Kalliotilojen vaikutus pohjaveden pinnankorkeuteen ja kasvillisuuteen

Transkriptio

1 Työraportti Kalliotilojen vaikutus pohjaveden pinnankorkeuteen ja kasvillisuuteen Henry Ahokas Olli Sailasmaa ~oulukuu 1998 POSIVA OY Mikonkatu 15 A, FIN HELSINKI. FINLAND Tel Fax

2 Työraportti Kalliotilojen vaikutus pohjaveden pinnankorkeuteen ja kasvillisuuteen Henry Ahokas Olli Sailasmaa Joulukuu 1998

3 Tekijäorganisaatio: Tilaaja: Tilausnumero: Fintact Oy Hopeatie 1 B Helsinki Posiva Oy Mikonkatu 15 A Helsinki 9629/98/ AIK Tilaajan yhdyshenkilö: Antti Ikonen Konsultin yhdyshenkilö: Henry Ahokas Työraportti Kallio-tilojen vaikutus pohjaveden pinnankorkeuteen ja kasvillisuuteen Tekijät: Tarkastaja: ~~~ Henry Ahokas Olli Sailasmaa?~Le~ Pauli Saksa

4 1 1 Päiväys Julkaisulupa nro 452/MAR/98 MAANMITTAUSLAITOiSEN KARTTOJEN JULKAISU-/KOPIOINTILUPA Maanmittauslaitos luovuttaa jäljempänä mainituin ehdoin oikeuden valmistamansa kartan jaltai numeerisen aineistoh tai ilmakuvan kopioimiseen, painamiseen tai muulla näihin verrattava!ia tavalla tapahtuvaan monistamiseen tai julkaisuun VNJW-sivulla/sivuilla. Luvan hakija Nimi: Osoite: Ly-tunnus: Yhthenk.: Puhelin: Faksi: j Posiva Oy Mikonkatu 15 A Helsinki AnJ Ikonen '\ Aineisto 1:20000 Käytettävän kartta-ai~eiston mittakaava: Julkaisumittakaava: T 1 Monistettava määrä: Pinta-ala tuotteessa dm2: Karttapaikan kartat: Käyttö lgj suunnitelmien lautltåoohjana 0 ldr)assa ~ D Juf~carsussa f Muu, mikä D lehdessa 0 erilliset kopiot Julkaistaan: Tulostetaart: kpl 1 0 OPGIGI<arttana 0 esitteessä 0 opinnaytteessä 1 16 dm2 kpl kpl 0 osoitefearttana 0 multlmediasea 0 intemellssa Lisäselvitys käytöstä~ (esim. onko myytävä tuote, ilmaisjakelu, opinnäyte yms.) 1 llmaisjakelu 1 Tuotteen 1 julkaisun ~imi: Työraportti 98-7~'kallioyilojen vaikutus pohjaveden pinnankorkeuteen ja kasvillisuutee WWW-sivujen osbtfe: Lupa on voimassa yhden vuoden päiväyspäivämäärästä _ SOliV1SOV~lHNVVH 86SS 1tS 0~ 8SC+ IVd Ls:o1 HX 86. ~1/91

5 Maksu: Julkaisuoikeusmaks Alv 22% Yhteensä t' 554 mk 122 mk 67G mk 1 Tekijänoikeus Maanmittauslaitoksella on tekijänoikeus edellä ainittuihin karttoihin, ilmakuviin ja Osoituksena Maan itt~slaitoksen tekijänoikeudesta jokaisessa kopiossa tai julkaisun alussa tul e oha: Maanmittapslaitos, lupa nro 452/MAR/98 lntemet-käytössä lupanumero tulee laittaa sekä kartta-alueelle. että html-sivulle tekstinä. Lisäkopioiden valmlaminen edellä mainittuun ~rkoitukseen on sallittu vain Maanmittauslaitoksi~ uudella luvalla. ' Kopioiden käyttö ~uh~n kuin edellä mainittuun tarkoitukseen ja kopiointioikeuden edelleenluovutus o ilman Maanmittauslaitoksen lupaa kielletty. Lupaa koskevat J ' Maanmittauslaitos Yhteyshenkilö: 1 Maanmittauslaitos Markkinointi- ja m ntipalvelut Antti-Jussi Myllymäki PL 84, Hels~ki puh taksi: sähkö posti: antti. myllymaki@nls. fi dat ratkaistaan Helsingin käräjäoikeudessa. coo llj SO~IV1SilV~IRNVVH 86SS 1tS OZ 8SC+ XVd Ls:o1 3X 86. Zl/91

6 ( ) 0 u Päiväys ( Julkaisulupa nro MAANMITTAUSLAITOKSEN KARTTOJEN JULKAJSU-IKOPIOINTILUPA Maanmittauslaitos!uJuttaa jäljempänä malnituin ehdoin oikeuden valmistamansa kartan ja/tai numeerisen ain~st~h tai ilmakuvan kopioimiseen, painamiseen tai muulla näihin verrattavalla tavalla tapahtuvaan monistamiseen tai julkaisuun www-sivulla/sivuilla. 1 Luvan hakiia..ij!j, Nimi: PoSlVi\- Oy ~ Osoite: H,l'-OIV~ /.fa 00/oo 1 Ly-tunnus: 10 ).'] l.fa>- 8 \ Yht.henk.: A-~JTJ~ J.Jt.oLEN Puhelin: 0 S - ~3j J"f 3l> Faksi: os- J.Uo {17-1:1 Aineisto ~--- \J cj1 J1e ~ ~)Lq_ *'- L.t f"-"""' WLQ_ ~ t i 0.. fq. ft> rt ~-~ ~. ft'a..., ~ ~~Se...-.~r>.R pa..:~ ~~ t'q ftd >h'w.wte_ 7 Monistettava mää~:l 1 kpl Pinta-ala tuotteessa m2:3,9+3,9+3,lt'i,, 1 dm2 llopio+ ~",- 5~ ~1J~~~ Karttapaikan kartat: 1 Julkaistaam: - kpl 1 Tulostetaar;1/ 1 : -:- kpl Käyttö i 1 ) ~suunnitelmien ~hieta 0 ~rpssa ( 0 julkaisuasa Otehdaä 0 erilliset kopiot Muu, mikä: 1 0 opaslalrttana Oesitteeseå 0 opinnjytteessa 0 muldmedl&sa O n11m~ Lisäselvitys käytöstäl(esim. onko myytävä tuote, ilmaisjakelu, opinnäyte yms.) / (tl..ha-isja-~u Hu,~ Suui-J}.;;rrEL/JOILLE) Tuotteen 1 julkaisun nimi: 7YCR.Jl~o~tn ~3-f-3': u ~U.IOIJl-0..)~ \14-tiL.lJ'it-'S c-bhj4~~ WWW-sivujen o~ite: - Lupa on voimassa y~den vuoden paiväyspäivämäärästä. Ptt..~w~~R.~~ JA- W\JtUJ.S\.Iu~'( ZOO (lj SO~IV1SOV~IHNVVI 86SS tts OZ 9SC+ IVd st:st VK 96. Zt/tt

7 Työ raportti Kalliotilojen vaikutus pohjaveden pinnankorkeuteen ja kasvillisuuteen Henry Ahokas Olli Sailasmaa Fintact Oy Joulukuu 1998 Maanmittauslaitos, lupa nro 452/MAR/98 Pesivan työraporteissa käsitellään käynnissä olevaa tai keskeneräistä työtä. Esitetyt tulokset ovat alustavia. Raportissa esitetyt johtopäätökset ja näkökannat ovat kirjoittajien omia, eivätkä välttämättä vastaa Posiva Oy:n kantaa.

