Nokian Maatialanharjun pohjavesialueen geologinen rakenneselvitys

Transkriptio

1 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys Nokian Maatialanharjun pohjavesialueen geologinen rakenneselvitys

2 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS KUVAILULEHTI Tekijät Tiina Kaipainen, Tuire Valjus / GTK/41/03.01/2017 Raportin laji Tilaustutkimus Toimeksiantaja Pirkanmaan ELY-keskus, Nokian kaupunki, Nokian Vesi Oy, Tampereen Vesi Liikelaitos Raportin nimi Nokian Maatialanharjun pohjavesialueen geologinen rakenneselvitys Tiivistelmä GTK on tehnyt geologisen rakenneselvityksen Maatialanharjun pohjavesialueelle ( A). Tutkimuksessa selvitettiin kallionpinnan korkokuvaa, pohjavedenpinnan tasoa ja virtaussuuntia sekä harjumuodostuman syntyvaiheita. Tutkimusmenetelminä käytettiin kairauksia, painovoimamittauksia, maatutkaluotausta ja maastokartoituksia. Kallionpinta vaihtelee pohjavesialueella välillä m mpy. ja kallio nousee pohjavedenpinnan yläpuolelle ainakin ajoittain vedenottamon läheisyydessä. Pohjavesivyöhykkeen paksuus vaihtelee tutkimusalueella nollasta jopa 35 metriin. Pohjavesivyöhyke on paksuimmillaan kallion painanteilla Maaveräjänlahden kohdalla sekä pohjavesialueen itäosassa. Pohjaveden pinta on korkeimmillaan Viikinharjulla josta se laskee kohti Maatialan vedenottamoa. Pohjavesi on muodostuman itäosassa laajalla alueella noin tasolla 77m mpy ja virtaussuunta on kohti vedenottamoa. Vihnusjärven vettä imeytetään Viikinharjuun. Järven vettä imeytyy harjuun myös rantavyöhykkeestä. Vihnusjärven pinta on pohjavedenpintaa ylempänä. Pohjavettä suojaavan maakerroksen paksuus on pääosin yli 5 metriä ja harjun luonnollisilla osilla jopa yli 35 metriä. Kallion päällä olevan irtomaakerroksen kokonaispaksuus on jopa yli 40 metriä. Asiasanat (kohde, menetelmät jne.) Pohjavesialue, geologinen rakenneselvitys, Nokia, Maatialanharju, Viikinharju Maantieteellinen alue (maa, lääni, kunta, kylä, esiintymä) Suomi, Pirkanmaan lääni, Nokia, Maatialanharjun pohjavesialue ( A) Karttalehdet M4212E, M4212C, ja Muut tiedot Arkistosarjan nimi Arkistoraportti Arkistotunnus 47/2018 Kokonaissivumäärä 18 s., 46 liites. Kieli suomi Hinta Julkisuus Julkinen Yksikkö ja vastuualue GTK PVI Hanketunnus Allekirjoitus/nimen selvennys Allekirjoitus/nimen selvennys Jussi Ahonen yksikön päällikkö Tiina Kaipainen projektipäällikkö

3 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys Sisällysluettelo Kuvailulehti 1 Johdanto Yleistä Aikaisemmat tutkimukset 2 2 Tutkimusalueen kuvaus Harjumuodostumien syntymekanismeista Maatialanharjun pohjavesialue 5 3 Tutkimusmentelmät Maastokartoitus Maaperäkairaukset ja havaintoputkiasennukset Painovoimamittaus Maatutkaluotaus Pohjaveden pinnankorkeuden seuranta 7 4 Tehdyt tutkimukset Maastokartoitus Maaperäkairaukset ja havaintoputkiasennukset Painovoimamittaus Maatutkaluotaus 11 5 Mallinnukset ja visualisointi 12 6 Tutkimustulokset Kallioperän koostumus, rakenne ja korkokuva Maaperän koostumus Pohjaveden muodostuminen, varastoituminen ja virtaus 16 7 Johtopäätökset ja yhteenveto 17 8 Kirjallisuusluettelo 18

4 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys LIITTEET Liite 1 Mittauslinjat ja kairauspisteet 1: Liite 2 Maaperäkartta 1: Liite 3 Kallionpinnan taso 1: Liite 4 Pohjavedenpinnan taso 1: Liite 5 Pohjavesivyöhykkeen paksuus 1: Liite 6 Pohjaveden yläpuolisen maakerroksen paksuus 1: Liite 7 Maaperän kokonaispaksuus 1: Liite 8 Painovoimamittausten tulkintaprofiilit Liite 9 Havaintoputkikortit Liite 10 Tulkittu kairaustieto Liite 11 Rakeisuusanalyysien tulokset Liite 12 Poikkileikkaukset Kannen kuva: Nokian harju Mustavuoren laskettelurinteeltä kohti Maatialanharjun pohjavesialuetta, toukokuussa Kuva: Janne Tranberg, GTK.

5 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys 1 1 JOHDANTO 1.1 Yleistä Geologian tutkimuskeskuksen (GTK) Pohjavesi yksikkö on tehnyt geologisen rakenneselvityksen tärkeälle Maatialanharjun pohjavesialueelle ( A). Pohjavesialue sijaitsee Nokialla (kuva 1). Projektin ovat rahoittaneet Pirkanmaan ELY-keskus, Nokian Kaupunki, Nokian Vesi Oy, Tampereen Vesi Liikelaitos ja Geologian tutkimuskeskus. GTK:ssa tutkimuksen organisoinnista ja toteutuksesta ovat vastanneet Pohjavesiyksikön päällikkö Jussi Ahonen ja geologi Tiina Kaipainen. Pohjavesialueen rakenteen mallinnuksista, niiden tulkinnoista ja tutkimuksen raportoinnista on vastannut geologi Tiina Kaipainen. Painovoimamittauksista sekä niiden tulkinnasta on vastannut geofyysikko Tuire Valjus. Maatutkaluotauksista ja niiden tulkinnasta on vastannut maanmittausinsinööri Juha Majaniemi. Maaperäkairauksien valvonnasta ja maaperänäytteiden seulonnasta on vastannut tutkimusassistentti Janne Tranberg. Kuva 1: Tutkimusalueen sijainti.

