X YARA SUOMI OY Kipsikasan hydrogeologiset tutkimukset

Transkriptio

1 X YARA SUOMI OY Kipsikasan hydrogeologiset tutkimukset

2 1 Kaikki oikeudet pidätetään Tätä asiakirjaa tai osaa siitä ei saa kopioida tai jäljentää missään muodossa ilman Pöyry Finland Oy:n antamaa kirjallista lupaa.

3 1 SISÄLLYSLUETTELO 1 JOHDANTO MAASTOTUTKIMUKSET JA TULOKSET Infiltrometritutkimukset eli lyhytaikaiset imeytyskokeet... 2 Ominaisantoisuuspumppaukset PUMPATTAVAN VESIMÄÄRÄN KASVATTAMINEN JOHTOPÄÄTÖKSET JA JATKOTUTKIMUKSET... 6 Liitteet Liite 1 Liite 2 Tutkimusalueen kartta Imeytyskokeiden seurantakuvaajat

4 2 1 JOHDANTO Uudessakaupungissa YARA Suomi Oy:n tehtaan alueella sijaitsevalta jätekipsikasalta liukenee suotoveden mukana jatkuvasti fosforia mereen. Fosforikuormituksen vähentämiseksi sekä fosforin talteen ottamiseksi alueelle on suunniteltu kipsikasan pesujärjestelmä. Pesujärjestelmä koostuu eristeseinästä, louhesalaojasta ja imeytyskentästä. Eristeseinä on tehty kipsikasan ja eteläisen merialueen väliin ja se on valmistettu vesivanerista sekä savesta. Sen tehtävänä on estää fosforipitoisten suotovesien virtaaminen mereen. Eristeseinän ja kipsikasan väliin on rakennettu 1 metrin levyinen ja 400 metriä pitkä (toisessa vaiheessa 800 metrin matkalle) louhesalaoja. Louhesalaoja on kaivettu saven yläpintaan saakka. Myös kipsikasan länsipuolelle on tehty noin 200 metriä pitkä louhesalaoja. Louhesalaoja toimii suotovesiä keräävänä kaivona, josta fosforipitoinen vesi voidaan pumpata talteen. Seuraavana kipsikasan päälle on tarkoitus rakentaa imeytyskenttä, jonka avulla käsitelty vesi johdetaan uudestaan kipsikasaan liuottamaan fosforia. Pesujärjestelmän suunnittelun tueksi sekä lupahakemuksen tarpeiden vuoksi kipsikasan alueella on suoritettu syksyn 2013 aikana useita hydrogeologisia tutkimuksia. Infiltrometritutkimusten avulla selvitettiin kipsikasan imeytymisominaisuuksia ja ominaisantoisuuspumppausten perusteella kipsikasasta ulos saatavan suotoveden määrää. Hydrogeologisten maastotutkimuksien lisäksi kipsikasan alueelta on tehty pohjaveden virtausmalli, johon on koottu kaikki alueelta oleva hydrogeologinen tutkimustieto. Virtausmallin avulla tarkasteltiin pesujärjestelmän ympäristövaikutuksia, sen vaikutuksia pohjaveden pintaan ja gradienttiin sekä optimoitiin imeytysaltaiden ja pumppauskaivojen sijainnit. Raportissa esitetään infiltrometritutkimusten ja ominaisantoisuuspumppausten tulokset. Näiden lisäksi esitetään pohjaveden virtausmallin simulointien ja optimointien tuloksia sekä mallin mahdolliset epävarmuustekijät. 2 MAASTOTUTKIMUKSET JA TULOKSET 2.1 Infiltrometritutkimukset eli lyhytaikaiset imeytyskokeet Kipsikasan alueen imeytymisominaisuuksia mitattiin infiltrometritutkimusten avulla. Infiltrometritesti perustuu tilavuudeltaan tunnetun imeytysalueen läpi imeytyvän vesimäärän mittaamiseen tietyssä ajassa. Testi mittaa pystysuoraa vedenläpäisevyyttä. Menetelmässä sovelletaan Darcyn lakia. Infiltrometritutkimuksia varten Länsi-Suomen Maarakennus Oy kaivoi kipsikasan alueelle viisi koeimeytyskuoppaa. Koeimeytyskuopat olivat kooltaan noin 2,5 x 2,5 metriä ja syvyydeltään noin 0,5 metriä. Mittausvaiheessa kuoppaan laskettiin noin 3 m3 vettä, imeytyksen etenemistä seurattiin paineanturin avulla ja ilmanpaineen muutoksia ilmanpaineanturin avulla (kuva 1).