8 KALLIOTILOJENVAIKUTUS POHJA VEDEN PINNANKORKEUTEEN JA KASVILLISUUTEEN TIIVISTELMÄ Käytetty ydinpolttoaine on suunniteltu sijoitettavaksi 500 m syvyyteen louhittuihin kalliotiloihin. Peruskallioon louhittaviin tunneleihin tulee niiden avoinna ollessa vuotovesiä ympäröivästä kalliosta, ja pohjaveden pinta sekä hydraulinen korkeus laskevat. Pohjaveden pinnan ja hydraulisen korkeuden muutoksia erilaisissa tilanteissa arvioitiin analyyttisin laskelmin. Lähtöolettamuksena oli kallioperän homogeenisuus ja kalliomallin perusteella arvioitu vettä hyvinjohtavan ruhjevyöhykkeen todennäköinen sijainti. Vastaavanlaisia tutkimuksia Suomesta ja Ruotsista käytettiin tausta-aineistonaja vertailukohteina. Laskelmien perusteella kuilujen ja tunneleiden rakentaminen alentaa merkittävästi pohjaveden pintaa tilojen lähialueella. Suurimmat ja pisimmälle yltävät alenemat liittyvät kalliossa oleviin ruhjevyöhykkeisiin. Alenemien suuruutta voidaan merkittävästi vähentää injektoimalla tunnelit ja kuilut sementillä. Tutkimuksen perusteella ei kuilujen ja tunneleiden louhimisen aiheuttamasta pohjaveden pinnan alenemasta ole merkittävää haittaa alueen kasvillisuudelle. Pohjaveden pinnan ja kasvillisuuden muutoksia voidaan tarpeen mukaan seurata arvokkaiksi katsotuilla kohteilla loppusijoitusprojektin eri vaiheissa. Avainsanat: pohjavesi, alenema, ydinjäte, loppusijoitus

9 EFFECT OF UNDERGROUND FACILITY ON GROUNDWATER TABLE AND VEGETATION ABSTRACT The spent nuclear fuel is planned to be disposed of in the depth of 500 m in the bedrock. When the facility is open, pumping of leaking groundwater lowers hydraulic head and groundwater table in the vicinity of it. Changes of groundwater table and hydraulic head in different situations were estimated by analytical methods. One hydraulic conductive fracture zone was assumed to intersect the facility. The majority of the bedrock was assumed to be homogenous. Corresponding studies from Finland and Sweden were used as a background and reference. On the basis of calculations significant drawdown of groundwater table are to be expected in the vicinity of the facility. The extent and magnitude of the drawdown is most remarkable in fracture zones. Grouting will deerease drawdown significantly. According to the study, changes in groundwater table caused by excavation of shafts and tunnels do not cause significant damage for vegetation. Changes of groundwater table and vegetation can be monitored, if necessary, at valuable nature areas of investigation site during the project of final disposal of nuclear waste. Keywords: groundwater, drawdown, nuclear waste, final disposal

10 4 SISÄLLYSLUETTELO... 4!.JOHDANTO 5 2. LÄHTÖTILANNE LÄHTÖARVOT Kallioperän vedenjohtavuus Reunaehto Suotautuminen 7 4. REFERENSSIKOHTEET Stripa Äspö Suomalaiset kohteet Bolmen-tunneli Juktanin vesivoimalaitos Vaikutus kasvillisuuteen POHJA VEDEN PINNANKORKEUDEN JA KALLIOSSAOLEVAN HYDRAULISEN KORKEUDEN LASKENNALLISET ALENEMAT Pohjaveden pinnan alenemat Suotautumisen ja injektoinnin vaikutus PAIKKAKOHTAISET ALENEMA-ARVIOT KASVILLISUUTEEN JALUONTOTYYPPIINLIITTYVÄT ALUE- KOHT AISET ERITYISPIIRTEET ERI V AIHEIDEN JA VAIHTOEHTOJEN ERILLISTARKASTELUT VAIKUTUKSET NYKYISIIN KALIOTILOIHIN MAHDOLLISTEN HAITTOJEN RAJOITTAMINEN JA NIIDEN EHKÄISEMINEN SEURANTAOHJELMA LÄHDEVIITTEET LIITE 1 Romuvaaran tutkimusalueen pohjaveden pinnankorkeuden keskimääräiset arvot (m.a.s.l.) ja niiden perusteella laadittu tasa-arvokäyrästö LIITE 2 Kivetyn tutkimusalueen pohjaveden pinnankorkeuden keskimääräiset arvot (m.a.s.l.) ja niiden perusteella laadittu tasa-arvokäyrästö LIITE 3 Olkiluodon tutkimusalueen pohjaveden pinnankorkeuden keskimääräiset arvot (m.a.s.l.) ja niiden perusteella laadittu tasa-arvokäyrästö LIITE 4 Kallion pintaosaa kuvaavien havaintoreikien mittaustulokset (keskiarvot) Hästholmenin tutkimusalueelta... 44

11 5 1. JOHDANTO Tämän työn tuloksia on hyödynnetty mm. käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituslaitoksen ympäristövaikutusten arvioinnissa. Selvityksen tekivät FM Henry Ahokas ja Fil. yo. Olli Sailasmaa Fintact Oy:stä. Tilaajan puolelta työtä on valvonut Dl Antti Ikonen. Loppusijoitustilojen rakentamisen ja käytön aikainen vuotovesien pumppaaminen aiheuttaa muutoksia pohjaveden painekorkeuteen. Painekorkeuden alenemat etenevät tilojen ulkopuolelle pääasiassa tiloja Ieikkaavia rakenteita pitkin, mutta myös ns. ehjässä kalliossa rakoverkoston välityksellä. Ympäristötekijöihin vaikuttavat muutokset ovat pohjaveden pinnankorkeuden aleneminen tilojen välittömässä läheisyydessä ja sen mahdollinen vaikutus kasvillisuuteen. Tämän työn pääasiallinen tarkoitus on selvittää loppusijoitustilojen aiheuttaman pohjaveden pinnankorkeuden alenemat eri tyyppisille tapauksille stationäärisessä tilassa sekä arvioida referenssikohteiden perusteella alenemia ja niiden mahdollisia vaikutuksia kasvillisuuteen. Koska pohjaveden pinta on kaikilla tutkimusalueilla enimmäkseen kalliossa, ei tässä raportissa ole juurikaan käsitelty maapeitteessä olevaan pohjaveteen liittyviä erityispiirteitä. 2. LÄHTÖTILANNE Pohjaveden pinnankorkeutta on seurattu kaikilla neljällä tutkimusalueelia vähintään 10 vuoden ajan. Pisimmät havaintosarjat liittyvät Hästholmenin ja Olkiluodon VLJ-tutkimuksiin, joissa pohjaveden pinnankorkeutta on seurattu jo 1980 luvun alusta lähtien (Ahokas 1986, Ahokas 1993, Ahokas 1988, Ahokas & Äikäs 1991, Anttila et al. 1998, Hakala & Öhberg 1998). Viimeisimmät raportoidut seurantamittaustulokset sijoituspaikkatutkimuksista ovat vuodelta 1996 (Hänninen 1996a, b, c ). Yhteenveto sijoituspaikkatutkimusten tuloksista Romuvaaran, Kivetyn ja Olkiluodon tutkimusalueilta on esitetty PATU-projektin loppuraportissa (Ahokas et al. 1997), joka sisältää keskimääräistetyt reikäkohtaiset mittausarvot ja niiden pohjalta laaditut pohjaveden pinnankorkeuden tasa-arvokäyräkartat kultakin alueelta. Kyseiset kartat on esitetty myös tämän muistion liitteissä 1-3. Hästholmenin saaren pohjaveden keskimääräistä pinnankorkeutta on käsitelty tarkemmin IVO:n VLJ-luola-projektin yhteydessä (IVO International OY 1996), jossa tarkasteltiin pohjaveden pinnankorkeutta vain hyvin johtavassa rakoverkostossa ja päädyttiin käyttämään tasakorkeutta 0,5 m.a.s.l. Meneillään olevassa virtausmallinnustyössä pohjaveden pinnankorkeuden on oletettu seuraavan maanpinnan topografiaa kertoimella 0,5. Vastaavan tyyppistä relaatiota on käytetty mm. Äspön tutkimusalueen mallinnuksissa (Rhen et al. 1997b ). Liitteessä 4 on esitetty Hästholmenin reikäkohtaiset keskiarvot niistä rei'istä, joiden on katsottu edus-

