10/2018 LIIKENNEVIRASTO OULUN KOLMIORAITEEN JA HEIKKILÄNKANKAAN LIIKENNEPAIKAN SULFIDIMAASELVITYS

Transkriptio

1 Vastaanottaja Jouni Juuti Liikennevirasto Asiakirjatyyppi Selvitys Päivämäärä 10/2018 LIIKENNEVIRASTO OULUN KOLMIORAITEEN JA HEIKKILÄNKANKAAN LIIKENNEPAIKAN SULFIDIMAASELVITYS

2 LIIKENNEVIRASTO OULUN KOLMIORAITEEN JA HEIKKILÄNKANKAAN LIIKENNEPAIKAN SULFIDIMAASELVITYS Projekti Oulun kolmioraiteen sulfidimaaselvitys Projekti nro Vastaanottaja Liikennevirasto Asiakirjatyyppi Selvitys Versio 01 Päivämäärä Laatija Tarkastaja Hyväksyjä Kuvaus Enni Suonperä, Ramboll Finland Oy Sari Suvanto, Ramboll Finland Oy Jouni Juuti, Liikennevirasto Oulun kolmioraiteen suunnittelualueen sulfidimaaselvitys 1

3 SISÄLTÖ 1. Johdanto 4 2. Happamat sulfaattimaat Tausta Luokittelu Sulfaattimaiden tunnistaminen Kenttähavainnot Laboratoriotutkimukset Vaikutukset Korroosio Vesistövaikutukset 9 3. Näytteenotto Tulokset Maalajit ph ja nettohapontuotto Kokonaisrikkipitoisuus Puskurikapasiteetti Tulosten yhteenveto ja tunnistetut sulfidimaat Happaman valunnan muodostuminen Toimenpidesuositukset Sulfidimaista aiheutuvien haittojen ehkäisy Pohjaveden pinnan alin taso Alueen tasauksen suunnittelu Massanvaihto ja ylijäämämaiden käsittely Putkikaivannot Maanalaiset rakenteet ja paalutus Happaman valunnan hallinta Työnaikaisen kaivannon kuivatus ja väliaikaiset käsittelyratkaisut Pysyvät kuivatusvesien käsittelyratkaisut Yhteenveto ja jatkotoimenpiteet Lyhenteet Kirjallisuusviitteet 20 2

4 LIITTEET Liite 1 Näytteenotto-ohje Liite 2 Tutkimustulosten yhteenveto Liite 3 Kenttähavaintojen yhteenveto Liite 4 Sulfidimaa-alueen rajaus, Heikkilänkangas Liite 5 Valokuvia näytteenotosta Liite 6 Tutkimustodistukset 3

5 1. JOHDANTO Työn lähtökohtana oli selvittää, esiintyykö Oulun Kolmioraiteen tai Heikkilänkankaan liikennepaikan suunnittelualueilla happamia sulfidi- tai sulfaattimaita. Tutkimuksia tehtiin kolmesta Kolmioraiteen alueelle ja kahdesta Heikkilänkankaan liikennepaikan alueelle sijoitetusta tutkimuspisteestä. Tässä raportissa on esitetty kootusti sulfidimaaselvityksen tulokset. Tutkimuskohteiden sijainnit on esitetty seuraavassa kuvassa (Kuva 1-1). Heikkilänkankaan liikennepaikan suunnittelualue sijaitsee Oulun kaupungissa, Heikkilänkankaan kaupunginosassa. Suunnittelualue sijoittuu olemassa olevan rautatien varteen, Kainuuntien ja Vehkakankaantien väliselle alueelle. Heikkilänkankaan liikennepaikan suunnittelualueella ei ole voimassa olevaa asemakaavaa. Myös Kolmioraiteen suunnittelualue sijaitsee Oulun kaupungissa, tarkemmin Mäntylän ja Toukolan kaupunginosien alueella. Suunnittelualue sijoittuu pääasiassa Palokankaantien ja Toukolankaaren tuntumaan. Suunniteltu raideosuus yhdistäisi kaksi olemassa olevaa rautatieosuutta. Kolmioraiteen suunnittelualueella on voimassa oleva asemakaava. Sulfaatti- ja sulfidimaat tulee huomioida alueiden rakentamista suunniteltaessa niiden happamoittavan vaikutuksen vuoksi. Hapan vesi liuottaa maa-aineksesta metalleja, jotka voivat aiheuttaa haittaa ympäristölle, erityisesti kaloille. Työ on tehty Liikenneviraston toimeksiannosta, jossa yhteyshenkilönä on toiminut Jouni Juuti. Tutkimukset on tehty Ramboll Finland Oy:ssä, jossa työstä ovat vastanneet: - Projektipäällikkö: Sari Suvanto - Sulfidimaaselvitys ja kartat: Enni Suonperä - Näytteenotto: Antti Eskelinen - Laboratoriotyöt: Tuomas Suikkanen Kuva 1-1. Selvityskohteiden sijainnit Oulun kaupungissa. 4

6 2. HAPPAMAT SULFAATTIMAAT 2.1 Tausta Happamilla sulfaattimailla tarkoitetaan maaperässä luontaisesti esiintyviä rikkipitoisia sedimenttejä, joista vapautuu hapettumisen seurauksena haitallisia määriä happamuutta maaperään ja vesistöihin. Happamoitumisen seurauksena liukenee maaperästä myös haitallisia metalleja (esim. Al, Cd, Co, Cu, Ni, Zn, U), jotka kulkeutuvat edelleen vesistöihin. Maaperän happamoitumiseen on syynä juuri rautasulfidien hapettuminen sedimenttien joutuessa pohjavedenpinnan yläpuolelle maankohoamisen ja maankäyttöön liittyvän kuivatustoiminnan seurauksena. Hapettumisen seurauksena sulfideista muodostuu maaperässä rikkihappoa, joka alentaa maan ph-tasoa. Rikkipitoiset sedimentit ovat pääasiassa veteen kerrostuneita sedimenttejä, jotka ovat syntyneet ympäristössä, jossa sulfaattipitoiseen veteen, pääasiassa meriveteen, on kerrostunut orgaanista ainesta ja sekoittunut mantereelta kulkeutuneita sedimenttien rautaoksideja. Hapettomissa olosuhteissa bakteerit hajottavat orgaanista ainesta pohjan sedimentissä pelkistäen sulfaatin sulfidiksi, joka saostuu edelleen raudan kanssa rautasulfideiksi (Boman, et al., 2008). Sulfidisedimentit ovat tyypillisesti liejuista silttiä tai savea ja esiintyvät rannikkoseudun alavilla mailla. Ne ovat usein väriltään mustia tai tumman harmaita. Paikoin rikkiä saattaa esiintyä kuitenkin haitallisia määriä myös karkeammissa maalajeissa kuten hiekassa ja hiekkaisessa siltissä. Näille maalajeille on tyypillistä heikko puskurikyky happamoitumista vastaan, jolloin jo pienikin määrä hapettuvaa sulfidia voi alentaa maaperän ph:ta voimakkaasti. Suomessa sulfidisedimentit ovat kerrostuneet pääasiassa viime jääkauden jälkeisten meri- ja järvivaiheiden aikana ja esiintymien arvioidaan olevan Euroopan laajimmat. Ongelmallisimpia ovat Litorina-merivaiheessa ja sen jälkeen kerrostuneet sedimentit, koska tällöin ympäristöolot ovat olleet suotuisimmat rikkipitoisten kerrostumien muodostumiselle. Litorina-meri on ulottunut noin vuotta sitten ylimmillään Perämeren seudulla yli 100 metrin, Pohjanmaalla hieman alle 100 metrin ja Etelä-Suomessa noin 50 metrin korkeudelle nykyisen merenpinnan yläpuolelle. Kuivana ajanjaksona happamoitumisen seurauksena liuenneet happosuolat ja metallit pidättäytyvät maaperään. Sateiden tai sulamisvesien mukana sulfaattimaiden vedet huuhtoutuvat vesistöihin ja valumien ph voi olla alle 3. Herkimmät kalat voivat kuolla, jos vesistön ph laskee tason 5,5 alle. Happaman veden liuottama alumiini saostuu vesistöissä kalan kiduksissa aiheuttaen kalojen tukehtumista. 2.2 Luokittelu Happamalla sulfaattimaalla tarkoitetaan sulfidirikkipitoista maaperää, jossa on sekä hapettunut hapan maakerros, että hapettumaton sulfidirikkipitoinen maakerros, tai vain toinen näistä. Maaperä määritellään happamaksi sulfaattimaaksi maastohavaintojen ja laboratorioanalyysien perusteella, mikäli vähintään yksi seuraavista kriteereistä täyttyy: - ph < 4,0 mineraalimaassa tai liejussa sulfidien hapettumisen seurauksena; ja/tai - näytteen ph inkubaation (hapettunut kosteana 9 19 viikkoa huoneenlämmössä) jälkeen on ph < 4,0 Happamat sulfaattimaat ovat yleisesti liejuisia ja hienorakeisia maalajeja (savi ja siltti), mutta myös karkearakeiset maalajit (silttinen hiekka ja hiekka), joissa kokonaisrikkipitoisuus on alhainen (< 0,2 %, jopa 0,01%) voivat hapettuessaan tuottaa happamuutta huonon puskurikapasiteetin takia (Nieminen, et al., 2016). 5

