hyvaksikayttömahdollisuuksista

Transkriptio

1 Y30/81/2

2 Geologinen tutkimuslaitos Ydinjätteiden sijoitustutkimusten projektiryhma Työraportti G - 4,l - 1 Martti Salmi POHJAVESIOLOSUHTEIDEN RIIPTUVUUS KALLIOPERÄN TOPOGRAFIASTA JA RIKKONAISUUDESTA Työraportti tutkimusmenetelmista ja hyvaksikayttömahdollisuuksista Osaraportti kauppa- ja teollisuusministerion energiaosaston rahoittamasta selvityksestä Espoo, maaliskuu 1981 MS/me

3 POHJAVESIOLOSUHTEIDEN RXTPPUWUS KALLIOPEmN TOPOGRAFIASTA JA RIKKONAISUUDESTA Martti Salmi SISÄLLYSLUETTELO sivu 1. JOHDANTO GLASIFLUVIAALISTEN POHJAVESIESIINTYMIEN INVENTOINTI JA KOHDETUTKIMUKSET KALLIOPOHJAVEDEN TUTKIMUSMENETELMAT KALLIOPOHJAVEDEN MERKITYS JA TUTKIMUSTARVE YDINJATTEIDEN SIJOITUKSEN KANNALTA YDINJATTEIDEN SIJOITUSTUTKIMUSTEN PROJEKTIRYHMAN KALLIOPOHJAVESITUTKIMUSTEN SUORITUS JA TULOKSET LIITTEET I...III 1. JOHDANTO Tämän tutkielman tarkoituksena on esittää yhteenveto kirjoittajan havainnoista, aikaansaannoksista ja kokemuksista, jotka ovat kertyneet helmikuuhun 1981 mennessä hänen otsikkoaihetta koskevissa eri töissään, ennen kaikkea geologisen tutkimuslaitoksen ydinjätteiden sijoitustutkimusten projektiryhmässä.... Tutkielma rakentuu 10 kirjallisesta työstä (1 X), jotka on tässä yhteenvedossa numeroitu tutkimusaiheen kehittymisen ja saavutettujen tulosten mukaiseen järjestykseen. Useat niistä ovat syntyneet kahden tai useamman tutkijan ryhmätyön tuloksina. Kirjoittajan osuus yhteistyökirjoituksiin on esitetty kunkin ' työn kuvauksen yhteydessä. Seuraavassa on luettelo tutkielmaan kuuluvista töistä, joista tutkimuslaitoksen ydinjäteprojektiryhmän raportteihin sisältymättömät työt ovat ohessa liitteenä.

4 Liitteet (1...III). : 1 Suomen poh javesivarat, - Mälkki, E., Salmi, M. - Suomen kunnat 8, SS II Havaintoja harjujen alaisten poikittaisten ruhjevyö- hykkeiden vaikutuksesta harjun rakenteeseen seka pohjaveden virtaus- ja purkautumisolosuhteisiin. - Salmi, M. - Geologi No 3, SS II1 Uusi tapa tutkia pohjavettä - Muuramen pohjavesi- tutkimus. - Wihuri, H., Salmi, M. - Vesitalous, Vol. 19, No 6, SS , Muut viitteet (IV...X) : IV Bore-hole experiments with radioactive tracers: Flow of water and transfer of actinides in fractured granite/gneiss rock. - Miettinen, J.K., Stålhandske, K., Niini, H., salmi, M., Löksy, M., Lumiaho, K. - Geological survey of Finland, Nuclear Waste Disposal Study Group. Communication No V Ydinjätteiden varastointitutkimukset Karlshamnin ja Finns jön alueilla Ruotsissa. - Salmi, M. - Geologinen tutkimuslaitos, ydinjatteiden sijoitustutkimusten projektiryhmä. Tiedonanto VI Korkea-aktiivisen ydin jätteen loppusi j:oi tusmahdolli- suuksista Suomessa. - Niini, H., Salmi, M. - Geologinen tutkimuslaitos, ydinjatteiden sijoitustutkimusten projektiryhmä. Tiedonanto