12 tavan luonnontilaa ja kuvaavan parhaiten pohjaveden pinnan käyttäytymistä ( Ahokas 1993). Osa tuloksista perustuu toistaiseksi julkaisemattomaan havaintomateriaaliin LÄHTÖARVOT 3.1 Kallioperän vedenjohtavuus Vaikka hydrauliset ominaisuudet ovat voimakkaasti rakoilun luonteesta riippuvaisia voidaan etenkin runsaammin rakoillutta yläosaa (ylin m) käsitellä laskentatapausten yksinkertaistamiseksi homogeenisena väliaineena. Virtausmallinnuksissa (esim. Löfman 1996, Taivassalo & Meszaros 1994) sen efektiivinen K-arvo on ollut suuruusluokkaa 1 1 o- 9 m/s. Erillistarkasteluissa on päädytty efektiivisen K-arvon olevan kallion yläosalle (keskimääräistys ylimmälle 300 m:lle) enimmillään suuruusluokkaa 1 1 o- 8 m/s ( Ahokas et al. 1997). Itse loppusijoitussyvyyden (500 m) vastaava K-arvo on suuruusluokkaa m/s (esim. Löfman 1996, Taivassalo & Meszaros 1994). Stripa-projektin yhteydessä käytettiin vähän rakoilleen kallion (rock mass) efektiivisenä K-arvona mm. 1 1 o- 9 :ää (Anon 1990). Melko pinnassa olevan kuiluja leikkaavan vettäjohtavimman vaakarakenteen transmissiviteetit vaihtelevat alueittain seuraavasti: KI 1 1 o- 6 m 2 /s, OL 3 1 o- 5 m 2 /s, RO 1 1 o- 6 m 2 /s ja HH 1 1 o- 4 m 2 /s. Hästholmenin osalta tulos perustuu VLJ -luolan virtausmallinnuksessa käytettyyn arvoon (IVO International OY 1996), jota ovat vahvistaneet uusimmat vedenjohtavuuden mittaukset (Pöllänen & Rouhiainen 1998). Loppusijoitustilojen tunneleita leikkaavan pystyrakenteen transmissiviteetit vaihtelevat alueittain seuraavasti (S=sijoitustunneli M=muu tunneli): KI S=5 1 o- 9 m 2 /s, M=7 1 o- 5 m 2 /s, OL S=5 1 o- 9 m 2 /s, M=5 1 o- 9 m 2 /s, RO S=1 1 o- 6 m 2 /s, M=1 1 o- 6 m 2 /s. Hästholmenin osalta seuraavat arvot ovat alustavia arvioita: HH S= m 2 /s, M= m 2 /s. Em. yksittäisten vaaka- ja pystyrakenteiden vaikutusten arviointiin vaikuttaa oleellisesti se, miten hyvin kyseiset kuilu- ja tunnelilävistykset tiivistetään. Arvio huonoimmaksi injektointirajaksi on K=1 1 o- 7 m/s, jolloin esim. 10m paksun vyöhykkeen suurin mahdollinen tunnelia leikkaavan osuuden transmissiviteetti olisi 1 1 o- 6 m 2 /s. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että erittäin hyvinjohtavissa vyöhykkeissä pohjaveden hydraulisen korkeuden alenema on lähellä häiriintymätöntä tilaa jo noin 5-10 m päässä tunnelista ( etäisyysarvio perustuu raporttiin Rhen et al. 1997a). Tällöin kyseinen vyöhyke ei todennäköisesti vaikuta lainkaan pohjaveden pinnankorkeuteen. Tämän perusteella on sekä vaaka- että pystyrakenteiden transmissiviteetiksi laskentaesimerkeissä asetettu 1 1 o- 6 m 2 /s mahdollisimman suuren aleneman esittämiseksi.

13 7 3.2 Reunaehto Pohjavedenpinnan aleneman laskenta stationäärisessä tapauksessa vaatii myös reunaehdon eli aleneman vaikutussäteen arvioimisen. Jokaisella tutkimusalueelia on voitu määrittää kyseinen reuna eli alue, jossa vedenpinta ei enää alene. Se on tyypillisesti laaja suoalue tai meri ja sen etäisyys kuiluista ja loppusijoitustiloista on alueesta riippuen suuruusluokkaa m. Tosin esim. eräissä Äspön virtausmallinnuksissa meren pohja oletettiin savi- ja sedimenttikerroksista johtuen melko tiiviiksi (Rhen et al. 1997b ). Käytännössä tämä tarkoittaisi Olkiluodon ja Hästholmenin alueilla vaikutussäteen kasvua meren alle. Myös tiloja ympäröivät erittäin hyvin vettäjohtavat rikkonaisuusrakenteet voivat toimia aleneman vaikutusalueen reunoina. Tällöin vaikutussäteen arvo olisi pienimmillään noin 100m luokkaaja suurimmillaan muutaman sadan metrin luokkaa. Selviä viitteitä tämän tyyppisistä reunavaikutuksista on saatu Äspön tutkimusten yhteydessä (Rhen et al. 1997b ). Rikkonaisuusrakenteita pitkin etenevän hydraulisen korkeuden aleneman vaikutussäde voi olla huomattavasti suurempi kuin em. pohjaveden pinnankorkeuden muutosalue. Em. johtuen laskentaesimerkeissä on vaikutussäteenä hydraulisen korkeuden alenemaa laskettaessa käytetty 1500 metriä ja pohjaveden pinnan alenemaa laskettessa 1000 m. 3.3 Suotautuminen Sadannasta suotautuva vesi pienentää tilojen aiheuttamaa pohjavedenpinnan alenemaa tilapäisesti keväällä ja mahdollisesti syksyllä. Voimakkaimpina suotautumisaikoina aleneman vaikutusalue pienenee ja alenema on tilojen lähialuetta lukuunottamatta kauttaaltaan jonkin verran pienempi kuin stationääritilanteessa. Lisäksi suotauma kasvaa aleneman kasvaessa (Rhen et al. 1997b ), joten sen kompensoiva vaikutus mahdollisesti lisääntyy ajan myötä. Virtausmallinnuksissa (esim. Löfman 1996, Taivassalo & Meszåros 1994) on käytetty 1-5 % suotaumaa kallioperään. Äspön saarta koskevissa virtausmalleissa arvioidun suotauman suuruus on vaihdellut voimakkaaasti. Raportissa TR (Rhen et al. 1997b) on esitetty Äspössä käytetyn tunneli en vaikutuksen alaisissa virtausmalleissa jopa 134 mm/a suotauma-arvoa, joka on noin 20 % vuotuisesta sadannasta. Vastaavaksi suotaumaksi luonnontilassa oli arvioitu vain 0,4 mm/a eli alle promillen vuotuisesta sadannasta. Kyseiset suotaumat koskivat yli 5 m syvyydessä olevia alueita eli aivan pintaosissa tapahtuvat ilmiöt oli jätetty tarkastelun ulkopuolelle.

14 8 4. REFERENSSIKOHTEET 4.1 Stripa Jo edellä olevissa kappaleissa on tarkasteltu kahta merkittävää referenssikohdetta eli Stripan kaivosta ja Äspön kalliolaboratoriota. Näistä jälkimmäisestä on saatavilla selvästi enemmän pohjaveden pinnankorkeuteen liittyvää tietoa. Stripan tutkimukset keskittyivät syvällä tehtäviin mittauksiin ja niiden ymmärtämiseen. Siten esim. pohjaveden pinnankorkeutta ei alueella mitattu lainkaan. Sitä ei ainakaan ole raportoitu. Käytetyissä virtausmalleissa pohjaveden pinnankorkeuden katsottiin noudattavan loivennettua topografiaa ja se pidettiin kiinnitettynä kaivoksen aiheuttaman alenemavaikutuksen selvittämisessä (Anon. 1990). Tämä näkyy hyvin mm. kuvassa 4-1, jossa on esitetty poikkileikkauskuva hydraulisen korkeuden muuttumisesta kaivoksen ympäristössä. Käytetyistä lähtöarvoista riippuen noin m etäisyydellä kaivoksesta on saatu lähes 50 m alenema hydraulisessa korkeudessa. Valitettavasti laskentatuloksia ei ole voitu verrata todellisiin alenemiin, koska niitä ei ole mitattu km ~--~----~ ~ ~ 2500.~..-_..,, ::,. j l (m) FIG. 10. Distribution of groundwater head around the mine from model calculations using case B in Fig. 8 and a finite element method. Kuva 4-1. Hydraulisen korkeuden laskennallinen alenema pystyleikkauksessa Stripan kaivoksen ympäristössä (Anon. 1990).

15 9 4.2 Äspö Äspön kalliolaboratorion aiheuttamia hydraulisen korkeuden alenemia on mitattu useassa eri havaintopisteessä. Mittaustulosten mukaan suurimmat pohjaveden pinnankorkeuden alenemat ovat lähes 100m välittömästi tunnelispiraalin yläpuolella (Nyberg et al. 1996). Mittaustulosten perusteella laadittu aleneman tasa-arvokäyrästö on esitetty kuvassa 4-2. Käytännössä pinnankorkeuden alenemat muodostavat rakenteistajohtuen huomattavasti epäsäännöllisemmän kuvion. Kuvassa 4-3 on kyseistä epäsäännöllisyyttä mallinnettu numeerisesti (Rhen et al 1997b ). Molempien tulosten mukaan saaren pohjoisosa on säilynyt luonnontilassa eli lähes itä-läntinen vettäjohtava ruhjevyöhyke on toiminut vaikutusalueen reunana. Noin 10m alenema on edennyt pisimmillään pohjoiseen noin 500 m päähän kuilusta. (m) (m) I -30, : (m) Kuva 4-2. Mittaustuloksiin perustuva pohjaveden pinnankorkeuden tasa-arvokäyrästö tilanteessa, jossa tunnelia oli louhittu paaluluvulle 2875 m (Rhen et al. 1997b).