7 Happamat sulfaattimaat voidaan luokitella kahteen ryhmään: 1. Todelliset happamat sulfaattimaat (THS) ja 2. Potentiaaliset happamat sulfaattimaat (PHS). 1. Todellinen hapan sulfaattimaa (THS) - ph < 4,0 maastossa suoraan näytteestä mitattuna hapettuneessa mineraalimaassa tai liejuissa (ei turpeessa) sulfidien hapettumisen seurauksena. - mikäli savi-/silttinäytteen maastossa mitattu ph on 4,0 4,4 eikä alemmasta maakerroksesta ole tehty sulfidisavihavaintoja, jatkotutkimukset ovat tarpeen. Jatkotutkimuksissa tehdään esimerkiksi ph:n määritys inkuboidusta näytteestä (vetyperoksidihapetus) ja/tai kokonaisrikkipitoisuusmääritys. Happaman maakerroksen ja sulfidirikkipitoisen maakerroksen välillä on tyypillisesti kapea vaihettumisvyöhyke (noin 0 50 cm) missä ph:n vaihtelu voi olla erittäin suurta (noin 4,0 7,0). 2. Potentiaalinen hapan sulfaattimaa (PHS) Potentiaalisella happamalla sulfaattimaalla tarkoitetaan sulfidirikkipitoista maaperää, jolla on potentiaalia muuttua todelliseksi happamaksi sulfaattimaaksi, mikäli maaperä pääsee hapettumaan. Sulfidirikkipitoisen maakerroksen pääpiirteet ovat: - rikki esiintyy sulfidimuodossa (pelkistyneenä, ei hapettuneena) - yleensä ph > rikin pitoisuus, S tot 0,2 % - inkuboidun näytteen ph < 4,0 (vetyperoksidihapetetun) ja ph:n muutos on yli 0,5 yksikköä verrattuna maastossa mitattuun ph-tulokseen Kuva 2-1. Ylin harmaa maakerros kuvaa jo hapettuneessa tilassa olevaa hapanta sulfaattimaata, joka on vallitsevan pohjavesipinnan yläpuolella. Musta kerros kuvaa pelkistyneessä tilassa pohjavesipinnan alapuolella olevaa sulfidimaata. Sulfidimaahan on sitoutuneena metalleja, jotka hapettuneessa sulfaattimaassa pääsevät liukenemaan ja kulkeutumaan vesistöön. 6

8 2.3 Sulfaattimaiden tunnistaminen Tässä luvussa on kuvattu tässä selvityksessä käytettyjä tunnistusmenetelmiä. Myös muita menetelmiä on kehitetty, mutta ne ovat vähemmän käytettyjä, eikä niitä ole tässä tarkemmin kuvattu Kenttähavainnot ph-mittaus Maaperän ph mittaus on yksi tärkeimmistä happamien sulfaattimaiden tunnistusmenetelmistä. Eri syvyydeltä tehdyn ph mittauksen avulla voidaan maaperästä määrittää syvyyssuuntainen profiili, jonka perusteella voidaan arvioida pintamaan hapettumista. Happamien sulfaattimaiden tapauksessa hapettuneen pintamaan ph laskee yleensä alle 4, jolloin kyseessä on todellinen hapan sulfaattimaa (THS). Pohjavedenpinnan taso Pohjaveden pinnan korkeus (tai sen painetaso) sekä kuivatustaso ovat hyödyllisiä tietoja happamien sulfaattimaiden kartoituksessa ja sitä voidaan käyttää apuna yhdessä silmämääräisen tarkastelun kanssa. Pohjaveden pinnan alapuolella huokostilavuuden ollessa veden täyttämä vallitsee hapettomat olosuhteet, jotka estävät sulfidimineraalien hapettumisen. Silmämääräinen maalajin arviointi Happamien sulfaattimaiden ja erityisesti sulfidisavien tunnistamiseen on useasti käytetty kentällä tehtävää silmämääräistä arviointia maalajin ja maaperän värin avulla. Sulfidisavet ovat usein mustia, mikä helpottaa niiden visuaalista tunnistamista. Visuaalinen tarkastelu on hyvä apukeino happamien sulfaattimaiden tunnistamisessa, mutta sitä ei tule käyttää ainoana tutkimusmenetelmänä Laboratoriotutkimukset Kokonaisrikki Maaperän kokonaisrikkipitoisuutta on käytetty sulfidipitoisten maiden tunnistamiseen ja mahdollisen hapontuoton arviointiin laajalti. Kokonaisrikkipitoisuus antaa hyvän kuvan maaperän happamoitumispotentiaalista. Suomessa yli 0,2 m-% kokonaisrikkipitoisuutta on pidetty rajana happamille sulfaattimaille, mutta karkeampien maalajien yhteydessä jo pienemmät rikkipitoisuudet voivat laskea ph:n hyvinkin matalaksi maaperän heikon puskurikyvyn vuoksi. Kokonaisrikki määritetään yleensä polttomenetelmällä esim. LECO uunissa tai kuningasvesiuutto-liuoksesta ICP:llä (esim. SFS-EN ISO 11885). Inkuboitu ph ph-inkubaation perusteella voidaan tunnistaa sulfaattimaa ja arvioida sekä ennustaa maaperässä tapahtuvaa happamoitumista. Inkubaatio vastaa kutakuinkin maaperässä luonnossa hapettumisen aikana tapahtuvaa ph-muutosta, ottaen huomioon maaperän luonnollisen puskurikapasiteetin. Inkubaation perusteella ei kuitenkaan voida arvioida suoraan maaperästä lähtevän happamuuskuormituksen määrää. Inkubaatiossa maaperänäytteiden annetaan hapettua huoneilmassa 9 19 viikon ajan (tavallisesti 10 viikkoa). Näytteet pidetään inkubaation ajan luonnonkosteina. Näytteen ph mitataan alkutilanteessa ja hapetusjakson jälkeen. Inkubaation kesto on joko: 7

9 I. Kunnes ph on < 4 ja pudotusta on tapahtunut vähintään 0,5 yksikköä maastossa mitattuun ph-arvoon verrattaessa ja/tai II. kunnes ph (< 4) stabiloituu vähintään yhdeksän viikon ja korkeintaan 19 viikon jälkeen Mikäli näytteen ph on yhdeksän viikon inkubaation jälkeen yli 6,5, voidaan todeta, että näytteessä ei esiinny merkittävästi sulfideja ja inkubaatio voidaan lopettaa. Mikäli näytteen ph on 9 viikon inkubaation jälkeen välillä 4,0-6,5, jatketaan inkubaatiota vielä 10 viikkoa. Mikäli tämän jälkeen näytteen ph on < 4, voidaan näytteessä todeta esiintyvän sulfideja ja maaperä luokitella sulfaattimaaksi. NAG-pH ja nettohapontuotto NAG-pH:n mittaus tehdään vetyperoksidilla hapetetusta maaperänäytteestä. Vetyperoksidin avulla maaperän hapettumista voidaan nopeuttaa verrattuna luonnolliseen hapettumiseen (vrt. inkubointi). Vetyperoksidihapetus voidaan tehdä joko kertalisäyksenä tai useampana eri lisäyksenä, joiden välissä näytettä keitetään 2 tuntia. Hapetuksen jälkeen jäähdytetystä näytteestä mitataan hapetetun näytteen ph (NAG-pH). Suomessa happaman sulfaattimaan rajana on yleisesti käytetty ph-tasoa 4,5. Jos näytteen ph on laskenut alle raja-arvon, on näyte happoa tuottavaa. NAG-pH:n avulla voidaan arvioida maaperän happamoitumisesta aiheutuvaa riskiä. NAG-pH määrityksen etuna on luonnollista hapettumista nopeampi hapettumisreaktio, joka on eduksi kaikissa rakennusprojekteissa joissa aikataulut ovat yleensä tiukat eikä esimerkiksi 9-19 viikon inkubointiin ole aikaa. Vetyperoksidihapetus on yleensä luonnonolosuhteita voimakkaampi reaktio, jonka vuoksi NAG-pH arvo yleensä kuvaa ääritapausta, jossa lähes kaikki maaperässä oleva rikki pääsee hapettumaan. Luonnonolosuhteissa hapettuminen ei välttämättä ole näin täydellistä ja hapettuneen maaperän ph voi jäädä korkeammaksi kuin NAG-pH. Tämän vuoksi NAG-pH määritystä ei suositella käytettäväksi ainoana menetelmänä sulfaattimaiden aiheuttaman happamoitumisriskin arvioinnissa. Nettohapontuotto määritetään hapetetusta näytteestä titraamalla ph arvoon 4,5 ja laskemalla titrauskulutuksesta hapontuotto. Nettohapontuoton avulla voidaan arvioida maaperän happamoitumisesta aiheutuvaa riskiä. Seuraavassa taulukossa (Taulukko 2-1) on esitetty nettohapontuoton avulla tehtävä hapontuottopotentiaalin arviointi. Taulukko 2-1. NAG-pH:n ja nettohapontuoton avulla tehtävä hapontuottopotentiaalin arviointi (GTK, 2015). NAG-pH NAG (kg H2SO4/t) Näytteen hapontuottopotentiaali 4,5 0 Ei happoa tuottava alle 4,5 0 5 Potentiaalisesti happoa tuottavaa, alhainen kapasiteetti alle 4,5 yli 5 Potentiaalisesti happoa tuottavaa Maalajimääritys Pelkän maalajin perusteella ei voida arvioida onko maaperä hapanta sulfaattimaata vai ei. Maalajimääritys antaa kuitenkin happamien sulfaattimaiden osalta tärkeää tietoa maaperän puskurikapasiteetista ja hapettumisnopeudesta. Karkeampirakeisilla maalajeilla vedenläpäisevyys on suurta, jolloin huuhtoutuva vesi pääsee leviämään maaperässä nopeasti ja ph voi laskea jo pienillä rikkipitoisuuksilla alhaisiksi olemattoman puskurikapasiteetin vuoksi. Riskinarviointia varten maaperän vedenläpäisevyyttä voidaan arvioida maaperän rakeisuuden perusteella. Maaperän tarkempi vedenläpäisevyys voidaan tarvittaessa todentaa erillisellä laboratoriokokeella. 8

