Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus ja virtausmalli Porin Vesi Jussi-Pekka Kinnunen ja Reijo Pitkäranta

Transkriptio

1 Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus ja virtausmalli Porin Vesi Jussi-Pekka Kinnunen ja Reijo Pitkäranta Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus 1

2 2 Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus

3 Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus ja virtausmalli Porin Vesi Jussi-Pekka Kinnunen ja Reijo Pitkäranta Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus 3

4 Sisältö Johdanto 1. Tutkimusalueen määrittely 1.1 Tutkimusalue Pohjavesialue 9 2. Mittaukset ja niiden tulokset 2.1 Mallinnuksessa käytetyt ohjelmistot Pohjavedenpintamittaukset Maatutka- ja seismisen luotauksen periaatteesta 12 Maatutkaluotaus Seisminen luotaus 2.4 Maatutka- ja seismiset luotaukset Ahlaisten pohjavesialueella 15 Ahlaisten luotausten epävarmuustekijät 2.5 Näytteenotto pohjavedestä Öljysäiliöiden kartoitus Kiinteistöjen vesi ja viemärikartoitus Ahlaisten harjun geologia 3.1 Yhteenveto Ahlaisten harjun geologisista ja hydrologisista piirteistä Maaperäkartta Maaperän vedenjohtavuus (k-arvot) Rannansiirtyminen Virtausmallinnus PMWIN- ohjelmalla 4.1 Mallinlaatimisen perusteita 39 Pohjavesigeologiaan ja -mallinnukseen liittyviä peruskäsitteitä 4.2 Malligridin luonti (Grid < Mesh size) Kerrosten pinnat ja pohjat (Grid < Top of layers/bottom of layers) Kerrostyyppien määritys (Grid < Layer type) Aktiivisten ja inaktiivisten solujen määritys, (Grid < Boundary condition < IBOUND) Ajalliset parametrit (Parameters < Time) Pohjavedenpinnan ja vakiovedenpinnan alkukorkeudet, (Parameters < Initial hydraulic heads) Havaintopisteet (Parameters < Boreholes and observations) Vedenjohtokyky (Horizontal hydraulic conductance) Tehokas huokoisuus (Effective porosity) Imeytyminen (Recharge) Ojitetut alueet (Drain) Joet (River) Kaivot (Wells) 49 4 Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus

5 5. Pohjavesimallin kalibrointi 5.1 Kalibroinnin perusteet Kalibroinnin tulokset Mallin luotettavuuden arviointi Virtausmallinnuksen tulokset ja käyttömahdollisuudet 6.1 Vesitase Pohjaveden pinta Pohjaveden virtauksen nopeusvektorit mallialueella Pohjavedenpinnan ja -virtaussuuntien muuttuminen vesitaseen muuttuessa Vedenläpäisevyysarvot Aineiden kulkeutumisen mallinnus Ahlaisten pohjavesialueen massalaskut ja pohjaveden määrä Yhteenveto ja loppusanat 59 Kirjallisuus Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus 5

6 Johdanto Alkukesästä 2000 Porin Vesi pääti aloittaa Porin-Karjarannan pohjavesialueen riskikartoitusprojektin jälkimainingeissa myös Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoituksen ja virtausmallinnuksen. Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitukseen on ollut tarvetta jo vuosia. Porin kaupungin Ahlaisten pohjavesialueen ympäristöselvitys ja riskien kartoitus hankkeen päävastuutaho on ollut Porin Vesi, joka on vastannut hankkeen hallinnoinnista ja käytännön toteutustyöstä. Porin kaupungin ympäristönsuojelutoimisto on antanut asiantuntija-apua hankeen toteutustyön edetessä. Asiantuntijapalveluita on hankittu myös Turun yliopiston Geologian laitokselta. Hankkeen budjetoidut kokonaiskustannukset olivat mk. Hankeen rahoituksesta mk oli EU-rahoitusta momentilta ja mk kansallista valtion rahoitusosuutta ympäristöministeriön osalta. Avustukset myönsi Lounais-Suomen ympäristökeskus. Porin Veden maksaman hankkeen omarahoituksen määrä oli mk. Ahlaisten pohjavesialue on määritelty Porin kaupungin pohjavesialueiden suojelusuunnitelmassa Pohjavesialueella on Porin Veden pohjavedenottamo, josta on Länsi-Suomen vesioikeuden Ahlaisten pohjavedenottoa koskevan päätöksen 20. tammikuuta 1972 mukaan mahdollisuus pumpata vettä 400 m3 vuorokaudessa. Nykyisellään vedenotto on tästä kuitenkin vain neljännes eli n m3 /vrk. Ahlaisten kylätaajaman n. 500 asukkaan vedensaanti perustuu pitkälti tämän vedenottamon toimintaan, vaikka yksityisiäkin kaivoja alueen asukkailla on. Porin kaupungin pohjavesialueiden suojelusuunnitelmassa 1997 on Porin Vesi velvoitettu suorittamaan alueella seurantatutkimuksia ja valvontaa, sekä tutkimaan hautausmaiden ja vanhan kaatopaikan pohjavesivaikutukset ja pohjavesien virtaussuunnat. Tämä nyt tehty tutkimus pyrkii vastaamaan näihin velvoitteisiin. Raportti tulee olemaan myös verkossa kesäkuun 2001 alkuun mennessä osoitteessa ves/pohjavesialueet. Porissa Jussi-Pekka Kinnunen Porin Vesi PL Pori Puh.työ GSM tai Projektin päätyttyä yhteyshenkilönä Porin Vedessä on Ismo Lindfors. Puh. työ Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus

7 Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus 7

8 1. Tutkimusalueen määrittely 1.1 Tutkimusalue Ahlaisten pohjavesialue, nro , sijaitsee Länsi-Suomessa, Porin kaupungin pohjoisosassa, n. 12 km Porista pohjoisluoteeseen, Kuvat 1. ja 2. Ahlainen on aiemmin ollut oma kuntansa, mutta se liittyi Porin kaupunkiin vuoden 1972 alusta. Ahlaisissa on nykyisin n. 500 asukasta. Tätä pohjavesiselvitystä varten lopulliseksi tutkimus- ja mallinnusalueeksi rajattiin 4 x 5 km eli 20 km 2 -kokoinen alue, joka kattaa reilusti koko pohjavesialueen ja sen lähitienoon. Tutkimusalueen KKJ- koordinaatit ovat: Etelä Pohjoinen Länsi Itä Ensimmäinen, projektin perustamista ja suunnittelua varten tehty GIS-mallinnusalue oli huomattavasti tätä lopullista mallinnusaluetta suurempi, kattaen useita peruskarttalehtiä. Tutkimuksen edetessä aluetta rajattiin, kunnes päädyttiin yllämainittuun alueeseen. Ensimmäisen laajimman alueen paikkatietotiedostot ovat kuitenkin myös tallessa muihin tarkoituksiin hyödynnettäväksi. Virtausmallinnusalue on vielä mallinnusaluettakin pienempi, ks. luku 4.2. Kuva 1. Tutkimusalueen sijainti, valkoinen nelikulmio. 8 Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus

9 1.2 Pohjavesialue Ahlaisten pohjavesialueen kokonaispinta-ala on 2,59 km 2. Pohjaveden muodostumispinta-alaksi eli kaukosuojavyöhykkeeksi on arvioitu 1,63 km 2. Pohjavesialueella on tehty vuonna 1968 pohjavesitutkimus, jossa selvitettiin pohjavesialueen antoisuutta ja vedenoton vaikutuksia. Koepumppauksissa vettä otettiin m 3 /vrk ja vedenoton vaikutuksia seurattiin 11 lähialueen kaivossa. Viidessä kaivossa alenema oli cm. Maaperään asennettiin myös useita havaintoputkia, joissa vedenpinnan alenemat vaihtelivat cm. Tuon tutkimuksen perusteella harjun antoisuudeksi arvioitiin 1000 m 3 /vrk. Länsi-Suomen vesioikeus antoi 20. tammikuuta 1972 vedenottoluvan, jonka mukaan vettä saa ottaa keskimäärin 400 m 3 /vrk. Porin Vesi rakensi pohjavesialueen länsipäässä sijaitsevaan sorakuoppaan pohjavedenottamon, joka otettiin käyttöön Vedenottamoalue, 1,1 ha, on Porin kaupungin omistuksessa ja sen lähisuojavyöhykkeeksi on määritelty 0,35 km 2. Vedenottamossa on halkaisijaltaan kolmemetrinen kuilukaivo, jonka syvyys on sorakuopan pohjasta on viisi metriä. Vettä pumpataan vain m 3 /vrk, joka on runsaat 10 % vesioikeuden myöntämästä määrästä. Vesi pumpataan kylätaajaman omaan verkostoon, joka ei ole yhteydessä kaupungin muun verkoston kanssa (mm. Forsten ja muut 1997). Kuva 2. Tutkimusalueen yleiskartta. Ahlaisten pohjavesialueen raja on merkitty turkoosilla viivalla. Harjun laki on tiheästi asutettu ja viljelykset (keltainen) sijaitsevat sen liepeillä. Avokalliot on merkitty punaisella värillä. Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus 9