6 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys Aikaisemmat tutkimukset Pöyry Environment, Maatialan pohjavesialueen suojelusuunnitelma Pöyry, Maatialanharjun pohjavesialueen isotooppitutkimus. Nokian kaupunki. 13 s. Matisto, A Tampereen kartta-alueen kallioperä. Kallioperäkartan selitykset. Karttalehti Geologinen tutkimuskeskus. Espoo. 50s. Kallioperäkarttojen (1: ), maaperäkarttojen (1: ja 1:20 000) ja maastokartan (1:20 000) lisäksi käytettävissä oli pohjavesipintahavaintoja tutkimusalueella sijaitsevista pohjaveden tarkkailuputkista (Suomen Ympäristökeskus 2018).

7 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys 3 2 TUTKIMUSALUEEN KUVAUS 2.1 Harjumuodostumien syntymekanismeista Mannerjäätikön sulamisvesien vaikutuksesta syntyneitä glasifluviaalisia eli jäätikköjokimuodostumia ovat pitkittäisharjut, deltat sekä ns. lajittuneet sauma- ja reunamuodostumat kuten esim. Salpausselät. Yleisesti puhutaan kuitenkin harjumuodostumista, jotka ovat materiaaliltaan pääasiassa hiekkaa ja soraa, Suomessa harjumuodostumat kattavat maapinta-alasta noin 2,2 % (Mälkki 1999). Jäätikköjoet syntyvät mannerjäätikön sulamisvesien hakeutuessa jäätikön sisään ja pohjalle, missä ne virtaavat kohti jäätikön reunaa purkautuen lopulta sen edustalla. Suurten jäätikköjokien valuma-alue on saattanut olla jopa yli km 2 (Mälkki 1999), joten myös sulamisvesimäärät ovat olleet suuria. Merkityksellistä jäätikköjokien kerrostamistapahtumassa on myös jäätikön edustan vedensyvyys. Pitkittäisharjun poikkileikkauksessa kerrossuhteet ja raekoko ovat vaihtelevia, mutta muodostuman pituussuunnassa rakenteen ja aineksen vaihtelu on yleensä vähäisempää. Syntytavasta johtuen harjun keskivaiheilla voi olla koholla oleva karkeampi ydinosa, josta muodostuma ohenee reunoja kohti symmetrisesti tai epäsymmetrisesti, maa-aineksen muuttuessa samalla hienorakeisemmaksi. Mannerjäätikön perääntymisvaiheessa jäätikkömassan alle muodostuu jäätikön liikesuuntainen jäätikköjokitunneli, jossa esiintyy kerääntyneiden sulamisvesien voimakkuudeltaan vaihtelevia virtauksia, suurelta osin paineellisissa olosuhteissa. Alkuvaiheessa, tunnelin poikkileikkauksen ollessa pienehkö, jäätikköjoen lajitteluvoima on suurimmillaan. Tällöin tapahtuu karkean aineksen kerrostumista sekä hienomman aineksen huuhtoutumista ja harjuytimen pääosa muodostuu (kuva 2). Tällaiset ytimet ovat tavallisesti koko harjun poikkileikkaukseen nähden pieniä. Niiden aineksen laatu vaihtelee yleensä soraisesta hiekasta kiviseen soraan. Ydinharjun kohdalla kallionpintaa verhonnut moreenipeite on pääosin kulunut pois ja sorat ovat kerrostuneet suoraan kalliota vasten. Ytimen lähelle kerrostuu usein myös karkeita hiekkoja. Harjun karkea ydinosa on tavallisesti myöhemmin kerrostuneiden hienompirakeisten lievehiekkojen ja/tai rantahiekkojen peitossa, eikä sitä ole useinkaan havaittavissa maanpinnalla. Käytännössä harjujen ns. juuriosien rakenteet kuitenkin vaihtelevat merkittävästi ja niiden poikkileikkaukset ovat usein epäsymmetrisiä ytimen suhteen. Karkeita, hyvin vettä johtavia kerrostumia tavataan usein myös harjuytimen ulkopuolella peitteisinä, esim. kalliopainannealueilla. Osa näiden alueiden aineksesta on myös suoraan jäätikön pohjasta kerrostunutta ja heikommin lajittunutta. Jäätikköjokitunnelin ja jäätikön reunan vaihtelevia kerrostumisolosuhteita kuvastavat puolestaan harjuytimissä esiintyvät katkokset, sekä ydinosan laidoilta tai sisältä yleisesti tavattavat moreenit ja hienorakeiset kerrostumat.