10 Vesipitoisuus ja hehkutushäviö Hehkutushäviön avulla saadaan määritettyä näytteen sisältämän palavan aineksen osuus. Happamien sulfaattimaiden osalta hehkutushäviön avulla voidaan arvioida maaperän puskurikapasiteettia, koska humuksella on tunnetusti ph:ta puskuroivia ominaisuuksia. Rikkipitoiselle happamalle sulfaattimaalle on havaittu olevan ominaista myös korkea vesipitoisuus. Vesipitoisuus ei yksinään kerro maaperän rikkipitoisuudesta, koska myös humuspitoisuus ja rakeisuus vaikuttavat siihen suuresti, mutta se voi olla yksi indikaattori korkealle rikkipitoisuudelle. 2.4 Vaikutukset Korroosio Todellinen hapan sulfaattimaa (THS) on hapettunut ympäristö, jonka ph on laskenut hapettumisen myötä alle 4,0. Hapan ympäristö lisää merkittävästi korroosionopeutta useilla metalleilla myös teräksillä. Todellisilla happamilla sulfaattimailla maanalaisten rakenteiden korroosio aiheutuukin suurelta osin matalan ph:n ja paikallisten happikonsentraatioerojen seurauksena. Korroosionopeutta lisää sähköjohtavuus, jonka edellytyksiä ovat riittävä vesipitoisuus ja liukoisten ionien määrä. Potentiaalinen hapan sulfaattimaa (PHS) on anaerobisessa tilassa oleva, happamuudeltaan neutraali, rikkipitoinen ympäristö, joka hapettuessaan tuottaa rikkihappoa muuttuen todelliseksi happamaksi sulfaattimaaksi. Korroosioympäristönä potentiaalisesti hapan sulfaattimaa on ongelmallinen metalleilla etenkin teräkselle sulfaatinpelkistäjäbakteerien mahdollisen vaikutuksen vuoksi. SRB mikrobit käyttävät hengittämiseen hapen sijaan sulfaattia tuottaen muun muassa sulfideja ja rikkivetyä (H 2S), vettä ja hiilidioksidia. Raudan ja orgaanisen aineksen läsnäolo (myös ihmisen rakentamat teräsrakenteet) lisäävät SRB mikrobien aktiivisuutta. Kahden erilaisen korroosioympäristön rajavyöhyke on yleisesti ottaen voimakkaammin syövyttävä kuin kumpikaan korroosioympäristö yksin. Veden pinnan muutokset rajavyöhykkeellä voivat aiheuttaa aikaisempaa syövyttävämmät olosuhteet mm. hapontuoton sekä elektrolyysiveden läsnäolon seurauksesta Vesistövaikutukset Happamilta sulfaattimailta syntyvä valumavesi sisältää yleensä runsaasti sulfidimineraalien hapettumisesta peräisin olevia sulfaatteja sekä liukoisia metalleja, jotka nostavat veden sähkönjohtavuutta. Happamista sulfaattimaista on Suomessa arvioitu huuhtoutuvan vesistöihin jopa enemmän haitallisia metalleja, kuten mangaania, sinkkiä, alumiinia, kuin yhteensä kaikista Suomen teollisuuden jätevesistä (Sutela, et al., 2012; Sundström, et al., 2002). Veden happamuuden laskiessa alle 5,5 voidaan vesistön happamuustilaa pitää kriittisenä. Vesieliöstölle ja useimmille kalalajeille erityisen haitallisia vaikutuksia syntyy silloin, jos happamia sulfaattimaiden esiintymisalueilla tehdään maankäsittelyä, esimerkiksi ojitusta, kuivan kauden aikana. Kuivan kauden jälkeen esimerkiksi syyssateiden aiheuttama runsas huuhtoutuminen aiheuttaa happaman ja metallirikkaan pulssin vastaanottavaan vesistöön. Hapan pulssi voi aiheuttaa laajoja kalakuolemia, joita on raportoitu rannikkoalueiden vesistöissä ympäri Suomen. Veden laadun seurannassa on tärkeää huomioida vuositasolla mitatut alimmat ph-tasot eikä seurata pelkästään veden keskimääräistä ph:ta. Happamien sulfaattimaiden synnyttämä happaman valunnan vaikutus on erityisen voimakasta pahimpien sulfaattimaa-alueiden pienissä puroissa ja joissa, joissa veden virtaus on hidasta. Hitaan virtaaman vuoksi pienten purojen veden ph voi pysyä matalana pitkään, toisin kuin isommissa 9

11 joissa, joissa happamuus pääsee laimenemaan suureen vesimäärään. Happamissa vesissä sekä eliöstön että kasvillisuuden monimuotoisuus vähenee voimakkaasti, koska harvat lajit pystyvät elämään ja lisääntymään happamoituneissa vesissä. 3. NÄYTTEENOTTO Oulun kolmioraiteen näytteenotto suoritettiin kairamenetelmällä ja Näytteenotosta vastasi Ramboll Finland Oy. Näytteitä otettiin näytteenotto-ohjeen (liite 1) mukaisesti puolen metrin välein määräsyvyyteen saakka. Heikkilänkankaan liikennepaikan alueelta suoritettiin kahdesta tutkimuspisteestä (401 ja 402) pohjatutkimusten ohella myös sulfidimaatutkimukseen soveltuva näytteenotto. Pisteistä 401 ja 402 näytteitä otettiin noin 2 3 metrin syvyyteen saakka. Kolmioraiteen alueen näytepisteissä 313, 315 ja 316 näytteenotto ulotettiin noin 7 metrin syvyyteen. Yksittäisiä näytteitä otettiin yhteensä 50 kpl. Kullekin näytteelle tehdyt analyysit on esitetty liitteessä 2. Kaikista näytteistä määritettiin näytteenoton yhteydessä maalaji ja ph. Näytteet pakattiin kaasutiiviisiin muovipusseihin (Rilsa) joista puristeltiin ilmat pois, suljettiin tiiviisti ja säilytettiin viileässä laboratorioon toimittamiseen saakka. Tutkimuksen perusteella tehty sulfidialueen rajaus on esitetty liitteessä 3 ja tutkimustulosten yhteenveto liitteessä 2. Kenttähavainnot on esitetty liitteessä 4 ja valokuvia alueelta liitteessä TULOKSET 4.1 Maalajit Heikkilänkankaan liikennepaikka Heikkilänkankaan alueen näytepisteissä 401 ja 402 havaittiin maanpintaosissa 0,5 1,5 m paksu turvekerros. Turpeen alapuolella havaittiin savikerroksia. Pisteessä 402 0,5 m paksun turvepatjan alapinnalla havaittiin hiekkainen kerros ennen savimaita. Kummassakin pisteessä savessa havaittiin mustia raitoja, jotka viittaavat sulfidimaihin. Näytepisteiden alueella pohjavesipinnan havaittiin olevan tasolla 0,5 1,0 m maanpinnasta. Näytteiden vesipitoisuus vaihteli välillä 19,1 118 %. Kolmioraiteen alue Kolmioraiteen alueelta otetuissa näytteissä (313, 315 ja 316) havaittiin maalajin olevan hiekkaa koko näytteenottosyvyydeltä (noin 7 m). Pohjavesipinta oli alueella tasolla 1,4 1,8 m maanpinnasta. Näytteiden vesipitoisuus vaihteli välillä %. 4.2 ph ja nettohapontuotto Kaikista tässä selvityksessä tutkituista näytteistä määritettiin maastossa ph-taso. Lisäksi näytteistä 15 kpl valittiin NAG-pH määritykseen ja edelleen 6 näytettä inkubointiin. Inkubointiin valituista näytteistä määritettiin myös nettohapontuotto. Laboratoriossa tutkittujen näytteiden ph-tasot on esitetty seuraavissa taulukoissa (Taulukko 4-3 ja Taulukko 4-4). Heikkilänkankaan liikennepaikka Heikkilänkankaan NAG-pH määritykseen toimitetuista näytteistä kaikissa havaittiin tason 4,5 alittava ph. Näytteistä neljän havaittiin nettohapontuottomäärityksen perusteella olevan potentiaalisesti happoa tuottavia, yhden ollessa alhaisen hapontuottokapasiteetin omaava (vrt. Taulukko 2-1). 10