16 10 Drawdown by the tunnet ÄSPÖ GR.W.LEUEL [11] l-18 l-15 l-u -B -5 ' (m) Kuva 4-3. Numeerisen mallin avulla laskettu pohjaveden pinnankorkeus Äspön saarella tilanteessa, jossa tunneli oli louhittu paaluluvulle 2875 m (Rhen et al. 1997b). 4.3 Suomalaiset kohteet Vastaavat kohteet Suomessa rajoittuvat Olkiluodon ja Hästholmenin VLJ-luolien ympäristöihin. Hästholmenin alueella pohjaveden pinnankorkeus on pysynyt lähes muuttumattomana niiden havaintokaivojen perusteella, jotka sijaitsevat aivan pintakalliossa. Ne eivät todennäköisesti leikkaa sellaisia vettäjohtavia rakoja, jotka olisivat yhteydessä loppusijoitustiloihin. Sen sijaan niissä havaintopisteissä, jotka leikkaavat em. vettäjohtavia rakoja ja rikkonaisuusvyöhykkeitä, on hydraulinen korkeus alentunut pintakalliossa tilojen välittömässä läheisyydessä enimmillään noin 6 m. Hydraulisen korkeuden alenema yksittäisen vaakarakenteen ja ajotunnelin leikkauskohdan välittömässä läheisyydessä on enimmillään noin 25m. Noin300m päässä kyseisestä leikkauskohdasta vastaava alenema on noin 2 m (Anttila et al. 1998). Kehitys em. pysyviltä (niin kauan kuin tilat ovat auki) vaikuttaviin muutoksiin on tapahtunut melko nopeasti. Muutaman kuukauden kuluessa tilojen louhinnan päätyttyä on saavutettu stationäärinen tila, joka viittaa alenemien saavuttaneen vaikutusalueen reunan. Vastaavat tulokset Olkiluodon osalta ovat analysoimatta.

17 11 Olosuhteiltaan otollisimmiksi arvioitujen kohteiden eli Suomessa olevien kaivosten vaikutuksista pohjaveden pinnankorkeuteen ei ole tutkimuksia. Ainoat tiedot pinnankorkeuden alenemista liittyvät kaivosten läheisyydessä olevien matalien talouskaivojen kuivumiseen. Hituran kaivosalueella vinotunneli yltää 350 m:n syvyyteen. Tällä alueella on yksittäisten kaivojen kuivumista tapahtunut enimmillään noin 1,5 km etäisyydelle. Pyhäsalmen kaivoksella pystykuilut yltävät 730 m:n syvyyteen, josta vinotunneli jatkuu 1145 m:n asti. Alueella on yksittäisten kaivojen kuivumista tapahtunut enimmillään noin m etäisyydelle kaivosalueesta. Kuivumisen on molemmilla alueilla todettu tapahtuneen vain yhdessä suunnassa eli alenema on edennyt mitä ilmeisimmin kaivosta leikkaavaa ruhje- tai rikkonaisuusvyöhykettä pitkin. Myös Vammalan (Oriveden) 490 m syvyisellä kaivoksella on talouskaivoja kuivunut, mutta vain tiettyä ruhjesuuntaa seuraten. Em. havainnoista ei ole olemassa julkaistua tietoa. Kaivosyhtiöt ovat korvanneet syntyneet haitat uusilla kai voilla. 4.4 Bolmen-tunneli Etelä-Ruotsissa Etelä-Ruotsissa louhittiin yli 80 km pitkä vedenottotunneli m syvyyteen maanpinnasta. Tunnelin poikkipinta-ala on 8 m 2 Alueen pohjavesiolojen muutosta tutkittiin Staverhultin kylän lähistöllä. Kylän läheisyydessä tunneli leikkaa kolme suurta tektonista vyöhykettä. Alueen pääkivilaji on heterogeeninen gneissi, jota leikkaa useita amfiboliittijuonia. Maapeite on pääosin kumpuilevaa moreenimaastoa vaihdellen soistuneiden painanteiden kanssa. Tutkimuksissa ilmennyt suurin pohjaveden pinnan alenema kalliossa oli 15m. Piste sijaitsi 40 m:n päässä tunnelin reitiltä. Pinnan alenema maapeitteessä vaihteli 0,1-0,8 m, kun vaikutusalue tunnelin reitiltä oli 300 m. Tektonisen vyöhykkeen suunnassa havaittiin 0,3 m alenema 800 m päässä tunnelista. Alenemaan vaikuttavat etäisyys tunnelista, tektoniset vyöhykkeet, maapeitteen kostumus ja jakauma, maapeitteen ja kallioperän kontaktipinta sekä pintavesivarastojen vaikutus (Olofsson 1991). Mahdollista maaperässä olevan pohjaveden pinnan alenemista voi tapahtua lähinnä kallioperässä olevien vettä hyvin johtavien pystyrakenteiden yhteydessä. Lisääntynyt pintaveden suotautuminen voi poikkeustapauksissa vähentää pohjaveden pinnan alenemista. 4.5 J uktanin vesivoimalaitos Pohjois-Ruotsissa Pohjois-Ruotsissa Juktanin vesivoimalaitokseen liittyen louhittiin alueella yli 20 km pitkä tunneli poikkileikkaukseltaan m 2 Tunnelin syvyys on keskimäärin 225 m maanpinnalta. Alueen kallioperä on pääosin graniittiaja siellä täällä metasedimenttejä. Vuotoveden määrä tunneliin oli keskimäärin /sm. Kokonaismäärästä tuli 80%

18 12 suuremman vedenjohtavuuden omaavista tektonisista vyöhykkeistä. Vuotovesien määrä näissä vyöhykkeissä oli alussa 2-5 kertaa suurempi, mutta laski kalliomassan kuivuessa ja rakojen osittain tukkeutuessa. Tunnelin vaikutusalueeksi pohjaveden pintaan arvioitiin 1000 metriksi homogeenisen kallion alueeliaja metriksi tektonisilla vyöhykkeillä. Alueella havaittiin neljässä kaivossa alenema, joka vaihteli 25 ja 40 m:n välillä. Kaivot sijaitsevat hydraulisesti johtavan vyöhykkeen päällä. Kaivojen etäisyys tunnelista oli ja m:n välillä. Pohjavesisysteemi on selvästi muuttunut tunnelin louhimisen vaikutuksesta. Ainoat huomattavat haitat olivat em. alenemat kai voissa. Lisäksi yhden maanpinnalle tulevan vinotunnelin läheisyydessä suolammen vedenpinta laski huomattavasti. Jotkut pohjaveden purkautumisalueet vaikutusvyöhykkeellä saattoivat muuttua muodostumisalueiksi. Asteittaista muutosta mikroilmastossa saattaa tapahtua, mutta Juktanin alueella ei tätä ole havaittu (Olsson 1979). 4.6 Vaikutus kasvillisuuteen Pääosa kasveista ottaa vetensä pohjavedenpinnan yläpuolisesta maavedestä Guurivyöhykkeestä), jonka vesivarasto täyttyy lähes pelkästään sadannasta suotautuvasta vedestä (kuva 4-4). Tällaisissa tapauksissa pohjaveden pinnankorkeudella ja sen muutoksilla ei ole mitään vaikutusta kasvien elinolosuhteisiin. Sellaiset kasvit, jotka ovat riippuvaisia pohjavedenpinnan yläpuolella olevasta ns. kapinaarivyöhykkeen maavedestä, luonnollisesti kärsivät sellaisesta pohjaveden pinnankorkeuden laskusta, jossa kapillaarinen imu ei enää kykene nostamaan vettä ylöspäin. Teoriassa tämä tarkoittaisi sitä, että ko. kasvilajit häviävät ja muut kasvilajit valtaavat alaa. Olemassa olevat tutkimukset ovat melko yleispiirteisiä eikä niissä yleensä ole korreloitu kasvillisuuden muutoksia mitattuun pohjavesipinnan muutokseen. Eräiden tulosten mukaan (Helsingin kaupungin suunnitteluvirasto 1986) pohjaveden alenemisella on vain vähäisiä vaikutuksia kasvillisuuteen mikäli pohjavesi normaalisti sijaitsee vähintään 2,5 metrin syvyydessä. Tosin kalliokasvillisuus näyttäisi olevan erityisen herkkä muutoksille. Kun kasvillisuus käyttää pintavettä ja vettä, joka halkeamia ja huokosia pitkin kulkeutuu pohjaveteen, mahdollinen pohjaveden aleneminen ei vaikuta siihen (Bohm 1992).

