KAIVOSTEN VESITASE JA KAIVOSPATOJEN HYDROLOGINEN MITOITUS

Transkriptio

1 KAIVOSTEN VESITASE JA KAIVOSPATOJEN HYDROLOGINEN MITOITUS KIRSI HAANPÄÄ PÖYRY FINLAND OY KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS KOULUTUSPÄIVÄ KAIVOSPATOJEN OMISTAJILLE

2 KIRSI-MARJA HAANPÄÄ Regional Operations Northern Europe Water Head of Department EXPERIENCE AND EDUCATION University of Oulu, Environmental Engineering (graduated 2007) In Profession Since: 2007 Joined Pöyry: 2008 Before Pöyry: Häme Regional Environmental Centre - Assisting tasks for dam safety authority, Secretary for the working group preparing the dam safety guide (MMM) KEY COMPETENCIES Water Resources Management general mine water cycle engineering Water balance calculations including hydraulic evaluations Mine water treatment (general knowledge on processes, equipment, costs and common practices in Finland) Tailings handling Tailings water management SELECTED PROJECT REFERENCES Kevitsa Ni-Cu-PGE Mine, Finland. Client: FQM Kevitsa Mining Oy ( ) 2015, Tailings transportation pipeline hydraulic review and booster station pre-engineering; Tailings dam uplift design review (project management); Water balance update (excelmodel) and re-runs of the Goldsim model Previous phases: Water balance creation and update (excelmodel), smaller engineering tasks related to site water management Kittilä Gold Mine, Finland. Client: Agnico Eagle Finland Oy ( ) 2015: Leaking dam reparation engineering, project quality control Expansion project 2013: Hydraulic Engineering of long distance water and slurry transportation pipelines Hannukainen Mining Project, Finland Discipline manager of water management and tailings work packages at the DFS phase ( ), Northland Mines Oy Water balance update and water management system engineering at the environmental permitting phase (2015), Hannukainen Mining Oy Sokli Phosphate Mining Project, Finland. Client: YARA Suomi Oy ( ) Water balances and genera water management system engineering at the environmental permitting phase KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 2

3 PÖYRY MINE REFERENCES IN FINLAND Operating mine Significant mine plan Kittilä/Suurikuusikko Au Agnico Eagle Finland Oy Kolari/Hannukainen Fe/Cu-Au Northland Mines Oy / Hannukainen Mining Oy Sodankylä/Sakatti Ni/Cu/PGE/Au AA Sakatti Mining Oy Kemi Cr Outokumpu Chrome Oy Raahe/Laivakangas Au Nordic Mines AB Nivala/Hitura Ni-Cu-Co Belvedere Mining Oy Pyhäjärvi/Pyhäsalmi Cu/Zn/S FQM Pyhäsalmi Mine Oy Huittinen/Jokisivu Au Dragon Mining Oy Lappeenranta/Ihalainen Limestone Nordkalk Oyj Sotkamo/Lahnaslampi Talc Mondo Minerals B.V. Sodankylä/Pahtavaara Au Lappland Goldminers Oy Savukoski/Sokli P Yara Suomi Oy Sodankylä/Kevitsa Ni-Cu-PGE-Au FQM Kevitsa Mining Oy Ranua/Suhanko PGE-Au/Cu/Ni-Co Gold Fields AP Oy Talvivaara/Sotkamo Ni-Co/Zn/Cu Talvivaara Sotkamo Oy / Terrafame Ilomantsi/Pampalo Au Endomines Oy Kylynlahti-Luikonlahti Cu/Au-Zn-Co/Ni Kylynlahti Copper Oy Siilinjärvi P Yara Suomi Oy Geoscientific consulting: Exploration services, drillings & claim management, geology, geophysics, rock mechanics, hydrogeology etc. Environmental consulting: Base line studies, ESIAs, Permit applications, risk assessments, legal reviews, audits, hydrological studies, environmental monitoring Engineering services (Infrastructure, auxiliary facilities): geotechnical, water & waste management, closure plans etc. Engineering services: CM, civil, mechanical, piping, electrical, automation, HVAC, Process etc. Taivalkoski/Mustavaara V/Fe/Ti Mustavaaran Kaivos Oy 3