8 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys 4 A B 1. Kallio 2. Moreeni 3. Soravaltainen ydinharju 4. Hiekkavaltaiset lieveosat 5. Jää + Kiviaines Kuva 2: Kaaviollinen piirros pitkittäisharjun synnystä mannerjäätikön edustalle syvään veteen. A) Harjun karkea ydinosa syntyi tunneliin tai jäätikön reunan välittömään läheisyyteen. Ydinharjussa saattaa esiintyä haarautumia, sivuttaissiirtymiä ja katkoksia esim. sulamisvesien vuodenaikaisvaihtelun tai kerrostumisalustan topografiavaihtelun seurauksena. B) Myöhemmin kerrostuminen jatkui railossa ja/tai kauempana jäätikön reunasta, jolloin syntyivät harjun hiekkavaltaiset lievealueet. Piirrokset: Harri Kutvonen/GTK. Myöhemmässä vaiheessa mannerjäätikön reuna ohenee ja jäätikkötunneli avartuu tai vaihettuu avokanaaliksi. Tällöin myös sulamisvesien virtausnopeudet ja kuljetusvoima pienenevät, jolloin kerrostuu hienorakeisempia sedimenttejä harjujakson reuna-alueille ja ydinosan päälle (n. lievehiekat). Syvän veden olosuhteissa ohentuneen mannerjäätikön reuna voi alkaa myös kellumaan, jolloin hiekkaista materiaalia saattaa kerrostua useasta eri kohdasta leveämmälle vyöhykkeelle jäätikön edustalle. Jäätikköjokia on esiintynyt mannerjäätikön pohjan lisäksi myös sen sisällä ja pinnalla, ja ne ovat voineet kerrostaa hiekkaa ja soraa jättämättä jälkeensä varsinaista sulamisvesien virtausuoman sijaintia osoittavaa harjua. Harjun lievehiekkojen ulkopuolella esiintyy puolestaan lähinnä moreenia sekä syvän veden silttejä, jotka ovat kerrostuneet (lähes) seisovaan veteen jäätikön reunan vetäydyttyä kauemmas. Viimeisessä vaiheessa syntyneitä ovat kaikkia edellisiä kerrostumia peittävät hiekkavaltaiset ranta- ja tuulikerrostumat sekä turpeet.

9 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys Maatialanharjun pohjavesialue Maatialanharjun pohjavesialue sijaitsee Nokialla, Nokian harjujaksossa, joka seurailee kallioperän siirrosvyöhykettä. Pohjavesialue koostuu kahdesta erillisestä harjanteesta, Viikinharjusta ja Maatialanharjusta, joiden välillä on Vihnusjärven laskuoja Vihnusoja. Muodostumien korkeimmat osat ovat jokseenkin luonnontilassa ja niiden päällä on lenkkipolkuja. Muodostumien reunat ovat tiestön ja asutuksen käytössä. Maatialanharjun pohjavesialueen kokonaispinta-ala on 2,24 km 2 ja varsinaisen muodostumisalueen pinta-ala 1,07 km 2. Vuotuinen sademäärä on noin 630mm. Pohjavettä arvioidaan muodostuvan koko pohjavesialueella vuorokaudessa noin 720m 3. Imeytymiskertoimeksi on arvioitu 0,4. Maatialanharjun pohjavedenpinnat ovat selkeästi sitä ympäröivien Vihnusjärven ja Pyhäjärven pinnantasoja, 77,52 m mpy (Suomen Ympäristökeskus 2018) alempana ja pintavettä pääsee imeytymään muodostumaan. Pohjavettä muodostetaan myös pumppaamalla Viikinharjuun Vihnusjärven raakavettä. Viikinharjulta muodostunut pohjavesi virtaa itään kohti ottamoa (Pöyry 2006 ja 2008). Maatialan vedenottamo sijaitsee alueen pohjoisrajalla, Vihnusjärven rannalla. Pohjavesialue on määrälliseltä ja laadulliselta tilaltaan luokiteltu hyväksi. Alueella sijaitsee pohjavettä vaarantavia toimintoja joten alue on riskialuetta. Pohjavesialueen veden laatu seuraa Vihnusjärven vedenlaadun muutoksia (Suomen ympäristökeskus 2018).

10 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys 6 3 TUTKIMUSMENTELMÄT 3.1 Maastokartoitus Tutkimusalueella tehdyllä maastokartoituksella muodostettiin yleiskäsitys tutkimusalueen geologisista ja hydrogeologisista olosuhteista. Maastokartoituksessa tehtiin geomorfologiset pintahavainnot tutkimusalueen keskeisiltä osilta. Myös pohjavesialueella sijaitsevista kalliopaljastumista ja niiden laajuudesta tehtiin havaintoja. Maastokartoituksen yhteydessä määritettiin myös geofysikaalisten mittauslinjojen ja kairauspisteiden sijainnit. 3.2 Maaperäkairaukset ja havaintoputkiasennukset Porakonekairaus on erittäin käyttökelpoinen kairausmenetelmä, kun tutkimuskohteen maakerrospaksuudet ovat huomattavat ja maaperä on karkearakeista. Porakonekairauksella saadaan luotettava tieto kallionpinnan asemasta. Kairaus tehdään poraamalla samanaikaisesti tangolla ja suojaputkella kallionpintaan saakka. Kallion tavoittamisen jälkeen kalliovarmistus (3 m) tehdään vielä tankoporauksella. Porakonekairausten yhteydessä voidaan ottaa myös häiriintyneitä maanäytteitä tyhjentämällä kairauksissa käytettyä suojaputkea ilmahuuhtelulla. Häiriintymättömiä näytteitä voidaan ottaa erityisillä putkiottimilla (Rantamäki et al. 1990). 3.3 Painovoimamittaus Painovoimamittausten avulla voidaan tutkia tiheydeltään ympäristöstä poikkeavien muodostumien paksuutta ja tilavuutta. Koska maaperän tiheys on huomattavasti kallioperän tiheyttä pienempi (tiheysero noin kg/m 3 ), voidaan painovoimamittauksia käyttää myös maapeitteen paksuuden arviointiin. Painovoimamenetelmällä ei voida erotella maaperän eri kerroksia tai pohjavedenpinnan tasoa. Muilla tutkimusmenetelmillä tuotettuja maaperä- ja pohjavesitietoja (esim. kairaus, seisminen luotaus ja maatutkaluotaus) voidaan kuitenkin hyödyntää painovoimamittausten tulkinnassa. Maapeitteen paksuutta määritettäessä painovoimaprofiilit sijoitetaan maastoon siten, että niiden alku- ja loppupäät ovat kallion paljastumilla tai pisteissä, joissa kallionpinnan tarkka korkeustaso tunnetaan. Lisäksi profiilit saattavat kulkea ristiin toistensa yli. Näin voidaan arvioida painovoimakentän alueellista vaihtelua, jota käytetään maapeitteen paksuustulkinnan perustasona. Kun maa- ja kallioperän välinen tiheysero oletetaan vakioksi ja mittauspisteiden korkeusasema tunnetaan, voidaan painovoima-anomaliasta laskea maapeitteen paksuus. Maaperän todellista paksuutta on kuitenkin tarpeellista kontrolloida riittävän tiheästi esim. kairaamalla, koska sekä kallion tiheydestä riippuva alueellinen painovoimataso että irtomaapeitteen tiheys voivat vaihdella mittauslinjalla ja siten vaikuttaa tulkintatulokseen. Tulos kuvaa yleensä hyvin kallionpinnan tason vaihtelua, vaikka maapeitteen tulkitussa paksuudessa saattaa paikoitellen olla epätarkkuutta.

