Mäkinen Joni FT, Luonnonmaantieteen yliopistonlehtori Maantieteen ja Geologian laitos, Turun yliopisto

Transkriptio

1 Pohjavesialueiden Rakenneselvitykset Mäkinen Joni FT, Luonnonmaantieteen yliopistonlehtori Maantieteen ja Geologian laitos, Turun yliopisto

2 Hydrogeologisen tutkimuksen vaiheet Kolme mallinnusvaihetta: Need for development of first order, exploratory geological models before embarking on expensive data collection programs for site investigations. ) Geologinen 2) Hydrostratigrafinen 3) Pohjaveden virtaus

3 Sedimentologisen ja geomorfologisen aineiston tulkinta yhdessä muun tutkimustiedon kanssa luo luotettavan ja taloudellisen menetelmäkokonaisuuden pohjavesivarojen hyödyntämiseen ja suojeluun (Pohjavesitutkimusopas 2005 / Johdanto, P. Seuna). opintonsa aloittavalle saattaa muodostua kuva, että glasifluviaalisten muodostumien syntytapahtumat ja olosuhteet ovat monimuotoisuudessaan ikään kuin läpipääsemätön viidakko. Näin ei suinkaan ole. On löydettävissä paljon säännönmukaisuuksia, jatkuvuuksia ja rakenteita, joiden avulla voidaan hahmottaa kokonaiskuvaa sekä sedimentaatiotapahtumasta että sen tuotteista (Pohjavesi ja pohjaveden ympäristö. E. Mälkki, 999).

4 Pohjavesialueen sedimentologinen rakenneselvitys: Perus- ja maaperäkarttatulkinta, deglasiaatiohistoria Ilmakuva- ja laserkeilausaineiston tulkinta Syvätutkimustieto Huom! Alueen koko! Kairaukset/pohjavesiputket Geomorfologinen kartoitus = alueellinen referenssitieto Painovoimamittaukset Suora referenssitieto Kentällä: - Muodostumien morfologian tarkistus - Muodostumien aines - Pinnan kivisyys - Siirtolohkareet, avokalliot - Paleovirtausuomat - Rantamuodostumat Sedimentologia Maaperän leikkaushavainnot/fasiesmallit Geofysiikka edellä maatutka 00 Mhz ja/tai MHz Maatutkalinjojen sedimentologinen tulkinta Rakenteen pääyksiköt ja Kerrostumisvaiheet = SYNTEESI

5 Maatutkaluotaus it is all about water! 5-0 km / vrk Köyliö : GTK 40 MHz antenni Page 5 Karkkila : Leevi Koponen & Terho Mäkinen Geo-Work Oy 00 MHz antenni Virttaankangas : GTK

6 Tutkaantenni 00 MHz Huom! Topografian vaikutus : Kerrokset luonnossa suoria! Pv = 88 m PF2 vertailu.. harju kallio Mr? 25 m kallio Mr? Käännös 40 MHz Pohjavesipinta tasolla 88 m PF2 25 m harju Pv 83 m Kallio (rikkonainen) Kallio + Mr? kallio Jyrkkä kalliokontakti

7 Terävänsyrjänharju rajautuu jyrkästi nousevaan kallioon. Kallio- ja pohjavesipinta tippuvat alle 72 m tason (vrt. kairaus FCG_3). Jään liikesuunta Linja Linja 0 FCG_2, kuiva ka = 93,3 m Mr Si Mr Ka Supan reunaa Siltti pv kallio Kallio n. 84 m mpy?? Kallio (kaltevuus > 45 astetta) Viereisillä linjoilla kallion taso n mpy Page 7

8 Tutkalinjojen Design DIABAASI RAPAKIVI Köyliö: Harjuakviferin sijainnin tutkaus suhteessa hiekkakivikontaktiin 40 MHz +(00 MHz) tutkaus,5 vrk Utti: Reunamuodostuman rakenteen tutkaus Virttaankangas: Harjuakviferin tutkaus Kaivot 00 MHz tutkaus vrk Imeytetyn veden virtauskuva (26 viikkoa) Imeytysaltaat Tutkalinjat 00 MHz tutkaus 3 vrk

9 Maatutkarakenteiden 3-D tulkintaa Virttaankangas Kahden peräkkäisen harjulaajentuman fan loobit 20 m

10 Karkkila - POLARI - Toivike I -luokan pohjavesialueen rajauksen muutos Maatutkaa 9,4 km (2 päivää) Linja 5 NESTE A24/D Aiempi pv-alueen rajaus Uusi pv-alueen rajaus Kartta-aineisto ja maastotarkastelu aiemman rajauksen perustana. Pohjavesialue ei maatutkaluotauksen ja referenssikairausten perusteella ole luokaltaan I-luokkaa, ainakaan suurelta osin >>> Rajaukset (pv-alueen ja muodostumisalueen raja) syytä tarkistaa!