4 ESITYKSEN SISÄLTÖ 1. KAIVOSTEN VESIENHALLINNAN KESKEISET PERIAATTEET 2. VESITASEEN MÄÄRITTÄMINEN 1. Mikä on vesitase? 2. Vesitaseeseen vaikuttavat muuttujat / tekijät 3. Vesitaseen laskenta ja herkkyysanalyysit 4. Vesitaseen huomioiminen kaivoksen vesienhallinnan suunnittelussa 10:30 10:40 TAUKO 3. KAIVOSPATOJEN HYDROLOGINEN MITOITUS 1. Lainsäädännön vaatimukset ja patoluokat 2. Kaivoksen vesitaseen huomioinen patojen mitoituksessa 3. Prosesseihin liittyvien riskien huomioinen patojen mitoituksessa 4. YHTEENVETO JA KESKUSTELU 11:50 LOUNAS KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 4

5 KAIVOSTEN VESIENHALLINNAN TAVOITTEET Saada riittävästi ja riittävän laatuista vettä prosessin tarpeisiin Rikastamon vesikierto ja käyttökohteet ratkaisevat raakaveden ottomäärän Vesitase Raakaveden ottomäärä pyritään AINA minimoimaan mutta monista käytännön syistä etenkään uuden kaivoksen ylösajovaiheessa ei välttämättä heti päästä tavoiteltuun vesien kiertoasteeseen Minimoida ympäristövaikutukset ja täyttää vähintään ympäristöluvan vaatimukset Ympäristölupien vaatimukset Vesimääriin liittyen à vesien varastoiminen ja varastojen purkaminen Vesijakeiden laatuun liittyen à vesienkäsittely (kootusti tai jaekohtaisesti) Vesienhallinta Toimintojen kehittyminen Ympäristön vaatimukset Prosessin vaatimukset Vesienhallinnan suunnittelu KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 5

6 VESIENHALLINNAN KESKEISET PERIAATTEET, ESIMERKKI KAIVOKSEN VESIKIERROSTA Louhoksen kuivanapito Valuma + mahd. maapohjan vedet Läjitysalueet Louhokset Vesivarasto Purkuvesi / Ylitevesi PROSESSI Lisäraakavesi - reagenssien valmistus - pumppujen tiivistevedet - huuhteluvedet - jäähdytysvedet Kierrätysvesi Rikastushiekka Suotovedet Maanläjitysalueet Rikastushiekka-alueet Osa vedestä sitoutuu rikastushiekkaan KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 6

8 MIKÄ ON VESITASE? Site Wide Water Balance EI rikastusprosessin vesi- ja massatase EI ole yksi numero Käsittää koko kaivoksen toiminta-alueen ja kaikki toiminnot Käsittää likaiset ja puhtaat vedet Käsittää vesimäärien osalta: Prosessin; Louhinnan; Sivukiven läjityksen; Muiden maa-aineiden ja malmin läjityksen; Rikastushiekan läjityksen; Vesialtaat; Aluekuivatuksen (likaiset ja puhtaat vedet). Tulee olla riittävän TÄSMÄLLINEN (accurate), LUOTETTAVA (reliable) ja MUKAUTUVA ERI SKENAARIOIDEN SUHTEEN Kaivokselle tärkeämpää saada oikea vesitase kuin vesitase oikein. On työkalu! KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 8

9 MIKÄ ON VESITASE? Site Wide Water Balance Palvelee: Kaivoksen vesienhallinnan suunnittelua ja operointia; Ympäristövaikutusten arviointia (YVA- ja lupaprosessit, kaivoksen toiminta). Vastaa kysymyksiin: Miten paljon vettä muodostuu toiminnasta ja miten paljon vettä kuluu / varastoituu? Miten paljon ylimääräisiä vesiä joudutaan purkamaan kaivostoimintojen alueelta? Miten paljon lisävettä tarvitaan? Voi olla: Vuositasolla tuotettu; Kuukausitasolla tuotettu; Spesifisesti esim. kevätvaluntakaudelle tuotettu. On päivitettävä toiminnan aikana havaintojen perusteella! KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 9