11 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys Maatutkaluotaus Maatutkaluotaus on geofysikaalinen tutkimusmenetelmä, joka perustuu sähkömagneettisten pulssien lähettämiseen maaperään ja takaisin heijastuvien pulssien rekisteröintiin. Maatutkaluotauksella saadaan jatkuvaa profiilitietoa maaperän rakenteesta. Menetelmä on parhaimmillaan harjualueilla, joissa sillä saadaan tietoa jopa 25 metrin syvyydeltä kallionpinnan korkokuvasta, pohjavedenpinnan tasosta, irtainten maalajien laadusta ja maaperän kerrosten rakenteesta. Maatutkaluotausten tuloksia on tässä raportissa hyödynnetty soveltuvin osin kallion- ja pohjavedenpinnan syvyyden määrityksessä. Maatutkalinjat on tallennettu GTK:n tietokantaan, mistä niitä on tarvittaessa saatavana sekä numeerisena että paperitulosteina. 3.5 Pohjaveden pinnankorkeuden seuranta Pohjavedenpinnan mittaus havaintoputkista voidaan tehdä putkeen laskettavaa sähköistä mittaluotia käyttäen. Tällöin mittalaite antaa ääni ja/tai valosignaalin saavutettuaan pohjavedenpinnan. Havaintoputkeen voidaan myös asentaa jatkuvatoiminen, rekisteröintilaitteella varustettu pinnankorkeusmittari, joka määrävälein automaattisesti mittaa pinnan korkeuden. Laitteen rekisteröimät pinnankorkeustiedot puretaan säännöllisesti rekisteröintilaitteesta tietojenpurkuyksikköön, josta tiedot voidaan siirtää tietokoneelle (Kinnunen et al. 2005). Kuva 3. Pohjavedenpinnan mittalaite. Kuva: T. Kaipainen, GTK.

12 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys 8 4 TEHDYT TUTKIMUKSET 4.1 Maastokartoitus Alueen maastokartoitus tehtiin kevään 2017 aikana päivitettiin pohjavesiputkista ajantasaiset pohjavesipintojen korkeustiedot sekä tässä projektissa asennetuista putkista että muista mahdollisista pohjaveden tarkkailuputkista. 4.2 Maaperäkairaukset ja havaintoputkiasennukset Tutkimusalueella tehtiin lokakuussa 2017 maaperäkairauksia yhteensä seitsemässä tutkimuspisteessä. Kairaukset suoritti SGM Consulting (kuva 4). Maaperäkairausta ja kalliovarmistusta tehtiin yhteensä noin 144 metriä. Neljään kairauspisteeseen (GTK 18-17, GTK 19-17, GTK ja GTK 21-17) asennettiin pohjaveden havaintoputki. Putkea asennettiin yhteensä noin 65,5 metriä. Putket varustettiin suositusten mukaisesti (Arjas 2005) lukittavilla suojaputkilla. Halkaisijaltaan 52/60 mm:n kokoiset pohjavesiputket ovat materialtaan suuritiheyksistä polyeteeniä (PEH). Kairauspisteeseen GTK ei asennettu havaintoputkea, sillä kairauspaikan vieressä on ennalta hyvin toimivaksi tiedetty pohjaveden havaintoputki mutta kairauksella haluttiin varmistus kallion syvyydestä. Kairausten yhteydessä havainnoitiin maaperän vallitseva kerrosjärjestys ja otettiin maanäytteitä. Neljän asennetun pohjavesiputken yksityiskohtaiset havaintoputkikortit ja aistinvaraiset maaperänäytteiden maalajijärjestykset ovat liitteessä 9. Kairausten maalajimääritykset on vedetty yhteen liitteessä 10 ja kairauspisteiden maalajien seulontatulokset esitetään liitteessä 11.

13 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys 9 Kuva 4. SGM Consultin kairauskalusto Maatialanharjulla syksyllä Kuva: J. Tranberg, GTK. 4.3 Painovoimamittaus Painovoimamittaukset suoritti GTK:n geofysiikan kenttämittausryhmä alkuvuodesta Mitattujen painovoimalinjojen sijainti on esitetty liitteessä 1. Linjoja mitattiin 16 kpl, yhteensä 12 km. Mittaukset tehtiin noin 20 m pistevälein. Mittauksissa käytettiin Scintrex Autograv-CG5 gravimetriä ja pisteiden korkeusaseman määrityksessä osin letkuvaaitusta ja osin VRS-GPS laitteistoa. Linjojen päissä maan pinnan tasot määritettiin VRS-GPS laitteistolla. Mittaustuloksista laskettiin Bouguer -anomaliat keskitiheydellä 2670 kg/m 3. Tulkinnassa käytettiin Tensor Reseachin ModelVision tulkintaohjelmaa, jolla etsittiin annetun mallin parametreja muuttamalla mitattua painovoimakäyrää parhaiten vastaava laskennallinen käyrä. Paikallisesta painovoimaanomalian vaihtelusta tulkittiin kalliopinnan taso. Mitatuista maanpinnan ja tulkituista kalliopinnan tasojen erotuksesta voitiin laskea maapeitteen paksuus. Topografiaeroista johtuva tulosten vääristymä korjattiin käyttämällä Geosoftin Oasis Montaj ohjelmiston 3D-topografiakorjausta, jossa käytettiin referenssiaineistona Maanmittauslaitoksen 10 x 10 m korkeusmallia. Painovoimamittauksen tulkintaa on havainnollistettu liitteessä 8.1. Mittauslinjat päättyvät kalliopaljastumaan tai kallioon asti kairattuihin pisteisiin, joista useimmista on tiedossa myös pohjaveden pinnan taso. Kairaustiedoista saatua pohjaveden pintaa on käytetty hyväksi arvioitaessa kuivan ja kostean maa-aineksen rajapintaa tulkinnoissa, mutta se ei välttämättä kuvasta todellista pohjaveden pintaa.