5 VII Geologiset kartta- ja kartoitusselvitykset ydin- jätteiden sijoitustutkimuksissa. - Niini, H., Salmi, M., Lumiaho, K. - Geologinen tutkimus laitos, ydin jätteiden sijoitus- tutkimusten pro jektiryhmä. Tiedonanto VIII Kalliopohjaveden merkitys ydinjatteiden kallioon- sijoitusmahdollisuuksien tarkastelussa. - Niini, H., Salmi, M., Lumiaho, K. - Geologinen tutkimuslaitos, ydinjatteiden sijoitustutkimusten projektiryhmä. Tiedonanto IX Kalliopohjavesitutkimukset Inkoon Kopparnäsissa. - Salmi, M., Mitrega, J. - Geologinen tutkimuslaitos, ydinjätteiden sijoitustut- kimusten projektiryhma. Työraportti G - 1, X Kalliopoh j aveden havaintoverkoston havaintotulokset Salmi, M. - Geologinen tutkimuslaitos, ydinjatteiden sijoitus- tutkimusten projektiryhma. Tiedonanto GLASIFLUVIAALISTEN POHJAVESIESIINTYMIEN INVENTOINTI JA KOHDETUTKIMUKSET Työssa 1 on tutkittu Suomen pohjavesivaroja kvantitatiivi- sesti ensimmäisen kerran koko maata kattavana siten, että inventointi perustuu olemassa olevan geologisen ja geohyd- rologisen tietouden hyväksikäyttöön. Työn aikana ei kallio- pohjavettä vielä pidetty vedenhankinnallisessa mielessä tärkeänä. Työssa ilmenee kuitenkin selvästi kallioperän ruhjerakenteen vaikutus pohjavesiesiintymien sijaintiin seka osin myös ruhjeiden kontrolloiman sijainnin vaikutus pohjavesiesiintymien vedenantoisuuteen. Työn tuloksena ole- va läänikohtainen ja koko maan käsittävä pohjavesivarojen arviointitulos osoitti myös alueita, missä vedenhankinta olisi perustettava muihin ~esilähteisiin~kuten soveltuvin

6 osin kalliopohjaveden varaan. Tämä on osaltaan luonut tarpeen ottaa kallioperän vaikutus,ja siinä itsessään oleva pohjavesi, jatkotutkimusten kohteeksi. Inventointityössä kaytetty esitystapa, jossa pohjavesivarat on laskettu ja esitetty Suomen peruskarttalehtijakoa noudattaen,on artikkelin kirjoittajien kehittämä. Tätä esitysja käsittelytapaa on sovellettu ja kaytetty myöhemmin kir- joittajien Tansaniassa tekemissä vesipotentiaalitutkimuk- sissa, jotka sisälsivät sedimenttikivimuodostumien ja kiteisen kallioperän akviferit kahden Tansanian eteläisen läänin alueella. Inventoinnin tuloksena selville saatu kvantitatiivinen kuva lähinnä glasifluviaalisiin muodostumiin keskittyneiden pohjavesivarojen alueellisesta jakautumisesta on taloudellisesti keskeinen geologinen piirre, joka on yhtenä perusfaktana otettava huomioon paitsi kaikessa laajamittaisessa veden- hankinnassa, myös erilaisten poh javettä pilaavien toimintojen ja jatteiden - eritoten radioaktiivisten jatteiden - sijoituspaikkoja valittaessa. Työssa 1 kirjoittaja on osallistunut silloisen esimiehensä Esko Mälkin johdolla tutkimustyön suunnitteluun ja metodiikan kehittämiseen sekä esiintymäkohtaisiin arviointeihin. Itsenäisesti kirjoittaja on tehnyt läänikohtaiset selvitykset Kuopion, Kymen, Lapin, Mikkelin, Poh jois-karj alan seka Uudenmaan läänien alueilta. Poh javesiesiintymien pintaala- ja antoisuus laskut on annettujen ohjeiden mukaan tehnyt maanmittausteknikko Pauli Kuisma. Työssä II selvitellään harjujen alaisten poikittaisten ruhjevyöhykkeiden vaikutusta pohjaveden virtaus-, varastoitumis- ja purkautumisolosuhteisiin. Artikkelissa todetaan, että harjujen liittymisestä niiden suuntaisiin ruhjevyöhykkeisiin on muodostunut vakiintunut käsitys. Sen sijaan harjujen suuntaa leikkaavien ruhjeiden vaikutukseen ja merkitykseen harjujen akvif ereille ei ole aikaisemmin kiinnitetty erityistä huomiota. Esimerkiksi on otettu yksi Lounais-Suomen suurimmista pohjavesiesiintymistä, nimittäin Virttaankankaan-Oripaan-Melli-

