Venkaan maapadon pohjavesivaikutusten arviointi sekä padon sijainnin ja teknisten ratkaisujen tarkastelu

Transkriptio

1 PVO-Vesivoima Oy Työ nro Virkkulantie Ii PVO-Vesivoima Oy Kollaja-hanke Venkaan maapadon pohjavesivaikutusten arviointi sekä padon sijainnin ja teknisten ratkaisujen tarkastelu Pudasjärvi GEOBOTNIA OY Koulukatu 28 p. (08) Y Oulu f. (08)

2 Työ n:o PVO-Vesivoima Oy, Kollaja-hanke, Pudasjärvi Venkaan maapadon pohjavesivaikutusten arviointi sekä padon sijainnin ja teknisten ratkaisujen tarkastelu, SISÄLTÖ 1 JOHDANTO MAA- JA KALLIOPERÄ Tiedot alueen maaperäolosuhteista Yleiskuvaus maaperä- ja pohjavesiolosuhteista Ukonkankaan länsipään tutkimukset Ruhjetulkinnat ja seismiset luotaukset Tutkimusten kuvaus Luotaustulosten kuvailu Johtopäätöksen luotausten tuloksista SUOTOVIRTAUSLASKELMAT Laskentatapaukset Laskentamenetelmä Maakerrosten hydrauliset ominaisuudet Laskelmien tulokset SUOTOVIRTAUSLASKELMISTA TEHTÄVÄT JOHTOPÄÄTÖKSET Suotovesien vaikutus pohjavesialueisiin Suotovirtausmäärät MAAPADON TEKNINEN TARKASTELU Padon sijainti Ukonkankaan kohta Vengasvaaran kohta Suositus padon paikaksi Maapadon rakenne Kallion tiivistämisen periaatteet Suotovesirakenteet ja suotovesien tarkkailu YHTEENVETO GEOBOTNIA OY Koulukatu 28 p. (08) gb@geobotnia.fi Y Oulu f. (08)

3 Työ n:o PVO-Vesivoima Oy, Kollaja-hanke, Pudasjärvi 1 Venkaan maapadon pohjavesivaikutusten arviointi sekä padon sijainnin ja teknisten ratkaisujen tarkastelu, JOHDANTO Tässä selvityksessä on tarkasteltu PVO-Vesivoima Oy:n Kollaja-hankkeeseen sisältyvän Venkaan maapadon vaikutuksia altaan pohjoispuolisiin pohjavesialueisiin ja erityisesti Venkaan lähteeseen, joka on Naturaan sisältyvä suojelukohde. Pohjavesivaikutuksia on tarkasteltu pohjavesimallinnuksen avulla. Pohjavesivaikutusten ohella selvityksessä on tarkasteltu erilaisia maapadon sijaintiin ja rakennustekniikkaan liittyviä seikkoja, joilla voidaan hallita pohjavesivaikutuksia. Selvitystä varten on tehty seismisinä refraktioluotauksia, joilla on selvitetty kalliopinnan syvyyttä ja kalliolaatua. Selvitys päätyy suosittelemaan jatkosuunnittelun pohjaksi sellaisen patolinjan sijainnin ja rakennevaihtoehdot, joiden pohjalta haitalliset vaikutukset voidaan estää. Kollaja-hankkeen ympäristövaikutusten arviointi saatiin päätökseen toukokuussa Yhteysviranomainen, Pohjois-Pohjanmaan ympäristökeskus, antoi lausunnon arviointiselostuksesta Vengasvaaran-Ukonkankaan pohjavesialueisiin ja Venkaan lähteeseen liittyen viranomaisen lausunnossa tuodaan esille mm. seuraavaa (otteet arviointiselostuksesta sivuilta 50 ja 51): 1. Yhteysviranomainen katsoi, että vaikutusten luotettavan arvioinnin kannalta on tiedettävä mm. kuinka syvällä kallioperä sijaitsee ja onko kallioperässä ruhjeita sekä kuinka paksu kallion päällä oleva moreenikerros on. 2. Yhteysviranomainen pitää yksipuolisena syyskuussa toimitetun erillisselvityksen arviota, jonka mukaan Ukonkankaan pohjavesialueen pienentyminen ei vaikuttaisi Natura-alueen lähteisiin. Arviointiselostuksessa ei ole vakuuttavasti tuotu esiin, etteikö massiivisen maapadon rakentamisella ja muutoksilla Mertajoen hydrologiassa sekä 15 m Venkaan lähdettä korkeammalle asettuvalla tekoaltaan vedellä olisi vaikutusta lähteen vesitaseeseen ja luontotyyppien elinoloihin. 3. Yhteysviranomainen toteaa, että ennen riittäviä maaperätutkimuksia ja vaikutusten arvioinnin tarkentamista em. ympäristötekijöiden suhteen on ennenaikaista tehdä johtopäätös, ettei hankkeella olisi minkäänlaisia vaikutuksia Venkaan lähteen Natura-alueen luontotyyppeihin. 4. Varsin haastavaksi käytännön kysymykseksi nousee se, miten suunnitellun altaan veden suotautuminen voidaan estää Ukonkankaaseen ja näin sen pohjaveden laadun merkittävä huonontuminen. Tätä ei arviointiselostuksessa ole riittävästi käsitelty. Tämä selvitys pyrkii vastaamaan em. kysymyksiin, jotta pohjavesivaikutuksia ja erityisesti vaikutuksia Natura-arvoihin voidaan tarkemmin arvioida. 2 MAA- JA KALLIOPERÄ 2.1 Tiedot alueen maaperäolosuhteista Alueen maaperä-, kallio- ja pohjavesitietoja on hankittu seuraavista lähteistä: olemassa olevat topografikartat ja niiden perusteella tehty geomorfologinen arvio maaperägeologisista olosuhteista ja kerrostumista GTK:n maaperäkartat pohjavesialuekartat ja niillä esitetyt tiedon pohjaveden korkeuksista Ukonkankaan länsipäässä tehdyt pohjavesi- ja maanäytetutkimukset 2009 Syksyllä 2010 tehdyt seismiset luotaukset GEOBOTNIA OY Koulukatu 28 p. (08) gb@geobotnia.fi Y Oulu f. (08)