10 Pohjavesialueella sijaitseva asutus on lähinnä pientaloasutusta, joka sijaitsee idyllisen kauniin harjun päällä tasaisena nauhana. Suurin osa maatilojen pinta-alasta on viljelykäytössä ja karjataloutta alueella ei juuri esiinny. Varsinaista teollista toimintaa alueella ei ole. Harjun laella kulkeva tie on aikoinaan ollut suorin väylä pohjoisesta päin valtatie 8:lta Reposaareen ja Mäntyluotoon kulkevalle liikenteelle. Nykyisin liikenne on ohjattu uudelle 1998 valmistuneelle pohjoiselle satamatielle n. 3 km Ahlaisista etelään. Pohjavesialueella harjun laella sijaitsee kaksi hautausmaata. Vedenottamolta 500 m itään on kirkon ympärillä vanha hautausmaa ja 800 m kaakkoon uusi käytössä oleva hautausmaa. Vedenottamolta 450 m koilliseen pohjavesialueen ulkopuolella on vv toiminut kunnan kaatopaikka. Kaatopaikka-alue on toimintansa lopettamisen jälkeen peitetty ja maisemoitu. Sillä sijaitsee tällä hetkellä osa Ahlaisten pururataa. Harjualueelta on aiemmin otettu runsaasti maa-aineksia. Lähes kaikki asumattomat ja soranottoon soveltuneet alueet on hyödynnetty. Soranottoalueet ovat kunnostamatta ja maisemoimatta. Sorakuoppien pohjat ovat paikoin lähes pohjaveden pinnan tasalla tai jopa sen alla. Suurimman selkeän riskin pohjavedelle muodostavat kuitenkin yksityisten ihmisten omistuksessa olevat maanalaiset öljysäiliöt, joiden sijainnin ja laadun Porin Vesi ja Porin kaupungin ympäristönsuojelutoimisto kartoitti , ks. luku Mittaukset ja niiden tulokset 2.1 Mallinnuksessa käytetyt ohjelmistot Mallinnuksessa käytettävä koordinaatisto on KKJ 1-kaista. Mallinnusalue sijaitsee kokonaisuudessaan 1- kaistalla ja näin esimerkiksi Perus-CD:n aineisto on ollut suoraan liitettävissä karttatasoiksi ilman eri kaistojen yhdistämisiä ja kiertoa. Tutkimusalueesta on tehty ArcView GIS -paikkatietoprojekti, joka toimii pohjana 3D- ja virtausmallinnuksessa. Paikkatietoprojektissa on n.70 teemaa, joiden avulla aluetta voidaan tarkastella monesta näkökulmasta ja suorittaa tarvittavat paikkatietoanalyysit. Kaikki projektin aikana tuotettu tieto on tallessa teemojen paikkaansidotuissa tietokantatauluissa. Maanpinnan korkeusmallina on käytetty maanmittauslaitoksen korkeusmalli 25:ta, jossa maanpinnalle on annettu korkeustieto 25 m:n pistevälein. Lisäksi maanpinnan korkeustietoja saatiin Porin kaupungin Xcity-tietokannasta. Lopullinen maanpinnan korkeusmalli on interpoloitu Surfer-pintamallinnusohjelmalla käyttäen kaikkea korkeustietoa hyväksi. Virtausmallin laatimisessa käytetty ohjelma on ollut W. H. Chiangin ja W. Kinzelbachin Processing Modflow v ja ohjelman Service pack on 5. Ohjelma on United States Geological Surveyn (USGS) kehittämän MODFLOW -koodin tietojen syöttö- ja tulostusohjelma. MODFLOW koodi on finiittidifferenssimenetelmään perustuva laskentakoodi, jota käytetään varsinaisen virtausmallin matemaattiseen laskemiseen (McDonald ja Harbaugh 1988, Harbaugh ja McDonald 1996). USGS:n MODFLOWkotisivut ovat osoitteessa Processing Modflow- tiedostot on tehty ArcView:n ja Surfer- pintamallinnusohjelman avulla. Tiedostonsiirrosta Surferin, ArcViewn ja PMWIN-ohjelman välillä on yksityiskohtainen kuvaus Karjarannan virtausmallinnusraportissa (Kinnunen 2001). 10 Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus

11 2.2 Pohjavedenpintamittaukset Porin Vesi suorittaa kuukausittain pohjavedenpinnan mittauksia kolmesta alueella sijaitsevasta kaivosta; pohjavedenvedenottamon kuilukaivosta, Ahlaisten kirkolla sijaitsevasta 13 m syvästä kaivosta ja erään omakotitalon pihalla olevasta kaivosta, Kuva 3. Kahdessa sorakuopassa maa-ainesta on otettu pohjavedenpinnan alapuolelle, jolloin on muodostunut lampia. Toinen lampi on vedenottamon sorakuopassa ja toinen aivan pohjavesialueen pohjoisrajalla olevassa sorakuopassa. Neljässä muussa sorakuopassa pohjavedenpinta saatiin helposti käsin kaivamalla esiin. Yksi näistä esiinkaivetuista pohjavedenpinnoista osoittautui myöhemmin orsivesiesiintymäksi, joka varmentui myös geofysikaalisilla mittauksilla. Porin Vesi teki kaikkien tutkimusalueen vapaavedenpintojen takymetrimittauksen syksyllä Turun vesi- ja ympäristöpiiri (nyk. Lounais-Suomen ympäristökeskus) teki alueella pohjavedenpintamittauksia vuonna Näihin mittauksiin sisältyi Porin Veden mittauskaivojen lisäksi myös kolme muuta mittauspistettä, todennäköisesti pihakaivoja, joiden vedenpintamittaukset otettiin mukaan virtausmallinnusta varten tehtävään pohjavedenpinnan interpolointiin. Näiden mittausten aikaan lienee ollut kuiva kesä, koska joen pinnan korkeudeksi on mitattu -0,44 m. 0 0,5 1 1,5 km Kuva 3. Tutkimusalueelta mitattuja pohjavedenpintoja. Korkeudet metrejä. Kuvassa useita pohjaveden pinnankorkeuksia sisältävät kolme kaivoa ovat mukana Porin Veden pohjavedenpintojen tarkkailuohjelmassa. Muut mittaukset ovat Porin Veden takymetrimittauksia syksyltä 2000 tai Turun vesi- ja ympäristöpiirin mittauksia vuodelta Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus 11