10 MIKÄ ON VESITASE? Taselaskennan pääperiaate Site Wide Water Balance Tuleva = Lähtevä ± Varastoituminen B OSA-ALUE S E E=A+B+C-D± S KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 10

11 MIKÄ ON VESITASE? Site Wide Water Balance Toiminta-alueella ja toiminnoista muodostuvat vesijakeet Lisäraakavesi KAIVOKSEN VESIKIERTO Veden kierrätys, vesien varastoiminen ja varastojen purkaminen Häviöt prosesseissa Ympäristöön johdettavat vesijakeet KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 11

12 VESITASEESEEN VAIKUTTAVAT MUUTTUJAT / TEKIJÄT Hydrologiset tekijät Käytettävissä oleva data Suomessa Ilmatieteen laitos, Tilastoja Suomen ilmastosta Keskimääräiset kuukausi- ja vuositason lämpötilat ja lämpötilojen ääriarvot; Keskimääräiset kuukausi- ja vuositason sademäärät ja sademäärien ääriarvot; Lumen syvyydet 15.pv ja kuun viimeinen päivä. Suomen ympäristökeskus, Hydrologinen vuosikirja Valuma (l/s/km²) tarkasteluvuoden osalta päivätasolla sekä pidemmän ajan keskiarvo; Sadanta kuukausitasolla ja lumen vesiarvo; Haihdunta kuukausitasolla (Class A); Järvien jäätyminen ja jäänpaksuus kuukausitasolla. Ympäristöhallinnon HERTTA -tietokanta ja vesistömallijärjestelmä Vuorokausitason dataa mm. q Haihdunta q Sadanta q Valunta [mm/vrk] q Jäänpaksuus Ilmatieteenlaitoksen ilmastotietokannan data (maksullinen). Kaivosten omat mittausasemat. KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 12

13 VESITASEESEEN VAIKUTTAVAT MUUTTUJAT / TEKIJÄT TYYPILLISET HYDROLOGISET ARVOT Tyypillisiä vaihteluvälejä Pohjois-Suomessa q Vuosisadanta mm q Haihdunta mm q Valuma 9 13 l/s/km² (~ mm) q Lumen sulaminen pääosin (huhti-) toukokuussa q Toukokuun kevätpiikki mm/kk (~35 65 l/s/km²) q Vuoden keskilämpötila -1 C +1 C Lähde: Ilmatieteenlaitos, Tilastoja Suomen ilmastosta KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 13

14 VESITASEESEEN VAIKUTTAVAT MUUTTUJAT / TEKIJÄT Hydrologiset tekijät sääilmiöiden esiintymistodennäköisyys Todennäköisyyksien määrittäminen toistuvuusanalyysien avulla menetelmiä esim.: Gumbel -jakauma (ääriarvojakauma) Pearson III-tyypin jakauma Weibull -jakauma 1/20 (todennäköisyys 5%) Erittäin todennäköinen 1/100 (todennäköisyys 1%) Vesienhallintajärjestelmän pitää vielä toimia tällaisessa tilanteessa tai pitää olla varautumissuunnitelmat Patoturvallisuus vesistöpadon mitoitustulva 3-luokan padolle (1/100 1/500) 1/500 1/1000 (todennäköisyys %) Patoturvallisuus vesistöpadon mitoitustulva 2-luokan padolle 1/5000 1/10000 (todennäköisyys %) Patoturvallisuus vesistöpadon mitoitustulva 1-luokan padolle KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 14

15 VESITASEESEEN VAIKUTTAVAT MUUTTUJAT / TEKIJÄT Hydrologiset tekijät sääilmiöiden esiintymistodennäköisyys - 51a data - Ka. 489 mm/a - 1/20a 640mm/a - 1/50a 700 mm/a - 1/100a 745 mm/a Yleistys: Kun keskimääräiset olosuhteet on arvioitu, tulee varautua vielä noin x olosuhteisiin KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 15