12 Taulukko 4-1. Heikkilänkankaan liikennepaikan näytteiden ph ja nettohapontuotto. Huomionarvoiset tulokset on korostettu punaisella värillä. Näytepiste (syvyys m) Maasto ph NAG-pH Inkuboitu ph Nettohapontuotto (kg H2SO4/tonni) 401 (1,55-2,0) 5,7 2,24-59, (2,0-2,5) 6,0 2,71 3,37 16, (2,5-3,0) 5,3 2, (0,5-1,0) 5,3 2, (1,0-1,5) 5,7 3,1 4,79 6, (1,5-2,0) 5,7 3,48 5,17 2,91 Kolmioraiteen alue Kolmioraiteen alueen NAG-pH määritykseen toimitetuista näytteistä kaikissa havaittiin tason 4,5 alittava ph. Näytteistä kolmen (kaikki määritetyt) havaittiin nettohapontuottomäärityksen perusteella olevan potentiaalisesti happoa tuottavia, alhaisen hapontuottokapasiteetin omaavia (vrt. Taulukko 2-1). Taulukko 4-2. Kolmioraiteen näytteiden ph ja nettohapontuotto. Huomionarvoiset tulokset on korostettu punaisella värillä. Näytepiste (syvyys m) Maasto ph NAG-pH Inkuboitu ph Nettohapontuotto (kg H2SO4/tonni) 313 (2,0-2,5) 6,2 3, (4,0-4,5) 7,0 3,09 6,8 4, (7,0-7,4) 7,2 3, (1,5-2,0) 6,5 3,41 6,3 3, (4,5-5,0) 7,1 3, (6,5-7,0) 7,3 2, (1,5-2,0) 6,7 3, (3,5-4,0) 6,6 3,16 6,79 3, (6,5-7,0) 6,9 3,

13 4.3 Kokonaisrikkipitoisuus Laboratoriossa tutkittujen näytteiden kokonaisrikkipitoisuudet on esitetty seuraavissa taulukoissa (Taulukko 4-3 ja Taulukko 4-4). Näytteet kuivattiin ennen määritystä 60 C lämpötilassa. Potentiaalisiksi happamiksi sulfaattimaiksi luokiteltavista näytteissä kokonaisrikkipitoisuus on yli 0,2 % (kuiva-aineesta). Heikkilänkankaan liikennepaikka Heikkilänkankaan kokonaisrikkipitoisuus-määritykseen toimitetuista näytteistä kolmessa havaittiin tason 0,2 % ylittävä rikkipitoisuus. Ylityksistä 2 havaittiin pisteessä 401 ja yksi pisteessä 402. Taulukko 4-3. Heikkilänkankaan liikennepaikan näytteiden ph ja kokonaisrikkipitoisuus. Huomionarvoiset tulokset on korostettu punaisella värillä. Näytepiste (syvyys m) Maasto ph Inkuboitu ph NAG-pH Kokonaisrikkipitoisuus Stot (m-%) 401 (1,55-2,0) 5,7-2,24 2,4 401 (2,0-2,5) 6,0 3,37 2,71 0, (2,5-3,0) 5,3-2,78 0, (1,0-1,5) 5,7 4,79 3,1 <0, (1,5-2,0) 5,7 5,17 3,48 0,31 Kolmioraiteen alue Kolmioraiteen kokonaisrikkipitoisuus-määritykseen toimitetuista näytteistä yhdessäkään ei havaittu tason 0,2 % ylittävää rikkipitoisuutta. Näytteiden rikkipitoisuudet olivat kauttaaltaan alhaisia ja pääosin alle laboratorion määritysrajan. Taulukko 4-4. Kolmioraiteen näytteiden ph ja kokonaisrikkipitoisuus. Huomionarvoiset tulokset on korostettu punaisella värillä. Näytepiste (syvyys m) Maasto ph Inkuboitu ph NAG-pH Kokonaisrikkipitoisuus Stot (m-%) 313 (1,0-1,5) 6,0 - - <0, (2,0-2,5) 6,2-3,30 <0, (4,0-4,5) 7,0 6,8 3,09 <0, (5,0-5,5) 7,1 - - <0, (7,0-7,4) 7,2-3,53 0, (0,5-1,0) 5,6 - - <0,03 12

14 315 (1,5-2,0) 6,5 6,3 3,41 0, (3,5-4,0) 7, , (5,5-6,0) 7,2 - - <0, (6,5-7,0) 7,3-2,94 <0, (0,5-1,0) 5,6 - - <0, (1,5-2,0) 6,7-3,04 <0, (3,5-4,0) 6,6 6,79 3,16 <0, (6,5-7,0) 6,9-3,34 <0, Puskurikapasiteetti Kaikkiaan 27 näytteestä määritettiin hehkutushäviö, joka korreloi näytteen sisältämän orgaanisen aineksen määrän kanssa. Hehkutushäviötä voidaan käyttää hienojakoisen maa-aineksen (savi, siltti) puskurikapasiteetin arvioimiseen (Pousette 2007). Mitä suurempi hehkutushäviö ja orgaanisen aineksen määrä, sitä suurempi on puskuroiva vaikutus, joka puolestaan pienentää happamoittavaa vaikutusta. Aiempien tutkimusten perusteella hehkutushäviön ylittäessä 8 % on puskuroiva vaikutus merkityksellinen ja happamoittava vaikutus pienenee suhteessa vähemmän orgaanista ainesta sisältävään maa-ainekseen. Heikkilänkankaan liikennepaikka Heikkilänkankaan tutkituissa maanäytteissä (401 ja 402) hehkutushäviö oli pääsääntöisesti alle 5 % eli puskurikapasiteetti ei ole merkittävää. Näytepisteen 401 syvyydeltä 2,0-2,5 m otetussa näytteessä hehkutushäviö oli 7,8 %. Näytteiden keskimääräinen hehkutushäviö oli 3,4 % (1,0 7,8 %). Kolmioraiteen alue Kolmioraiteen tutkituissa maanäytteissä (313, 315 ja 316) hehkutushäviö oli pääsääntöisesti alle 1 % eli puskurikapasiteetti ei ole merkittävää. Näytteiden keskimääräinen hehkutushäviö oli 0,4 % (0,2 0,7 %). 5. TULOSTEN YHTEENVETO JA TUNNISTETUT SULFIDIMAAT Heikkilänkankaan liikennepaikka Heikkilänkankaan liikennepaikan maastossa mitattujen ph-tasojen perusteella todellisia happamia sulfaattimaita (THS) ei havaittu, vaan alueen sulfaattimaat ovat vielä pelkistyneessä muodossa vallitsevan pohjavesipinnan alapuolella. Maastossa mitatut ph-tasot vaihtelivat välillä 5,3 6,0. Näytteenottopisteessä 401 havaittiin potentiaalisia sulfaattimaita (PHS) inkuboidun ph-tason 3,37 (muutos maastossa mitattuun arvoon verratessa >0,5 yksikköä) ja rikkipitoisuuden 0,89 2,4 % perusteella. Samassa tutkimuspisteessä nettohapontuoton havaittiin syvyyksillä 1,55 2,5 m olevan välillä 16,37 59,23 kg H 2SO 4/tonni, mitä voidaan pitää korkeana tasona. Syvyydeltä 2,5 3 m otetusta osanäytteestä nettohapontuottoa tai inkuboitua ph-tasoa ei määritetty. Kyseisessä 13