19 13 MAANPINTA 1. JUURI- VYÖHYKE :<( ~ :<( ~ >- :<( 1-UJ z~ ->- 2. VÄLI~ VAJOVETIÄ <(I 1-0 VYÖHYKE JA 1->- KALVOVEDÄ (j)~ 0CI) w>! o<c UJ<( >~ l 1 l ZUJ l 1 Kuva 4-4. Maaperän vesivyöhykkeet kaaviollisesti esitettynä (Airaksinen 1978). Helsingissä on tutkittu maanalaisten tilojen päällä ja tuntumassa sijaitsevan puuston muutoksia (Karlsson 1980, Ekman-Niemi-Kaija 1995). Näissä tutkimuksissa ei ole mitattu pohjaveden alenemista, joten tämän vaikutus esimerkiksi suhteessa vuosittaisiin sadannan vaihteluihin tai ilman epäpuhtauksiin on epäselvä. Tulosten mukaan maan-

20 14 alaisten tilojen päällä tai tuntumassa sijaitsevassa puustossa havaittiin sekä 1979 että 1994 vähäisiä-huomattavia vaurioita lukumääräisesti noin viidenneksellä alueista. Kyse oli yleensä muutaman-kymmenkunnan puun kuolemisesta. Huomattavimmat vauriot havaittiin kallioalueilla. Mikäli kasvillisuus on suoraan riippuvainen pohjaveden purkautumisesta maan pinnalle on pohjaveden alenemisella luonnollisesti huomattavia vaikutuksia. Tällaista kasvillisuutta edustavat pohjavesivaikutteiset suot ja lähteiköt lievealueineen. Pohjavesivaikutteiset suot ovat enemmän tai vähemmän meso-eutrofisiaja niiden kasvillisuus eroaa täysin ravinnesaanniltaan sadannasta tai valunnasta riippuvaisten soiden kasvillisuudesta. Pohjavesivaikutteisia soita on ojitettu hyvin yleisesti, ja ne muodostavatkin tänään hyvinkin harvinaisen ja arvokkaan luontotyypin. Luonnontilaiset lähteiköt edustavat nekin harvinaistuvaa luontotyyppiä, ja ne ovatkin vesilailla suojeltu ja. Vesilain mukaan luonnontilaisten lähteiden luonnontilaa vaarantavat toimenpiteet ovat kiellettyjä. Edellä mainitun Etelä-Ruotsissa sijaitsevan vedenottotunnelin rakentamisella oli vain vähäisiä vaikutuksia alueen pohjavesitasapainoon. Kuitenkin paikallisesti pohjaveden pinnan aleneminen on vaikuttanut pohjaveden purkautumis- ja muodostumisalueiden sijaintiin. Tämä on todennäköisesti aiheuttanut soistuneen maaperän kuivumista (Olofsson 1991). Vertailukohteiden perusteella ei merkittäviä alueellisia vaikutuksia kasvillisuudelle ole odotettavissa. Aivan tilojen läheisyydessä olevilla soilla voi vähäinen kasvilajien jakauman muutos olla mahdollinen. Pohjavesivaikutteisissa kohteissa alenema voisi aiheuttaa helpommin havaittavia eroja lajistossa: kosteikkokasvien määrä vähenisi ja muiden kasvaisi. Tutkimusalueilla pohjavesivaikutteisia kohteita on neljä. Romuvaarassa tilojen sijoittaminen aivan mahdollisen rakennusalueen lounaiskulmaan voisi ulottaa aleneman Särkkäharjun lähteikköalueen reunalle. Todennäköisesti tilat sijaitsevat kuitenkin niin kaukana, että alenema voisi ulottua lähteikköalueelle vain mahdollisen rikkonaisuusvyöhykkeen suunnassa. Kivetyssä Kilpilammen ja Kumpusen lähteet ovat niin kaukana, että alenema voi yltää niihin vain mahdollisen rikkonaisuusrakenteen suunnassa. Loviisassa alenema voisi yltää Blikumalmenin saarniesiintymään vain mikäli kalliotiloja rakennettaisiin myös mantereen puolelle ja rikkonaisuusvyöhyke yhdistäisi esiintymän kalliotiloihin.

21 15 5. POHJA VEDEN PINNANKORKEUDEN JA KALLIOSSA OLEVAN HYDRAULISEN KORKEUDEN LASKENNALLISET ALENEMAT 5.1 Pohjaveden alenemat Pohjaveden pinnan- ja hydraulisen korkeuden muutoksia loppusijoitustilojen vaikutuksesta on laskettu analyyttisin menetelmin eri tyyppisille tapauksille erikseen ja lopuksi niiden yhteisvaikutuksena. Erilliset analyysit on laskettu seuraaville tapauksille: yksi ja kaksi kuilua homogeenisessa kalliossa (kuvat 5-1 ja 5-2) 500 m syvyydessä olevat yksinkertaistetut tilat (=ajotunnelit) homogeenisessa kalliossa (kuva 5-3) kaksi kuiluaja yksinkertaistetut tilat (=ajotunnelit) homogeenisessa kalliossa (kuva 5-4) yksinkertaistetut tilat (=ajotunnelit) ja pystyasentoinen rakenne (kuva 5-5) kaksi kuilua ja yksinkertaistetut tilat ( =ajotunnelit) homogeenisessa kalliossa, jossa yksi maanpinnalle ulottuva pystyrakenne (kuva 5-6) yksi ja kaksi kuilua ja vaaka-asentoinen rakenne ( confined aquifer) (kuva 5-7) Eri elementtien aiheuttamat alenemat on laskettu yhteen superpositioperiaatteen mukaisesti. Kuiluihin tulevan vuotoveden määrä on arvioitu Dupuit'n approksimaatiolla vapaalle akviferille. (1) Tästä on myös johdettu kuilujen aiheuttamien alenemien laskukaava h= r J -rln_q_ h2 -(h2 -h2 0 0 w r ln_q_ r w (2) missä pohjaveden pinnankorkeuden nollatasoksi on määritelty -500 m. Tällöin hw on pohjaveden pinnan korkeus kuilussa (=0 m), ho on pohjaveden pinnan korkeus vaikutusalueen reunalla (=500 m), rw on kuilun säde (=2m), r 0 on arvioidun vaikutusalueen säde (=1000 m) ja h on pinnan korkeus etäisyydellä r kuilusta (Airaksinen 1978).

22 Tunneleihin tulevan vuotoveden määrää on arvioitu vedenjohtavuuden arvoilla K = m/s, m/s ja m/s. Käyttämällä Moyen kaavaa (3) paineeiliselle akviferille Q 11.h L K 2 n 1 + ln L 2 r (3) missä 11.h on alenema, L on tunnelin pituus ja rontunnelin säde, saadaan K:n arvoilla m/s, m/s ja m/s vuotovesien kokonaismääriksi vastaavasti /s, 7.4 Usja 1.51/s ( m 3 /sm, m 3 /smja m 3 /sm). Gustafson (1986) käytti tunneleihin peilikaivomenetelmää, jolloin kaavaksi saatiin d K 2 n q = ---=-g ln 2 d r w (4) missä d on syvyys ja rw on tunnelin säde. Tällöin arvoilla 1 1 o- 8 m/s, 4 1 o- 9 m/s ja 1 1 o- 9 m/s saatiin vuotovesien kokonaismääriksi vastaavasti 10.11/s, 4.0 1/s ja 1.0 1/s ( m 3 /sm, m 3 /smja m 3 /sm). Tunneliin tulevan vuotoveden määrää sen leikatessa pystyrakenteen arvioitiin paineeiliselle laajalle akviferille käytetyllä Thiemin yhtäiällä (Airaksinen 1978) (h 0 -h ) Q=2 n T w R ln- 0 rw (5) missä rakenteen transmissiviteetti T = m 2 /s ja vaikutussäde Ro = 2000 m. Rakennetta leikkaavan tunnelin säde rw = 2 mja vapaan pohjaveden pinnan korkeus on 500 m. Pohjaveden korkeuden nollatasoksi on määritetty tunnelin syvyydelle eli -500 m. Pohjaveden korkeus tunnelissa on 0 m. Virtaama pystyrakenteesta tunneliin on näillä arvoilla 5 1 o- 4 m 3 /s =0.45 1/s. Pohjaveden pinnan aleneminen pystyrakenteessa on laskettu peilikaivomenetelmällä siten, että pohjaveden pinta pysyy vakiona reunaehtoetäisyyden päässä tunnelista (Gustafson 1986).

23 17 Q ln r{_ /rw h=h n T (6) Tunnelien aiheuttama pohjaveden pinnan aleneminen maanpinnalla on laskettu peilikaivomenetelmällä käyttäen kaavaa (2).

24 18 FT, OAS, Kuva5-l.vvmf Dm-- 0 j) 100 lj) nl ~ :m 33) 400 4j) j)q -lw Kuva 5-1. Yhden kuilun vaikutus pohjaveden pinnankorkeuteen homogeenisessa kalliossa. Reunaehto on 1000 m.

25 19 FT, OAS, Kuva5-2.wmf Kuva 5-2. Kahden kuilun yhteisvaikutus pohjaveden pinnankorkeuteen homogeenisessa kalliossa. Reunaehto on 1000 m.