7 län harjualue, missa kirjoittaja on useiden vuosien aikana tehnyt pohjaveden hankintaan ja tekopohjaveden muodostamiseen liittyviä tutk.imuksia. Selvitys osoittaa, että harjujakson pohjaveden pääpurkautumispaikat sijaitsevat harjun suuntaa leikkaavien ruhjeiden kohdalla. Artikkelissa tarkastellaan lisäksi poikittaisten ruhjeiden vaikutusta harjun rakenteeseen ja todetaan, että kyseisellä harjualueella myös karkea glasifluviaalinen aines on kerrostunut poikittaisten ruhjeiden muodostamiin syvänteisiin harjujen alla. Kun poikittaisten ruhjeiden kohdat ovat pohjaveden luonnollisia purkautumispaikkoja ja harjuaines niissä on vetta hyvin johtavaa sekä kerrokset pohjaveden pinnan alapuolella ovat ruhjeen vuoksi paksut, edustavat poikittaisten ruhjeiden alueet pohjaveden tehokkaalle käyttöönotolle sekä tekopohjaveden muodostamiselle edullisia konteita. Artikkelissa tuodaan esille myös poikittaisten ruhjeiden toimiminen pohjaveden kerääjinä ja.johteina, joihin vetta voi '.virrata harjua ympäröiviltä alueilta. Tällaisiin olosuhtei- siin viittaavat sellaiset runsastuottoiset lähteet, joiden virtaaman on havaittu ylittävän selvästi määriteltävissä olevan tehollisen muodos tumisalueen antoisuuden. Tässä artikkelissa esitettyä metodia ja kuvattuja tuloksia on kirjoittaja pyrkinyt soveltamaan käytännön pohjavesi- ja tekopohjavesitutkimuksiin. Tulokset ovat olleet hyvät, mistä yhtenä esimerkkinä on työssä II1 esitetty pohjavesi- tutkimus. Työssä II1 käsitellään keskisuomalaisessa Muuramen kunnassa tehtyä poh javesitutkimus ta. Tutkimuskohteena oli osa Keski- Suomen reunamuodos tumaan kuuluvasta Muurathar justa. Koska muodostuman reunaosilla aikaisemmin tehdyt tutkimukset oli- vat päätyneet negatiiviseen tulokseen, päätettiin tutkimuk- set siirtää muodostuman keskiosiin, missa yleisen geologisen tietouden perusteella maakerros ten voitiin arvioida olevan karkearakeisia ja vetta hyvin johtavia.