16 VESITASEESEEN VAIKUTTAVAT MUUTTUJAT / TEKIJÄT Muut tekijät Maaperä- ja pohjavesiolosuhteet Suomessa n. puolet sateesta ( mm/v) imeytyy maaperään (poistuu vesitaseesta, ainakin väliaikaisesti); Paikalliset olosuhteet (maa- ja kallioperän vedenjohtavuus, sateen määrä ja kesto, maaston muoto ja kaltevuus, kasvillisuus, päällysteet) vaikuttavat veden imeytymiseen; Osa imeytyneestä vedestä suotautuu pohjavedeksi; q Moreenimailla 10-30% sadannasta qkarkeilla moreenimailla jopa 50% qturv la 30-40% Imeytymisen lisäksi maaperästä voi myös kertyä vesiä, esim. läjitysalueiden turvekerrokset kokoonpuristumisen ja huokosveden vapautumisen vuoksi. Määrät voivat olla väliaikaisesti varsin suuria! Toimintojen keskinäinen sijainti vaikuttaa vesitaseeseen Aluekohtaiset tiedot (ilmasto, maaperä, pohjavesiolosuhteet) sekä toimintojen sijoittuminen yleensä tunnettuja jo hankevaiheessa. Suurimmat epävarmuudet liittyvätkin louhosten kuivatusvesimääriin ja rikastushiekka-alueiden vesitaseisiin + odottamattomiin tekijöihin! KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 16

17 VESITASEESEEN VAIKUTTAVAT MUUTTUJAT / TEKIJÄT LOUHOSTEN KUIVATUS Vaikuttaa louhoksen syvyys ja muoto maaperän ja kallioperän vedenjohtavuusominaisuudet Kallioperän rakojen ja rikkonaisuusvyöhykkeiden tuntemus Keinoja Pumppaustestit ja virtausmittaukset kairanrei istä àanalyyttiset mallilaskelmat ànumeeriset pohjavesimallit (steady state/transient) Lähde: Marinelli, F. and Niccoli, W.L., Simple Analytical Equations for Estimating Ground Water Inflow to a Mine Pit. GROUND WATER. Vol.38, No àsamalla voidaan arvioida kuivatuksen vaikutusta alueen pohjavesiin àerittäin merkittävä epävarmuustekijä johtuen hydrogeologisten olosuhteiden selvittämisen haasteista! KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 17

18 VESITASEESEEN VAIKUTTAVAT MUUTTUJAT / TEKIJÄT RIKASTUSHIEKKA-ALUEIDEN VESITASEET Rikastushiekka-alueiden vesitaseiden määrittäminen monimutkaista Sadanta ja valuntakertoimet Haihdunta (määrä, alue, kertoimet) Suotautuminen pohjan kautta Mihin kiintoainespitoisuuteen rikastushiekka jää läjityksen painosta aiheutuvan konsolidaation jälkeen? Missä vaiheessa rikastushiekasta eroava vesi erottuu? Rikastushiekkaan sitoutuvan vesimäärän merkitys voi olla erittäin merkittävä vesitaseen kannalta! (merkittävä epävarmuustekijä, etenkin jos toimintavaiheen kokemuksia ei käytössä) Erikoistapauksena sakeutettu rikastushiekka/pasta, joiden osalta veden erottuminen poikkeaa selvästi tavanomaisesta rikastushiekasta Haihdunta Haihdunta Infiltraatio Suotautuminen Salaojitus Suotautuminen KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 18

19 VESITASEESEEN VAIKUTTAVAT MUUTTUJAT / TEKIJÄT ESIMERKKI: RIKASTUSHIEKAN KA-PITOISUUDEN MUUTOS LÄJITYKSESSÄ Esimerkkitapaus 1 Mitoitusvirtaama (ka) Ka-pit. Vettä lietteessä 300 t/h 25 m-% 900 t/h [m³/h] Lopullinen ka-pit. läjityksessä Rikastushiekasta eroavan veden määrä 70 m-% 771 t/h [m³/h] 6,8 Mt/a Esimerkkitapaus 2 Mitoitusvirtaama (ka) Ka-pit. Vettä lietteessä 300 t/h 25 m-% 900 t/h [m³/h] Lopullinen ka-pit. läjityksessä Rikastushiekasta eroavan veden määrä 80 m-% 825 t/h [m³/h] 7,2 Mt/a Erotus 0,4Mm³/a à ei suuri volyymi, mutta jos ei voida purkaa pois kaivosalueelta, esim. 10 vuoden ajan kumuloituneena 4Mm³! KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 19