15 näytteessä rikkipitoisuus oli 0,17 %, mikä alittaa raja-arvona pidetyn 0,2 % tason. Näytepisteen pinnassa oli 1,55 m paksu turvekerros, josta ei otettu näytettä. Näytteenottopisteessä 402 ei ph-inkubaation perusteella havaittu potentiaalisia happamia sulfaattimaita vaan ph jäi inkubaation jälkeen tasolle 4,79 5,17. Rikkipitoisuus syvyydellä 1 1,5 m oli tasolla 0,31 %, mikä ylittää raja-arvona pidetyn 0,2 % tason. Samassa näytteessä nettohapontuotto oli tasolla 6,74, mikä viittaa potentiaalisesti happoa tuottavaan maa-ainekseen. Syvyydellä 1,5 2,0 m rikkipitoisuus oli 0,16 % ja nettohapontuotto vastaavasti 2,91. Tällä syvyydellä maalaji on niin ikään happoa tuottavaa, mutta sen hapontuottokapasiteetti on alhainen. Heikkilänkankaan liikennepaikan alueen sulfidimaiden rajaus on esitetty liitteessä 3. Kolmioraiteen alue Kolmioraiteen alueella näytteenottopisteissä 313, 315 ja 316 ei havaittu maastossa mitattujen phtasojen perusteella todellisia happamia sulfaattimaita (THS). Maastossa mitatut ph-tasot vaihtelivat välillä 5,5 7,3. Missään edellä mainituista näytteenottopisteistä ei myöskään inkuboidun ph-tason perusteella havaittu potentiaalisia happamia sulfaattimaita (PHS). Inkuboidut ph-tasot vaihtelivat välillä 6,3 6,8. Alueella nettohapontuotto vaihteli välillä 3,16 4,17 kg H 2SO 4/tonni. Alueella maalaji on niin ikään happoa tuottavaa, mutta sen hapontuottokapasiteetti on alhainen. Rikkipitoisuudet vaihtelivat välillä <0,03 0,039 % pääosan tuloksista ollessa alle analyysin määritysrajan. 6. HAPPAMAN VALUNNAN MUODOSTUMINEN Sulfidimaiden rikkiyhdisteet muodostavat hapettuessaan rikkihappoa (H 2SO 4). Maaperässä liikkuva vesi huuhtoo rikkihapon mukaansa ja vesi happamoituu. Happamoitumisen voimakkuuteen vaikuttaa muodostuneen rikkihapon määrä ja muut mahdollisesti puskuroivat yhdisteet, jotka ovat liuenneet veteen. Maaperän ollessa pohjavedenpinnan alapuolella, on maaperän happipitoisuus hyvin matala ja rikkihappo ei pääse muodostumaan. Rakennustöiden yhteydessä tehtävien pohjaveden alennusten myötä happi pääsee maaperään pohjaveden laskiessa ja rikkihapon muodostuminen alkaa. Sadannasta tai sulamisvesistä suotautuva vesi taas huuhtoo hapot mukanaan vastaanottaviin vesistöihin. Heikkilänkankaan liikennepaikka Heikkilänkankaan näytteenottopisteen 401 tapauksessa voidaan olettaa, että maaperän hapettuessa rikkihapon muodostuminen alkaa melko pian johtuen korkeasta nettohapontuotosta ko. pisteessä. Näin ollen maanmuokkaustoimen tulisi suorittaa siten, että happoa muodostavien maalajien altistuminen ilman hapelle olisi mahdollisimman lyhytkestoista. Samoin läjitettävät sulfidipitoiset maamassat suositellaan läjitettäväksi välittömästi pohjaveden pinnan alapuolelle, jolloin rikkiyhdisteet eivät pääse hapettumaan. Mikäli massat läjitetään pohjavedenpinnan yläpuolelle, tulee sadevedet huuhtomaan rikkihapot, ja näin syntyy hapanta valuntaa. Pisteessä 402 hapettuminen ei ole välitöntä ja rikkihapon muodostuminen vaatii aikaa muutamia päiviä. Tässä pisteessä määritetty nettohapontuotto oli merkittävästi pisteen 401 vastaavia arvoja matalampi. Tällöin massanvaihtoja tai muita kaivantoja tehtäessä voidaan ensimmäinen kuivatus yleensä tehdä ilman happamia valuntoja. Mikäli kaivannossa annetaan vedenpinnan nousta, ei ole vaaraa happamoitumisesta ja tämä toteutuu, mikäli kaivanto täytetään välittömästi korvattavalla massalla. 14

16 Kolmioraiteen alue Kolmioraiteen alueen hiekkaisten maalajien havaittiin tuottavan happoa vain alhaisella kapasiteetilla ja rikkipitoisuudet olivat hyvin pieniä. Alueella ei havaittu potentiaalisia happamia sulfaattimaita, joten ne eivät muodosta estettä maanmuokkaustoimille alueella, eikä haitalliseksi muodostuvan happaman valunnan riskiä ole. 7. TOIMENPIDESUOSITUKSET 7.1 Sulfidimaista aiheutuvien haittojen ehkäisy Rakennustoiminta sulfidimaa-alueella voi aiheuttaa haittoja pohjavedenpinnan laskun seurauksena massanvaihtojen sekä muiden kaivuutöiden yhteydessä. Näitä toimintoja suunniteltaessa, voidaan sulfidimaiden haitallista vaikutusta ehkäistä ja vähentää erityyppisillä toimenpiteillä. Sulfaattimaiden huomioiminen hankkeiden esiselvityksissä tai kaavoitusvaiheessa antaa mahdollisuuksia ohjata ajoissa rakentamistoimenpiteitä ympäristöä huomioivalla tavalla. Riskien tunnistamisen ja hallinnan ollessa suunnitelmallista, saavutetaan todennäköisimmin myös kustannustehokkaita ratkaisuja Pohjaveden pinnan alin taso Rakentamisalueiden kuivatustasojen muutos on tyypillisimpiä rakentamisen aiheuttamia toimia sulfaattimailla. Kuivatustason (eli pohjaveden pinnan alimman tason) alentaminen alueilla, joilla esiintyy happamia sulfidimaita aiheuttaa kuivatetun kerroksen hapettumista ja edelleen happamoitumista. ph:n lasku puolestaan aiheuttaa metallien merkittävää liukenemista ja huuhtoutumista vesistöön. Ensisijainen toimenpide, jolla happamien vesien syntyä voidaan ehkäistä, on pohjavedenpinnan tason pitäminen nykyisellä tasolla. Pohjavedenpintaa voidaan laskea happamia vesiä tuottavalla alueella eli sulfidimaa-alueella enintään turpeen alapinnan tasoon Heikkilänkankaan liikennepaikan suunnittelualueella. Liitteessä 3 on esitetty Heikkilänkankaan alueella happamia vesiä tuottava alue sekä taso, jolle pohjaveden pinta voidaan laskea eli kuivatustaso Alueen tasauksen suunnittelu Kuivatustasolla on merkitystä etenkin alueen korkeusmaailman suunnitteluun. Sulfidimaa-alueella katujen, tonttien yms. tasot tulee määritellä siten, että kaivutoimenpiteet ja kuivatuksen taso ovat esitettyä alinta kuivatustasoa ylempänä. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että rakennusten ja katujen kuivatustaso (taso, jolla salaojat ovat) on Heikkilänkankaan liikennepaikan suunnittelualueella turpeen alapinnan tasolla, eli keskimäärin tasolla ,5 m mpy Massanvaihto ja ylijäämämaiden käsittely Rakentamista ajatellen yleisimmät sulfidipitoiset maalajit kuten savi ja siltti ovat liian heikkolaatuisia kantavuutensa puolesta useimmille rakennustoimenpiteille. Tämän vuoksi savi- ja silttimaat vaativat yleensä pohjanvahvistamista, joka voidaan toteuttaa mm. massanvaihtona. Tutkimuksissa savisia maalajeja havaittiin Heikkilänkankaan liikennepaikan näytepisteissä. Sulfidipitoisten massojen kaivaminen aiheuttaa niiden hapettumisen ja rikkihapon muodostumisen, jos massat altistuvat tarpeeksi kauan hapelle. Kaivutoimenpiteet avaavat potentiaalisen sulfaattimaan kerroksia alttiiksi hapettumiselle. Riskinhallintakeinoja massankaivukohteissa ovat mm.: 15