14 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys 10 Kuivalle maa-ainekselle on tulkinnoissa käytetty tiheyttä 1600 kg/ m 3 ja veden kyllästämälle maa-ainekselle kg/m 3. Tulkinnassa käytetty vedenpinnan taso esitetään leikkauskuvissa liitteessä maaperämallia jakavana vaaka/vinoviivana. Syvyysleikkausmallien mittakaava vaihtelee mittauslinjan pituudesta riippuen. Leikkauskuvien koordinaatisto on ETRS89/TM35Fin ja korkeusjärjestelmä on N2000. Linjoilla 2, 4, 10, 11, 12 ja 14 tulkinnassa käytettiin paikoitellen suurempaa tiheyttä. Tiheysmuutoksilla simuloitiin tilannetta, jossa harjulla on raskas ydinosa. Leikkauskuvissa suuremman tiheyden osiot näkyvät mallin sisällä olevina kappaleina joko kuivassa tai kosteassa maakerroksessa. Näiden kappaleiden tiheyttä on muutettu suuremmaksi ( kg/m 3 ) siten, että kallion pinta ko. muodostuman alla saadaan suhteellisen tasaiseksi ja samalla tulkintatulos yhtyy paremmin mitattuihin tuloksiin. Harjun ytimen oikeista dimensioista ja tiheydestä ei ollut tarkkaa tietoa, joten tulkintatuloksena saatu kalliopinta voi poiketa todellisesta kalliopinnan tasosta. Osa mittauslinjoista sijoittuu harjun myötäisesti ja luultavasti osittain harjun ytimen päälle. Näillä linjoilla harjuaineksen tiheysvaihtelut aiheuttavat mittaustulokseen epätasaisuutta, joka näkyy myös tulkintatuloksen epätasaisuutena. Tulkinnassa on näillä kohdin tehty tiheyden muutosten lisäksi mittaustulokseen huonosti sovittuvia kallion pinnan tasoituksia. Kallion pinta voi silti olla luonnossa tulkittua tasaisempi. Maatutkatuloksista saatuja pohjaveden pintoja on hyödynnetty tulkinnoissa siten, että kallion pinta sijoittuu ainakin pohjaveden pintaa alemmaksi. Mittaustulokset projisoidaan tulkintaohjelmassa linjan päätepisteitä yhdistävälle suoralle viivalle. Mikäli mitatessa on jouduttu kiertämään rakennuksia tai muita maastoesteitä, saattaa tulkintatuloksen paikka poiketa todellisesta mittauspaikasta ja tällöin myöskään tulkintatulos ei täysin vastaa oikeasta kohdasta saatavaa tulosta. Kuvassa 5 on esitetty tutkimusalueen mitattujen ja tulkittujen linjojen sijainnit. Kuva 5. Mitattujen ja tulkittujen painovoimamittauslinjojen sijaintikartta. Maastossa mitattujen linjojen sijainti on merkitty mustalla ja suoralle viivalle projisoitujen tulkintalinjojen sijainti punaisella värillä. Linjat on kuvattu kartalla liitteessä 1. Kuva: Tuire Valjus, GTK.

15 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys Maatutkaluotaus Tutkimusalueella maatutkattiin loka-marraskuussa 2017 GTK:n maatutkakalustolla. Linjojen yhteispituus on noin 20 kilometriä. Linjojen sijainti maastossa esitetään kallionpinnan tulkintapisteiden osalta liitteessä 3 ja pohjaveden tulkintapisteiden osalta liitteessä 4. Luotauksissa käytettiin SIR-4000 maatutkalaitteistoa ja 100 MHz:n antennia (kuva 6). Mittausaikana käytettiin 400 nanosekuntia. Linjojen paikannus maastossa tehtiin GPSpaikantimella. Maatutkalinjat on tallennettu GTK:n tietokantaan, mistä niitä on tarvittaessa saatavana sekä numeerisena että paperitulosteina (kuva 7). Kuva 6. Maatutkakalusto Hauskalankankaan pohjavesialueella syksyllä Kuva T. Kaipainen, GTK. Kuva 7. Maatutkalinjan 27 loppuosa lähellä Pyhäjärven lahtea. Kuvaan on sinisellä viivalla merkitty tulkittu pohjaveden pinta ja punaisella viivalla tulkittu kallionpinta. Kuva: J. Majaniemi, GTK.