4 Työ n:o PVO-Vesivoima Oy, Kollaja-hanke, Pudasjärvi 2 Venkaan maapadon pohjavesivaikutusten arviointi sekä padon sijainnin ja teknisten ratkaisujen tarkastelu, Yleiskuvaus maaperä- ja pohjavesiolosuhteista Ukonkangas ja Vengasvaara ovat osa pitempää harjujaksoa, joka kulkee itä-länsi suuntaisesti Taivalkosken itäpuolelta kohti Olhavaa. Harju on jääkauden aikana syntynyt jäätikköjokimuodostuma. Tarkastelualueella harju on nk. antikliininen harju, jonka alueella pohjavettä muodostuu sadannasta ja josta pohjavesi purkautuu ympäristöönsä. Harjualueen ympärillä olevat alueet ovat pääosin pohjamoreenialueita, joiden alankopaikoissa esiintyy hienorakeisia kerrostumia. Hienorakeiset kerrostumat ovat tällä alueella yleensä silttejä, jotka ovat kerrostuneet jääkauden lopulla ja sen jälkeen mereen. Tarkastelualue on ollut jääkauden jälkeen merialuetta. Se on maannousun seurauksen kohonnut merestä suunnilleen 6000 vuotta sitten. Aluksi harjut ja muut korkeammat maastonkohdat ovat muodostaneet saaria. Aallokko on synnyttänyt tässä vaiheessa harjuille lievekerrostumat levittämällä harjun hiekka-ainesta ympäristöön, moreenien ja silttien päälle. Myöhemmin maannousun jatkuttua on suunnitellun Kollajan altaan alueelle muodostunut esijärvi joka on purkautunut Ukonkankaan ja Vengasvaaran välisen matalamman harjunkohdan kautta pohjoiseen ja Siuruanjoen uoman kautta mereen. Vedenpinnan laskemisen seurauksena suunnitellun Kollajan altaan alue on soistunut ja harjuissa muodostuva pohjavesi alkanut purkautua suoalueille. Mertajoki toimii tällä hetkellä alueen laskujokena. Em. geologisen historian seurauksena voidaan tehdä seuraavat johtopäätökset alueen olennaisista maaperän muodoista harjuissa aines on hiekkaa ja harjun ydinosalla soraa harjun keskiosalla harjuaines ulottuu kallion pintaan saakka harjujen ympärillä tiiviinä pohjamuodostumana kallioperää verhoaa lähes yhtenäinen pohjamoreenikerros pohjamoreeni päällä, alavissa maastonkohdissa esiintyy hienorakeisia veteen kerrostuneita silttejä harjun liepeellä on yleensä hienosta hiekasta muodostunut lievemuodostuma, joka peittää em. siltin ja moreenin ohentuen poispäin harjusta mentäessä. kaikki tasaiset ja alavat maastonkohdat ovat em. kerrosten syntymisen jälkeen soistuneet ja niillä voi olla useiden metrien paksuinen turvekerros 2.3 Ukonkankaan länsipään tutkimukset 2009 Geobotnia Oy:n toimesta on vuonna 2009 asennettu Ukonkankaan länsipäähän, Venkaan lähteen läheisyyteen neljä pohjavesiputkea ja otettu kahdesta asennuspisteestä häiriintyneitä maanäytteitä ja havaittu kallionpinta. Maanäytteet on tutkittu laboratoriossa, joissa näytteistä on määritetty rakeisuus ja vesipitoisuus. Pohjavesiputkista on havaittu pohjavesipinnan tasot. Myös Mertajoen ja Venkaan lähteen vedenpinnan tasot on mitattu. Em. tutkimusten perusteella on arvioitu pohjavesiolosuhteita ja hydraulisia yhteyksiä Ukonkankaan itäpään, Mertajoen ja Venkaan lähteen välillä. utkimusten perusteella todetaan, että nykytilassa Ukonkankaasta ei ole hydraulista yhteyttä Mertajoen alitse kohti Venkaan lähdettä. Tutkimustulokset ja arviot on esitetty raportissa Arvio pohjavesisuhteista Ukonkankaan länsipäässä, Venkaan lähteen alueella, Pudasjärvi (työ n:o 10609). GEOBOTNIA OY Koulukatu 28 p. (08) gb@geobotnia.fi Y Oulu f. (08)

