7 Jatkotoimenpide-ehdotukset 31 8 Kirjallisuusluettelo 32 LIITTEET Liite 1 Näytteenottopisteet ja kairaukset 1:15 000 Liite 2 Mittalinjat 1:15000 Liite 3 Maaperäkartta 1: 15 000 Liite 4 Kallionpinnan taso 1: 15 000 Liite 5 Pohjavedenpinnan taso 1: 15 000 Liite 6 Pohjavesivyöhykkeen paksuus 1: 15 000 Liite 7 Pohjaveden yläpuolisen maakerroksen paksuus 1: 15 000 Liite 8 Irtomaapeitteen kokonaispaksuus 1: 15 000 Liite 9 Painovoimalinjat Kalevankankaan lisätutkimuksesta Liite 10.1–10.4 Havaintoputkikortit Liite 11 Tulkittu kairaustieto Liite 12.1-12.4 Hapen ja vedyn isotooppitutkimukset Liite 13 Happi-vety isotooppitulokset Liite 14.1-14.4 Hapen ja vedyn isotooppianalyysien tulokset kartta Liite 15 Testausselosteet laboratorioanalyyseistä Liite 16 Pohjavesiputkien kemian tilastotietoja Liite 17 Profiilimittaukset Liite 18 Strontiumin isotooppianalyysi kartta Liite 19 Arseenipitoisuus kartta Liite 20 Happipitoisuus kartta Liite 21 Stiff-kaaviot kartta Kannen kuva: Pohjavesiputken GTK 24-14 näytteenottopumppaus kesällä 2016. Kuva: T. Kaipainen, GTK. GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Tilaustutkimus 1 22.12.2017 1 JOHDANTO 1.1 Yleistä Geologian tutkimuskeskuksen (GTK) Pohjavesi–yksikkö teki vuosina 2014–2015 geologisen rakenneselvityksen (Ahonen et al. 2015) Aakkulanharjun pohjavesialueelle (Kuva 1). Harjurakenneselvitys ei pystynyt antamaan muuta selitystä pohjavesialueen pinta-alaan nähden suurelle vedenottopotentiaalille, kuin että vettä täytyy muodostua pohjavedeksi sateen imeytymisen lisäksi myös pintavedestä ja kallioperästä laajemmalta alueelta kuin pohjavesialueen nykyiset rajat antavat ymmärtää. Veden syntyperä päätettiin selvittää tutkimuksin, jotka toteutettiin uutena yhteistyöprojektina vuosina 2015–2017. Tämä raportti on projektin loppuraportti ja täydentää väliraportin tulokset isotooppiseurantatutkimuksen tuloksilla. Isotooppitutkimuksella tarkennettiin vuosien 2011 (Tiljander & Kortelainen, 2004) ja 2016 selvitystä rantaimeytymisen määrästä pohjavesimuodostumasta pumpattavassa vedessä. Uutena menetelmänä testattiin strontiumin isotooppikoostumuksen soveltuvuutta kalliopohjaveden tunnistamiseen muodostumassa. Jatkotutkimuksen aikana tehtiin pohjavesialueen rakennetutkimuksen lisätutkimus painovoimamittauksia hyödyntäen luoteeseen Kalevankankaan suuntaan (Kaipainen & Valjus, 2017). Väliraportissa esitellyt rakennetutkimuksen kartat ja tulkinta on nyt päivitetty Kalevankankaan osalta. Kuva 1. Tutkimusalueen sijainti. Kuva: T.Kaipainen, GTK. GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Tilaustutkimus 2 22.12.2017 Jatkoselvityksen ovat rahoittaneet Tampereen Vesi liikelaitos, Tampereen kaupunki ja Geologian tutkimuskeskus. GTK:ssa tutkimuksen organisoinnista ja toteutuksesta ovat vastanneet geologit Jussi Ahonen, Olli Sallasmaa ja Tiina Kaipainen. Pohjavesialueen rakenteen mallinnuksista ja niiden tulkinnoista on vastannut geologi Olli Sallasmaa. Geokemiallisen ja isotooppiaineiston mallinnuksesta ja tulkinnasta sekä tutkimuksen raportoinnista ovat vastanneet geologi Tiina Kaipainen ja erikoistutkija Nina Hendriksson. Vesinäytteistä ja pohjavesiputkien hydrologisista testauksesta sekä purojen virtaamamittauksista on vastannut tutkimusassistentti Arto Pullinen ja maaperäkairauksien valvonnasta tutkimusassistentti Janne Tranberg. 1.2 Aikaisemmat tutkimukset Kaipainen, T. & Valjus, T. 2017. Aakkulanharjun ja Kalevankankaan pohjavesialueiden välisen rajan lisäselvitys. Arkistoraportti 39/2017. Geologian tutkimuskeskus, Espoo. Kaipainen, T., Hendriksson, N., Sallasmaa, O. ja Pullinen, A. 2016. Geologisen rakenteen selvitys Tampereen Aakkulanharjun pohjavesialueella Jatkotutkimukset. Arkistoraportti 71/2016. Geologian tutkimuskeskus, Espoo. 28 s., 16 liitettä. Ahonen, J., Sallasmaa, O., Valjus, T., Nurminen, T., Majaniemi, J., Tranberg, J., Pullinen, A., Rantataro, J., Pajunen, M., Backman, B ja Friman, T. 2015. Pohjavesialueen geologisen rakenteen selvitys Aakkulanharjun pohjavesialueella Tampereella. Arkistoraportti 109/2015. Geologian tutkimuskeskus, Espoo. 