26 20 FT, OAS, Kuva5-3. '\NIIlf 0 SJ 100 lsj ::m 2il Jl) 3j) 400 4SJ SJO -lsjo Kuva m syvyydessä olevien yksinkertaistettujen tilojen (=1,8 km ajotunneleita) vaikutus pohjaveden pinnankorkeuteen homogeenisessa kalliossa. Reunaehto on 1000 m.

27 21 FT, OAS, Kuva5-4. vvmf w -l.w ~~~~88~~~~~~~~8 8~g~~~~~~88~~~~ ~~~~~~ ~~~~~~ Kuva 5-4. Kahden kuilun ja yksinkertaistettujen tilojen ( = 1,8 km ajotunneleita) yhteisvaikutus pohjaveden pinnankorkeuteen homogeenisessa kalliossa. Reunaehto on 1000 m.

28 22 FT, OAS, Kuva5-5.wmf -----Om 0 ~ 100 1~ :;m 2j) :::rn 3j) 400 4~ w -1W Kuva 5-5. Yksinkertaistettujen tilojen ja pystyasentoisen rakenteen vaikutus pohjaveden pinnankorkeuteen homogeenisessa kalliossa. Reunaehto on 1000 m.

29 23 FT, OAS, Kuva5-6.wmf 400 Kuva 5-6. Kahden kuilun ja yksinkertaistettujen tilojen (=1,8 km ajotunneleita) sekä yhden maanpinnalle ulottuvan pystyrakenteen yhteisvaikutus pohjaveden pinnankorkeuteen. Reunaehto on 1000 m.

30 ~ A) matka, m = -100 rii ~ ~ ~ y..::ad ~ ~ 0..::ad = l - Qj l e = -35o ~ "= i ~, B) matka, m = -50 ~ ~ e v-v - -1oo rii = -150 Qj ~ ::ad = -250 Qj ~ ~ -= Kuva 5-7. A) Yhden kuilun aiheuttama hydraulisen korkeuden alenema vaakaasentoisessa rakenteessa (confined aquifer) poikkileikkauksessa, jossa kuilu on keskellä. B) Kahden kuilun aiheuttama hydraulisen korkeuden alenema vaaka-asentoisessa rakenteessa (confined aquifer). Alemmassa käyrässä poikkileikkaus kulkee kuilujen kautta ja vasen kuilu sijaitsee matkaluvulla 0 ja oikea kuilu matkaluvulla 400 m. Ylempi käyrä kuvaa tilannetta poikkileikkauksessa, joka kulkee kohtisuoraan kuilujen välistä. Vaakarakenteen syvyys on 100 m. Vaakarakenteen tapauksessa vain painekorkeus laskee. Pohjaveden pinta pysyy muuttumattomana ( confined aquifer).

31 Suotautumisen ja injektoinnin vaikutus Edellä olevissa esimerkkilaskelmissa ei ole huomioitu injektoinnin ja sadannasta suotautuvan veden kompensoivaa vaikutusta, joten tilanne vastaa jotakuinkin kaivoksia. Suotautumisen kompensoiva vaikutus saattaa rajoittua voimakkaaseen pohjaveden muodostumiskauteen eli kevääseen. Stationääritilannetta tarkasteltaessa suotautumisen vaikutusta on vaikea arvioida. Kuilujen osalta aleneman vaikutusalueen reuna todennäköisesti siirtyy hieman lähemmäksi tiloja. Mikäli reunaa pidetään paikallaan, aiheuttaa suotautuminen teoreettisesti vain virtaaman lisääntymistä kuiluihin. Suotautuvan veden kokonaismäärä 1 km 2 alueelle on 5% Suotautumalla 66litraa/min ja 15 % suotaumalla 200 Umin. Kaikilla alueilla loppusijoitustilojen vaikutuksesta alenevan pohjavedenpinnan kattama alue on vähintään 1 km 2 suuruinen. Kivetyn, Olkiluodon ja Remuvaaran se on todennäköiseti noin 2-3 km 2 suuruinen. Korvaava vesimäärä on siten Kivetyssä, Olkiluodossa ja Remuvaarassa suuruusluokaltaan noin Umin. Sijoitustunneleiden vuotovesimäärä on suuruusluokkaa 1-5 1/min/100 m, joten esim. vaiheittain rakentamisen tapauksessa, olettamalla 3 km sijoitustunneleita olevan auki kerrallaan, niiden aiheuttama kokonaisvuotomäärä on noin Umin. Tällöin em. 1 km 2 suotautumisalue maanpinnalla edustaa noin kolmasosaa siitä säteeltään 500 m suuruisesta pallon muotoisesta alueesta, josta vesi tulee sijoitustunneleihin. Kolmasosa kokonaisvuotomäärästä on /min eli 1 km 2 suotautumisalueelta tuleva vesimäärä on suurempi jopa 5 %:n suotatumisarvolla. Mikäli vuotovesien kokonaismäärä jää arvioidun vaihteluvälin alarajalle riittää jo 1 %:n suotauma-arvo pitämään tilanteen tasapainossa. Tämä tarkoittaa käytännössä sitä, että vaiheittain rakennettavien sijoitustunneleiden vaikutuksesta pohjavedenpinta ei laske. Mikäli tilat rakennetaan kerralla on sijoitustunneleita auki noin 20 km eli niiden aiheuttama kokonaisvuotomäärä on noin /min. Kolmasosa tästä on noin /min eli alarajalla jopa 5 %:n suotauma riittää pitämään pohjavesipinnan muuttumattomana. Mikäli vuotovesimäärä on arvioidun ylärajan mukainen ei 15 %:n suotuma-arvokaan riitä estämään sijoitustunneleiden vaikutuksesta aiheutuvaa pohjavedenpinnan laskua. Käytännössä tämä tarkoittaa mm. sitä, että kerralla rakennettaessa lähinnä voimakkaiden alenemien kattama alue on hieman suurempi kuin kuvassa 5-4 on esitetty. Edellä esitetyistä esimerkkilaskelmista, jotka kaikki perustuvat vaiheittain rakentamiseen, on suotautumisesta johtuen jätetty Sijoitustunnelien vaikutus kokonaan huomioimatta. Tästä huolimatta laskelmien mukaiset pohjavedenpinnan alenemat ovat todennäköisesti suurempia kuin todellisuudessa. Hästholmenin alueella laskelmat ovat

32 ~ ~ kuitenkin lähempänä todellisuutta. Alueella meren läheisyys asettaa vaikutusalueelle fyysiset rajat ja toisaalta mahdollisesti lisää vuotovesien määrää kuiluihin ja tunneleihin. Injektoinnin vaikutuksesta veden virtaus tiloihin vähenee. Myös luonnollisista syistä tilojen lähiympäristöön muodostuu usein ns. positiivinen skin, jonka vaikutuksesta virtaamat pienenevät voimakkaasti. Esim. Stripan kaivoksessa on em. positiivisen skinefektin vaikutuksesta virtaama louhittuun tilaan pienentynyt kairanreikätulosten perusteella arvioituun määrään verrattuna lähes kymmenenteen osaan (Gnirk 1993). Kuvassa 5-8 on esitetty yhden kuilun ja 500 m syvyydessä olevan vaakarakenteen (T= m 2 /s) aiheuttamat hydraulisen korkeuden alenemat ilman injektointia (alempi käyrä) ja injektoinnin kanssa. Injektoinnin on oletettu pienentävän kuiluun tulevan virtaaman viidennekseen alkuperäisestä. Loppusijoitustilojen tunnelit ja kuilut on tarkoitus tiivistää injektoimalla vuotovesien määrän rajoittamiseksi ja vaikutusalueen pienentämiseksi. matka, m ~~~~~~~~~~~~~~~~~~==~~ ~ ~ ~~------~ ~~--~~--~~ ~ e -30 r;j = ~ ~ ""' 0 ~ = ~... - = = -60 ec ""' -70 "'0..= ~ Kuva 5-8. Yhden kuilun aiheuttama hydraulisen korkeuden alenemat vaaka-asentoisessa rakenteessa (confined aquifer) ilman injektointia (alempi käyrä) ja injektoituna. Poikkileikkauksessa kuilu on keskellä. V aaka-asentoisen rakenteen syvyys on 100 m.

33 27 FT, OAS, Kuva5-9.wmf lco ::;m 3D 4ID ~ 6J) 'm ffd sm la:o 1100 lid 13ll 14lJ ~~~~LL~-L~~~~~~-L~~~~~-~~ ~~~~~~~~~~ij~~~~o ~~~~ ~~~~~~~~~ Kuva 5-9. Pohjaveden pinnankorkeuden alenema kahden kuilun ja yksinkertaistettujen tilojen ( = 1,8 km ajotunneleita) sekä yhden maanpinnalle ulottuvan pystyrakenteen tapauksessa ja injektoinnin pienentäessä virtaaman viidennekseen. Reunaehto on 1000 m.