5 Työ n:o PVO-Vesivoima Oy, Kollaja-hanke, Pudasjärvi 3 Venkaan maapadon pohjavesivaikutusten arviointi sekä padon sijainnin ja teknisten ratkaisujen tarkastelu, Ruhjetulkinnat ja seismiset luotaukset 2.41 Tutkimusten kuvaus Ruhjetulkinnat ja seismiset luotaukset tehtiin syksyllä 2010 Geologian tutkimuskeskuksen (GTK) toimesta. Ruhjetulkinnoilla haettiin olemassa olevan aeromagneettisen mittausaineiston perusteella kallioperän pääruhjeiden kulku. Ruhjetulkintojen perusteella osoittautui, että ruhjelinjat kulkevat suunnitellun maapadon poikki osin luode-kaakko suuntaisesti ja osin pohjois-etelä suuntaisesti. Seismiset luotaukset suunniteltiin aluksi tehtäväksi kolmena erillisenä luotauslinjana n:ot 1 3. Linjat päätettiin kuitenkin yhdistää siten, että ne muodostavat kaksi loivasti toisiaan risteävää linjaa (n:ot 1 ja 3), jotka sijoittuvat suunnilleen tulevien patolinjojen mukaisesti. Linjojen yhteyspituus on 3,8 km. Luotaukset tehtiin refraktioseismisenä luotauksena siten, että geofoniväli oli osin 2,5 m ja osin 5,0 m. Seismiset aallot synnytettiin g dynamiittipanoksilla. Tulosten taltiointiin käytettiin 24-kanavaista Geode 24-seismografia. Linjalla 3, joka ylittää Mertajoen suvannon, jäi noin 60 m katkos luotauksessa. Luotauslinjojen sijainti ja maanpinnan korkeus linjalla on mitattu VRS-GPS-laitteella. Luotauslinjojen sijainti on esitetty liitteenä piirustuksessa n:o 1. Luotaustuloksista on tulkittu: pohjavedenpinnan taso seismisen aallon nopeus maassa pohjaveden ylä- ja alapuolella kallionpinnan taso seismisen aallon nopeus kalliossa paikoin löydettiin tulkinnassa myös kallion ja maapeitteen välistä tiiviimpi osue, joka tulkittiin joko iskostuneeksi moreeniksi tai kallion rapaumaksi. Silloin, kun kallion seismisen aallon nopeus on välillä m/s, voidaan kallio kuvata erittäin rikkonaiseksi, ja kun se on <3500 m/s, voidaan kalliota pitää täysin ruhjoutuneena. Tässä selvityksessä on tulkittu kallioperän ruhjevyöhykkeiksi kaikki alueet, joilla kallionopeus on <4000 m/s. Tulkitut kerrokset ja ruhjeiden sijainti on esitetty liitteenä olevissa piirustuksissa n:ot 2 ja 3. Seismisen aallon nopeudet, yms. tutkimustulokset on tarkemmin esitetty GTK:n raportissa Alueellinen ruhjetulkinta ja seisminen refraktioluotaus maapeitteen paksuuden ja kallion rikkonaisuuden tutkimiseksi Pudasjärvellä lokakuussa Luotaustulosten kuvailu Luotausalueen maanpinnan korkeudet vaihtelevat tasovälillä Alimmillaan maanpinta on Mertajoen laaksossa. Luotausten mukainen kallionpinnan taso on pääsääntöisesti tasovälillä , eli tyypillinen maapeitteen paksuus on metrin luokkaa. Alimmillaan kallionpinta käy Mertajoen laaksossa sekä parissa kohdassa Ukonkankaan keskiosalla, noin +75. Näillä kohdilla suurimmat maapeitteen paksuudet ovat metriä. Aivan alueen itäpäässä kallionpinta nousee suhteellisen nopeasti lähes maanpintaan, tasovälille Vastaavasti Mertajoen länsipuolella, Halmeaho-nimisen harjanteen kohdalla kallionpinta nousee lähes maanpintaan. GEOBOTNIA OY Koulukatu 28 p. (08) gb@geobotnia.fi Y Oulu f. (08)

6 Työ n:o PVO-Vesivoima Oy, Kollaja-hanke, Pudasjärvi 4 Venkaan maapadon pohjavesivaikutusten arviointi sekä padon sijainnin ja teknisten ratkaisujen tarkastelu, Luotauksella tulkittu pohjavedenpinta kulkee olemassa oleviin tietoihin verrattuna johdonmukaisesti. Ukonkankaan liepeellä pohjavedenpinta vaihtelee välillä nousten aivan itäosassa tätä ylemmäs. Vengasvaaraa vasten olevalla luotauslinjalla 3 pohjavedenpinta vaihtelee välillä Mertajoen vedenpinta on likimain +92,5. Maapeitteen aallonnopeudet pohjavedenpinnan alla vaihtelivat tyypillisesti välillä m/s, joka viittaa siihen, että maalaji olisi keskimäärin hiekkaa tai keskitiivistä moreenia. yös silttien olemassaolo on aallonnopeuksien perusteella mahdollista. On kuitenkin huomattava, että refraktioluotauksella ei pystytä erottamaan tiiviimpien kerrosten välissä mahdollisesti olevia ohuita pehmeitä välikerroksia. Kallionopeuden 4000 m/s mukaan ruhjeiksi tulkittavia osueita luotauksissa löydettiin toistakymmentä. Pääosa ruhjeista sijoittui linjalle 1, eli Ukonkankaan kohdalle. Kaksi näistä ruhjeista osuu lähes tarkalleen ruhjetulkinnan mukaisille pääruhjeille, eli ainakin niillä alueilla ruhjevyöhykkeet ovat pitkiä ja ulottuvat siis luode-kaakko tai pohjois-etelä suunnassa etäälle patolinjasta. Muiden ruhjeiden osalta jatkuvuus ei ole varmaa, mutta vastaava arvio niistäkin voidaan yleisgeologisin perustein tehdä. Ruhjevyöhykkeiden ulkopuolella kallio on seismisen aallonnopeuden perusteella hyvin yhtenäistä. Tyypillisesti rikkonaisuus kuvataan vähäiseksi silloin, kun seismisen aallon nopeus on välillä m/s. Ruhjevyöhykkeiden väliset kallionopeudet olivat luotauksessa lähes kauttaaltaan tätä korkeampia, välillä m/s, joka vastaa jo lähes ehyen kiven aallonnopeutta. Vähän rikkonaisen tai harvarakoisen kallion vedenläpäisevyys on kalliorei issä tehtävissä vesipainekokeissa tyypillisesti <0,5 lugeonia (1 lugeon = 1 l/min/mpa). Tämä vastaa suunnilleen kallion keskimääräistä vedenläpäisevyysarvoa k = m/s (lugeonin ja k-arvon yhteydelle ei ole esitettävissä suoraa lauseketta). Rikkonaisten kallioiden ja ruhjeiden vedenläpäisevyys saattaa vesipainekokeissa olla yli lugeonia, joskus enemmänkin. Tällä perusteella voidaan kallioruhjeen vedenläpäisevyyden k-arvona ilmaistuna arvioida olevan tasolla k = 10-6 m/s tai jopa enemmän. Kallion pintaosissa esiintyy tyypillisesti vaakarakoilua, josta johtuen vedenläpäisevyys voi olla anisotrooppinen, eli vaakasuunnassa suurempi kuin pystysuunnassa Johtopäätöksen luotausten tuloksista Luotausten perusteella voidaan tehdä seuraavat päätelmät Ukonkankaan kohdan pohjavesimallinnusta ajatellen: 1. Kallio on pääosin hyvin kiinteää, aallon nopeus m/s 2. Linjaa poikittaa lukuisia heikkousvyöhykkeitä, joiden leveydet ovat yleensä kymmeniä metrejä 3. Ruhjeet ovat ruhjetulkinnan mukaan pääosin pohjois-etelä tai luode-kaakko suuntaisia, eli altaasta Ukonkankaan harjuun johtavia 4. Padon suotovirtaustarkasteluissa kallion pinnan tasolla ja ruhjeilla on keskeinen vaikutus 5. Määräävä laskennallinen vaikutus löydetään kohdalta, jossa on ohut maapeite ja kallio rikkonaista 6. Laskelmissa suositellaan käytettäväksi rikkonaiselle kalliolle huomattavasti pohjamoreenia suurempaa vedenläpäisevyyttä, jolloin saadaan esiin kuivatustekniikan kannalta määräävä tilanne 7. Kallion kautta harjuun tapahtuvan suotovirtauksen kokonaismäärää voidaan arvioida ruhjevyöhykkeiden ja kiinteän kallion suhteellisten osuuksien mukaan GEOBOTNIA OY Koulukatu 28 p. (08) gb@geobotnia.fi Y Oulu f. (08)