17 - kaivantovesien mahdollinen käsittely ennen vesistöön ohjaamista - kaivumassan esikäsittely ennen kaivua (stabilointi tai neutralointi) mikäli paljastuneet uudet leikkauspinnat jäävät hapellisiin olosuhteisiin - työn vaiheistus, kaivannon sulkeminen ja koon mitoitus kohteeseen tarkoituksenmukaisella tavalla Kaivanto, josta massat on nostettu ylös, tulee täyttää mahdollisimman nopeasti, ettei kaivannon reuna-alueilla mahdollisesti sijaitsevat sulfidipitoiset maamassat pääse hapettumaan. Aikataulun kireys on riippuvainen alapuolisen vesistön herkkyydestä ja sulfidisaven hapettumisen nopeudesta. Mitä isompi vesistö, sitä suurempi sietokyky sillä on mahdollisille happamille pulsseille. Pienemmät purot, joissa on ph-vaihteluita heikosti sietävää eliöstöä tai kasvillisuutta, tulee ottaa erityisesti huomioon kaivantovesien johtamisessa. Ylijäämämassojen vastaanottopaikalla tulee olla valmiudet käsitellä massat asianmukaisesti, ettei vastaanottoalueelta tule happamia valuntoja. Rikkipitoiset, happoa muodostavat maa-ainekset ovat ympäristön kannalta aina turvallisinta sijoittaa syntypaikkaansa vastaaviin olosuhteisiin eli vallitsevan maanpinnan tason alapuolelle, ja jos mahdollista, vesipinnan alapuolelle, jotta rikin hapettuminen ja hapon muodostus olisi mahdollisimman vähäistä. Mikäli näin ei voida toimia, on massan neutralointi, hyötykäyttö esimerkiksi maisemarakenteina, erilaisina penkereinä tai maiseman muotoiluelementteinä ja peittäminen esimerkiksi moreenilla tai turpeella hyvä tapa ehkäistä happamien vesien muodostumista. Mikäli alueiden rakentaminen sisältää paljon potentiaalisia massanvaihtokohteita, kannattaa sulfidimaa-alueella harkita myös massastabilointia pehmeikköjen rakennettavuuden parantamiseen. Stabilointi vähentää merkittävästi massanvaihdon tarvetta (turve, lieju, savi, siltti) ja vähentää hankkeen välillisiä kustannuksia sekä ympäristövaikutuksia. Hankkeen kokonaisuuteen kuuluvat massanvaihdot, massojen kuljetukset soveltuville läjitysalueille sekä rakenteisiin sopivien useimmiten neitseellisten materiaalien kuljetus kohteeseen ovat kuluja, joista saadaan säästöjä, jos alueen sisäistä massataloutta voidaan suunnitella normaalia pidemmällä aikajänteellä. Massastabilointi tulee usein kustannustehokkaaksi menetelmäksi jo m 3 stabilointikohteissa. Katurakenteiden pohjanvahvistuksena massastabilointi toimii joko sellaisenaan tai sitten massanvaihdon yhteydessä, jolloin poiskaivettavan massan happamoituminen ja sen aiheuttamat ympäristöriskit pienenevät. Myös stabiloidun massan kuljetus- ja läjitystyö on helpompaa. Mahdolliset massanvaihdot ulottuisivat Heikkilänkankaan liikennepaikan alueella vähintään turpeen alapinnan tasoon, pehmeän saven ja siltin alueilla syvemmälle Putkikaivannot Putkikaivannot suositellaan perustettavaksi sulfidipitoisten maiden yläpuolelle ja jäätyminen estetään routasuojauksilla, sekä tarvittaessa saattolämmityksillä. Mikäli putkikaivanto joudutaan ulottamaan sulfidikerroksiin asti, tulee kaivantoon asentaa virtausesteet sulfidialueen molempiin päihin. Virtausesteenä voidaan käyttää 500 mm moreeni- tai savikerrosta, joka ulottuu kaivannon pohjalta 0,5 m sulfidikerroksen yläpuolelle. Virtauskatkolla estetään veden virtaus kaivantoa pitkin ja sitä myöten happamien vesien purkautumisen kaivannon alueelta. Putkilinjoja perustettaessa sulfidimaille tulee putkimateriaalina käyttää muovia (PE) ja kiinnitystarvikkeissa ja toimilaitteissa happamia olosuhteita kestäviä materiaaleja, esim. HST. Rakennussuunnittelussa tulee varmistaa käytettävien materiaalien soveltuvuus sulfidimaille. 16

18 7.1.5 Maanalaiset rakenteet ja paalutus Mikäli sulfidipitoisilla alueilla perustusrakenteita kuten paalutuksia tulee sulfidimaakerroksiin, tulee huomioida maaperän potentiaalinen happamuus perustusmateriaaleja valittaessa. Lisäksi tulee huolehtia, ettei perustusrakenteet mahdollista pohjaveden purkautumista hallitsemattomasti alueelta. Mikäli perustusalue kuivatetaan, tulee varautua erittäin happamiin olosuhteisiin materiaaleja valittaessa. 8. HAPPAMAN VALUNNAN HALLINTA Heikkilänkankaan alueen rakentamisen yhteydessä ei todennäköisesti voida täysin välttyä kaivamiselta tai pohjavedenpinnan alentamiselta sulfidipitoisen kerroksen alapuolelle. Kaivannon kuivatuksesta tulevat valunnat tulee hallita asianmukaisesti, ettei happamat valunnat pääse vesistöön. Happoa muodostavien kaivuumassojen käsittely on esitetty kohdassa Mikäli lopullinen kuivatustaso tai työnaikainen kuivatustaso tulee esitetyn alimman kuivatustason alapuolelle happoa muodostavien maiden alueella, tulee varautua kuivatusvesien käsittelyyn ennen vesistöön johtamista. 8.1 Työnaikaisen kaivannon kuivatus ja väliaikaiset käsittelyratkaisut Määritellyillä sulfidimaa-alueilla tulee varautua kuivatusvesien käsittelyyn, mikäli kuivatustaso ulottuu turvekerroksen alapuolelle. Työnaikainen kuivatus tapahtuu kaivannoista pumppaamalla, jolloin kontti- tai kaivomallinen suodatin on helposti toteutettavissa ja tarvittaessa siirrettävissä eri kohtaan tai toiselle työmaalle. Kaivoon on toteutettavissa kalkkikivisuodatin, jossa tulovesi syötetään kaivon pohjalle, josta vesi leviää tasaisesti suodatinmateriaaliin. Vesi virtaa suodatinmateriaalin läpi ja neutraloituu reagoidessaan kalkkikiven kanssa. Vesi purkautuu suodattimen yläosasta ja suositellaan johdettavaksi vielä laskeutusaltaan kautta ennen vesistöön purkua. Suodattimen toiminnassa on huomioitava, että tulovirtaaman tulee olla riittävän suuri suodatinpinta-alan ja materiaalin suhteen, jotta suodatinmateriaali alkaa liikkua virtaavan veden mukana. Neutralointiprosessissa muodostuu kipsiä ja neutraloidusta vedestä voi saostua metalleja, jotka voivat peittää kalkkikiven. Kalkkikiven liikkuessa virtaaman voimasta saadaan mekaanisesti rikottua mahdolliset pintasaostumat, jotka estäisivät neutraloinnin tapahtumisen. Lisäksi kalkkikivi tulee erottaa verkolla purkuputkista, jottei kalkkikivi pääse huuhtoutumaan purkuputkiin tai muilla keinoin estää hienoaineksen kulkeutuminen purkuveden mukana. Järjestelmään tulee liittää minimissään poistoveden ph seuranta, jolloin voidaan todeta neutraloinnin toimivan toivotulla tavalla. Kuivatusvesistä voidaan mitata ph:ta myös tulevasta vedestä ja ohjata vain happamat vedet käsittelyyn. Muut ei-happamat vedet voidaan johtaa suoraan vesistöön. Happamuuden raja-arvona voidaan pitää ph:ta 5,5. Mikäli valunnan ph on alle 5.5, tulee vedet neutraloida kalkkivisuodatuksella tai vastaavalla menetelmällä. Mikäli tuloveden ph on yli 5,5 voidaan valunta johtaa ilman neutralointikäsittelyä vesistöön. 8.2 Pysyvät kuivatusvesien käsittelyratkaisut Mikäli rakentaminen ja perustusten kuivatus tulee ulottumaan sulfidimaakerroksiin, tulee varautua pitkäaikaiseen kuivatusvesien käsittelyyn. Järjestelmän toteuttamisen kannalta on tärkeintä pitää happamat vedet erillään ns. neutraaleista vesistä ennen käsittelyä. Tällöin saadaan pidettyä neutralointilaitteen mitoitus kohtuullisena. 17

19 Pysyvissä kuivatuskohteissa voidaan käyttää vastaavaa kaivoratkaisua kuin työaikaisissakin järjestelyissä. Rakenteissa ja materiaalivalinnoissa tulee tällöin kiinnittää erityistä huomioita rakenteiden korroosion kestävyyteen. Suosittelemme toimilaitteiden ja kiinnitystarvikkeiden materiaaliksi tällöin haponkestävää terästä (HST). Putki- ja kaivomateriaalit voidaan toteuttaa muovisina (PE). Pysyvänä neutralointirakenteena voidaan toteuttaa maapohjainen suotopato kalkkikivirouheesta. Suotorakenteen periaatepiirros on esitetty oheisessa kuvassa (Kuva 8-1). Tällöin suotovedet ohjataan maanpäälliseen avoaltaaseen, josta vesi suotautuu kalkkikivimurskeen läpi ja kerätään murskeen alla olevassa salaojakerroksessa putkistoon, josta vesi johdetaan laskuojaan tms. vesistöön. Myös tässä rakenteessa tulee huomioida, että rakenteeseen johdetaan vain happamoitumisriskin alueilta tulevia vesiä ja muut pintavaluntana syntyvät neutraalit vedet johdetaan suodatinkentän ohi. Tällöin päästään käsittelemään pienempiä vesimääriä ja suuremman väkevyyden omaavaa vettä, jolloin neutralointiprosessi toimii tehokkaammin. Kuva 8-1. Periaatepiirros neutraloivan suodatinkentän rakenteesta. Kalkkisuotopato voidaan myös yhdistää laskeutusallasrakenteeseen, jolloin sedimentaatio saadaan keskitettyä helposti huollettaviin altaisiin, joiden yhteyteen asennettavat suotopadot neutraloivat hapanta valuntaa. Periaatekuva tällaisesta rakenteesta on esitetty seuraavassa kuvassa (Kuva 8-2). Kuva 8-2. Periaatepiirros laskeutusallas-suotopato-yhdistelmärakenteesta. 18