12 2.3 Maatutka- ja seismisen luotauksen periaatteesta Maatutkaluotaus Maatutkaluotaus on geofysikaalinen tutkimusmenetelmä, joka perustuu lähetettävän tutka-aallon erilaiseen käyttäytymiseen sähköisesti erilaisissa väliaineissa (maa- ja kallioperä, keinotekoiset rakenteet). Luotauksessa tutkalaitteen lähetinantennilla lähetetään maankamaraan sähkömagneettisia siniaaltomuotoisia lyhytkestoisia pulsseja radiotaajuudella. Aallot heijastuvat väliaineen rajapinnoilta (esim. maakerrosrajat) tai yksittäisistä kohteista (esim. lohkareet, metalliesineet, vesijohto yms.). Heijastuneiden aaltojen kulkuaika ja amplitudi mitataan vastaanotinantennilla. Mittaustieto siirtyy tutkalaitteen keskusyksikön kautta tietokoneelle, joka sekä tallentaa tiedon että näyttää sen ns. intensiteettikuviona näytöllä tai tulostaa sen suoraan piirturilla. Tutkan liikkuessa mittaus toistuu niin tiheästi, että saadaan jatkuva profiili tutkittavalta linjalta. Tulkinta tehdään tietokoneen näytöltä tai paperitulosteesta (esim. Suomen Geoteknillinen yhdistys 1990, Hänninen 1991, Maatutkarengas ry 2000). Aaltojen etenemisnopeus, taittuminen, heijastuminen ja vaimeneminen riippuvat väliaineen dielektrisyydestä, suskeptibiliteetista ja sähkönjohtavuudesta. Nämä sähköiset ominaisuudet ovat paljolti riippuvaisia maaperän huokoisuuden ja huokosissa olevan veden määrästä, koska vesi on sähköä johtavaa. Huokoisuus vaihtelee eri maalajeissa ja materiaaleissa, joten tutkalla voidaan havaita erilaisia rajapintoja, joiden perusteella näitä materiaaleja voidaan erotella toisistaan. Tutka-aallon vaimeneminen on voimakkainta runsaasti hienoainesta sisältävissä lajitteissa, kuten savessa ja hienoainesmoreenissa (hyvä sähkönjohtavuus). Kivennäismaalajeista tutka soveltuu parhaiten karkeisiin maalajeihin (keskikarkea hiekka ja sitä karkeammat). Kivisessä ja lohkareisessa maaperässä tutkakuvaan tulee runsaasti hajaheijastuksia, mikä vähentää syvyysulottuvuutta ja vaikeuttaa tulkintaa. Maatutka antaa tietoa myös kallioperän rikkonaisuudesta. Tutkalla voidaan havaita myös ihmisten tekemiä rakenteita, kuten kaapeleita, tierakenteita, perustuksia ja yleensä materiaalia, joka poikkeaa sähköisiltä ominaisuuksiltaan ympäristöstä. Hiekkaisella tiellä, jossa pölynsidontaan on käytetty suolaa, tutka-aalto vaimenee hyvin tehokkaasti runsaan elektrolyyttipitoisuuden vuoksi. Kestopäällysteellä liukkaudentorjuntaan käytetty suola ei ole yleensä niin paljon haitaksi, koska suola huuhtoutuu ajan myötä pois tien pinnalta imeytymättä itse tien rakenteisiin. Koska maatutkaluotaus perustuu ensisijaisesti tutkittavan materiaalin sähköisiin ominaisuuksiin (ja nimenomaan niiden muutoksiin), saadaan rajapintoja tai kohteita näkyviin vain, jos eri sähköisen ominaisuuden omaavat kohteet ovat tarpeeksi isoja, pinnoiltaan yhtenäisiä ja erot sähköisissä ominaisuuksissa ympäröivään materiaaleihin verrattuna ovat tarpeeksi suuria. Jos tutkittava kohde on pinnaltaan epäyhtenäinen ja ympäröivä materiaali epähomogeenista, kohteen havaitseminen voi olla vaikeaa. Hyvissä olosuhteissa esimerkiksi hiekkaisella harjualueella maatutkalla voidaan erottaa jopa 30 metrin syvyydessä olevia rajapintoja. Ahlaisten maatutkaluotaukset tehtiin Malå GeoSciencen valmistamalla RAMAC/GPR -maatutkalla käyttäen 100 MHz:n antennia, joka on sopiva suhteellisen syvällä olevien kohteiden tutkimiseen. Luotaukset tehtiin pääosin teitä pitkin autolla, jonka sisällä oli itse mittauslaitteisto ja jonka perään tutka-antenni oli kiinnitetty. GPS-vastaanotinta hyväksikäyttäen tutkaprofiiliin voitiin merkitä paikannustietoa jatkuvasti. Tulokset tallentuivat tutkaan liitettyyn tietokoneeseen, jonka kuvaruudulta tehtiin varsinainen tulkinta. 12 Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus

13 Seismiset mittaukset Seisminen laitteisto oli Tielaitoksen Vaasan tiepiirille kuuluva 12-kanavainen EG&G Ltd:n Geometrics ES seismografi, jossa tärylähteenä on lyöntivasara. Myös seismiset luotaukset tehtiin pääasiassa teillä. Tulkinta tehtiin ns. aika-matkakuvaajasta pistetulkintana laskentaohjelmaa apuna käyttäen. Täryaalto tuotettiin viidessä kohdassa kullakin linjalla (etukauko-, etu-, keski-, taka- ja takakaukopaalu). Suhteellisen ohuesta maapeitteestä johtuen 30 metrin kaukopaaluetäisyys yleensä riitti tutkimusalueella. Seisminen luotaus Seismisessä luotauksessa tuotetaan keinotekoinen täryaalto, joka kulkee maankamaran eri kerroksissa kunkin kerroksen kimmo-ominaisuuteen perustuvalla nopeudella. Täryaalto heijastuu ja taittuu kerrosten rajapinnoilla optiikasta tuttujen fysiikan lakien mukaan. Mittausten perusteella on mahdollista laskea luotauskuvaajasta kunkin kerroksen seisminen nopeus ja rajapintojen syvyydet (esim. Sjögren 1984, Palmer 1986). Seisminen refraktioluotaus perustuu nimenomaan taittuneiden aaltojen käyttäytymiseen toisin kuin reflektioluotaus, joka perustuu heijastuneiden täryaaltojen käyttäytymiseen. Refraktioluotaus, jota myös Ahlaisissa käytettiin, on yleisempi menetelmä suhteellisen matalien maankamaran kerrostumien tutkimisessa. Itse mittaus tehdään kalustolla, johon kuuluvat seismografi, virtalähde, tärylähde, geofonit ja näihin tarvittavat kaapelit. Täryaalto tuotetaan yleensä linjan päissä (lähipaalu pintakerrosten kuvaajien aikaansaamiseksi) ja kauempana linjasta (kaukopaalu kalliokuvaajan aikaansaamiseksi) sekä keskellä. Luotaus tehdään linjan molempiin suuntiin, jotta saadaan selville mahdolliset kaltevat kerrokset ja kunkin kerroksen seisminen nopeus voidaan laskea tarkasti. Luotauksessa tärylähteellä tuotettu täryaaltorintama leviää ympäröivään maankamaraan. Kukin linjaan maahan kiinnitetty geofoni reagoi ensimmäisenä tulleeseen impulssiin, jonka tuloaika rekisteröityy seismografiin. Näiden tuloaikojen perusteella piirretään aika-matkakuvaaja, josta tulkinta tehdään, Kuva 4. Aika Kaukopaalujen kuvaajat Aika kallio Lähipaalujen kuvaajat hiekka/sora pohjavedenpinnan alapuolella aines pohjavedenpinnan alapuolella Keskipaalun kuvaaja kallio tiivis moreeni kuiva hiekka kuiva pintamaa kuiva pintamaa Matka a) b) Matka Kuva 4. Seismisen luotauksen perusteella piirretty aika-matkakuvaaja: a) kunkin kerroksen (kuvassa 3 kerrosta: kuiva pintamaa, aines pohjavedenpinnan alapuolella, kallio) seisminen nopeus kasvaa syvyyssuunnassa ja seismiset nopeudet ja kerrosten paksuudet on helppo laskea; b) pintaosan seisminen nopeus on suurempi kuin alemman kerroksen, mikä vaikeuttaa nopeuksien ja kerrospaksuuksien laskemista (kuvassa vain etulähipaalun kuvaaja). Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus 13