7 Työ n:o PVO-Vesivoima Oy, Kollaja-hanke, Pudasjärvi 5 Venkaan maapadon pohjavesivaikutusten arviointi sekä padon sijainnin ja teknisten ratkaisujen tarkastelu, Padon maarakenteen ja pohjamaan läpi tapahtuva kokonaissuotovirtaus tulee laskea koko padon pituudelta. Vengasvaaran kohdalla voidaan vastaavasti tehdä seuraavat päätelmät: 1. Kallion heikkousvyöhykkeiden määrä vähäisempi kuin linjalla 1 ja kallio pääosin hyvin kiinteää 2. Merkittävimmät rikkonaisuudet Mertajoen kohdalla, jossa kuitenkin maapeite on paksuimmillaan 3. Suotovirtauslaskennassa on noudatettava samoja periaatteita kuin linjalla 1 4. Määräävä laskentapoikkileikkaus sijoittuu Mertajoen itäpuolisen ruhjeen kohdalle, jossa pato on korkeimmillaan ja etäisyys Venkaan lähteeseen lyhimmillään 3 SUOTOVIRTAUSLASKELMAT 3.1 Laskentatapaukset Suotovirtauslaskelmat on tehty 2D-pohjavesimalleilla. Huokospaineen jakautumat ja virtaamat on laskettu tarkastelluissa poikkileikkauksissa jatkuvassa suotovirtaustilanteessa. Nykytilaa kuvaavissa malleissa on käytetty vuotuista keskimääräistä imeynnän määrää sekä tunnettuja reunaehtoja. Allasta ja patoa kuvaavissa malleissa on altaan vedenpinta oletettu ylärajalle (HW = +109,0). Laskentapoikkileikkaukset on valittu tarkasteltavia vaikutuksia ajatellen määrääviltä kohdin, ottaen huomioon seismiset luotaustulokset, ks. kohta Toinen laskentapoikkileikkaus käsittelee Ukonkankaan harjualuetta ja toinen Vengasvaaraa, jossa sijaitsee Venkaan lähde. Ukonkankaalla malli on sijoitettu harjun keskiosalle, olettaen maapeitteen paksuus ja kallion vedenläpäisevyys epäedullisesti. Vengasvaaran malli on sijoitettu luotauksilla todetun ruhjeen kohdalle ja suunnattu kohti Venkaan lähdettä. Mallien maan ja kallioperän rakenne on tulkittu olemassa olevan maa- ja kallioperätiedon ja karttatarkastelujen perusteella käyttäen hyväksi yleisiä maaperägeologisia lainalaisuuksia. Tarkastellut laskentatilanteet ovat seuraavat: Ukonkangas: VE 0 Nykytilan malli Ukonkankaan harjualueesta, harjussa pohjavesipinta on mallin kohdalla tasolla +98,0 ja harjun reunalla suoalueella tasolla +96,5 VE 1 Pato rakennetaan Ukonkankaan harjun päälle, altaassa vesipinta HW tasolla +109,0 VE 2 Pato rakennetaan Ukonkankaan harjun päälle ja lieve tiivistetään moreenirakenteella, altaassa vesipinta HW tasolla +109,0 VE 3 Pato rakennetaan korkeampana Ukonkankaan harjun eteläpuolelle, altaassa vesipinta on HW tasolla +109,0 ja taustaojassa vedenpinta +96,5. Vengasvaara: VE 0 Nykytilan malli Vengasvaarasta kohti Vasikka-ahoa, poikkileikkaus kohdalta, jossa todettu kalliossa ruhjealue, Venkaan lähteen kohdalla pohjavesipinta on tasolla +94,5, Mertajoen vesipinta tasolla +92,5 VE 1 Pato rakennetaan ruhjeen päälle, altaassa vesipinta HW tasolla +109,0, taustaojassa vedenpinta +94,0 VE 2 Pato rakennetaan ruhjeen päälle, mutta padon kohdalta ruhje tiivistetään, altaassa vesipinta HW tasolla +109,0, taustaojassa vedenpinta +94,0. GEOBOTNIA OY Koulukatu 28 p. (08) gb@geobotnia.fi Y Oulu f. (08)