8 Muodostuman keskiosissa pohjaveden pinnan suuri etäisyys maanpinnasta on kuitenkin aikaisemmin estänyt pohjaveden virtausolosuhteiden tutkimukset tavanomaisilla menetelmillä. Fil. tri Esko Mälkin kehittämä merkkiaineen laimenemiseen perustuva pohjaveden virtausnopeuden mittauslaite loi perusteet jatkaa työssä selostettu ja tutkimuksia muodostuman keskiosissa. Koska tutkimusalue on laaja ja taloudelliset mahdollisuudet usean tutkimusreiän tekemiseksi olivat rajoitetut, oli tutkimusreikien sijoittaminen tehtävä huolellisten selvitysten perusteella. Reikien paikkojen valinnassa sovellettiin edellisessä artikkelissa esitettyä muodostuman alla olevan kallioperän rakennetutkimusta analysoimalla ensin käytettävissä olevia geologisia, aerogeofysikaalisia ja topografisia karttoja sekä ilmakuvia. Muodostuman alla olevan kallioperän rakenteesta ja korkokuvasta saadun ennakkokuvan ohjaamana tehtiin alueella seismiset luotaukset. Tämän jälkeen voitiin valita tutkimusreikien paikat ja määrittää niiden tavoitesyvyydet. Tutkimuksen tavoitteena oli vettä hyvin johtavien riittavän paksujen karkeala j i tteis ten kerrosten löytäminen mahdollisimman taloudellisesti ts. kalliita tutkimuskairauksia välttäen. Tähän päästiin kuvattua tutkimusmenetelmää käyttäen ensimmäisen reian avulla. Tästä reiästä tehdyt, artikkelissa selostetut geofysikaaliset putkimittaukset vahvistivat saatua tulosta niin, että reian paikalle voitiin rakentaa Suomen oloissa sekä sijainniltaan ainutlaatuinen että myös rnitoitukseensa nähden poikkeuksellisen runsastuottoinen kaivo. Tehty tutkimus on ensimmäinen Suomessa, jonka perusteella pohjavettä on ryhdytty ottamaan glasifluviaalisten muodostumien keskiosista, missä maakerrokset yleisesti ovat reunaosia karkealajitteisemmat, mutta poh javedenpinnan päällä olevat paksut kerrokset ovat es täneet tutkimusten tekemisen. Tutkimuksessa saavutettu onnistunut tulos, joka oleellisesti

9 perustuu selvitettyyn pohjavesiolosuhteiden riippuvuuteen kallioperan ruh jeisuudes ta ja topografias ta, avaa tietä gla- sifluviaalisiin muodostumiin liittyvien akviferien aikaisem- paa tehokkaammalle kayttöönotolle. Näin luotavissa vedenotto- olosuhteissa pohjavedenpinnan päällä olevat paksut maakerrokset myös suojaavat vedenottamon valittömaltä likaantumiselta. Kirjoittaja on ollut työssä II1 esitetyn tutkimuksen vastuuullisena suunnittelijana ja johtajana. Kirjoittajan saadessa työn oli alueella jo tehty negatiiviseen tulokseen päätyneet tutkimukset muodostuman reunaosilla. Kirjoittajan osaksi tuli myös antaa työn tilaajalle luotettavat perustelut jo lopetusuhan alaisten tutkimusten jatkamiseksi tällaisessa tutkimuksessa ennen kokeilemattomalla ja siten myös aluksi ennakkoluuloja herättäneellä menetelmällä.