20 VESITASEESEEN VAIKUTTAVAT MUUTTUJAT / TEKIJÄT ESIMERKKI: SAKEUTETUN RIKASTUSHIEKAN LÄJITYS VS. TAVANOMAINEN SLURRY Esimerkkitapaus 1 (läjitys slurryna) Mitoitusvirtaama (ka) Ka-pit. Vettä lietteessä 300 t/h 25 m-% 900 t/h [m³/h] Lopullinen ka-pit. läjityksessä Rikastushiekasta eroavan veden määrä 80 m-% 825 t/h [m³/h] Esimerkkitapaus 2 (läjitys sak. rikastushiekkana) Mitoitusvirtaama (ka) Ka-pit. Vettä lietteessä 300 t/h 70 m-% 129 t/h [m³/h] Lopullinen ka-pit. läjityksessä Rikastushiekasta eroavan veden määrä 80 m-% 54 t/h [m³/h] asettuminen jyrkempään kalvetuuskulmaan pienempi pinta-alatarve patojen tarve vähäisempi aineen leviämisominaisuudet "heikommat" KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 20

21 ESIMERKKI KAIVOKSEN VESITASEESTA RIKASTUSHIEKAN ERI KIINTOAINESPITOISUUKSILLA KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 21

22 ESIMERKKI KAIVOKSEN VESITASEESTA RIKASTUSHIEKAN ERI KIINTOAINESPITOISUUKSILLA KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 22

23 VESITASEEN MÄÄRITTÄMINEN VESITASEMALLEISTA Yleiset vaiheet Tavoitteiden määrittäminen Konseptuaalisen mallin luominen Soveltuvan ohjelmiston valitseminen Avainasemassa olevien rajoittavien tekijöiden määrittäminen (esim. maksimipurkuvesimäärä) Yleisten rajoitusten määrittäminen Lähtödatan kokoaminen Laadunvarmistus Kalibrointi ja validointi (jos mahdollista) Herkkyyden määrittäminen Tulosten vertaaminen rajoittaviin tekijöihin Uudelleenlaskennat Jälkiseuranta Iterointiprosessi, vesitase tarkentuu eri hankevaiheissa Taulukkolaskentapohjaiset mallit q Nopeita tuottaa, voidaan tehdä hyvinkin tarkoiksi q Antavat hyvän yleiskäsityksen vesitaseesta q Eivät kovin joustavia erilaisten skenaarioiden tarkastelulle Excel Ks. esimerkkitaulukko Simulaattorit q Parempi käyttöliittymä mallin kehitykseen q Monimutkaisemmat mallit mahdollisia q Yleensä käytetään yksityiskohtaisempaan suunnitteluun q Joustavampia eri skenaarioiden tarkasteluille GoldSim MATLAB Simulink Stella KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 23

24 VESITASEEN MÄÄRITTÄMINEN OSATEKIJÖIDEN VARMUUS / EPÄVARMUUS Herkkyysanalyysit Osittaisherkkyysanalyysi (partial sensitivity analysis) Parhaan ja huonoimman tapauksen analyysi (best and worst case analysis) Monte Carlo -herkkyysanalyysi (Monte Carlo sensitivity analysis) ü ü ü Esim. rikastushiekan ka-pit. läjityksessä Esim. louhosten kuivatusvesimäärä Esim. muutos vuosisadannassa KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 24