14 Refraktioseismisellä menetelmällä tutkittavan maankamaran on täytettävä seuraavat neljä ehtoa, jotta voitaisiin saada oikeita tuloksia: 1) kimmoaallot kulkevat eri nopeudella eri kerroksissa 2) nopeusero eri kerrosten välillä on riittävän suuri 3) kukin kerros on riittävän paksu, jotta se pystytään seismisen aallon avulla erottamaan 4) seisminen nopeus eri kerroksissa kasvaa syvyyden myötä. Eräissä lähteissä on esitetty useampiakin ehtoja, mutta niiden täyttymättömyydestä johtuvat virheet ovat nykyään laskennallisesti tietokoneella varsin helposti ratkaistavissa erilaisilla korjausmenetelmillä. Mikäli ensimmäinen ja toinen ehto eivät toteudu, ei eri maankamaran kerroksia voida erottaa toisistaan ja kerrostuman kokonaispaksuus saatetaan tulkita väärin. Jos maankamarassa on ohuita välikerroksia, ne saattavat jäädä aika-matkakuvaajassa näkymättömiksi ja näin kolmas ehto ei toteudu. Nämä ns. pimeät kerrokset aiheuttavat virhettä kokonaispaksuuden laskentaan. Neljännen ehdon täyttymättömyys puolestaan johtaa yllä olevan kuvan b-kohdan mukaiseen tilanteeseen, jolloin kerroksien seismisiä nopeuksia ja paksuuksia ei voida luotettavasti laskea. Yleisesti voidaan sanoa, että maalajin tiiveyden ja karkeusasteen lisääntyessä sen seisminen nopeus kasvaa (kuivassa aineksessa normaalisti m/s). Myös pohjaveden ylä- ja alapuolella seisminen nopeus muuttuu, siten että samassa maalajissa pohjavedenpinnan alapuolella seisminen nopeus on karkeasti sanoen 1000 m/s nopeampi kuin yläpuolella (vaihtelee yleensä välillä m/s). Ehjän kallion seisminen nopeus ( m/s) on huomattavasti irtaimia maalajeja nopeampi. Siksi kalliosta taittuneet täryaallot ovatkin luotauskuvaajasta yleensä luotettavasti tulkittavissa. Seismisissä nopeuksissa voi samantyyppisilläkin materiaaleilla olla varsin paljon hajontaa. Lisäksi eri maalajien päällekkäiset nopeudet ovat hyvin yleisiä. Siksi maalajin määrittäminen pelkän seismisen nopeuden perusteella on usein epävarmaa. Tueksi tarvitaan tarkkaa maastohavainnointia ja muulla tavalla tuotettua referenssitietoa. Seismisellä luotauksella saadaan siis määritettyä maalajit vain kohtalaisella tarkkuudella, mutta pohjaveden- ja kallionpinnan syvyyden määritys onnistuu varsin luotettavasti. Menetelmä on myös nopea ja edullinen. 14 Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus

15 2.4 Maatutka- ja seismiset luotaukset Ahlaisten pohjavesialueella Maatutka- ja seismiset luotaukset toteutettiin Turun yliopiston maaperägeologian laitoksen ja Porin Veden yhteistyönä. Maatutkaluotaukset tehtiin ja seismiset luotaukset Luotauksilla selvitettiin pohjaveden virtausmallinnusta varten pohjaveden ja kallion pintojen syvyyksiä Ahlaisten pohjavesialueella ja sen välittömässä läheisyydessä. Luotauksilla saatiin tietoa myös maaperän laadusta ja kallioperän rikkonaisuudesta. Maatutkalinjoja tehtiin yhteensä 26 kappaletta ja niiden yhteispituudeksi tuli lähes 19 km, Kuva 5. Lisäksi tehtiin maatutkaluotaus jokea pitkin veneellä tutkaantennilauttaa vetäen (Kinnunen 2001). Maatutkaluotauksesta kertynyttä aineistoa on käytetty hyväksi kaikkialla, missä se on ollut mahdollista. Maatutka-aineistoa ei ole sen laajuuden vuoksi kuitenkaan mahdollista eikä järkevää esittää tässä yhteydessä, mutta esimerkkejä linjakuvista on Kuvissa Seismisiä linjoja tehtiin 18 kappaletta. Kunkin linjan pituus oli 55 m, Kuva 6. Rinnakkain käytettynä kyseiset menetelmät täydentävät hyvin toisiaan ja varmentavat siten tulkintojen luotettavuutta. Kuvassa 7. näkyy maatutkalaitteiston kokoonpano. Tutka-antennia vedetään edellä ja vastaanotinlaitteisto on toisen mittaajan matkassa. Kuvassa 8. ja 9. esitellään seismisten mittausten laitteistoa ja työmenetelmiä. Kuvissa on esitetty kaikki seismisten tutkimuslinjojen tulkitut maaperäprofiilit. Linjojen sijainti selviää Kuvasta 6. Linjoja 4 ja 14 ei pystytty tulkitsemaan huonojen heijastusten tai ympäristön häiriöiden vuoksi (esim. autojen tai tuulen aiheuttama tärinä). 0 0,5 1 1,5 2 km Kuva 5. Ahlaisissa kesällä 2000 suoritetut maatutkamittaukset Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus 15

16 0 0,5 1 1,5 km Kuva 6. Seismisten mittauslinjojen paikat tutkimusalueella. Linjojen alkupää, eli Kuvien tulkittujen profiilien nollapää, on merkitty kolmiolla. Kuva 7. Maatutkaus käynnissä Ahlaisten uuden hautausmaan parkkipaikalla. Tutka-antennilaatikkoa vetää Reijo Pitkäranta ja vastaanotinkalustoon sonnustautuneena on Jussi-Pekka Kinnunen. 16 Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus

17 Kuva 8. Hannu Venho ja Reijo Pitkäranta Turun yliopiston maaperägeologian laitokselta tarkastamassa seismisten luotauksen tutkimuslaitteistoa. Kuva 9. Seismisten mittausten täryaalto tuotetaan iskemällä maahan asetettua teräskiekkoa vasaralla. Lyöntivuorossa Hannu Venho. Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus 17

18 Maalajiluokitus Taulukossa 1. on esitetty seismisten mittauslinjojen tulkinnan yhteydessä käytetyt maalajien nimilyhenteet. ja nuoli ylös- tai alaspäin tarkoittaa onko kerros pohjavedenpinnan ylä- vai alapuolella. Lyhenne Rakennustekninen luokitus (RT-luokitus) GEO-luokitus Moreenikerrostumat SrMr Soramoreeni Soramoreeni Mr Hiekkamoreeni Hiekkamoreeni HMr Hienoaineksinen moreeni Hienoaineksinen moreeni MrM Moreenimuodostuma(esim. reunamoreeni) Moreenimuodostuma(esim. reunamoreeni) Karkearakeiset kerrostumat Lo Louhikko, lohkareinen (etuliitteenä) Louhikko, Lohkareinen (etuliitteenä) Ki Lohkareet, isot kivet Lohkareet, kivet Sr Pienet kivet, sora Sora Hk Hiekka Karkea- ja keskihiekka Ht Karkea hieta Hienohiekka SrM/HkM Jäätikköjokimuodostuma (esim. harju) Jäätikköjokimuodostuma (esim. harju) Hienorakeiset kerrostumat HHt (Si) Hieno hieta Karkeasiltti Hs (Si) Hiesu Keski- ja hienosiltti Sa Savi Savi Taulukko 1. Seismisten mittauslinjojen tulkinnassa käytetyt maalajien nimilyhenteet. 18 Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus

19 Linja 1 Sr/Hk m/s m/s Sr m/s LoSr 10 Kuva 10. Seismisen mittauslinjan 1. tulkittu maaperäprofiili. Pohjavedenottamo. Linja 2 Syv./ m m/s Hk m/s LoSr m/s (Lo)Sr m/s Kuva 11. Seismisen mittauslinjan 2. tulkittu maaperäprofiili. Urheilukenttä. Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus 19

20 Linja 3 Syv./ m m/s 4 Si/Hk m/s Kuva 12. Seismisen mittauslinjan 3. tulkittu maaperäprofiili. Kallenkuja. Syv./ m 0 2 Linja m/s Sr/Hk m/s KiSr/LoSr m/s KiSr m/s Kuva 13. Seismisen mittauslinjan 4. tulkittu maaperäprofiili. Uuden hautausmaan länsipuolinen sorakuoppa. 20 Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus

21 Linja 5 Syv./ m m/s Hk/Si m/s Hk/Si m/s Kuva 14. Seismisen mittauslinjan 5. tulkittu maaperäprofiili. Holmbergintie. Syv./ m 0 2 Linja m/s Hk m/s Sr/Mr m/s Sr/Mr m/s Kuva 15. Seismisen mittauslinjan 7. tulkittu maaperäprofiili. Peltotie Ahlasisten kirkosta 200 m pohjoiskoilliseen. Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus 21

22 Linja m/s Si/Ht 1400 m/s Ht 4200 m/s Kuva 16. Seismisen mittauslinjan 8. tulkittu maaperäprofiili. Ämttäööntien alkupää. Linja m/s Hk m/s Hk/Sr m/s Hk/Sr 4500 m/s 16 Kuva 17. Seismisen mittauslinjan 9. tulkittu maaperäprofiili. Merikarviantien alkupää. 22 Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus

23 Linja m/s Hk/Sr 1500 m/s Hk/Sr 5000 m/s Kuva 18. Seismisen mittauslinjan 10. tulkittu maaperäprofiili. Kaupan pohjoispuolinen hiekkakuoppa. Linja m/s Hk 6000 m/s Kuva 19. Seismisen mittauslinjan 11. tulkittu maaperäprofiili. Strikantie. Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus 23

24 Linja m/s m/s Mr Hk 5000 m/s 10 Kuva 20. Seismisen mittauslinjan 12. tulkittu maaperäprofiili. Suomisentie. Linja m/s Hk 450 m/s Ht/Hk 630 m/s Sr m/s Kuva 21. Seismisen mittauslinjan 13. tulkittu maaperäprofiili.larsgård, peltotie. 24 Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus

25 Linja m/s KiSr 370 m/s Hk KiSr 1500 m/s Hk/Sr 4500 m/s Kuva 22. Seismisen mittauslinjan 15. tulkittu maaperäprofiili. Föörikuja. Linja m/s Hk m/s 10 Hk/Sr m/s Kuva 23. Seismisen mittauslinjan 16. tulkittu maaperäprofiili. Ahlaistentien varsi, Malmgård. Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus 25

26 Linja m/s Hk m/s KiSr/LoSr m/s KiSr m/s Kuva 24. Seismisen mittauslinjan 17. tulkittu maaperäprofiili. Ahlaisten kirkon etelänpuolisen kiviaidan vierusta. Linja m/s LoSr m/s KiSr m/s Kuva 25. Seismisen mittauslinjan 18. tulkittu maaperäprofiili. Uuden hautausmaan etelänpuolisen kiviaidan vierusta. 26 Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus

27 Ahlaisten luotausten epävarmuustekijät Ahlaisten harju osoittautui monella tavalla ongelmalliseksi alueeksi sekä seismiselle että maatutkaluotaukselle. Tähän on olemassa useampiakin syitä. Ensinnäkin harjun liepeillä oleva savi vaimentaa maatutka-aallon niin tehokkaasti, ettei sen alla olevasta aineksesta saatu heijastuksia. Myös itse harjun aines sisältää ainakin pintaosissaan melko paljon hienoainesta, mikä vaimentaa tutka-aaltoa. Sama vaikutus on harjun liepeillä ja mahdollisesti myös laella paikoin esiintyvällä hienoainespitoisella moreenilla. Harjuaineksen lohkareisuus aiheuttaa runsaasti hajaheijastuksia hävittäen alempia rajapintoja ja tekemällä profiilin vaikeasti tulkittavaksi. Lisäksi monet luotauslinjat tehtiin teillä, joilla on jo aikoinaan mahdollisesti käytetty tiesuolaa liukkauden tai pölyämisen torjuntaan. Maan kosteuden liukoisessa muodossa pitämä suola on erittäin tehokas tutkaaallon vaimentaja. Seisminen luotauksen onnistumiselle ei ole niin paljon rajoituksia kuin maatutkaluotauksella. Jos seismisen luotauksen periaatteiden yhteydessä mainitut ehdot täyttyvät, rajoituksiksi tulevat vain ympäristön aiheuttama tärinä (liikenne, tuuli, sade) ja täryaallon voiman riittävyys. Nämä rajoitukset tulivatkin esille Ahlaisissa. Kuten maatutkauksessa, myös seismisessä luotauksessa savi vaimentaa aallon etenemistä maalajeista tehokkaimmin. Jos tärylähteenä on räjäytys, täryaalto kulkee riittävän voimakkaana myös savessa, mutta noin 8 kg painavan vasaran isku ei riitä paksun savikerroksen läpäisemiseen. Lyöntejä voidaan kasata päällekkäin, siten että heikosti rekisteröityneet signaalit saadaan vahvistettua. Kasaaminen ei kuitenkaan aina auta, sillä ympäristön häiriöimpulssit vahvistuvat samassa suhteessa. Ahlaisten pohjavesialueella savi ei estänyt seismisen luotauksen tekoa, mutta se aiheutti muutamilla linjoilla heikot signaalit. Koska alueella oli lisäksi varsin paljon liikennettä, oli joidenkin tulkintojen teko vaikeaa. Lyöntejä jouduttiin kasaamaan huomattavasti tavanomaista enemmän (jopa 20 lyöntiä/paalun kohta) useilla linjoilla. Kaikki linjat saatiin kuitenkin onnistuneesti tehtyä. Seismiset luotaukset osoittivat, että orsivettä esiintyy yleisesti harjun liepeillä. Vedestä oli havainto linjoilla 6, 11, 13 ja 14, vaikka luotausten mukaan vedenkyllästämästä maasta ei ollut merkkejä. Orsivesi tuli ainoastaan kynnyksenä esiin aika-matkakuvaajassa. Orsivesi tuli esille selvästi myös maatutkauksessa, Kuva 31. ja Kuva 33. Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus 27

28 2.5 Näytteenotto pohjavedestä Porin Vesi tarkkailee Ahlaisten pohjavesialueella jatkuvasti veden laatua. Näytteitä otetaan noin kerran viikossa pohjavedenottamon käsitellystä kaivovedestä. Lisäksi veden jakeluverkostosta otetuista näytteistä teetetään analyysejä viranomaisvalvontaa varten 4-6 kertaa vuodessa. Raakaveden ph on n. 6,6 ja se liuottaa kuparia vesijohtoputkista. Siksi ph:ta säädetään hieman korkeammaksi natriumhydroksidiliuoksella. Mitään muuta käsittelyä vedelle ei tehdä. Perusseurannan piiriin kuuluvat aineet ja niiden pitoisuudet selviävät Taulukosta 2. Taulukossa on mukana kaikki vuoden 2000 analyysit. Perusseurantanäytteiden lisäksi pohjavedenottamon kaivosta mitattiin myös MTBE-pitoisuus ja MTBE (metyyli-tert-butyylieetteri) on bensiinin lisäaine, jota käytetään oktaaniluvun kohottamiseen ja edistämään polttoaineen palamista moottorissa. Korkeiden MTBE-pitoisuuksien käyttö polttoaineessa on EU-maista yleisintä Suomessa. Polttoaineessa MTBE:tä voi olla yli 10 %. Aine ei ole suoranaisesti myrkyllistä, mutta pilaa helposti pohjaveden alhaisen haju- ja makukynnyksen (15-40 µg/l) vuoksi. Aine on siksi myos hyvä indikaattori polttoainevuotojen tutkimisessa ja paikantamisessa. Ensimmäisellä näytteenottokerralla pohjavesinäytteen MTBE-pitoisuus oli 0,02 mg/l. Analyysin teki Lahden tutkimuslaboratorio. Toisella näytteenottokerralla MTBE-pitoisuus oli 5.8 µg/l. Analyysin teki VTT Kemiantekniikka. Tutkimusten lukumäärä Kertatutkimusten keskiarvo Suurin arvo Aerobit mesofiilit bakteerit 20 o C kpl/ml Mangaani Mn mg/l 40 < 0,05 < 0,05 Rauta Fe mg/l 43 0,10 0,41 Kalsium + magnesium mmol/l 43 1,05 1,1 Alkaliteetti mval/l 43 1,55 1,72 Permanganaattiluku KMnO mg/l 43 3,4 5,4 4 ph 43 8,3 8,9 Sähköjohtavuus ms/m 43 0,43 2,2 Väri Pt mg/l Taulukko 2. Ahlaisten pohjavedenottamon analyysit vuodelta Kaikki näytteet on otettu Ahlaisten pohjavedenottamon verkostoon pumpattavasta vedestä, johon on lisätty NaOH:ta ph:n nostamiseksi. 28 Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus

29 2.6 Öljysäiliöiden kartoitus Porin Vesi yhdessä Porin kaupungin ympäristötoimiston kanssa kartoitti Ahlaisten pohjavesialueella sijaitsevat öljysäiliöt. Kartoitus tehtiin kesällä Öljysäiliöitä oli 72 kappaletta, joista 19 oli maanalaista säiliötä, Kuva 26. Tilanne oli kuitenkin jo kolme vuotta sitten muuttumassa. Vanhoja maanalaisia säiliöitä ja farmarisäiliöitä poistettiin käytöstä ja nykytilanteen selvittäminen vaatisi uuden kyselykierroksen. 0 0,5 1 1,5 km Kuva 26. Ahlaisten pohjavesialueen öljysäiliöt Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus 29

30 2.7 Kiinteistöjen vesi ja viemärikartoitus Vuonna 1998 selvitettiin myös Ahlaisten pohjavesialueen viemäröimättömien kiinteistöjen tilanne. Kiinteistöjä luetteloitiin 242 kpl, joista 179 oli viemäröimättömiä. Alueella on tämän selvityksen mukaan 15 sakokaivosysteemiä. Vesi- ja viemärikartoituksessa mukana ollet kiinteistöt on merkitty valkoisella pisteellä Kuvassa 27. Kuva 27. Ahlaisten kiinteistöjen vesi- ja viemärikartoituksessa mukan olleet kohteet (valkoiset pisteet). Virtausmallinnusalue on merkitty valkoisella neliöllä. 30 Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus

31 3. Ahlaisten harjun geologia 3.1 Yhteenveto Ahlaisten harjun geologisista ja hydrologisista piirteistä Ahlaisten harju on länsiluode-itäkaakko -suuntainen kapea ja matala selänne kalliokohoumien ja kumpumoreenien välissä. Se on kerrostunut jääkauden loppuvaiheessa jäätikön alaiseen sulamisvesitunneliin. Tähän viittaavat harjun liepeillä paikoin tavattavat ohuet laikuttaiset moreenikerrokset, jotka peittävät harjun soraa ja hiekkaa, Kuvat 28. ja 29. Moreeni on kerrostunut sulavan jäätikön katosta, sisältä tai päältä ns. vajomoreenina silloin, kun varsinainen sulamisvesitoiminta oli jo tyrehtynyt. Harjun kerrostuttua ja mannerjään, tällä alueella ns. Itämeren jäätikkökielekkeen (Punkari 1979, Suomen Kartasto 1990), hävitessä paikalla on ollut vettä mahdollisesti n. 180 metriä (Kukkonen, Sten ja Backman 1988). Harjua paikoin peittävä moreeni ja pinnalla olevat lohkareet ovat voineet kerrostua myös ajelehtivista sulavista jäälautoista. Harjun reunoja yleisesti peittävä savi on kerrostunut syvän veden aikana, siten että alempi kerrallinen savi on kerrostunut muinaisen Ancylusjärvivaiheen aikana ja sen päällä oleva homogeeninen savi on kerrostunut silloisen Itämerenvaiheen (Litorina) aikana suolaiseen veteen Kuva 30. Maan edelleen kohottua rantavaiheen aikana meren aallokko on huuhtonut harjun lakea levittäen hiekkaa harjun reunoja peittävän saven päälle. Tämä on hyvin yleinen ilmiö läntisen Suomen harjualueilla, kuten Sauramokin on jo vuonna 1924 ilmestyneessä maalajikartan selityksessään todennut. Kuva 28. Silttisiä kerroksia ja moreenia harjusoran päällä uuden hautausmaan viereisessä isossa soramontussa. Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus 31

32 Kuva 29. Huonosti peseytynyttä lohkareista soraa harjun laella. Tässä, kuten kuvan 2 aineksessa maatutkaaalto vaimenee voimakkaasti jo pintaosassa. Kuva 30. Homogeeninen Litorinamerivaiheen savi (lapion varren kohdalla) peittää kerrallista Ancylusjärvivaiheen savea hautausmaan viereisen ison sorakuopan reunalla. Savi estää veden imeytymisen syvemmälle pohjaveteen. Vesi jää monin paikoin orsivedeksi saven päälle. Maatutka ei läpäise näin paksua savikerrosta. Savi ehkäisee myös haitallisten aineiden imeytymisen pohjaveteen. 32 Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus

33 Harjun ympärillä on lohkareisia kumpumoreeniselänteitä (Kielosto, Sten ja Backman 1988). Ne ovat syntyneet paikalleen sulavan jäätikön hajotessa ja rakoillessa, siten että jään sisällä ja päällä oleva moreeniaines on valunut jäätikön reunan eteen ja syntyviin rakoihin. Paikoin moreenikerros on niin ohut, että kummut on 1: mittakaavaisessa maaperäkartassa merkitty kallioksi. Alueen kallioperä, joka koostuu enimmäkseen kiillegneissistä mutta myös jonkin verran graniiitista (Sederholm 1913), on pinnaltaan pienipiirteisen kumpuilevaa. Maaperän paksuus alueella on kaiken kaikkiaan varsin pieni, harjun kohdalla enimmillään noin 20 metriä. Alueella olevista maa-ainesleikkauksista voidaan havaita, että itse harjuaines on varsin karkeaa, paikoin lohkareista, ja matriksi ainakin pintaosassa "huonosti peseytynyttä", Kuva 29. Tämä tuli myös luotauksissa esille. Tämä viittaa toisaalta voimakkaaseen sulamisvesitoimintaan ja toisaalta nopeaan kerrostumiseen. Tällä alueella jäätikön kuljettama materiaali on jo itsessään ollut erittäin lohkareista, mikä erottuu seudun maisemassa silmiinpistävästi. Joka tapauksessa pintaosan huono peseityneisyys ja liepeitä peittävä moreeni ja savi heikentävät sadeveden imeytymistä harjuun. Syvemmällä harjun kivisessä aineksessa vesi pääsee vapaammin liikkumaan. Karttatarkastelun ja luotausten mukaan näyttää kuitenkin siltä, että maakerrospaksuus on melko pieni ja kallio saattaa paikoin estää pohjaveden virtausta, Kuva 31. Kuva 31. Maatutkaprofiili Ahlaisten pohjavesialueen itäpäästä (linja 4). Liepeellä näkyy hiekan peittämä savi, joka pidättää vettä ja johon tutka-aalto vaimenee. Keskellä harjun kohdalla kallio nousee lähelle maanpintaa ja patoaa osittain pohjavettä. Harjun pohjoispuolella on moreenia. Ainoastaan viidellä linjalla 18:sta pohjavesikerros tulee molempiin suuntiin luodattaessa selvästi näkyviin. Viidellä linjalla pohjavesikerros tuli kuvaajassa näkyviin vain toiseen suuntaan luodattaessa. Tämä on osoitus siitä, että joko pohjavesikerros harjulla on niin ohut verrattuna pohjaveden pinnan yläpuolisen kerroksen paksuuteen, että se jää ns. pimeäksi kerrokseksi (kohta 3 luotauksen onnistumisen ehdoissa) tai että pohjavesikerros puuttuu paikoin kokonaan. Sekä luotausten että kartta- ja maastotarkastelun perusteella voidaankin todeta, että alueen kallio on pinnaltaan pienipiirteisen kumpuilevaa ja saattaa paikoin katkaista pohjavesiyhteyden, ts. harjulla on useita erillisiä pohjavesialtaita. Kyseisenlainen ennustamattoman kumpuileva kallio vaikeuttaa nimenomaan seismistä tulkintaa. Maatutkaluotauksissa pohjavesi tuli paikoin selvästi näkyviin, Kuva 32. Pohjavesikerros kuitenkin vaimensi tutka-aallon kulkua monin pakoin niin paljon, ettei sen alla olevista kerroksista saatu selviä heijastuksia. Normaalissa hiekkaisessa maassa vaimeneminen ei kuitenkaan pitäisi olla näin voimakasta. Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus 33