10 3. KALLIOPOHJAVEDEN TUTKIMUSMENETELMÄT Kalliossa olevan pohjaveden esiintymisen selvittämisessä on perushankaluutena pitkään ollut veden virtausta konkreettisesti mittaavien menetelmien huono soveltuminen me- kaanisesti epähomogeenisiin peruskalliomuodostumiin. Tilan- teen parantamiseksi on huomio kiinnitetty kallioon poratuista rei'istä suoritettaviin merkkiainekokeisiin ja eri- laisiin reikapumppauksiin liittyviin mittauksiin. Työssä IV käsitellään Geologisen tutkimuslaitoksen ja Hel- singin yliopiston radiokemian laitoksen yhteistyönä tekemää kalliopohjaveden virtauksen selvittämiseen tähtäävää alustavaa merkkiainekoetta Kuninkaankartanon saarella Helsingis- sä. Selvityksessä käytettiin merkkiaineena tritiumpitoista vettä HTO. Tällaista radioaktiivisten merkkiaineiden avulla tehtyä kalliopohjavetta koskevaa tutkimusta ei aikaisemmin ole tehty Suomessa. Selvityksen luonne painottui metodiikan ja yhteistyön kehit- tämiseen ja soveltamiseen kenttäolosuhteisiin niin, että tarvittava valmius on käytettävissä myöhemmin tehtävissä, laajarnittaisemmissa ydinjätteiden kalliosijoitukseen liittyvissä merkkiainemittauksissa. Selvityksen antamien kokemusten perusteella merkkiainekokeita on myöhemmin jatkettu samassa kohteessa käyttäen merkkiaineina 237 Pu- ja l5'nd-nuklide j a. Kokeiden tulokset osoit- tavat kuitenkin menetelman käyttökelpoisuuden ja käytettyjen laitteiden soveltuvuuden olevan vielä suhteellisen ra- joitettuja tällaiseen tutkimukseen. Laajamittaisempi tutkimus edellyttänee kokeiden jatkamista ja menetelman testaa- mista paremmissa geologisissa olosuhteissa. Kirjoittajan osuus merkkiainetutkimuksessa käsitti koealueen ja tutkimusreikien paikan valintaan liittyvät geologiset selvitykset, Ruotsista aiemmin saatujen kokemusten soveltamisen tutkimusten suunnitteluun seka osallistumisen itse kenttätöiden suorittamiseen.

11 Työssä V käsitellään Ruotsissa kaynnissa oleyien kalliopohja- vesitutkimus.ten metodiikkaa ja tuloksia, jotka Qn otettu geologisen tutkimuslaitoksen ydinjäteprojektin yhdeksi seu- rantakohteeksi. Kirjoittaja osallistui vuonna 1979 kahden viikon ajan ruotsalaisten tutkimuksiin kahdella tutkimusalu- eella, Karlshamnissa Blekingen alueella ja Pinnsjössa Uppsalan lähellä. Näillä tutkimustyömailla oli tuolloin kaynnissa ydinjätteiden kallioonsijoitustutkinuksiin kehitettyjen uusien metodien ja tutkimuskalustojen soveltaminen kyseisilla tutki- musalueilla. Kirjoittajan näistä tutkimuksista sekä suullisista konsultoinneistaan laatima selvitys on ollut lähtökohtana Geologisen tutkimuslaitoksen omien kalliopohjavesitutkimusten kayntiinpanolle samoin kuin tarvittavan, me todiikkaa koskevan tiedon hyväksikäytölle Suomessa. Tätä tietoa ovat hyö- dyntäneet Suamen ydinvoimalai tosyhtiöt vuonna kalliovaras tointitutkimusten suunnittelua varten teettämissään kalliokairauksissa. Kalliopoh javeden muodostumista, virtausta j a purkautumista eli kallioperan hydrauliikan tutkimusta varten perustettua Finnsjön koealuetta ja sieltä saatavia tuloksia on lisäksi käytetty ja tullaan edelleen käyttämään esimerkkinä ja vertailukohteena Geologisen tutkimuslaitoksen ja vesihallituksen välistä yhteistyötä ylläpitävän, näiden laitosten yh- teisen työryhmän "kalliopohjavesihavaintoverkosto 1/80" toiminnassa. Ryhna pyrkii tehostamaan Geologisen tutkimuslaitoksen ydinjateprojektin vuonna 1979 käynnistämaa kalliopoh javesihavaintotoimintaa (vrt. työ X), mikä paljolti juu- ri työn V perusteella on katsottava Suomessakin välttämlittö- maksi niin vedenhankinnan kuin jätteidensijoituksenkin tulevan suunnittelun kannalta.