25 VESITASEEN HUOMIOIMINEN KAIVOKSEN VESIENHALLINNAN SUUNNITTELUSSA VEDEN VARASTOIMINEN Vesitaselaskennan tuloksista tiedetään määrät muodostuville vesille Ympäristön vaatimuksista saadaan rajoitukset / ehdot yliteveden määrälle ja ylitevesien purkamisen jakautumiselle àusein tavoitteena, että vesiä puretaan silloin kuin vesistöjen virtaamat suurimmillaan àristiriita veden varastoimisen tavoitteiden kanssa! Varastoiminen on välttämätöntä, jotta pumppauskapasiteetit ja putkilinjojen dimensiot eivät muodostu kohtuuttomiksi à kevättulvavesiä ei voida purkaa sulamisen mukaan Vettä on varastoitava myös sen riittävyyden takaamiseksi Vesivarastoaltaille on laadittava säännöstelylaskelmat ja suunnitelmat altaiden säännöstelylle. KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 25

26 VESITASEEN HUOMIOIMINEN KAIVOKSEN VESIENHALLINNAN SUUNNITTELUSSA - VARAJÄRJESTELMÄT Vesitaseen mukaisiin vesimääriin liittyy aina vesien laatu Vesienhallintajärjestelmän on oltava riittävän joustava, mikäli Vesimäärät ovat poikkeavia Vesien laatu on poikkeavaa Varajärjestelmän kunnollinen käyttö edellyttää vesimäärien ja vesien laadun riittävää tarkkailua ja varautumissuunnitelmaa poikkeuksellisten tilanteiden varalle Varajärjestelmä voi olla esim. Valmiiksi rakennettu lisäpumppauskapasiteetti kriittisillä pumppaamoilla (esim. normaali pumppukonfiguraatio 2+1 ja poikkeustilanteessa 3+0) Valmiiksi järjestetyt pumppauslinjat toissijaisiin kohteisiin (esim. avolouhokset tai patoaltaat) Siirrettävien pumppaamojen varustaminen Varautuminen lisäpumppaukseen rakentamalla riittävän suuret putkilinjat tai varalinjat tai huomioimalla maksimitilanne paineluokissa KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 26

27 VESITASEEN HUOMIOIMINEN KAIVOKSEN VESIENHALLINNAN SUUNNITTELUSSA MITTAUS JA SÄÄTÖ Vesienhallintajärjestelmä tulisi varustaa riittävillä säädöillä ja automatiikalla àpitää ymmärtää miten logiikka ja ohjaus toimii ja mitä mahdollisuuksia ja rajoituksia on à ESIMERKKI: louhosten kuivatusvedet voidaan pumpata kuivana kautena vesivarastoon ja märkänä kautena vesivaraston ohi muuhun vesialtaaseen (tai esim. ylivuotona) à Jokainen pumppausvaihtoehto on kuvattava erikseen ohjauslogiikkaan ja vietävä sinne ( if, if and, then ). àvirtaamia ja varastoitumista tarkkailtava jatkuvasti à Ohjauslogiikka perustuu veden syöttöön, varastoimiseen ja vettä käyttävän yksikön vaatimuksiin. Rajoittavia tekijöitä ovat pumppujen ja putkistojen kapasiteettien lisäksi varastotilanteet. à Vettä käyttävässä yksikössä voi olla esim. tarve vedelle ja pumppujen ja putkistojen kapasiteetit ovat riittävät, mutta varasto vähäinen. à Voi olla myös, että varastoa on, mutta veden siirron välineistön kapasiteetit eivät riitä. àkalibrointi vaaditaan, jotta voidaan varmistua siitä, että logiikka toimii oikein à Systeemin kalibroinnin kannalta tarvitaan enemmän virtaamanmittauspisteitä kuin vesitaseen kannalta. KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 27

30 LAINSÄÄDÄNNÖN VAATIMUKSET JA PATOLUOKAT Patoturvallisuuslaki (494/2009) tuli voimaan ja valtioneuvoston asetus patoturvallisuudesta (319/2010) Patoturvallisuusopas julkaistiin Päivitetty versio julkaistiin 2014 ( KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 30