16 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys 12 5 MALLINNUKSET JA VISUALISOINTI Kairauksista, painovoimamittauksista ja paljastumahavainnoista saadut kallionpinnan tasotiedot yhdistettiin ArcGIS -ohjelmistolla. Aineistosta laskettiin Topo to grid - interpolointimenetelmällä mallit tutkimusalueen kallionpinnan korkokuvasta. Pohjavesipintamallit tehtiin vastaavalla tavalla hyödyntäen alueelle aiemmin ja tämän tutkimuksen yhteydessä asennettujen pohjavesiputkien pohjavedenpinnan tasotietoja. Saadut pintamallit on visualisoitu ArcGIS-ohjelmistolla. Mallien interpoloinnin ulottuvuutena tunnetuilta tasopisteiltä on käytetty kallionpinnan osalta 150 metriä ja pohjavesipinnan osalta 350 metriä. Tutkimusalueen mallinnukset ovat liitteissä 3 7. Pintamalleja tarkasteltaessa on aina huomioitava mittaus- ja mallinnusmenetelmien rajoitukset. Kallionpinnan korkeustaso on varmasti selvillä vain kairauspisteissä ja avokallioilla. Painovoimalinjojen mittauspisteille tulkitut syvyydet antavat ainoastaan yleiskuvan kallionpinnan korkeustasosta. Mallinnusohjelmisto tasoittaa interpoloimalla tunnettujen ja tulkittujen kallionpintapisteiden välit. Tästä johtuen interpoloidussa mallissa käytettyjen tasopisteiden välialueilla voi olla laajojakin kalliokohoumia tai -painanteita, joita ei pintamallissa voida havaita. Kallionpintamallin reuna-alueilla myös painovoimalinjojen ja kairauspisteiden puutteesta johtuva kalliopaljastumien korkeustasojen ylikorostuminen saattaa aiheuttaa mallin vääristymistä. Pohjavesialuerajojen sisäpuolella mallin tarkkuus on kuitenkin melko hyvä. Kalliopinnan taso saatiin selville melko kattavasti kairaustietojen, kalliopaljastumien, maatutkaluotauksen ja painovoimamittauslinjaston ansiosta. Tutkimusalueen keskeisimmissä osissa kallionpintatiedot perustuvat suurilta osin painovoimamittauksista saatujen tietojen tulkintaan ja osin myös kairaustietoihin. Näillä alueilla laskentamallit ovat melko luotettavia. Pohjavedenpinnat mitattiin koko pohjavesialueelta Osa havaintoputkista oli vaurioitunut niin, ettei pohjaveden pintaa voinut enää mitata. Osa pintatiedoista saatiin SYKE:n Povet järjestelmästä ja osa tiedoista oli vanhoja ja satunnaiseen vuodenaikaan havaittuja. Samaan ajankohtaan mitattuja putkia oli kuitenkin eripuolilla tutkimusaluetta useita, ja pohjavedenpintamallin voidaan olettaa pitävän hyvin paikkansa havaintoputkien lähettyvillä. Pohjavedenpinnan malli on esitetty liitteessä 4. Pohjavedenpinnan laskentamallien voidaan olettaa pitävän varsin hyvin paikkansa, ja yleiskuvan pohjaveden virtauksesta voi muodostaa jo kolmella pohjavedenpinnan havainnolla (Korkka-Niemi & Salonen 1996). Pohjavedellä kyllästyneen maapeitteen paksuus on laskettu pohjavesi- ja kallionpintamallien erotuksena. Tämän vuoksi visualisointi on voitu tehdä vain alueilta joilta oli käytettävissä sekä kallionpinnan että pohjavedenpinnan mallit. Pohjavedenpinnan yläpuolisen irtomaapeitteen paksuus saatiin tutkimusalueen maanpinnan korkeusmallin ja pohjavesipintamallin erotuksesta.

17 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys 13 6 TUTKIMUSTULOKSET 6.1 Kallioperän koostumus, rakenne ja korkokuva Alueen kallioperä koostuu savi- ja hiekkasyntyisistä liuskeista ja gneisseistä sekä vulkaniiteista ja graniittisista kivilajeista (Matisto, 1977). Maatialanharjun pohjavesialueen kallioperä on pääasiassa grauvakkaliusketta. Vulkaanista uraliittiporfyriittia on Viikinharjulla ja alueen eteläosassa ja muita vulkaanisia kivilajeja alueen koillisosassa. Alueen kaakkoisrajalla on kiillegneissiä (Kuva 8). Kallioperän siirrosvyöhyke kulkee Vihnusjärven alla, pohjavesialueen pohjoispuolella. Kuva 8. Tutkimusalueen kallioperä. Suomen kallioperä DigiKP. Digitaalinen karttatietokanta. Espoo. Geologian tutkimuskeskus. Viitattu Painovoimamittausten tulkintojen mukaan (Kuva 9) kallionpinta vaihtelee mittauslinjoilla välillä metriä ja pohjavesialueen rajojen sisäpuolella noin metriä merenpinnan yläpuolella. Kallionpinta kohoaa Viikinharjun länsipäässä sekä Maatialanharjun keskivaiheella, vedenottamon alueella, muita alueita ylemmäs. Pohjavesialtaat sijaitsevat alavammilla alueilla ja niitä rajoittaa ainakin ajoittain pohjavedenpinnan yläpuolelle nousevat kallion kynnykset. Kallionpinnan mallinnettu korkotaso on kuvattu liitteen 3 kartassa ja pohjavesivyöhykkeen paksuus liitteen 5 kartassa.

18 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys 14 Kuva 9. Painovoimatulkinnoista interpoloimalla laskettu kalliopinnan taso väripintakarttana. Kuva: T. Valjus, GTK. 6.2 Maaperän koostumus Kallion päällä olevan irtomaapeitteen kokonaispaksuus (Liite 7) vaihtelee välillä 0 50m. Maakerros on paksuimmillaan jopa 50m harjun korkeimmilla kohdilla, joihin osuu myös kallioperän painanne, kuten Viikinharjun itäpäästä Maatialanharjun länsipäähän ja myös Maatialanharjun itäpäässä. Nokian harju on säilynyt pääosin omamuotoisena ja sen korkea selänne erottuu hyvin maastosta koko pohjavesialueella. Ohuimmillaan maakerros on pohjavesialueen keskiosassa Vihnusjärven ja Pyhäjärven rannoilla. Pohjaveden pinta on lähellä maanpintaa lähinnä harjun reunoilla ja järvien rantojen lähettyvillä, missä on alavampaa maata ja savikkoa (Liite 6). Pohjavettä suojaavan maakerroksen paksuus on pääasiassa yli 5 m ja harjun luonnontilaisilla osilla jopa 40m. Irtomaapeitteen kokonaispaksuus ja pohjaveden yläpuolisen maakerroksen paksuus havainnollistuvat hyvin myös liitteen 12 poikkileikkauksista, joissa on kuvattu kallionpinnanmaanpinnan- ja pohjavedenpinnan tasot. Poikkileikkausten kulku on esitetty liitteessä 2.