34 Kuva 32. Pohjaveden pinta erottuu maatutkaprofiililla selvästi harjun keskellä. Tutka-aalto kuitenkin vaimenee niin paljon, ettei alla olevista kerroksista saada heijastuksia. Seisminen luotaus (VS16) antoi pohjaveden suhteen saman tuloksen. Kallio on tällä kohdalla vähän yli 10 metrin syvyydellä. Seismiset luotaukset osoittivat, että orsivettä esiintyy yleisesti harjun liepeillä. Vedestä oli havainto linjoilla 6, 11, 13 ja 14, vaikka luotausten mukaan vedenkyllästämästä maasta ei ollut merkkejä. Orsivesi tuli ainoastaan kynnyksenä esiin aika-matkakuvaajassa. Orsivesi tuli esille selvästi myös maatutkauksessa Kuvat 31. ja 33. Kuva 33. Maatutkaprofiili Meri-Poriin johtavalta tieltä. Pohjaveden pinta näkyy harjun alueella, mutta liepeellä oleva savi vaimentaa aallon hävittäen pohjaveden erottumisen profiililla. Saven päällä voi olla ohut orsivesikerros. Harjun liepeitä peittävä savi aiheuttaa sen, etteivät ympäröivät pellot juurikaan ole hydrologisessa yhteydessä harjuun, vaan satava vesi valuu ennemminkin harjulta pois päin. Liepeiltä myöskään mahdolliset haitalliset aineet eivät pääse esteettä pohjaveteen. Myöskään Ahlaistenjoki ei näyttäisi olevan pohjaveden muodostumisalueella. Harjun pohjavesi muodostuu siis varsin kapealla osalla harjun laella. Ahlaisten pohjavesialue jakautuu kalliokynnysten katkomiin osiin. Vanhainkodin kohdalla on kalliokohouma, joka saattaa estää kokonaan pohjaveden virtauksen nykyiselle ottamolle päin. Toinen kalliokynnys on Merikarvialle johtavan tien kohdalla tai vähän siitä itään vanhan maa-ainesottopaikan kohdalla. Vasta tämän jälkeen kallionpinta laskee länteenpäin mentäessä merenpinnan alapuolelle, niin että pohjavesialue muodostaa yhtenäisen altaan. Kolmas kalliokynnys on uuden hautausmaan länsipuolisten sorakuoppien kohdalla. Tämä kalliokynnys ei estä pohjaveden virtausta, vaikka akviferin paksuus kynnyksen kohdalla on vain n m. 34 Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus

35 3.2 Maaperäkartta Kuva 34. esittää GTK:n 1: maaperäkartan mukaisia maalajitteita yhdistettynä korkeusmalliin. Käytettävissä ei ollut valmista digitaalista aineistoa, vaan maaperäkartat skannattiin paperikartoista ja saadut rasterikuvat sijoitettiin maailmatiedoston (world file) avulla ArcView-projektiin. Sitten maaperäkartan kuviot digitoitiin ArcViewssa näytöllä. Kuva 34. Ahlaisten yksinkertaistettu maaperäkartta. (Maaperäkartan1:20 000, lehtien ja mukaan) Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus 35

36 3.3 Maaperän vedenjohtavuus (k-arvot) Kuvassa 35. esitetään maaperäkartan mukaisten maalajien vedenjohtavuus tutkimusalueella. Mitä tummempi punainen väri on, sitä paremmin maalaji läpäisee vettä. Kyseessä on visuaalinen apukeino. Harjuaineksen todelliset k-arvot ovat useita dekadeja suuremmat kuin merenlahtien savilla. Tarkastelussa on myös huomioitava, että maaperäkartan maalajit on tutkittu vain n. yhden metrin syvyyteen. Tosin yleensä harjuaines ja moreenit ulottuvat peruskallioon saakka, kuten on myös Ahlaisten harjun tapauksessa. Taulukossa 3. on Ahlaisten alueella esiintyvien maalajien vedenjohtavuusarvojen arvioidut ylä- ja alarajat. Kuva 35. Ahlaisten alueen maaperän suhteellinen vedenjohtavuus. Mitä tummempi punainen, sitä paremmin maalaji johtaa pohjavettä. Harjun ja sen liepeiden hiekkojen vedenjohtavuus on pari dekadia suurempi kuin sen liepeiden liejukoiden ja savikoiden. Lyhenne Vedenjohtokyky, k-arvo Maalaji Mr cm/s Hiekkamoreeni MrM cm/s Moreenimuodostuma, kumpumoreeni SrM/HkM 4-0,1 cm/s Soraharju-/Hiekkaharjuaines Hk 1-0,001 cm/s Karkea- ja keskihiekka Ht 0,5-0,002 cm/s Hienohiekka HHt (Si) 0,005-0,00002 cm/s Karkea siltti Hs (Si) cm/s Keski- ja hienosiltti Sa 5* cm/s Savi Taulukko 3. Ahlaisten tutkimusalueen maalajitteet ja niiden vedenjohtokyky (Soveri ja Kauranne 1975, Korkka-Niemi ja Salonen 1996). 36 Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus

37 3.4 Rannansiirtyminen Ahlaisten harju sijaitsee kokonaan subakvaattisella l. vedenkoskemalla alueella. Jääkauden jälkeen, jäätiköiden vetäydyttyä, alueella oli n m vettä. Maankuori oli jäätikkömassojen alla painunut kuopalle ja painon hävittyä lommo alkoi oieta ennen jäätiköitymistä vallinneeseen maankuoren isostaattiseen tasapainoasemaan. Aluksi maan kohoaminen oli nopeaa, mutta se hidastui sitten nykyiseen tasoonsa, joka on Satakunnassa tällä hetkellä n cm/100 v (Alhonen 1991, Vuorela 2000). Maannousun on laskettu jatkuvan vielä n vuotta. Maankohoamista voi seurata vanhoista kartoista, Kuvat 36. ja 37. Ahlaisten vanha ruotsinkielinen nimi on Hvittisbofjärd, minkä on katsottu viittaavan siihen että alue on ollut Huittislaisten muinaista nautinta-aluetta (Heino 1979). Kuva 36. Ahlaisten edustan saaristoa ja merireittejä. Kartta on 1700-luvun puolestavälistä. Kuva on osa Ahlaisten historian (Heino 1979) s. 261 kartasta. Alkuperäinen kartta on Merenkulkuhallituksen arkistossa. Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus 37

38 Kuva 37. Ahlaisten edustan merikartta luvulta. Saantee (Sandö), Fiskö ja Giselö ovat vielä saaria. Kartta ei lopultakaan poikkea kovin paljoa edellisestä kartasta, Kuva 36. Merenlahdet ovat kartassa kapeampia, mutta lopullinen lahtien umpeenkuroutuminen ja saarien liittyminen mantereeseen on kuitenkin tapahtunut vasta 1900-luvun jälkipuoliskolla. 38 Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus

39 4. Virtausmallinnus PMWIN- ohjelmalla 4.1 Mallinlaatimisen perusteita Seuraavassa esitetään Processing Modflow-virtausmallinnusohjelman (jäljempänä PMWIN) eri valikot, ja se mihin niitä käytetään. Valikkojen englanninkieliset nimet ovat suluissa suomenkielisten otsikkojen perässä. Lyhyen valikkokuvauksen jälkeen on kursiivilla painettu selvitys Ahlaisten pohjavesimallin lähtötiedoista, mistä ne ovat peräisin ja kuinka niitä on käsitelty. Pohjavesimallin mittayksiköt määritellään mallinrakentamisen alussa ja nämä yksiköt säilyvät vakiona läpi koko mallinnuksen. Ahlaisten mallinnuksen yhteydessä aikayksikkönä [T] on päivä ja pituusyksikkönä [L] on metri. Virtausmallinnuksessa pohjavesisysteemi esitetään yksi- tai useampikerroksisena hilaverkkona, jonka pienin yksikkö on solu (cell) l. finiitti-differenssi blokki. Yksittäisen solun keskipiste on noodi (node), jolle annettu arvo vastaa mallinnuksen laskennassa koko solun keskiarvoa. Jos esim. solun koko vastaa maastossa 50 x 50 m, niin solun keskipisteelle annettu arvo, esim.vedenjohtavuus, pohjavedenpinnan- tai maanpinnan korkeus, vastaa koko alueen keskiarvoa. Hydrostratigrafiset yksiköt voidaan esittää yhtenä tai useampana kerroksena (Layer). Mallin rivien ja sarakkeiden leveys voi vaihdella ja jokainen mallin yksittäinen solu voi olla eripaksuinen. Solujen sijainti määritellään järjestyksessä seuraavasti: sarake (column), rivi (row) ja kerros (layer). PMWin-ohjelma käyttää kirjaimia [J,I,K] solujen paikantamiseen. Esim. kolmannen sarakkeen kuudennen rivin ja ensimmäisen kerroksen solu merkitään [3,6,1], Kuva 38. Sarake, column, J Rivi, row, I Kerros, layer, K Noodi, node Kuva 38. Esimerkki kolmiulotteisesta Modflow-gridistä. Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus 39

40 Taulukossa 4. esitetään virtausmallinnukseen ja MODFLOW-laskentakoodin lähtötiedostoihin liittyviä rajoituksia. PMWIN-ohjelma tarkistaa lähtötiedostot näiden rajoitusten mukaan halutessa ja tekee check.lisnimisen tekstitiedoston, jonka avulla voi tarkistaa ja muuttaa virheellisten solujen arvot. Kerrospaksuudet Vakiovedenpintasolujen alkuvedenpinnat Vedenjohtavuus,vedenläpäisevyys, pystysuuntainen vedenjohtavuus, kerrosten välinen vuoto, tehokas huokoisuus Varastokertoimet ja ominaisantoisuus Jokimoduli Ojamoduli GHB-solu Streamflow-Routing-moduli Kaivo Ei saa olla nolla tai negatiivinen luku Pohjavedenpinnan alkuarvon täytyy olla suurempi kuin solun pohjan korkeus Ei saa olla nolla tai negatiivinen luku Ei saa olla negatiivinen luku 1. Jokisolu ei voi olla vakiovedenpinnan solu tai inaktiivinen solu 2. Joenpohjan korkeus täytyy olla suurempi kuin solun pohjan korkeus 3. Joenpinnan täytyy olla korkeammalla kuin joenpohja 1. Ojasolu ei voi olla vakiovedenpinnan solu tai inaktiivinen solu 2. Ojanpinnan täytyy olla korkeammalla kuin ojanpohja GHB-solu ei voi olla vakiovedenpinnan solu tai inaktiivinen solu STR-solu ei voi olla vakiovedenpinnan solu tai inaktiivinen solu Kaivo ei voi olla vakiovedenpinnan solussa tai inaktiivisessa solussa Taulukko 4. Virtausmallinnukseen ja MODFLOW-laskentakoodiin liittyviä rajoituksia. Pohjavesigeologiaan ja -mallinnukseen liittyviä peruskäsitteitä Steady state model Transient flow muuttumaton malli, pohjavedenpinta on vakio muuttuva malli, pohjavedenpinta vaihtelee ajan funktiona Vedenjohtavuus (Horizontal hydraulic conductivity) K, [m/vrk] Kerrospaksuus (Layer thickness) L, b, [m] Vedenläpäisevyys (Transmissivity) T = K x L, [m 2 /vrk] Kerrosten välinen vuoto (Vertical leakance, VCONT) [m 2 /vrk] Ominaisantoisuus (Specific yield, Drainable porosity) S y, [-] Ominaispidättyminen ( Specific resistance) S r, [-] Varastokerroin (Specific storage) L-1, [1/m] Muuttuvia (transient) malleja varten. Varastokerroin (Storage coefficient) S, [-], = varastokerroin x kerrospaksuus, Huokoisuus (Porosity) n, [-], = ominaisantoisuus + ominaispidättyminen tai huokostilan suhde huokoisen aineen koko tilavuuteen Tehokas huokoisuus (Effective porosity) n e, [-], huokoisuus, josta on laskettu pois ns. umpiperähuokoisuus ja liikkumattoman veden huokostilavuutta vähentävä vaikutus. Kaivojen pumppausmäärät (Pumping rate of wells) [m 3 /d] 40 Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus

41 4.2 MALLIGRIDIN LUONTI (Grid < Mesh size) Malligridi määrittelee mallinnettavan alueen ulottuvuuden pituus-, leveys- ja korkeussuunnassa. Malligridi luodaan alasvetovalikossa Grid < Mesh Size, josta avautuvassa ikkunassa (Model Dimension) määritellään mallinnettavien kerrosten lukumäärä (Layers), sarakkeiden lukumäärä (Column) ja leveys valituissa mittayksiköissä, sekä rivien lukumäärä (Row) ja korkeus valituissa mittayksiköissä. Kaikki tässä määritellyt mallin solut eivät välttämättä osallistu mallilaskentaan, vaan aktiiviset ja inaktiiviset solut määritellään Ibound-kohdassa. Ahlaisten virtausmallinnusalue on paikkatietoprojektin avulla tarkennettu osa koko tutkimusalueesta, ks. kappale 1.1. Virtausmallinnusalueen KKJ-1- koordinaatit ovat : etelä pohjoinen länsi itä Ahlaisten virtausmallissa yksittäisen mallinnettavan solun koko on 50 x 50 m, joten mallisarakkeita on 46 kpl ja -rivejä 27 kpl. Yksittäisiä soluja on 1242 kpl. Mallikerroksia on yksi. Harju on syntynyt suoraan peruskallion päälle ja on mallinnusta ajatellen samaa maalajia maanpinnasta kallionpintaan. Harjun liepeillä on huuhtoutuneita ja lajittuneita hiekkoja, jotka ovat lähellä harjua omina paksuina kerroksinaan. Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus 41

42 Kuva 39. Virtausmallinnusalueen rajaus (vaalea nelikulmio). Punaiset alueet ovat avokallioita tai alueita, joilla kallionpinta on lähellä maanpintaa, n. 1-2 m syvällä. Kaksi valkoista viivaa ovat pohjaveden virtaukseen vaikuttavia kalliokynnyksiä. Violetilla merkitty kuvio tarkoittaa aluetta, jolla kallionpinta on merenpinnan tasolla tai sen alla. Syvimmät kohdat ovat tummimpia ja ne ovat n m merenpinnan alapuolella. Pohjavedenpinnan korkeus vaihtelee alueella n cm merenpinnan yläpuolella, ks. Kuva KERROSTEN PINNAT JA POHJAT (Grid < Top of layers/bottom of layers) Kuvassa 40. on esitetty maanpinnan ja kallionpinnan TIN-pintamallit. Kolmiulotteinen TIN-pintamalli muodostuu epäsäännöllisestä kolmiojoukosta, jonka kärkipisteissä pinnan korkeuspisteet ovat. Ahlaisten pintamallinuksessa pistetiedostot sisälsivät eri pintojen korkeuspisteitä seuraavasti: Maanpinta Pohjavedenpinta Kallionpinta pistettä 76 pistettä 3607 pistettä Pintamallista voidaan suorittaa spatiaalinen pinnankorkeuden kysely kyselytyökalun tai esim. kuviotiedoston avulla. Pintamallien avulla voidaan myös hyvin yksinkertaisesti laskea cut-fill-arvoja (ks. luku 7.). Virtausmallinnuksessa tarvittavat pinnankorkeudet tasaväliselle pistejoukolle on kuitenkin tehty Surferpintamallinnusohjelmalla käyttäen samoja pistetiedostoja kuin TIN-mallinnuksessa. Sekä TIN-pintamalli, että Surferin laskema interpoloitu pinta on ymmärrettävästi sitä tarkempi, mitä enemmän ja tiheämmin pisteitä on käytettävissä. 42 Ahlaisten pohjavesialueen riskikartoitus