5 3 Kuva 1. Infiltrometritestin järjestelyt Imeytyskohteissa 1 ja 3 (liite 1) imeytyminen tapahtui koko kaivannon pohjapinta-alan kautta eli toisin sanoen tasaisesti kipsikerroksen läpi. Imeytyskohteissa 2, 4 ja 5 (liite 1) imeytyminen ei ollut tasaista, vaan imeytettävä vesi virtasi kaivannon pohjalle ilmestyviin halkeamiin (kuva 2). Halkeamia kaivannoissa ei havaittu kokeiden alussa, vaan ne tulivat esiin imeytyksen käynnistyttyä. Kipsikasan alueelta löytyi myös muutama suuri halkeama, johon sadevedet olivat jäljistä päätellen virranneet. Kuva 2. Imeytyskokeen aikana imeytysaltaan pohjassa havaittu halkeama Kuva 3. Kipsikasan päällä havaittu halkeama, johon sadevedet virtaavat Halkeamista johtuen imeytyskokeiden 2, 4 ja 5 mittaustulokset eivät ole edustavia. Imeytyskokeessa 1 kaivannon vesipinta laski noin 1 cm / 3 h ja imeytyskokeessa 3 kaivannon vesipinta laski noin 5 cm / 3 h (liite 2). Imeytyskokeiden 1 ja 3 perusteella voidaan arvioida kipsikasaan imeytyvän vettä keskimäärin 0,77 m3/m2/d ja keskimääräisen vertikaalisen vedenjohtavuuden olevan 0,64 m/d (taulukko 1). Toteutuskelpoisten imeytyskokeiden mittaustulokset eroavat toisistaan lähes kymmenkertaisesti. Jos kipsikasan imeytysominaisuuksien arvioinnissa käytetään mittausten keskiarvoa eli 0,77 m3/m2/d eli 280 m3/m2/a, voidaan todeta, että hehtaarin kokoiselle alueelle saadaan imeytettyä 2,8 miljoona kuutiota vuodessa.

6 4 Taulukko 1. Infiltrometrikokeiden tulokset 2.2 Ominaisantoisuuspumppaukset Imeytyskenttään imeytettävä vesimäärä ei voi olla suurempi kuin mitä kipsikasasta louhesalaojan kautta saadaan pumpattua pois. Siitä syystä mittaukset louhesalaojasta saatavasta vesimäärästä olivat ensiarvoisen tärkeitä paitsi suunnittelun ja mitoituksen niin myös jatkotoimenpiteiden kannalta. Louhesalaojasta tehtiin kaksi erillistä ominaisantoisuuspumppausta (liite 1). Ensimmäinen pumppaus tehtiin tarkkailukaivosta 6 ja toinen pumppaus tarkkailukaivosta 8. Paikat valittiin kairaustulosten perusteella. Kairaustulosten perusteella savikerros nousee tarkkailukaivojen 1 ja 2 välissä niin ylös, että se estää itäisen ja eteläisen louhesalaojan välistä vedenvirtausta +0 tasoon saakka. Tästä syystä pumppaukset suoritettiin savikerroskohouman molemmin puolin. Louhesalaoja käyttäytyy pumpatessa kuin valtava kaivo pienen virtausvastuksen takia, joten vaikutuksen aikaansaaminen vaatii aikaa tai korkeaa tuottoa. Ominaisantoisuuspumppaukset toteutettiin kahdella eri tuotolla. Tarkkailukaivosta 6 pumpattiin aluksi noin 1,5 tuntia 35 l/min (asettui tasapainoon), jonka jälkeen tuotto nostettiin 100 l/min (ei tasapainoa) ja pumppausta jatkettiin 19,5 tuntia (kuva 4). Mikäli pumppaus asettuu tasapainoon, saadaan kaivosta tuottoa vastaava määrä eli toisin sanoen sisään virtaa yhtä paljon kuin pumpataan ulos. Pumppausta seurattiin paineantureiden avulla pumppauskaivosta ja tarkkailukaivoista 1, 4 ja 7 (kuva 4). Mittaustulosten perusteella pumppaus vaikutti pumppauskaivon lisäksi kaivoihin 4 ja 7 ja aiheutti niihin lähes yhtäläisen aleneman kuin pumppauskaivoon. Tarkkailukaivoon 1 pumppaus ei vaikuttanut edellä mainitun savikerroksen takia. Pumppauskokeen perusteella horisontaalisen vedenjohtavuuden arvoksi saatiin 0,16 m/d. Tarkkailukaivosta 8 pumpattiin aluksi noin 2,5 tuntia 15 l/min (asettui tasapainoon). Tämän jälkeen tuotto nostettiin 25 l/min (ei tasapainoa) ja pumppausta jatkettiin vielä 2 tuntia. Pumppausta seurattiin paineantureiden avulla pumppauskaivosta (8) sekä tarkkailukaivoista 1 ja 10 (kuva 5). Mittaustulosten perusteella pumppaus vaikutti pumppauskaivon lisäksi molempiin tarkkailukaivoihin, mutta vaikutus tarkkailukaivoon 10 oli hyvin vähäinen. Tämä johtunee joko virtausvastuksen muuttumisesta eli esimerkiksi hienommasta louheesta louhesalaojassa tai suotovesien epätasaisesta sisään virtauksesta.