34 28 Kuvassa 5-9 on esitetty vastaavan injektoinnin vaikutus kahden kuilun ja yksinkertaistettujen tilojen ( = 1,8 km ajotunneleita) sekä yhden maanpinnalle ulottuvan pystyrakenteen tapauksessa eli samassa tilanteessa kuin kuvassa 5-6. Kuvan 5-9 tilanne vastaa arvioitua suurinta mahdollista pohjaveden alenemaa. Injektoinnin vaikutus on huomattava. Mikäli virtaaman määrää tiloihin voidaan rajoittaa kymmenenteen osaan alkuperäisestä, pienentyvät myös alenemat noin kymmenenteen osaan. Kuten jo aikaisemmin mainittiin, injektoinnilla on omat rajoituksensa etenkin melko tiiviissä kalliossa, joten on todennäköistä, että alenemia kyetään pienentämään parhaiten tiloja leikkaavissa rakenteissa. Ehjässä kalliossa injektoinnin vaikutus alenemiin jäänee siten pienemmäksi. 6. PAIKKAKOHTAISET ALENEMA-ARVIOT Kuvissa 6-1, 6-2, 6-3 ja 6-4 on esitetty kullekin mahdolliselle loppusijoituspaikalle tehdyt pohjaveden pinnan laajimmat alenema-arviot. Oletuksena on, että tuoneleiden ja kuilujen injektointi tehdään siten, että kalliopohjaveden pinnan aleneminen on viidennes siitä, mitä se olisi ilman injektointia. Kullekin kohteelle on arvioitu yksi pystyrakenne, joka aiheuttaa pohjaveden pinnan alenemaa suuremmalla etäisyydellä kuin pelkät pystykuilut ja tunnelit. Pystyrakenteet ovat realistia, mutta niiden sijainti on kuvitteellinen. Aleneman samanarvokäyrät on esitetty 10m:stä alkaen 10 m:n välein. Aivan alenemakuvion keskellä on alenema yli 100m, mutta käyriä ei ole tarkoituksenmukaista piirtää niin pienelle alueelle. Pohjaveden pinnan aleneminen 10 m:llä ei välttämättä kuivata kallioporakaivoa, mutta maapeitteessä oleva rengaskaivo saattaa kuivua. Kuivumista ei tapahdu, mikäli rengaskaivo sijaitsee akviferissa, jonka antoisuus riittää korvaamaan poistuvan veden. Merkittäviä alueellisia vaikutuksia kasvillisuuteen ei ole odotettavissa. Romuvaaran, Kivetyn ja Olkiluodon kalliomalleista (Saksa et al. 1998) näkyi selkeä pystyrakenne, joka näkyy myös alenema kuviossa. Mikäli molemmat kuilut tulevat Hästholmenin saarelle, on ympäröivä meri luonnollinen raja pohjaveden pinnan alenemiselle. Hydraulisen korkeuden alenema voi edetä vaakarakennetta pitkin teoriassa myös mantereen puolelle. Mikäli maanalaisia tiloja rakennetaan mantereen puolelle, peittää vaikutusalue vajaan kilometrin säteisen puoliympyrän niemen kärjestä.

35 Kuva 6-1. Arvioidut alenemat Romuvaarassa kahden kuilun, tunneleiden, pystyrakenteen sekä injektoinnin yhdistelmänä. Särkän pohjavesivaikutteiset osat on rajattu vihreällä ja mahdollinen rakennusalue punaisella. 29

36 30 Kuva 6-2. Arvioidut alenemat Kivetyssä kahden kuilun, tunneleiden, pystyrakenteen sekä injektoinnin yhdistelmänä. Kilpilammen ja Kumpusen lähteet on rajattu vihreällä ja mahdollinen rakennusalue punaisella.

37 31 Kuva 6-3. Arvioidut alenemat Olkiluodossa kahden kuilun, tunneleiden, pystyrakenteen sekä injektoinnin yhdistelmänä. Punaisella on rajattu mahdollinen rakennusalue. Pohjavesivaikutteisia luontokohteita ei ole.

38 32 J._ J._.1..:... :r. \ \ \ \ t \ \ \ \ \ r l rngruijdet.j._ t 0 = '\ " '\ '\ '\ '\ '\ '\ - - '\ _,_ " '\ '\ '\ " 't.l utt.,un<mr " " m '\ '\ Suo~n koordinaattijärie!~tellmj '\ HM 1 Saanio & Riekkola Oy ' " Kuva 6-4 Arvioidut alenemat Hästholmenissa kahden kuilun, tunneleiden, pystyrakenteen sekä injektoinnin yhdistelmänä. Saarniesiintymä on rajattu vihreällä ja mahdollinen rakennusalue punaisella..

39 33 7. KASVILLISUUTEEN JA LUONTOTYYPPIIN LIITTYVÄT ALUEKOHTAISET ERITYISPIIRTEET Pohjavesivaikutteisia soita ja lähteikköjä on tutkimusalueilla erityisesti Romuvaarassa Särkän harjun liepeillä. Lähdevaikutteisen Särkkäpuron varrella on rehevä, pohjavesivaikutteinen suoalue. Tyypillisiä ovat mesotrofiset nevarämeet ja paikoin rämeletot. Suon eteläreunassa esiintyy lähteisiä tihkupintoja. Täällä kasvavat mm. Kainuussa uhanalaiset punakämmekkä ja vuorolehtihorsma. Särkän harjumuodostuman länsipäähän on muodostunut laaja runsasvetinen lähteikköalue, jossa harjun pohjavedet purkautuvat Särkkäpuroon. Harjun rinteeseen on kehittynyt lähteikköpintoja, pieniä lähdenoroja sekä alemmas Särkkäpuron varteen laajempi lähteinen neva ja Iampi. Täälläkin kasvaa Kainuussa uhanalainen vuorolehtihorsma. Kasvillisuus on muutenkin edustava. Nämä pohjavesivaikutteiset suot ja lähteiköt ovat tärkeä osa maakunnallisesti arvokasta aluekokonaisuutta (Siitonen & Ranta 1997). Mahdollisen rakennusalueen raja on lähimmillään n. 600 m:n päässä. Tilojen sijoittaminen aivan mahdollisen rakennusalueen lounaiskulmaan voisi ulottaa aleneman lähteikköalueen reunalle. Lähin alustavasti suunniteltu kuilu sijaitsee noin 1,6 km etäisyydellä. Todennäköisesti tilat sijaitsevat niin kaukana, että alenema ulottuisi lähteikköalueelle vain mahdollisen rikkonaisuusvyöhykkeen suunnassa. Kivetyssä on Kilpilammen ehdotetuna Natura alueella sijaitseva lähteikkö Keski-Suomen pienvesien luettelon merkittävimpiä kohteita. Myös Kumpusen tuntumassa on runsasvetinen lähde. Molemmat lähteet sijaitsevat noin kilometrin päässä mahdollisesta rakennusalueesta ja molemmista alueista on matkaa lähimpään alustavasti suunniteltuun kuiluun noin 1,5 km (Siitonen et al. 1997a). Alenema voikin yltää niihin vain mahdollisen rikkonaisuusvyöhykkeen suunnassa. Loviisassa Blikumalmenin saarniesiintymä kasvaa lievästi lähteisessä lehtokorvessa (Siitonen et al. 1997b) Se sijaitsee 1,6 km etäisyydellä mahdollisen rakennusalueen reunasta. Alenema voisikin yltää saarniesiintymälle vain mikäli kalliotiloja rakennettaisiin myös mantereen puolelle ja rikkonaisuusvyöhyke yhdistäisi esiintymän kalliotiloihin. Olkiluodon alueella ei em. kaltaisia erityispiirteitä ole.