19 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys 15 Tutkimuksen aikana pohjavesialueella kairattiin maaperää kallioon saakka seitsemässä kohteessa. Kahdessa kairauksessa (GTK ja GTK 17-17) ei tavattu pohjavettä, joten niihin ei asennettu pohjaveden havaintoputkea. Kairaus GTK tehtiin kallionpinnan ja maalajien määrittämiseksi ja kohteeseen ei asennettu pohjavesiputkea sillä sen viereinen putki HP 2/95 tiedettiin hyvin toimivaksi havaintoputkeksi. Kairauksen yhteydessä tehdyt maalajihavainnot on esitetty kootusti liitteessä 10. Kairaukset GTK ja GTK sijaitsevat harjun korkeammilla keskiosilla ja niissä havaittiin kallion päällä lähinnä soraa. Muut kairaukset sijaitsevat harjun reunoilla ja niissä kaikissa havaittiin vettä pidättäviä savisia tai silttisiä kerroksia soran tai hiekan päällä. Harjuselänteen hiekat ja sorat erottuvat maaperäkartalla (Liite 2) sitä ympäröivistä alavammista hienoaines- ja savialueista. Kairausten yhteydessä otetuista maanäytteistä seulottiin rakeisuudeltaan karkeat näytteet ja seulontatuloksesta laskettiin Kozeny-Carmanin kaavalla (Kozeny 1927, Carman 1937) K-arvot eli vedenjohtavuusarvot (Taulukko 1). Runsaasti hienoainesta sisältävät näytteet kuten savi, siltti ja osa moreeneista, eivät sovellu tämän kaltaiseen seulontatutkimukseen. Maalajimäärityksissä on käytetty GEO-luokitusta (Korhonen et al. 1974). Taulukko 1. Karkeiden maaperänäytteiden seulontatulokset ja GEO-luokitus Näytetiedot Kozeny-Carman Näyte Syvyys m maanpinnasta GEO-luokitus Vedenjohtavuus K -arvo mse-01 GTK ,0-2,45 Hiekkainen sora 5,6E-05 Hiekkainen 8,6E-06 GTK ,4-11,4 soramoreeni GTK ,0-24,0 Hiekkainen sora 4,4E-05 GTK ,0-6,5 Hieno hiekka 1,2E-05 Sorainen 8,6E-07 GTK ,4-9,6 hiekkamoreeni GTK ,5-3,0 Hiekkainen sora 9,3E-05 Hiekkainen 1,2E-05 GTK ,3-1,5 soramoreeni GTK ,0-5,6 Hiekkainen sora 3,7E-05 GTK ,0-10,0 Hiekka 4,8E-05 GTK ,5-15,5 Hiekka 1,3E-05 GTK ,5-18,0 Hiekka 6,1E-05 GTK ,0-6,5 Hiekka 3,0E-05

20 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys Pohjaveden muodostuminen, varastoituminen ja virtaus Pohjavedenpinnan taso (Liitteet ) on korkeimmillaan Maatialan pohjavesialueen länsipäässä Viikinharjulla (noin 83m mpy.), josta se laskee kohti itää. Viikinharjuun imeytetään Vihnusjärven raakavettä ja pohjavesi virtaa Viikinharjusta Maatialanharjuun (Pöyry, 2006). Pohjavedenpinta on matalimmillaan vedenottamon ympäristössä, noin tasolla 74m mpy. Vihnusjärven pinta on noin tasolla 77,52 m mpy ja järven vettä on todettu imeytyvän muodostumaan rantavyöhykkeessä (Pöyry, 2008). Pohjavedenpinta vaihtelee mallin mukaan Vihnusjärven rannalla välillä m mpy, ollen matalimmillaan ja alle Vihnusjärven vedenpinnan juuri vedenottamon läheisyydessä. Maatialanharjun ja Epilänharju-Villilä B pohjavesialueiden rajalla pohjaveden pinta on tasolla 77m mpy ja pinta on hyvin tasainen laajalla alueella. Pohjavesivyöhykkeen paksuus (Liite 5) vaihtelee tutkimusalueella nollasta (kallionpinta pohjavedenpinnan yläpuolella) yli 30 metriin. Pohjavesivyöhyke on paksuimmillaan Vihnusjärven ja Pyhäjärven välisellä Maatialansalmella ja idässä laajalla alueella lähellä pohjavesialueen rajaa. Mallin mukaan pohjavesialueen keskiosassa Pyhäjärven rannalla ja vedenottamon ympäristössä on pohjavedenpinnan yläpuolelle nousevat kallionkynnykset, jotka saattavat ainakin osan aikaa vuodesta rajoittaa pohjaveden virtausta (Liite 5). Alueelle kairatut tutkimusreiät GTK ja GTK olivat kuivia, mikä osaltaan vahvistaa havaintoa. Aiemmissa tutkimuksissa (mm. Pöyry 2006 ja 2008) on arvioitu että vedenjakajaksi nouseva kallionkynnys sijaitsisi hieman idempänä ja katkaisisi koko muodostuman. Pohjavesivyöhykkeen mallin mukaan kallionkynnys rajoittaa pohjavedenvirtausta vedenottamolle etenkin idän suunnasta. Myös virtausreitti Viikinharjulta vedenottamolle jää kapeaksi lähellä vedenottamoa. Pohjavedenpinnat on mitattu tammikuussa 2018, joten pinnat olivat mahdollisesti keskimääräistä alempana. Pohjavedenpinta noudattaa vuosikiertoa. Korkeimmillaan pohjaveden pinta on lumen sulamisen aikaan keväällä, mutta se laskee kesällä suuren haihdunnan vuoksi. Syyssateiden aikana pinta jälleen nousee, kun taas talvella sateen tullessa lumena ja roudan estäessä veden imeytymisen pinta laskee alimmalle tasolleen (Salonen et al. 2002).