20 Sulfidimaa sisältää määrätyn verran rikkihappoa tuottavaa rikkisulfaattia ja tästä voidaan laskennallisesti määrittää tarvittavan kalkkisuodatuksen koko ja kalkkimäärä. Tällöin pyrittäisiin toteuttamaan kalkkisuodatin kertatoimisena, jolloin suodatinrakenne pystyisi neutraloimaan kaiken kuivatusalueelta syntyvän valunnan ja tämän jälkeen alueelta ei tulisi enää happamia valuntoja. On kuitenkin mahdollista, että maaperän hapettuminen on hidasta ja suodatinkentän tekninen käyttöikä saavutetaan ennen kuin kaikki rikki on hapettunut rikkihapoksi maaperässä. Tällöin suodatinkenttä täytyy saneerata tarvittaessa. Suodatinkentän tekniseksi käyttöiäksi arvioidaan 5 10 vuotta. 9. YHTEENVETO JA JATKOTOIMENPITEET Tutkitulla Oulun kolmioraiteen selvitysalueella havaittiin sulfidipitoisia maakerroksia eli potentiaalisia happamia sulfaattimaita Heikkilänkankaan liikennepaikan osalta. Kolmioraiteen alueella sulfidimaita ei tutkimusten perusteella havaittu. Heikkilänkankaan liikennepaikan alueella ongelmilta voidaan välttyä tai ainakin vähentää pitämällä alueen kuivatustaso potentiaalisten happamien sulfaattimaiden yläpuolella, jolloin sulfidipitoiset maakerrokset eivät pääse hapettumaan. Lähtökohtaisesti alin kuivatustaso tulee siis huomioida jo alueen korkeusmaailman suunnittelussa. Rakentamisen aikana on pyrittävä välttämään alimman kuivatustason alapuolelle suoritettavia kaivuja tai pohjavedenpinnan tason alentamista. Koska alueen rakentamisen yhteydessä ei todennäköisesti voida täysin välttyä kaivamiselta tai pohjavedenpinnan alentamiselta, tulee kaivettujen sulfidipitoisten massojen ja alueella syntyvien happamien valuntojen käsittelyyn varautua asiaankuuluvin toimenpitein. Rakentamisen ajalle ja rakentamisen jälkeiselle ajalle on suositeltavaa laatia seurantaohjelma, jonka avulla mahdollisiin happamiin valuntoihin voidaan reagoida tehokkaasti. 10. LYHENTEET NAG NAG-pH H 2SO 4 Nettohapontuotto (net acid generation), ilmoitetaan yleensä yksikössä kg H 2SO 4/tonni Vetyperoksidihapetetusta näytteestä mitattu ph Rikkihappo PHS Potentiaalinen hapan sulfaattimaa (rikki pelkistyneenä sulfidimuodossa) THS Hh (LOI) Inkuboitu ph TOC HCl H 2O 2 S tot Todellinen hapan sulfaattimaa (rikki hapettuneena sulfaattimuodossa) Hehkutushäviö (Loss on Ignition). Massaprosenttiosuus, joka uunikuivatusta (105 C) näytteestä häviää hehkutuksen aikana. Hehkutuksen lämpötila on tyypillisesti 550 C tai 800 C Huoneilmassa 9 19 viikon ajan hapetetusta näytteestä mitattu ph. Näytteet pidetään hapetuksen aikana kosteana Orgaanisen hiilen (Total Organic Carbon) kokonaispitoisuus, m-% Suolahappo Vetyperoksidi, kemikaali jota käytetään mm. näytteiden hapetuksessa Kokonaisrikkipitoisuus, ilmoitetaan yleensä m-% tai ppm 19

21 11. KIRJALLISUUSVIITTEET - Boman, A., Astrom, M. & Frojdo, S., Sulfur dynamics in boreal acid sulfate soils rich in metastable iron sulfide - The role of artificial drainage. Chemical Geology, Osa/vuosikerta 255, pp GTK tiedonanto, Sähköinen ja suullinen tiedonvaihto happamista sulfaattimaista. - GTK Happamien sulfaattimaiden haitat hallintaan, Geofoorumi 2/2009 (Geologian tutkimuskeskuksen asiakaslehti). - Nieminen, T. M., Hölkkä, H., Ihalainen, A. & Finér, L., Metsänhoito happamilla sulfaattimailla, Helsinki: Luonnonvarakeskus. - Maa- ja metsätalousministeriö Happamien sulfaattimaiden aiheuttamien haittojen vähentämisen suuntaviivat vuoteen Maa- ja metsätalousministeriö 2/ Pousette, K., Råd och rekommendationer för hantering av sulfidjordsmassor, s.l.: Luleå tekniska universitet. - Sutela, T. ym., Happamien sulfaattimaiden aiheuttamat vesistövaikutukset ja kalakuolemat Suomessa, Helsinki: Edita Prima Oy. 20

22 LIITE 1 1.NÄYTTEENOTTO-OHJE

23 NÄYTTEENOTTO-OHJE OULUN KOLMIORAITEEN SULFIDIMAASELVITYS Johdanto Sulfidimaaselvitys laaditaan sen vuoksi, että selvitetään, onko Oulun Kolmioraiteen ja Heikkilänkankaan liikennepaikan suunnittelualueiden maaperä luokiteltavissa happamaksi sulfaattimaaksi. Hapen kanssa tekemiseen joutuessaan sulfidimaan sisältämät rikkipitoiset mineraalit hapettuvat ja muodostavat rikkihappoa, joka liuottaa maaperästä sen luontaisesti sisältämiä metalleja. Sulfidimailla syntyvien valumavesien ph voi olla alle 3, jolloin happamalla valunnalla on vesistövaikutuksia. Päivämäärä Ramboll Kiviharjunlenkki 1A OULU Näytteenotto Jokaisesta tutkimuspisteestä otetaan 0,5 m välein jatkuva näytteenottona määräsyvyyteen saakka eli koko 0,5 m paksuisen maakerroksen ominaisuudet tulee saada yhteen näytteeseen. Näytteenottosyvyydet esim. 0,0-0,5 m, 0,5-1,0 m jne. Maatumattomat kasvinosat eivät kuulu näytteeseen. Mikäli maalajit vaihtuvat selkeärajaisesti toisikseen, eri maalajeista otetaan omat näytteet. Näytemäärä tulee olla vähintään 0,5 litraa / näyte. P F Viite Jokaisesta näytteestä tehdään kentällä ph mittaus kenttämittarilla. Lisäksi kirjataan jokaisesta näytteestä kentällä havainnot väristä (musta, harmaa, ruskeita paakkuja), hajusta sekä maalajista. Kustakin tutkimuspisteestä havainnoidaan pohjaveden pinnan taso sekä mitataan maan pinnan taso. Näytteet suljetaan ilmatiiviiseen pussiin, jotka toimitetaan kylmässä säilyttäen mahdollisimman nopeasti Rambollin maaperälaboratorioon Luopioisiin jatkotutkimuksiin osoitteeseen: Ramboll Finland Oy Vohlisaarentie 2B Luopioinen Jokaiseen näytepussiin tulee kirjata mistä tutkimuspisteestä on kyse ja miltä syvyydeltä näyte on otettu. Näytteestä näytteenottimessa tulee myös ottaa kuva. Ramboll Finland Oy Y-tunnus , ALV rek. Kotipaikka Espoo

24 Edellisen lisäksi tämän näytteenoton yhteydessä otetaan jokaisesta tutkimuspisteestä 1,0 metrin välein kokonaisrikkianalyysiin näyte, joka toimitetaan Eurofins Environment Testing Finland Oy laboratorioon Vantaalle osoitteeseen: Eurofins Environment Testing Finland Oy Kilterinkuja Vantaa Käytännössä rikkianalyysiin menevät näytteet tulee homogenisoida ja jakaa kahteen eri pussiin siten, että jokaisesta maakerroksesta lähtee yksi näyte Luopioisiin (vähintään 0,5 l) ja joka toisesta näytteestä myös Vantaalle (vähintään 0,1 l). Tutkimuspisteiden sijainnit ja näytteenottosyvyydet on esitetty pohjatutkimusohjelmassa. Lisätiedot ja yhteystiedot Tästä sulfidimaaselvityksestä vastaa Sari Suvanto sari.suvanto@ramboll.fi p ja Merja Autiola merja.autiola@ramboll.fi p

25 LIITE 2 2.TUTKIMUSTULOSTEN YHTEENVETO

26 Liite 2 Tutkimustulosten yhteenveto Heikkilänkankaan liikennepaikka Piste Syvyys (m) Väri Hehkutushäviö Hh (%) Vesipitoisuus W (%) Maastossa määritetty maalaji Laboratorion maalajiarvio Maasto ph inkuboitu ph 8 viikkoa NAG-pH nettohapontuotto (kg H 2SO 4/tonni) rikkipitoisuus S tot (m-%) Muuta ,55 Ru Tr ei näytettä 401 1,55-2 Ha 7,8 118 Sa ljsa 5,7 2,24 59,23 2, ,5 Ha 4,5 78,8 Sa ljsa 6,0 3,37 2,71 16,37 0, ,5-3 Ha 1,0 29,0 SaMr hksi+hm 5,3 2,78 0,17 Pohjavesihavainto n. + 16,5 m mpy Piste Syvyys (m) Väri Hehkutushäviö Hh (%) Vesipitoisuus W (%) Maastossa määritetty maalaji Laboratorion maalajiarvio Maasto ph inkuboitu ph 8 viikkoa NAG-pH nettohapontuotto (kg H 2SO 4/tonni) rikkipitoisuus S tot (m-%) Muuta ,5 Ru Tr ei näytettä 402 0,5-1 Ru 1,5 19,1 Hk HkMr 5,3 2,95 <0,03 Pohjavesihavainto n. + 17,4 m mpy ,5 Ha 3,1 44,9 Sa Sa 5,7 4,79 3,1 6,74 0,31 mustia raitoja 402 1,5-2 Ha 2,4 49,5 Sa Sa 5,7 5,17 3,48 2,91 0,16 mustia raitoja