8 Työ n:o PVO-Vesivoima Oy, Kollaja-hanke, Pudasjärvi 6 Venkaan maapadon pohjavesivaikutusten arviointi sekä padon sijainnin ja teknisten ratkaisujen tarkastelu, Laskentamenetelmä Suotovirtauslaskelmat on tehty elementtimenetelmään (Finite-Element-Method, FEM) perustuvalla tietokoneohjelmalla, Seep/W. Ohjelmassa maa kuvataan suorakaiteen ja/tai kolmion muotoisina elementteinä, joille annetaan kutakin maakerrosta vastaavat hydrauliset ominaisuudet. Elementtien määrän tihentäminen parantaa laskentatarkkuutta. Reunaehdot (vedenpinta, kuivatus jne.) annetaan elementtien solmupisteisiin. Ohjelma ratkaisee suotovirtauksen kussakin elementissä ja solmupisteessä iteraationa, jossa haetaan koko mallin vesitaseelle tasapaino. Ohjelman tuloksena saadaan pohjavedenpinnan sijainti eli nk. märkäviiva, huokospaineet, suotovirtauksen suunta ja nopeus sekä suotovesimäärät. 3.3 Maakerrosten hydrauliset ominaisuudet Laskelmissa käytetyt maarakenteiden ja pohjamaan vedenläpäisevyydet on esitetty taulukossa 1. Maamateriaalien vedenläpäisevyydet on valittu maa-ainekselle tyypillisiltä vaihtelualueilta siten, että ne ovat laskennallisten vaikutusten kannalta epäedullisia. Taulukko 1. Laskelmissa käytetyt maakerrosten vedenläpäisevyyden (k) arvot. Materiaali Vedenläpäisevyys kyllästyneessä tilassa (m/s) Horisontaalinen Vertikaalinen Ydinharju 1,0*10-3 1,0*10-3 Harjun lievealue, Hiekkaa 1,5*10-4 1,5*10-4 Siltti 1,0*10-7 5,0*10-8 Moreeni 3,0*10-7 1,0*10-7 Turve 2*10-6 5,0*10-7 2*10-6 5,0*10-7 Kallio 1,0*10-6 5,0*10-6 1,0*10-7 5,0*10-7 Louhe 1,0*10-2 1,0*10-2 Moreenitiiviste 1,0*10-7 1,0* Laskelmien tulokset Laskelmien tulokset on esitetty kuvina liitteenä olevissa laskentatulosteissa, joista käy ilmi laskentakohtaiset yksityiskohdat. Tärkeimmät tulokset Ukonkankaan harjualueen mallinnusten osalta on kerätty taulukkoon 2 ja Vengasvaaran osalta taulukkoon 3. Taulukko 2. Yhteenveto Ukonkankaan laskelmista Ukonkangas Ratkaisu Virtaussuunta Virtausmäärä [l/h/m] VE0 Nykytila Harjusta kohti suoaluetta 4,0 VE1 VE2 VE3 Pato harjun päällä, padon alla hyvin vettä johtava hiekkainen harjun lievekerrostuma Hiekkainen lievekerrostuma tiivistetään moreenilla Pato rakennetaan harjun eteläpuolelle ja siihen tehdään taustaoja Altaasta padon ali kohti harjua Altaasta padon ali kohti harjua Taustaojaan osin harjun suunnasta ja osin padon läpi ja ali ,5 GEOBOTNIA OY Koulukatu 28 p. (08) gb@geobotnia.fi Y Oulu f. (08)

9 Työ n:o PVO-Vesivoima Oy, Kollaja-hanke, Pudasjärvi 7 Venkaan maapadon pohjavesivaikutusten arviointi sekä padon sijainnin ja teknisten ratkaisujen tarkastelu, Ukonkankaalla nykytilassa tapahtuu pohjaveden virtaus harjusta kohti suunniteltua tekoallasta. Vaihtoehtojen VE1 ja VE2 ratkaisuilla virtaus kääntyy altaasta kohti harjua ja voimistuu huomattavasti. Vaihtoehdolla VE3 voidaan harjun pohjavesivirtausten suunta ja suuruus likimain säilyttää. Taulukko 3. Yhteenveto Vengasvaaran laskelmista Vengasvaara Ratkaisu Virtaussuunta Virtausmäärä [l/h/m] VE0 Nykytila Harjualueilta kohti Mertajokea, 1,3 Mertajoen alitse ei tapahdu suotovirtausta VE1 Pato ruhjeen kohdalla Padon läpi ja ali, pääosin Mertajokeen 40 Kallion kautta Mertajoen 0,5 ali Vengasvaaraan VE2 Pato ruhjeen kohdalla, kallio tiivistetty ehjää kalliota vastaavaksi Patoalueelta kohti Mertajokea, Mertajoen alitse ei tapahdu suotovirtausta 27 Vengasvaaran osalta laskelmilla voidaan havaita, että nykytilassa virtaukset ovat Mertajoen molemmilta puolilta kohti Mertajokea, johon suotovirtaukset purkautuvat. Vaihtoehdossa VE1 pato sijaitsee ruhjeisen kallion kohdalla, jolloin suotovirtaukset tapahtuvat hyvin vettä johtavan rikkonaisen kallion kautta. Kalliossa pohjaveden painetaso nousee, mikä aiheuttaa sen, että Mertajoen alitse kohti harjua ja Venkaan lähdettä pääsee tapahtumaan pieni, laskennallisesti noin 0,5 l/h/m suotovirtaus. Vaihtoehdossa VE2 kallio on tiivistetty injektoimalla vastaamaan ehjää kalliota. Tässä tilanteessa kallion pohjavedenpaineet laskevat padon kohdalla nopeasti ja suotovirtaukset tapahtuvat jälleen luonnollisesti kohti Mertajokea tai padon kuivatusojaa. 4 SUOTOVIRTAUSLASKELMISTA TEHTÄVÄT JOHTOPÄÄTÖKSET 4.1 Suotovesien vaikutus pohjavesialueisiin Ukonkankaan kohdalla vaihtoehdoissa VE1 ja VE2 suotovesien purkautumista harjuun ei voida luotettavasti estää. Vaihtoehdossa VE1 suotovesimäärä ylittää jopa monikymmenkertaisesti luonnollisen pohjaveden muodostumismäärän. Tällä on vaikutuksia sekä veden laatuun, veden pintaan että pohjavesien purkautumiseen (lähteilyyn). Vaikka suotovesimäärä pystyttäisiin vaihtoehdossa VE2 laadukkailla rakenteilla tehokkaasti minimoimaan, vaikuttavat suotovedet joka tapauksessa pohjaveden laatuun. Vaihtoehdolla VE3 päästään tilanteeseen, jossa harjun pohjavedet muodostuvat samalla alueella ja purkautuvat samaan suuntaan kuin nykyisin. Tällä vaihtoehdolla siis voidaan välttää altaan haitalliset vaikutukset Ukonkankaan pohjavesiin. Vengasvaaran kohdalla altaan vaikutukset pohjavesialueeseen ja Venkaan lähteeseen ovat hyvin vähäiset, kun pato sijoitetaan mallinnuslaskelmien mukaiselle etäisyydelle harjusta. Vähäisetkin laskennalliset vaikutukset voidaan estää kallion ruhjevyöhykkeiden tiivistämisellä. GEOBOTNIA OY Koulukatu 28 p. (08) gb@geobotnia.fi Y Oulu f. (08)