40 34 8. ERI V AIHEIDEN JA VAIHTOEHTOJEN ERILLISTARKASTELUT Pohjaveden pinnankorkeuden ja vaakarakennetta pitkin etenevän hydraulisen korkeuden alenemat riippuvat kerralla aukiolevien tilojen määrästä eri vaiheissa. Ajankohtien vaikutuksen arviointi on jaettu neljään eri vaiheeseen: tutkimus vaihe, rakentamisvaihe, loppusijoitusvaihe ja sulkemisvaihe. Tässä kappaleessa käsitellään tapauksia, joissa tilojen tiivistämistä ei ole huomioitu. Todellisuudessa alenemat olisivat tilojen lähellä noin viidesosa tässä arvioiduista. Kauempana tiloista alenemat eivät juurikaan muutu, koska reuna pidetään entisellään. Tutkimusvaiheessa on todennäköisesti yksi 500 metrin syvyyteen ulottuva kuilu auki. Tällöin pohjaveden pinnankorkeuden alenema on stationääritilan saavutettuaan kuvan 5-l mukainen ja hydraulisen korkeuden alenema vaakarakennetta pitkin kuvan 5-7 a mukainen. Tutkimusvaiheen aikana kairattavat reiät saattavat hetkellisesti alentaa hydraulista korkeutta reikien leikkaamia rakenteita pitkin. Vaikutukset ovat samaa suuruusluokkaa kuin kuvan 5-5 tapauksessa. Kuilusta kairattavat reiät pidetään kuitenkin pääasiassa tulpattuina, joten niiden vaikutus jää 1 y hytaikaiseksi. Kuvat 5-4 ja 5-6 esittävät vaiheittain rakennettaessa sekä rakentamisen että loppusijoituksen aikaisia vaikutuksia, koska molemmat ovat käynnissä samaan aikaan. Mikäli tilat rakennetaan kerralla, alenema olisi jonkinverran kuvan 5-6 tilannetta suurempi. Suotautuminen ei välttämättä pysty korvaamaan kaikkea sijoitustunneleihin vuotavaa vettä. Loppusijoituksen aikana tilanne alkaisi vapaina olevien tilojen täyttämisen myötä palautua eli aleneman vaikutusalue alkaisi supistua. Loppusijoituksen loppuvaiheessa kun muutama sijoitustunnelipari ja kuilut olisivat vielä auki palautuisi tilanne vähitellen kuvan 5-6 mukaiseksi. Kun ajotunnelit on suljettu, ollaan lähellä kuvan 5-2 tilannetta, jossa enää kuilut ovat auki. Pohjavedenpinnan palautuminen kuilujen jälkeisestä sulkemisesta tapahtuu melko nopeasti, koska kallion pintaosa on suhteellisen hyvin vettäjohtavaa. Palautumisnopeutta ei tässä yhteydessä ole laskettu, koska se on transientti ilmiö ja tässä muistiossa on laskettu vain stationääritilanteita. Kaikenkaikkiaan pohjavedenpinta palautuu takaisin luonnotilaan. Vain tilanteessa, jossa täytetty kuilu olisi pystysuunnassa selvästi vettäjohtavampi kuin kallio, saattaisi pohjavedenpinta olla täytetyn kuilun kohdalla muutaman metrin alkuperäistä alem-

41 35 pana. Tämän mahdollistaisi kaksi eri potentiaalissa olevaa pinnanläheistä vaakaasentoista akviferiä, jotka täytetty kuilu yhdistäisi. Koska kaikki tilat täytetään huolellisesti ja palautumista on tapahtunut muiden kuin kuilujen osalta jo pitkään, kestää täydellinen palautuminen kuilujen sulkemisen jälkeen arviolta noin 1-3 vuotta. Polttoainemäärän kasvu pidentää laitoksen käyttöikää ja laajentaa Sijoitustunnelien kattamaa aluetta. Sijoitustila-alueen kasvu vaikuttaa edellä esitettyihin alenemiin vain siinä tapauksessa, että tilat louhitaan kerralla, jolloin voimakkaampien alenemien alue hieman laajenisi. Vaikutusalueen reunaan sillä on tuskin merkitystä, koska reunoina toimivat laajat suot, hyvin johtavat ruhjevyöhykkeet ja/tai meri. Ramppivaihtoehdossa rampin alkupäähän muodostuu lähes kuilua muistuttava alenemakuvio, joka on rampin suuntainen. Rampin lävistämässä vaakavyöhykkeessä hydraulinen korkeus alenee esim. siten kuin kuvan 5-7 a pienempää alenemaa kuvaavassa tapauksessa, missä ramppi leikkaisi vaaka-rakenteen 100 m syvyydessä. Mikäli kuilujen aiheuttamat alenemat saavuttavat rampin aiheuttaman aleneman voidaan niiden yhteisvaikutus laskea yksinkertaisesti summaamalla ne yhteen. Eri vaihtoehdot eli vaiheittain louhiminen, kerralla louhiminen sekä ramppivaihtoehto ovat täysin toteuttamiskelpoisia. Suhteellisen pieniksi arvioidut erot voimakkaiden alenemien laajuudessa eivät muodosta merkittävää eroa eri vaihtoehtojen välille. Ramppivaihtoehdossa häiriöalueen laajuus luonnollisesti kasvaa eniten, mikäli rampin lähtö sijaitsee kaukana muista tiloista, joten sen sijoittelussa on muistettava mahdolliset kasvillisuusvaikutukset Suuremman polttoainemäärän vaatimat lisätunnelit eivät homogeenisessa kalliotilassa lisää merkittävästi aleneman vaikutusaluetta, mutta leikatessaan mahdollisia pystyrakenteita voi vaikutusalue laajeta rakenteiden suunnassa. 9. VAIKUTUKSET NYKYISIIN KALLIOTILOIHIN Loviisassa Hästholmenilla ja Eurajoella Olkiluodossa on vähä- ja keskiaktiivisen jätteen loppusijoitustilat (VU-tilat). VLJ-tilat ovat noin 100 metrin syvyydessä, kun taas käytetyn polttoaineen loppusijoitustilat tulevat noin 500 metrin syvyyteen. Tässä luvussa on arvioitu, miten VLJ-tiloihin vuotavanveden määrä ja pohjaveden virtaussuunta sattaisivat muuttua tilojen sijaitessa lähellä toisiaan.

42 36 Todennäköisimmin kalliopohjaveden pinta VU-tilojen läheisyydessä säilyy nykyisellään. Hästholmenilla pohjaveden pinta kuitenkin laskisi VLJ-tilojen kohdalla, mikäli myös käytetyn polttoaineen loppusijoitustila sijaitsisi saarella. Tällöin syvemmästä tilasta pumpattava vuotovesi vähentäisi VLJ-tilaan vuotavan veden määrää. Koska VU -tila on avoin, ei käytetyn polttoaineen loppusijoitustilojen aiheuttamina virtaussuuntien muutoksilla ole vaikutusta itse VLJ -tilaan. VLJ-tila saatetaan sulkea ennen syvemmällä olevia tiloja. Mikäli tilat eivät sijaitse lähellä toisiaan, ei vaikutuksia VLJ-tilaankaan ole. VLJ-tilan pohjavesivirtaus saattaa kuitenkin olla erilainen, jos tilat sijaitsevat riittävän lähellä toisiaan. Syvällä avoimena pidettävä tila ja etenkin lähellä sijaitsevat avoimet kuilut saattavat suunnata pohjaveden virtauksen VLJ-tilasta avoimiin tiloihin. Mikäli käytetyn polttoaineen loppusijoitustila suljetaan ennen VLJ-tilaa, palautuu tilanne nykyiselleen muutamassa vuodessa. 10. MAHDOLLISTEN HAITTOJEN RAJOITTAMINEN JA NIIDEN EHKÄISEMINEN Mikäli haitallisena ympäristövaikutuksena pidetään pohjaveden pinnankorkeuden alenemaa sinällään jäävät vuotovesien rajoittaminen injektoimalla ja niiden kierrättäminen tilojen yläpuolelta takaisin maa- ja kallioperään ainoiksi keinoiksi. Paras vaihtoehto on rajoittaa vuotovesien määrää, koska tilojen ympärille muodostuu tällöin ns. positiivinen skin ja pohjaveden pinnankorkeuden tai hydraulisen korkeuden alenema on jo tilojen läheisyydessä selvästi pienempi kuin ilman injektointia. Sen sijaan tiloista pumpatun veden kierrättäminen takaisin niille alueille, joissa alenemia on odotettavissa, on mahdollista vain Kivetyn ja Romuvaaran alueilla, joissa pohjavesi on makeaa. Ainoastaan mahdollinen radon ja rikkivety on poistettava esim. ilmastuksella. Toisaalta veden kierrättäminen ylläpitää suurempaa vuotovesimäärää etenkin kuilujen yläosissa, joten kyseisen toimenpiteen mielekkyys on syytä harkita erikseen. Olkiluodon ja Hästholmenin tiloista pumpatut vedet sisältävät niin paljon suolaa, että ne on johdettava mereen. Rannikolla korvausvesi pitäisi hankkia muualta. Mahdolliset kaivojen kuivumiset voi toiminnan harjoittaja korvata poraamalla uuden kaivon vahingon kärsineelle tai muulla yhteisesti sovittavalla tavalla. Tällaista käytäntöä ovat kaivosyhtiöt noudattaneet vastaavissa tapauksissa. Merkittäviä vaikutuksia kasvillisuudelle ei pohjaveden alenemisesta ole odotettavissa.