11 Karkkila - Maatutkaluotaus ja referenssidata Linja 5 Kalliopaljastuma piha-alueen leikkauksessa Linja 3 Referenssikairaukset FCG 5 ja 6 Linja 3 Reunamoreenileikkaus

12 Hydrogeologiset yhteydet? - Vaihe 2 Maatutkalinjat 40 MHz, 203_vaihe 2 Maatutkalinjat 00 MHz, 202_vaihe = avokallio

13 Maatutkaluotaus ja referenssiaineisto Multamäki, Savonlinna (kairaukset tehty aiemmin) Delta topsets (vesisyvyys n. 20 m), progradadoivan deltan edustan hiekka ja siltti, ylinnä uomat (huom! Poiskaivettu osa aluetta) Sulamisvesivirtausten jakautuminen kaakkoon ja itään Pv montun pintaosan hienossa aineksessa Hk HHk SiHk Mr (Lo) Hk (Kallio-) ja moreenikynnys Silttikerros, Kallistuu suolle. Vrt. havainnot kaatopaikan alueelta (vrt. linja ) SiHk Mr Hp6/09 Ka 63 pv 83,5 Hp2/0 Ka 7 pv 83,5 (vrt. linja 3) Hp3/0 Ka 77,5 pv 84,5 Kairaus hieman sivussa nousevan kalliopinnan suuntaan (vrt. linja 4) Karkeampi hiekka tasolle n. 80 m mpy (sis. kaukalomaisia rakenteita) Vrt. koepumppauksen vaikutusaluetta

14 Maatutkaluotaus ja referenssiaineisto Isokangas, Kangasala 32 Ka 08 m, pv 09 m (potero) 30 Ka 94 m, pv 0.5 m 33 Ka 05 m, pv 05 m (potero) Kalliorako Kallio

15 Sedimentologinen Informaatio Akviferien karakterisoinnisssa (aquifer characterization). Geologinen konseptuaalinen malli 2. Aineistojen sedimentologinen tulkinta - Kerrostumien kuvaus ja luokittelu - Vertikaaliset ja lateraaliset muutokset - Deformaatiorakenteet ja kairausten korrelointi - Moreeni Diamiktoni ongelma? - Rantavoimien työ? 3. Kerrostumismalli & Kerrostumisvaiheet 4. Kolmiulotteinen hydrogeologinen malli Pohjaveden virtauksen mallinnus

16 Geologinen konseptuaalinen malli - Harju (sedimentologinen informaatio saattaa puuttua) Harju (subakvaattinen alue ) 2 3 Morfologisesti samanlaisilla harjuilla on usein erilainen sisäinen rakenne ja ainesvaihtelu! Harjuydin Savea Kallio Moreeni Rakenteellisesti vaihtelevin osa! Soraa ja hiekkaa Rantakerrostumaa Tärkeimmät yksiköt:. Harjukerrostumat (ydin ja vaippa ) 2. Veteen kerrostuneet postglasiaaliset savet 3. Rantaeroosio ja kerrostumat

17 Sedimentologinen rakennetulkinta = Kerrostumien systemaattinen kuvaus ja luokittelu, jonka avulla () tulkitaan prosessit ja kerrostumisympäristöt, jotka selittävät muodostumien synnyn (2) rakennetaan paikallinen kerrostumismalli (-vaiheet), jonka tulee: - Selittää kaikki data ja havainnot - Ennustaa geologinen rakenne ja aines missä tutkimuksia on vähän - Ohjata jatkotutkimuksia ( yleensä kalliita! ) - Olla käsitteellinen geologinen malli pohjavesimallinnukselle

18 Lähde: Geologian Tutkimuskeskus harju ydin sulamisvesiuoma jää sandurosa Lähteelä, Savonlinna kallio moreeni 0 Harjuaines Harju ydin Saimaan jääjärvi Hautautunut jää > supat Jään reuna-asema 3 Jään reuna-asema 2 Jään reuna-asema

19 KERROSTUMISMALLI HYDROGEOLOGISET PÄÄYKSIKÖT 2. Säkylänharju-Virttaankangas saumamuodostuma syvän veden savet Maankohoamisesta johtuva veden pinnan lasku ja harjun kuluminen. Harjuosa 3. Rantakerrostumaa Orsivesi Pääakviferi