31 LAINSÄÄDÄNNÖN VAATIMUKSET JA PATOLUOKAT KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 31

32 LAINSÄÄDÄNNÖN VAATIMUKSET JA PATOLUOKAT Jäte- ja kaivospadoilla mitoitustulva muodostuu yleensä suorasta sadannasta ja sulamisaikaisesta valumasta padotusaltaaseen sekä altaan käyttöön liittyvästä täytöstä ottaen huomioon altaan tarvittavan varastokapasiteetin myös häiriötilanteiden varalta. Patoaltaan mitoitustilanteessa veden täytyy mahtua altaaseen ilman, että padotettavaa ainetta joudutaan juoksuttamaan altaasta. Säännöstelytilavuuden ja altaan vesijärjestelmän mitoitukseen vaikuttaa merkittävästi mahdollisuus juoksuttaa padotettavaa ainetta tulvatilanteessa. Juoksutusten mahdollisuutta voi rajoittaa ympäristömääräykset. Muutoin jäte- ja kaivospadoille sovelletaan vesistöpadoille esitettyjä mitoitustulvan toistuvuuksia. KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 32

33 LAINSÄÄDÄNNÖN VAATIMUKSET JA PATOLUOKAT KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 33

34 KAIVOSPADOT, VEDEN PURKUJÄRJESTELYT Yleensä järjestetty pumppaamalla Rikastushiekan läjitys altaan reunalta, pumppaus altaan keskeltä Rikastushiekan läjitys altaan reunalta, pumppaus toiselta reunalta Rikastushiekan läjitys altaan keskeltä, veden keräys ja pumppaus altaan reunoilta à Rikastushiekka voidaan purkaa yhdestä tai useammasta pisteestä samanaikaisesti à Pumppaamolle ja rikastushiekan purkupaikoille pitää olla kulkuyhteydet Lisäksi padoissa on oltava hätäylivuotorakenteet siten, että vesipinta ei ylitä hätäylivedenkorkeutta (hätä-hw) Ylivuotokynnykset Putkijärjestelyt KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 34

35 VESITASEEN HUOMIOIMINEN KAIVOKSEN VESIENHALLINNAN SUUNNITTELUSSA PUMPPAUKSEN MITOITUS Riippuu myös vastaanottavasta päästä (prosessi / joku muu vesiallas / vedenkäsittely) Pumppaustarve todennäköisesti muuttuu kaivoksen elinkaaren myötä Pumppaamojen toimintapiste Pumput käyvät parhaalla hyötysuhteella Mitoitus virtaaman ja nostokorkeuden suhteen Nostokorkeuteen vaikuttaa painelinjan dimensio, materiaali, pituus ja topografia Keskimääräisen virtaaman mukaan Pumppaamon maksimitoimintapiste Hetkellinen maksimivirtaama Pumput voivat toimia huonommalla hyötysuhteella Pumput taajuusmuuttajaohjattuina Pumppaus joustavampaa (moottori pyörii prosessin tarpeen mukaisella nopeudella) Taajuusmuuttajat nykyään verrattain halpoja Säästöjä energiakustannuksissa Pumppujen käyttö pumppuystävällisempää (käyttölaitteiston rasitusten pieneneminen) KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 35

36 KAIVOKSEN VESITASEEN HUOMIOIMINEN PATOJEN MITOITUKSESSA Mikäli vettä joudutaan edes hetkellisesti varastoimaan kaivospatojen sisäpuolella, sen tulee olla suunniteltua toimintaa Suomen kaivoksilla joudutaan todennäköisesti varastoimaan kevättulvavesiä Louhoksiin? Rikastushiekka-alueille? Muihin vesialtaisiin / padottujen alueiden sisäpuolelle? Varastojen kumuloitumisen seuranta! Varastojen purkaminen!! Varastojen purkamisen voi estää: Ympäristöluvan vaatimukset Teknisten järjestelmien riittämättömyys KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 36

37 KAIVOKSEN VESITASEEN HUOMIOIMINEN PATOJEN MITOITUKSESSA Minimi- ja maksimitavoiterajat vesipinnalle eri vuodenajoille Esimerkki: Kevättulvaa odotetaan huhti-toukokuulle à Maaliskuussa tavoite vesipinta 1, vastaa vesitilavuutta 1 à Toimijalla tiedossa kevättulvan odotettu rankkuus à Jos tiedossa, että kevättulvasta tulossa helppo, vesipinta voidaan jättää ylemmälle tasolle KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 37