21 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys 17 7 JOHTOPÄÄTÖKSET JA YHTEENVETO Geologian tutkimuskeskuksen (GTK) Pohjavesi yksikkö on tehnyt geologisen rakenneselvityksen tärkeälle Maatialanharjun pohjavesialueelle ( A). Tutkimusmenetelminä käytettiin painovoimamittauksia, maatutkaluotausta, kairauksia ja maastokartoituksia. Painovoimamittausten tulkintojen mukaan kallionpinta vaihtelee mittauslinjoilla välillä metriä ja pohjavesialueen rajojen sisäpuolella noin metriä merenpinnan yläpuolella. Kallionpinta kohoaa Viikinharjun länsipäässä sekä Maatialanharjun keskivaiheella, vedenottamon alueella, muita alueita ylemmäs. Pohjavesialtaat sijaitsevat alavammilla alueilla ja niitä rajoittaa ainakin ajoittain pohjavedenpinnan yläpuolelle nousevat kallion kynnykset. Pohjavedenpinnan taso on korkeimmillaan Maatialanharjun pohjavesialueen länsipäässä, Viikinharjulla, josta se laskee kohti itää. Viikinharjuun imeytetään Vihnusjärven raakavettä ja pohjavesi virtaa Viikinharjusta Maatialanharjuun. Pohjavedenpinta on matalimmillaan vedenottamon ympäristössä tasolla 74m mpy. Vihnusjärven pinta on noin tasolla 77,52 m mpy ja järven vettä imeytyy muodostumaan rantavyöhykkeessä. Maatialanharjun ja Epilänharju- Villilä B pohjavesialueiden rajalla pohjaveden pinta on laajalla alueella tasolla 77m. Pohjavesivyöhykkeen paksuus vaihtelee tutkimusalueella nollasta yli 30 metriin. Pohjavesivyöhyke on paksuimmillaan Vihnusjärven ja Pyhäjärven välisellä Maatialansalmella ja laajalla alueella lähellä pohjavesialueen itäistä rajaa. Pyhäjärven rannalla ja vedenottamon ympäristössä on pohjavedenpinnan yläpuolelle nousevat kallionkynnykset, jotka saattavat ainakin osan aikaa vuodesta rajoittaa pohjaveden virtausta. Pohjavesivyöhykkeen mallin mukaan kallionkynnys rajoittaa pohjavedenvirtausta vedenottamolle etenkin idän suunnasta. Myös virtausreitti Viikinharjulta vedenottamolle jää kapeaksi lähellä vedenottamoa. Pohjavedenpinnat on mitattu tammikuussa 2018, joten pinnat olivat mahdollisesti keskimääräistä alempana. Kallion päällä olevan irtomaapeitteen kokonaispaksuus vaihtelee välillä 0 50m. Maakerros on paksuimmillaan jopa 50m harjun korkeimmilla kohdilla, joihin osuu myös kallioperän painanne, kuten Viikinharjun itäpäästä Maatialanharjun länsipäähän ja myös Maatialanharjun itäpäässä. Ohuimmillaan maakerros on pohjavesialueen keskiosassa Vihnusjärven ja Pyhäjärven rannoilla. Pohjaveden pinta on lähellä maanpintaa lähinnä harjun reunoilla ja järvien rantojen lähettyvillä, missä on alavampaa maata ja savikkoa. Pohjavettä suojaavan maakerroksen paksuus vaihtelee pääasiassa välillä 5 40m.

22 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys 18 8 KIRJALLISUUSLUETTELO Arjas, J Pohjaveden havaintoputket. Teoksessa: Pohjavesitutkimusopas, käytännön ohjeita. Suomen vesiyhdistys s. Carman, P Fluid flow through a granular bed, Trans. Inst. Chem. Eng., 15, Kinnunen, T., Arjas, J. & Ikäheimo, J Putkimittaukset. Teoksessa: Pohjavesitutkimusopas, käytännön ohjeita. Suomen vesiyhdistys s. Korhonen, K.-H., Gardemeister, R. & Tammirinne, M Geotekninen maalajiluokitus. VTT, Geotekniikan laboratorio. Tiedonanto 14. Korkka-Niemi, K. & Salonen, V-P Maanalaiset vedet pohjavesigeologian perusteet. Turun yliopiston täydennyskoulutuskeskuksen julkaisuja A 50. Turku: Turun yliopiston täydennyskoulutuskeskus. 181 s. Kozeny, J Uber kapillare Leitung der Wasser in Boden, Sitzungsber. Akad. Wiss. Wien, 136, Matisto, A Tampereen kartta-alueen kallioperä. Kallioperäkartan selitykset. Karttalehti Geologinen tutkimuskeskus. Espoo. 50s. Mälkki, E Pohjavesi ja pohjaveden ympäristö, Tammi, Helsinki. Pöyry Environment Oy, Maatialanharjun pohjavesialueen suojelusuunnitelma. Pöyry, Maatialanharjun pohjavesialueen isotooppitutkimus. Nokian kaupunki. 13 s. Rantamäki, M., Jääskeläinen, R. & Tammirinne, M. (1990). Geotekniikka. Otatieto 464, Espoo. 293 s. Salonen, V.-P., Eronen, M. & Saarnisto, M Käytännön maaperägeologia. Kirja-Aurora, Turun yliopisto. 237 s. Suomen ympäristökeskus Hertta-tietojärjestelmä. Suomen ympäristökeskus, Helsinki.