20 Häiriörakenteet, piilosupat ja kairaustiedon korrelointi Alkuperäisen morfologian muutos tulee huomioida rakennetulkinnoissa! rantakerrostumaa khk siirroksia hksr kiviä ei alkuperäinen lateraali muutos KAIRAUS A KAIRAUS B

21 Piilosupparakenteita Virttaankankaalla Kankaanjärvi Pohjaveden virtausmallin solu 50 x 50 m

22 Moreeni vaiko Diamiktoni? Pernunnummen sandurdeltaa Diamiktoni sandurin pinnalla? ) Moreeni >> Jäätikön eteneminen? 2) Massavirtaus - Debris flow? Maaperäkartalla moreenipeite Photo by J.-P. Palmu

23 Rantavoimien työ! Hämeenkangas Maan pinta Mikko Seppälä, SW-Finland Environment Centre N TUTKALINJA Spit 00 m kerrostumia Anne Lindholm 200 Turun Yliopisto RANTATASANNE ORSIVESI

24 Voimakas rantaeroosio HARJU Pohjavesi 05 m mpy Särkkä - Spit Hieno Hk Sa-Si Rantahiekkaa Hämeenkangas Rantatasanne Orsivesi 5 m mpy Hieno Hk

25 900 Harjudeltojen kerrostumisvaiheita Nummi-Pusulassa Kallioaltaiden vaikutus kerrostumiseen Rakenne- ja kerrostumisvaihetulkintaan perustuvat Hydrauliset johtavuudet (suhteellisina arvoina) Keräkankareen pohjavesimallin K-arvo kartta (50 x 50 m ruutukoko) / Mv K / / / Mv / Mv / K Mv / / /97 Mv Mv Mv Mv Mv / Mv / Mv Mv Mv / / Mv / Mv Liite A Joni Mäkinen korjattu versio

26 Topset Foreset Maatutka sorakuoppaa Bottomset

27 Fasiesmalli glasifluviaalinen delta (tulkinnan työkalu) Yksinkertaistettu, universaali kuvaus muodostuman synnystä, ominaisuuksista ja kehityksestä tietyssä kerrostumisympäristössä (ei paikallinen yhteenveto) Gilbert-tyypin delta Facies model is an answer NOT the answer! Hjulström-tyypin delta Menzies 2002

28 Deltan kerrostumisvaiheiden tulkintaa Laserkeilaus - varjostettu korkeusmalli 2x2 m (0.3 m) - GTK Maankamara -palvelu

29 Hydrogeologinen mallinnus The Turku Region Artificial Infiltration Project, Finland Tools for Enhanced Aquifer Characterization (200) Aki Artimo, Sami Saraperä, Osmo Puurunen, Joni Mäkinen

30 Harjun rakennemalli = geologinen ymmärrys! Maatutkalinjat Fan lobe 3 PIILOSUPPA Fan lobe 4 Fan lobe 5 Kuoppahavainnot Kairaukset / pohjavesiputket Maatutkalinjat

31 Harjun rakennemallin ja pohjaveden virtausmallin yhdistäminen (solukokoon 50 x 50 m) Pohjaveden päävirtaussuunta Kaivot Imeytysaltaat + veden kertomaa = Merkkiainekokeet = Hapen isotoopit Imeytyksen, viipymän ja pumppauksen kontrollointia

32 Virttaankankaan kallioruhjeen paksut kerrostumat? Kallioruhje + kerrostumia > 00 m Liikkuva heijastusseisminen luotaus (HRSR) : Uppsalan yliopisto / GTK / TY 204-5

33 Kallio Kallioruhje 200 m P-aalto tuottaa tärkeimmän datan kerrostumien rakenteen tulkintaan. Tutkattu osa 20 m Kerrospaksuus noin 80 m Harjuydin m paksu 00 m leveä S-aallot tarkentavat tulkintaa kun pohjavesipinta on lähellä maanpintaa (<0 m)

34 Virttaankangas Northwestern HRSR survey line : km borehole borehole HARJUYDIN PIILOSUPPA FAN LOOBI borehole boreholes Steep rise in bedrock towards SE

35 Maatutka-Sedimentologia: sitoo yhteen muun tutkimusaineiston antaa avaimet ymmärtää muodostuman rakennetta ja sen vaikutusta pohjaveden virtaukseen auttaa pohjavesialueiden ja pohjavesimallien kalibrointi- ja K-vyöhykkeiden rajauksessa nopeuttaa pohjavesimallien laadintaa toimii pohjatietona tarkemmille tutkimuksille tuo kustannussäästöjä