10 Työ n:o PVO-Vesivoima Oy, Kollaja-hanke, Pudasjärvi 8 Venkaan maapadon pohjavesivaikutusten arviointi sekä padon sijainnin ja teknisten ratkaisujen tarkastelu, Suotovirtausmäärät Laskelmien mukaiset suotovirtausmäärät eri pato-osuuksilla ja ratkaisuvaihtoehdoilla on koottu taulukkoon 4. Mikäli Venkaan pato rakennetaan Ukonkankaan kohdalla VE3 mukaisena ja Vengasvaaran kohdalla VE2 mukaisena, on laskennallinen altaan kokonaissuotovesimäärä Venkaan padolta suuruusluokkaa 40 l/s tilanteessa, jossa altaan vedenpinta on ylärajalla (laskelmien mukainen tilanne). Keskimääräinen vuotuinen suotovesimäärä lienee tasolla l/s. Mertajokeen purkautuisi siis altaan rakentamisen jälkeen em. patoratkaisulla noin l/s oleva suovesimäärä altaan suunnasta sekä pohjavettä Ukonkankaasta ja Vengasvaarasta (ml. Venkaan lähde). Pohjavesivirtaama pysyisi suunnilleen samansuuruisena kuin nykyisinkin. Taulukko 4. Suotovirtausmäärien yhteenveto. Ukonkangas VE1 VE2 VE3 Vengasvaara VE1 Venkaan lähteen kohdalla VE2 Venkaan lähteen kohdalla Lounaispää, joka ei ole enää pohjavesialuetta vasten Virtaussuunta padon läpi ja ali harjuun padon läpi ja ali harjuun Harjun suunnasta taustaojaan Padon läpi ja ali taustaojaan Ruhjealueella padon läpi ja ali Mertajokeen Ruhjealueilla kallion kautta Mertajoen ali Vengasvaaraan Muualla padon läpi ja ali Mertajokeen Padon läpi ja ali Mertajokeen Padon läpi ja ali taustaojaan ja siitä Mertajokeen Tarkasteltu vaihtoehto Suotovirtaus/pato-m [m 3 /s/pato-m] Määräävä patopituus [m] Kokonaisvirtaama [l/s] 2,6* ,1* ,6*10-6 7,7*10-6 1,1*10-5 1,3*10-7 7,5* ,8 14 1,1 0,01 9,0 7,5* ,8 7,5* MAAPADON TEKNINEN TARKASTELU 5.1 Padon sijainti 5.11 Ukonkankaan kohta Ukonkankaan kohdalla patoa ei suositella rakennettavaksi hankesuunnitelman mukaisesti harjun päälle (laskentavaihtoehto VE1), koska pohjamaan korkean vedenläpäisevyyden takia padon ali tapahtuva suotovirtaus on hallitsemattoman voimakasta ja GEOBOTNIA OY Koulukatu 28 p. (08) gb@geobotnia.fi Y Oulu f. (08)

11 Työ n:o PVO-Vesivoima Oy, Kollaja-hanke, Pudasjärvi 9 Venkaan maapadon pohjavesivaikutusten arviointi sekä padon sijainnin ja teknisten ratkaisujen tarkastelu, johtaa huomattavaan pohjaveden nousuun harjussa ja uusien lähteiden muodostumiseen padon pohjoisreunalle. Suotovirtauksen katkaiseminen syvällä kallioon ulottuvalla tiivistysseinällä tai vastaavalla on teknisesti hankala ja myös erittäin kallis toimenpide. Vaakasuuntaisen tiivisteen rakentaminen harjun lieveosan päälle (VE2) vähentää olennaisesti suotovesimäärää, mutta suotovirtaus jää edelleen suhteellisen suureksi ja sillä voi olla vaikutuksia harjun pohjavesitaseeseen ja veden laatuun. Tässä ratkaisussa tiivistysseinä voitaisiin rakentaa vaakasuoran tiivisteen eteläreunaan, jolloin se olisi huomattavasti matalampi kuin harjun päälle tehtynä. Tällä ratkaisulla saataisiin suotovesimäärä hallintaan. Molempien em. ratkaisujen heikkoutena on se, että padon suotovedet ohjautuvat suoraan harjuun, eikä niitä ole helppoa tarkkailla. Tarkkailu edellyttäisi taustaojan tai muun kuivatusrakenteen, josta vedet voitaisiin tarkkailun jälkeen kohtaa vesistöön. Tällaisen tarkkailujärjestelmän rakentaminen metrin syvyyteen harjun sisälle on vaativa toimenpide ja järjestelmän huoltaminen ja tarkkailu olisi hankalaa. Ukonkankaan kohdalla suositellaan pato sijoitettavaksi VE3 mukaisesti harjun eteläreunalle, alueelle jossa maanpinnan korkeus on suunnilleen Tällä alueella padon pohjoispuolelle voidaan rakentaa taustaoja, johon suotovedet kerätään. Taustaojaan purkautuisi myös harjusta tulevaa pohjavettä, joka nykyisin purkautuu eteläpuoliselle suoalueelle. Taustaoja toimisi myös harjun lievealueen pintakuivatusrakenteena Vengasvaaran kohta PVO-Vesivoima Oy:n laatimissa hankesuunnitelmissa Vengasvaaraa vasten olevan patolinjan sijainti on ollut eri aikoina eri etäisyyksillä Venkaan lähteestä. Viimeisimmässä, suunnitelmassa (hankealue ) etäisyys on luokkaa 250 metriä. Mallinnuslaskelmissa käytetty etäisyys on ollut suunnilleen kaksinkertainen. Mallinnuslaskelmien mukaisessa tilanteessa altaalla on nähtävissä vähäinen, kallion kautta tapahtuva vaikutus Vengasvaaraan suuntaan olettaen, että kalliota ei tiivistetä ja että altaan ja harjun välinen kallioruhje todella on niin laaja-alainen ja hyvin vettä läpäisevä kuin laskelmissa on oletettu. Padon sijoittaminen lähemmäs harjua kasvattaa vaikutusta harjun suuntaan. Vaikka em. vaikutus on teknisesti poistettavissa kallion tiivistysinjektoinnilla, suosittelemme kuitenkin, että pato sijoitettaisiin lähimmillään noin 500 metrin etäisyydelle Venkaan lähteestä ja yleensäkin harjumuodostuman eteläreunasta Suositus padon paikaksi Liitteenä olevassa piirustuksessa n:o 4 on esitetty suositus Venkaan maapadon sijoittamisesta. Ehdotuksessa on näytetty myös alustavat taustaojien kuivatussuunnat ja purkupaikat sekä Vengasojalle kaivettava uusi uoma. 5.2 Maapadon rakenne Teknisesti maapato voidaan toteuttaa joko homogeenisena moreenipatona tai vyöhykepatona. Vyöhykepadossa tiivistyssydän sijoitetaan patopenkereen keskelle, tukipenkereiden väliin. iivistyssydän ja tukipenger erotetaan toisistaan suodattimilla. Em. patotyypit on esitetty liitteenä olevassa piirustuksessa n:o 5. GEOBOTNIA OY Koulukatu 28 p. (08) gb@geobotnia.fi Y Oulu f. (08)