27 Kolmioraiteen alue Piste Syvyys (m) Väri Hehkutushäviö Hh (%) Vesipitoisuus W (%) Maastossa määritetty maalaji Laboratorion maalajiarvio Maasto ph inkuboitu ph 8 viikkoa NAG-pH nettohapontuotto (kg H 2SO 4/tonni) rikkipitoisuus S tot (m-%) Muuta ,5 Ru Hk 5, ,5-1 Ru Hk 6, ,5 Ru 0,6 11,9 Hk sihk 6,0 <0, ,5-2 Ru Hk 6, ,5 Ru 0,5 15,4 Hk sihk/hkmr 6,2 3,3 <0,03 Pohjavesihavainto n. + 6,5 m mpy 313 2,5-3 Ru Hk 6, ,5 Ru 0,2 15,2 Hk sihk/hkmr 6, ,5-4 Ru Hk 6, ,5 Ru 0,3 14,9 Hk sihk/hkmr 7,0 6,80 3,09 4,17 <0, ,5-5 Ru Hk 7, ,5 Ru 0,3 12,6 Hk HkMr 7,1 <0, ,5-6 Ru Hk 7, ,5 Ru 0,4 11,8 Hk sihk 7, ,5-7 Ru Hk 7, ,4 Ru 0,5 10,5 Hk HkMr 7,2 3,53 0,039

28 Piste Syvyys (m) Väri Hehkutushäviö Hh (%) Vesipitoisuus W (%) Maastossa määritetty maalaji Laboratorion maalajiarvio Maasto ph inkuboitu ph 8 viikkoa NAG-pH nettohapontuotto (kg H 2SO 4/tonni) rikkipitoisuus S tot (m-%) Muuta ,5 Ru Hk 6, ,5-1 Ru 0,6 11,6 Hk hksi 5,6 <0, ,5 Ru Hk 6, ,5-2 Ru/Ha 0,6 17,3 Hk hksi 6,5 6,30 3,41 3,16 0,039 Pohjavesihavainto n. + 7,6 m mpy ,5 Ru Hk 6, ,5-3 Ru 0,2 17,2 Hk hksi 6, ,5 Ru Hk 6, ,5-4 Ru 0,3 16,8 Hk hksi 7,1 0, ,5 Ru Hk 6, ,5-5 Ru 0,1 18,4 Hk sihk 7,0 3, ,5 Ru Hk 7, ,5-6 Ru 0,5 17,4 Hk sihk 7,2 <0, ,5 Ru Hk 7, ,5-7 Ru 0,3 16,0 Hk sihk 7,3 2,94 <0, ,3 Ru Hk 7,3

29 Piste Syvyys (m) Väri Hehkutushäviö Hh (%) Vesipitoisuus W (%) Maastossa määritetty maalaji Laboratorion maalajiarvio Maasto ph inkuboitu ph 8 viikkoa NAG-pH nettohapontuotto (kg H 2SO 4/tonni) rikkipitoisuus S tot (m-%) Muuta ,5 Ru Hk 6, ,5-1 Ru 0,7 12,6 Hk hksi 5,6 <0, ,5 Ru Hk 6, ,5-2 Ru 0,3 17,4 Hk hksi 6,7 3,04 <0,03 Pohjavesihavainto n. + 7,2 m mpy ,5 Ru Hk 6, ,5-3 Ru 0,3 15,7 Hk sihk 6, ,5 Ru Hk 6, ,5-4 Ru 0,3 14,0 Hk sihk 6,6 6,79 3,16 3,76 <0, ,5 Ru Hk 6, ,5-5 Ru 0,3 13,2 Hk HkMr 6, ,5 Ru Hk 6, ,5-6 Ru 0,4 11,5 Hk HkMr 6, ,5 Ru Hk 6, ,5-7 Ru 0,5 11,9 Hk sihk 6,9 3,34 0,03

30 LIITE 3 3.KENTTÄHAVAINTOJEN YHTEENVETO

31 Liite 3 Kenttähavaintojen yhteenveto Heikkilänkankaan liikennepaikka Piste Syvyys (m) Haju Maalaji Kosteus (0-3) Väri ph Muuta ,55 ei Tr 1 Ru ei näytettä 401 1,55-2 ei Sa 1 Ha 5,7 PV n. 1,0 m ,5 lievä Sa 2 Ha 6, ,5-3 ei SaMr 3 Ha 5,3 Piste Syvyys (m) Haju Maalaji Kosteus (0-3) Väri ph Muuta ,5 ei Tr 1 Ru ei näytettä 402 0,5-1 ei Hk 1 Ru 5,3 PV n. 0,5 m ,5 lievä Sa 2 Ha 5,7 mustia raitoja 402 1,5-2 lievä Sa 3 Ha 5,7 mustia raitoja

32 Kolmioraiteen alue Piste Syvyys (m) Haju Maalaji Kosteus (0-3) Väri ph Muuta ,5 ei Hk 0 Ru 5, ,5-1 ei Hk 0 Ru 6, ,5 ei Hk 0 Ru 6, ,5-2 ei Hk 1 Ru 6,7 Pohjavesihavainto n. + 6,5 m mpy ,5 ei Hk 1 Ru 6, ,5-3 ei Hk 1 Ru 6, ,5 ei Hk 2 Ru 6, ,5-4 ei Hk 1 Ru 6, ,5 ei Hk 2 Ru 7, ,5-5 ei Hk 2 Ru 7, ,5 ei Hk 2 Ru 7, ,5-6 ei Hk 2 Ru 7, ,5 ei Hk 1 Ru 7, ,5-7 ei Hk 1 Ru 7, ,4 ei Hk 1 Ru 7,2

33 Piste Syvyys (m) Haju Maalaji Kosteus (0-3) Väri ph Muuta ,5 ei Hk 0 Ru 6, ,5-1 ei Hk 0 Ru 5, ,5 ei Hk 1 Ru 6,8 Pohjavesihavainto n. + 7,6 m mpy 315 1,5-2 ei Hk 1 Ru/Ha 6, ,5 ei Hk 1 Ru 6, ,5-3 ei Hk 1 Ru 6, ,5 ei Hk 2 Ru 6, ,5-4 ei Hk 2 Ru 7, ,5 ei Hk 1 Ru 6, ,5-5 ei Hk 1 Ru 7, ,5 ei Hk 2 Ru 7, ,5-6 ei Hk 1 Ru 7, ,5 ei Hk 1 Ru 7, ,5-7 ei Hk 1 Ru 7, ,3 ei Hk 1 Ru 7,3

34 Piste Syvyys (m) Haju Maalaji Kosteus (0-3) Väri ph Muuta ,5 ei Hk 0 Ru 6, ,5-1 ei Hk 0 Ru 5, ,5 ei Hk 0 Ru 6,2 Pohjavesihavainto n. + 7,2 m mpy 316 1,5-2 ei Hk 1 Ru 6, ,5 ei Hk 2 Ru 6, ,5-3 ei Hk 3 Ru 6, ,5 ei Hk 3 Ru 6, ,5-4 ei Hk 3 Ru 6, ,5 ei Hk 3 Ru 6, ,5-5 ei Hk 3 Ru 6, ,5 ei Hk 3 Ru 6, ,5-6 ei Hk 2 Ru 6, ,5 ei Hk 2 Ru 6, ,5-7 ei Hk 2 Ru 6,9

35 LIITE 4 4.SULFIDIMAA-ALUEEN RAJAUS, HEIKKILÄNKANGAS

36

37 LIITE 5 VALOKUVIA NÄYTTEENOTOSTA

38 Liite 5 Valokuvia näytteenotosta Heikkilänkankaan liikennepaikka Kuva 1. Näytepisteen 401 syvyydeltä 1,55-2,0 m oleva näyte. 1/8

39 Kuva 2. Näytepisteen 401 syvyydeltä 2,5-3,0 m oleva näyte. 2/8

40 Kuva 3. Näytepisteen 402 syvyydeltä 1,0-1,5 m oleva näyte. 3/8

41 Kolmioraiteen alue Kuva 4. Kolmioraiteen alueen näytteenottopisteen 313 ympäristöä. 4/8

42 Kuva 5. Näytteenottopisteen 313 syvyydeltä 2,5-3,0 m otettu näyte. Maa-aines oli tasalaatuista koko kairaussyvyydellä. 5/8

43 Kuva 6. Näytteenottopisteen 315 syvyydeltä 2,5-3,0 m otettu näyte. Maa-aines oli tasalaatuista koko kairaussyvyydellä. 6/8

44 Kuva 7. Näytteenottopisteen 316 ympäristöä. 7/8

45 Kuva 8. Näytteenottopisteen 316 syvyydeltä 3,5-4,0 m otettu näyte. Maa-aines oli tasalaatuista koko kairaussyvyydellä. 8/8