38 VESITASEESEEN VAIKUTTAVAT MUUTTUJAT / TEKIJÄT ESIMERKKI: MUUTOS LÄJITETTÄVÄN RIKASTUSHIEKAN KA- PITOISUUDESSA Esimerkkitapaus 1 Mitoitusvirtaama (ka) Ka-pit. Vettä lietteessä 300 t/h 25 m-% 900 t/h [m³/h] Lopullinen ka-pit. läjityksessä Rikastushiekasta eroavan veden määrä 70 m-% 771 t/h [m³/h] 6,8 Mt/a Esimerkkitapaus 2 Mitoitusvirtaama (ka) Ka-pit. Vettä lietteessä 300 t/h 22 m-% 1064 t/h [m³/h] Lopullinen ka-pit. läjityksessä Rikastushiekasta eroavan veden määrä 70 m-% 935 t/h [m³/h] 8,2 Mt/a Erotus 1,4Mm³/a à Myös prosessin lisäveden tarve kasvaa samassa suhteessa. Voi kuitenkin hetkellisesti vaikuttaa patoaltaiden sisällä olevaan vesimäärään. KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 38

39 PROSESSEIHIN LIITTYVIEN RISKIEN HUOMIOIMINEN Muutokset rikastushiekan määrässä Rikastushiekkaan pidättyvän veden määrän muutokset (vrt. esimerkki aiemmin) Muutokset läjitettävän rikastushiekan kiintoainespitoisuudessa Haasteet Hankevaiheessa usein vähän tietoa rikastushiekan geoteknisistä ominaisuuksista ja siitä, miten rikastushiekka läjittyy Tuotantovaiheessakin rikastushiekka-alueet ovat pinta-alaltaan suuria alueita, joissa on rikastushiekkaa erilaisissa läjitysvaiheissa à teoreettisesti keskiarvon määrittäminen pidättyneelle ja pidättyvälle vedelle on erittäin hankalaa KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 39

41 YHTEENVETO JA KESKUSTELU Vesitase on työkalu vesienhallintaan VESITASEEN LAADINTA AIKAISESSA HANKEVAIHEESSA qmahdollisia ongelmia Vesikierto epäselvä tekninen suunnittelu ja ympäristösuunnittelu eivät kulje aina aikataulullisesti käsi kädessä Ympäristön vaatimukset eivät vielä tarkoin tiedossa Osaprosessien vesitaseet eivät tarkoin selvillä (esim. puutteelliset tiedot rikastushiekan ominaisuuksista tai louhosalueiden kallioperän ruhjeisuudesta) q Mahdollisuudet Vesitaseen oltava mukautuva eri skenaarioille Vesitaseen varmuus ja epävarmuus arvioitava (apuna herkkyysanalyysit) Päivitys ja ylläpitö hankkeen edetessä ja tuotannon aikana Suomen olosuhteissa vesitase usein nettopositiivinen (ainakin lopulta tai ainakin kevätkuukausina) Reagoitava varhaisessa vaiheessa, mikäli havaitaan vesien kumuloitumista tai havaitaan kyseinen riski Mikäli olevat lupaehdot eivät mahdollista vesien hallittua purkamista à pikainen muutoslupahakemus tai -menettely ELY-keskuksen kanssa KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 41

42 YHTEENVETO JA KESKUSTELU Tärkeää tunnistaa ja huomioida erilaiset padon käyttötilanteet (esim. jos padon takana joudutaan varastoimaan kevättulvavesiä) Arvioitava mahdollisimman oikein rikastushiekan määrät eri tuotantovaiheille Huomioitava vuodenkierron vaikutukset padotustarpeisiin Huomioitava padotustarpeen muutokset tuotannon edetessä Arvioitava mahdolliset muutokset rikastushiekkojen vesipitoisuuksissa (herkkyysanalyysit) Järjestettävä riittävä hätäylivuotokapasiteetti KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 42

43 KIITOS! KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS 43