12 Työ n:o PVO-Vesivoima Oy, Kollaja-hanke, Pudasjärvi 10 Venkaan maapadon pohjavesivaikutusten arviointi sekä padon sijainnin ja teknisten ratkaisujen tarkastelu, Patotyyppi ratkaistaan lähinnä käytettävissä olevien materiaalien mukaan teknistaloudellisen vertailun perusteella. Homogeeninen moreenipato edellyttää suurta määrää hyvälaatuista moreenia. Mikäli moreenia on käytettävissä niukasti, voi vyöhykepato tulla edullisemmaksi. Vyöhykepadon tukipenkereisiin ja suodattimiin tarvitaan tosin kalliokiviainesta huomattavasti enemmän kuin homogeeniseen moreenipatoon. Patoturvallisuuden kannalta patotyypeillä ei ole oikein suunniteltuna ja toteutettuna olennaista eroa. Kummassakin patotyypissä suotovedet kerätään taustaojaan, joka puretaan Vengasojaan ja Mertajokeen. Taustaojiin voidaan järjestää suotovesimäärän tarkkailu esimerkiksi nk. V-padoilla. 5.3 Kallion tiivistämisen periaatteet Seismisillä luotauksilla todettiin kalliossa ruhjeita, joilla on suotovesimääriä kasvattava vaikutus ja voi olla vähäistä vaikutusta myös pohjavesialueisiin. Ruhjeiden laajuus ja vedenläpäisevyys tulee selvittää tutkimuksilla ennen lopullisten patosuunnitelmien laatimista ja ne on tiivistettävä tarvittavassa laajuudessa. Paksujen maakerrosten alle oleva kallio tiivistetään poraamalla maapeitteen läpi suojaputket kallion pintaan ja poraamalla sen jälkeen matalat kallioreiät kallion pintaosan läpi. Näiden kautta injektoidaan kallion pintaosa alhaisella injektointipaineella sijoittamalla injektointitulppa (mansetti) suojaputkiosuudelle. Tämän jälkeen porataan suojaputkien läpi syvemmät injektointireiät ja jatketaan injektointiverhoa alaspäin suuremmalla injektointipaineella, sijoittamalla tulppa injektoidulle pintakallio-osuudelle. Siinä tapauksessa, että maapeite on ohut, on suositeltavaa kaivaa kallionpinta näkyviin ja tehdä kalliota vasten kallioon ankkuroitu betoninen injektointilaatta. Tiivistysinjektointi tapahtuu tällöin yhdessä vaiheessa sijoittamalla tulppa injektointilaattaa vasten. Injektoinnin lopputulos varmistetaan sillä, että injektointipaine saadaan nousemaan halutulle tasolle. Tämä osoittaa, että kaikki vettä johtavat raot ovat tukkeutuneet. Mikäli paine ei jollakin alueella nouse, on tällä alueella tehtävä injektointilaastin sitoutumisen jälkeen uusintainjektointi. Injektoinnissa käytetään tavallista sementtilaastia, jonka ominaisuuksia parannetaan bentoniitilla. Bentoniitti parantaa laastin tunkeutuvuutta ja lopputuloksen tiiviyttä. 5.4 Suotovesirakenteet ja suotovesien tarkkailu Taustaojan pohjan korkeudet tulee jatkossa suunnitella siten, että se mahdollisimman vähän vaikuttaisi harjun pohjavesien virtauksiin ja vesitaseeseen. Laskentamallin mukaisessa kohdassa Ukonkankaan puolivälissä saadaan pohjavesivirtaus harjusta kohti lievettä pysymään nykytasolla, kun vedenpinta taustaojassa on noin +96,5. Tällöin tekojärvi ei vaikuta Ukonkankaan veden laatuun eikä antoisuuteenkaan. Jatkosuunnittelussa tulee patoalueella tehdä maaperätutkimuksia ja selvittää pohjavedenpinnan vaihtelut. Taustaojan lopullinen korkeus tulee suunnitella näiden tietojen ja mahdollisten lisämallinnusten avulla. Alustava ojanpohjan korkeus vaihtelee Ukonkankaan kohdalla lännestä itään suunnilleen tasovälillä GEOBOTNIA OY Koulukatu 28 p. (08) Y Oulu f. (08)