32s., 11 liitettä. Tiljander, M. & Kortelainen, N. 2004. Hapen ja vedyn isotooppikoostumus Tampereen Vehoniemen-Isokankaan harjualueen ja Messukylän pinta- ja pohjavesissä. Tutkimusraportti. Geologian tutkimuskeskus, Espoo. 10 s., 2 liitettä. Kallioperäkarttojen (1:100 000), maaperäkarttojen (1:100 000 ja 1:20 000) ja maastokartan (1:20 000) lisäksi käytettävissä oli pohjavesipintahavaintoja tutkimusalueella sijaitsevista pohjaveden tarkkailuputkista (Suomen Ympäristökeskus 2017). GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Tilaustutkimus 3 22.12.2017 2 TUTKIMUSMENETELMÄT 2.1 Maaperäkairaukset ja havaintoputkiasennukset Porakonekairaus on erittäin käyttökelpoinen kairausmenetelmä (Rantamäki et al. 1990), kun tutkimuskohteen maakerrospaksuudet ovat huomattavat ja maaperä on karkearakeista. Porakonekairauksella saadaan luotettava tieto kallionpinnan asemasta. Kairaus tehdään poraamalla samanaikaisesti tangolla ja suojaputkella kallionpintaan saakka (Kuva 2). Kallion tavoittamisen jälkeen kalliovarmistus (3 m) tehdään vielä tankoporauksella. Porakonekairausten yhteydessä voidaan ottaa myös (häiriintyneitä) maanäytteitä tyhjentämällä kairauksissa käytettyä suojaputkea ilmahuuhtelulla. Häiriinty- mättömiä näytteitä voidaan ottaa erityisillä putkiottimilla. Kuva 2. Porakonekairaus ja havaintoputki-asennus. Kuva: A. Eskelinen, GTK. 2.2 In Situ pohjavesiputkimittaukset Pohjavesiputkikohtaiset In Situ-mittaukset antavat lisätietoa pohjaveden geokemiasta ja alkuperästä. Mittausmenetelminä ovat geokemialliset profiilitutkimukset (sähkönjohtavuus ja lämpötila) ja vedenjohtavuustutkimukset (Slug-testit). Geokemiallisella profiilitutkimuksella eli pohjaveden lämpötilan ja sähkönjohtavuuden syvyysmittauksilla, voidaan varmentaa parhaiten näytteenottoon soveltuvat putket ja tutkia putken eri kerrosten lähiympäristön veden johtavuutta ja vaihtuvuutta. Tarvittaessa profiilimittauksia voidaan täydentää happi, pH ja REDOX-potentiaalin mittauksin. Jatkuvan geokemiallisen profiilin mittaus suoritetaan laskemalla putkeen mittausanturia tasaisella nopeudella. Tyypillinen nopeus on 0,5 - 2 metriä minuutissa. Anturi on yhdistetty kaapelilla tietokoneeseen, josta mittaustuloksia voi lukea reaaliaikaisesti. On tärkeää, että pohjavesiputken vettä ei sekoiteta ennen mittausta ja mittauksen aikanakin mahdollisimman vähän. Tällöin eri kerrokset saadaan luotettavimmin näkyviin. Suuri anturi, jonka halkaisija lähestyy putken läpimittaa saattaa toimia putkessa männän tavoin sekoittaen vettä, siksi GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Tilaustutkimus 4 22.12.2017 profiilimittauksiin valitaan mahdollisimman kapea anturi. GTK:lla käytössä olevan sähkönjohtavuutta, lämpötilaa ja syvyyttä mittaavan AquaTroll 200 loggerin halkaisija on 18 mm. Slug-testeillä mitataan pohjavesiputkikohtaista vedenläpäisevyyttä (K-arvo). Testi antaa kokonaiskuvan putken siiviläosan vedenjohtavuudesta putken välittömässä läheisyydessä olevasta maaperästä. Testissä pohjavedenpinnan vaihtelua seurataan reaaliaikaisesti tietokoneelta pohjavesiputkeen asennettavalla paineanturilla. Testissä käytettiin muovitankoa, joka syrjäyttää vettä kun se on pohjavesiputkessa. Slug-testistä on GTK:lla käytössä kaksi menetelmää; falling head tai rising head – testi. Falling head -testissä tanko pudotetaan nopeasti veteen ja seurataan vedenpinnan palautumiskäyrää. Vettä nousee tangon pudotuksen seurauksena pohjavedenpinnan yläpuolelle ja palautuu siivilärakojen kautta maaperään. Rising head testissä puolestaan tanko lasketaan ensin hitaasti veteen, odotetaan että vedenpinta on tasaantunut ja vetäistään tanko sitten nopeasti ylös ja seurataan vedenpinnan palautumistumiskäyrää. Yleensä käytetään Rising head testiä, jossa pohjavedenpinnan muutos tapahtuu pohjaveden pinnan alapuolisessa osassa tutkittavaa pohjavesisysteemiä. Rising head- testi voidaan tehdä tangon sijaan myös noutimella eli vesinäytteenottimella jossa on palloventtiili. Palautumiskäyrästä laskettiin vedenjohtavuus AqTeSolv 4.5 Pro ohjelmalla.