7 5 Kuva 4. Ominaisantoisuuspumppaus kaivosta 6 (logaritminen aika-akseli) Kuva 5. Ominaisantoisuuspumppaus kaivosta 8 Mittaustulosten perusteella louhesalaojasta metriä voidaan pumpata suotovettä 58 m3/d. Kairausten perusteella voidaan olettaa, että myöhemmin valmistuvasta louhesalaojasta metriä saadaan pumpattua lähestulkoon saman verran suotovettä kuin metrin kohdalta. Tasausaltaiden ja kipsikasan välisestä louhesalaojasta voidaan pumpata 30 m3/d. Pumppausten ja tarkastelujen perusteella tällä

8 6 hetkellä valmiina olevasta louhesalaojasta voidaan pumpata noin 90 m3/d eli m3/a ja lopullisesta louhesalaojasta noin 145 m3/d eli m3/a. Luvut eivät sisällä sateen mukana tulevaa pintavaluntaa, joka suotautuu louhesalaojaan. 3 PUMPATTAVAN VESIMÄÄRÄN KASVATTAMINEN Mittausten perusteella on estimoitu, että valmiina olevasta louhesalaojasta voidaan pumpata suotovesiä noin m3/a ja lopullisesta louhesalaojasta noin m3/a. Mikäli pumppausmääriä halutaan kasvattaa, tulee kipsikasaan tehdä vaakakaivoja tai suuntaporata vaakakaivojen tapaan toimivia salaojarakenteita. Vaakakaivot lisäävät virtaamaa, koska kipsikasan vedenjohtavuus on vertikaalisesti 4 kertaa suurempi kuin horisontaalisesti. Esimerkiksi kymmenellä 200 metriä pitkällä kipsikasan sisään ulottuvalla kaivolla saadaan suotovesien pumppausmäärää lisättyä noin 165 m3/d eli m3/a. Tällöin pumpattavien suotovesien kokonaismäärää voitaisiin kasvattaa noin m3/a ja vielä huomattavasti enemmän, kun koko louhesalaoja on käytössä. Laskelmissa K-arvona on käytetty imeytyskokeiden keskiarvoa ja kaivojen halkaisijana 0,4 metriä. Vaakakaivojen sijoittelua on hahmoteltu liitteessä 1. Liitteessä on lisäksi esitetty parhaat pumppauskaivojen paikat. Ennen täysmittaista suunnittelua tulee vaakakaivojen toiminta kuitenkin varmistaa koetoiminnan avulla. 4 JOHTOPÄÄTÖKSET JA JATKOTUTKIMUKSET Mittausten ja tutkimusten perusteella voidaan todeta seuraavaa: Imeytyskokeiden perusteella kipsikasaan imeytyy vettä keskimäärin 0,77 m3/m2/d ja vertikaalinen K-arvo on noin 0,64 m/d. Imeytyskokeiden tulokset eroavat toisistaan huomattavasti, joten imeytyminen ei tule kasan alueella olemaan tasaista. Kasan sisällä ja pinnassa olevat halkeamat vaikuttavat oleellisesti lyhytaikaiseen imeytymiseen, mutta niiden vaikutusta pesuvaiheen imeytymiseen on vaikea arvioida. Pumppauskokeiden perusteella louhesalaojasta metriä voidaan pumpata suotovettä 58 m3/d ja tasausaltaiden ja kipsikasan välisestä louhesalaojasta 30 m3/d. Kairaustulosten perusteella myöhemmin valmistuvasta louhesalaojasta metriä saataneen noin 58 m3/d. Horisontaalinen K-arvo on pumppausten perusteella noin 0,16 m/d. Mikäli louhesalaojasta saatavien suotovesien pumppausmääriä halutaan kasvattaa, tulee kipsikasaan tehdä vaakakaivoja. Arvioiden perusteella kymmenellä 200 metriä pitkällä kaivolla pumppausmääriä voidaan lisätä noin 165 m3/d eli m3/a.

9 7 Vantaalla 27. marraskuuta 2013 Pöyry Finland Oy Tuukka Mäki-Torkko Jukka Ikäheimo Projektipäällikkö Johtava pohjavesiasiantuntija