13 Työ n:o PVO-Vesivoima Oy, Kollaja-hanke, Pudasjärvi 11 Venkaan maapadon pohjavesivaikutusten arviointi sekä padon sijainnin ja teknisten ratkaisujen tarkastelu, Suotovesimääriä ja suotoveden laatua tulee tarkkailla taustaojista. Virtaamamittaus voidaan järjestää esimerkiksi V-padoilla (nk. Thompsonin pato). Veden laatua tarkkaillan näytteenotolla ja analyyseillä. Pohjavesipintojen tarkkailuun ehdotetaan rakennettavaksi pohjaveden seurantaputkiverkko, jonka seuranta aloitetaan jo ennen rakentamista. Seuranta tapahtuu pohjavesiputkista. Putkia voidaan käyttää myös pohjaveden laadun tarkkailuun. 6 YHTEENVETO Yhteysviranomaisen lausunto tuo esille joitakin puutteita ympäristövaikutuksen arviointiselostuksessa, joista Venkaan maapatoon liittyvät on esitetty edellä johdannon otteissa 1 4. Lokakuussa 2010 tehty seisminen luotaus antaa käsittääksemme sellaista lisätietoa kallion pinnasta ja sen rikkonaisuudesta sekä maapeitteen paksuudesta, jota viranomainen tarkoittaa (ote 1). Otteessa 3 viitataan myös maaperätietojen puutteisiin ja sen seurauksena hankaluuteen arvioida pohjavesivaikutuksia Ukonkankaaseen ja Venkaan lähteeseen. On selvää, että mikäli hanke etenee ympäristölupa- ja toteutusvaiheisiin, on alueella tehtävä huomattava määrä pohjatutkimuksia. Nämä ajoittuvat nähdäksemme kahteen vaiheeseen: yleissuunnitelman laatimisvaiheeseen ennen lupahakemuksen jättämistä sekä sen jälkeen tehtäviin toteutusvaiheen pohjatutkimuksiin. Tällä tavoin tieto maa- ja kallioperäolosuhteista sekä pohjavesisuhteista kasvaa asteittain hankkeen edetessä. Tässä hetkellä käytössä oleva tieto on yleispiirteistä. Käsityksemme mukaan tämän hetkisen tiedon nojalla voidaan kuitenkin tehdä laskennallisia arvioita pohjavesivaikutuksista, kun otetaan tiedon yleispiirteisyys huomioon. Tämä on edellä olevissa laskelmissa tehty arvioimalla maakerrosten ja kallion ominaisuuksia varmalle puolelle siten, että laskennallisesti on löydetty määräävä vaikutus. Todelliset vaikutukset ovat siis suurella todennäköisyydellä laskennallisia pienempiä. Käytettäessä pohjavesimallinnusta työkaluna voidaan jo tässä vaiheessa osoittaa hydrauliset yhteydet sekä nähdä minkä tyyppisiä mahdolliset vaikutukset olisivat ja millä keinoilla haitalliset vaikutukset voitaisiin estää. Myöhemmissä suunnitteluvaiheissa on mallinnustyökalu edelleen pidettävä käytössä ja siten varmistettava tarkentuvan pohjasuhdetiedon perusteella vaikutusten suuruus. Mikäli haitallisia vaikutuksia edelleen todetaan, tulee mallinnusmenetelmillä tarkistaa tehtävien suunnitteluratkaisujen teho (esimerkiksi maapohjan tai kallion tiivistämislaajuus, kuivatusjärjestelmä, jne.). Otteissa 2 ja 4 mainitaan, ettei arviointiselostuksessa ole esitetty riittäviä perusteita sille, etteikö maapato vaikuttaisi Venkaan lähteeseen, Ukonkankaan pohjavesialueen laajuuteen ja vesitaseeseen, pohjaveden laatuun tai Mertajoen hydrologiaan. Suosittelemallamme patopaikalla ja taustaojan oikealla korkeusasemalla voidaan estää altaan veden suotautuminen Ukonkankaan harjuun, pitää pohjavesialue suunnilleen nykyisen kokoisena sekä säilyttää pohjaveden korkeusasema ja virtaussuunnat nykytilan mukaisina. Kallion tiivistysinjektoinneilla voidaan poistaa kallioruhjeiden kautta tapahtuvan suotamisen uhka sekä Ukonkankaaseen että Vengasvaaraan. Vengasvaaran kohdalla vaikutukset Venkaan lähteeseen voidaan estää padon oikealla sijoittelulla ja kallioruhjeiden tiivistämisellä. Edellä mainituilla ratkaisuilla saadaan pohjavesialueiden pohjavesisuhteet ja veden laatu pysymään nykyisen mukaisena ja kaikki patojen suotovedet ohjattua Mertajo- GEOBOTNIA OY Koulukatu 28 p. (08) gb@geobotnia.fi Y Oulu f. (08)

14 Työ n:o PVO-Vesivoima Oy, Kollaja-hanke, Pudasjärvi 12 Venkaan maapadon pohjavesivaikutusten arviointi sekä padon sijainnin ja teknisten ratkaisujen tarkastelu, keen. Mertajoen valuma-alue pienenee altaan takia huomattavasti, mutta altaan suotovedet lisäävät joen virtaamia selvästi alivirtaamatilanteissa. GEOBOTNIA OY Olli Nuutilainen, DI Anne Tuomela, DI Liitteet: Geologisen tutkimuskeskuksen seismiset luotauslinjat ja tulkitut ruhjeet, piir. n:o 1 Geologisen tutkimuskeskuksen seisminen luotauslinja 1, profiilikuva piir. n:o 2 Geologisen tutkimuskeskuksen seisminen luotauslinja 1, profiilikuva piir. n:o 3 Ukonkankaan laskentamalli ja mallinnustulokset VE0 VE3, 9 s. Vengasvaaran laskentamalli ja mallinnustulokset VE0 VE2 8 s. Venkaan maapato, suositeltava patolinjan sijainti, piir. n:o 4 Suositeltavat maapatojen rakennetyypit, piir. n:o 5 Lähteet: GTK, Alueellinen ruhjetulkinta ja seisminen refraktioluotaus maapeitteen paksuuden ja kallion rikkonaisuuden tutkimiseksi Pudasjärvellä lokakuussa 2010, Geobotnia Oy, Arvio pohjavesisuhteista Ukonkankaan länsipäässä, Venkaan lähteen alueella, Pudasjärvi, Pohjolan Voima, Kollaja-hanke, ympäristövaikutusten arviointiselostus, 2009 Pohjois-Pohjanmaan ympäristökeskus, Yhteysviranomaisen lausunto Kollaja-hankkeen ympäristövaikutusten arviointiselostuksesta, GEOBOTNIA OY Koulukatu 28 p. (08) gb@geobotnia.fi Y Oulu f. (08)

15 Geobotnia Oy Koulukatu 28 p.(08) Y OULU f. (08)

16 Geobotnia Oy Koulukatu 28 p.(08) Y OULU f. (08)

17 Geobotnia Oy Koulukatu 28 p.(08) Y OULU f. (08)

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35 Geobotnia Oy Koulukatu 28 p.(08) Y OULU f. (08)

36 Geobotnia Oy Koulukatu 28 p.(08) Y OULU f. (08)