12 4. KALLIOPOHJAVEDEN ILERKITYS JA TUTKIIIUSTARVE YDINJATTEIDEN SIJOITUKSEN KANNALTA Ydinjätteiden sijoituksen suunnittelun, paikanvalinnan ja toteutuksen kannalta kalliopohjavesiolosuhteet ovat yksi keskeinen teki ja erilaisten teknisten, ympäristö- ja talou- dellisten seikkojen sekä muiden geologisten tekijöiden rin- nalla. Töissä VI, VII ja VIII k~sitelläan poh javesiolo jen ja tutkimuksen asemaa koko ydinjatesijoituksen ongelma- kentässä. Työssa VI käsitellään erityisesti korkea-aktiivisten ydinjätteiden varas tointionge lmaa Suomen geologisten muodostumien ja ilmiöiden osalta. Työssa tarkastellaan geologisten tekijöiden ja prosessien, kallioperan rakenteen ja kivilajikoostumuksen seka geologisten yksiköiden fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien vaikutuksia ydinjatteiden kallioonsijoituksen turvallisuuteen. Työ perustuu vuonna 1978 annettuun alustavaan katsaukseen seka kevääseen 1979 mennessä kertyneeseen julkaisu- ja kartta-aineistoon, jota on taydennetty Ruotsista suorilla kontakteilla saaduilla tutkimustuloksi lla. Merkittävimmän kirjallisuuslähteen muodostavat Ruotsista seka IAEA:n ja OECD:n jäsenmaiden yhteistyön tuloksena muista Länsi-Euroopan maista seka Yhdysvalloista ja Kanadasta saadut tutkimusraportit. Kirjoituksessa todetaan pohjaveden olemassaolo ja virtaus varastotilaa ymparöivassa kallioperassa tärkeimmäksi tekijäksi radionuklidien mahdollisessa leviämisessä. Ydinjätteiden kallioonsijoitustutkimusten keskeisiksi tehtäviksi muodostuvat tämän vuoksi kallion hydrogeologisten ominaisuuksien seka radionuklidien pydätyskyvyn tutkimukset. Kirjoittajan osuus työssä VI liittyy Ruotsista saatujen tulosten analysointiin ja vertailuun Suomen olosuhteisiin sekä kirjoituksen eri kohdissa esille tulevien poh j avettä käsittelevien osien ja yhteenvedon laadintaan.

13 Työssa VII kasitellaan geologisen tutkimuslaitoksen ydinjätepro j ektin yhteen osatehtävään, " seuranta- ja kehitys työ", liittyvää selvitystä, jonka tavoitteena on erityisesti geologisten kartta- ja kartoitusmenetelmien kehittäminen ydinjätetutkimus ten tarpeisiin sopiviksi. Koska Suomessa ei ole aikaisermnin nimenomaan ydinjätesijoituksen kannalta tutkittu geologisten tekijöiden kartografista ilmentämistä kokonaisuudessaan, on tässä työssa käsitelty inventoinninomaisesti eri yhteyksissä tähän mennessä käytettyjä tutkimusmenetelmiä ja niiden käyttökelpoisuutta ydinjatteiden sijoitustutkimuksiin. Kirjoituksessa esitellään geologisen kartoituksen ja sen hyväksikäytön pääosat ja -vaiheet siten, että kirjoitus liittää kalliopohjavettä koskevat selvitykset kaikkien tarpeellisten geologisten selvitysten muodostamaan kokonaisuuteen ja antaa tarpeellista informaatiota muille ydinjatteiden si joitusongelmia selvitteleville tutki joille ja suunnitteli joille sekä viranomaisille. Kirjoittajan osuus työssa VII painottuu hydrogeologisten tutkimusten sekä niihin kiinteästi liittyvien geofysikaalisten ja erilaisten geologisten kartoi tusten tarkasteluun ja merkitykseen kysymyksessä olevan tavoitteen kannalta. Työssa VIII kasitellaan kalliopohjaveden merkitystä ydinjätteiden kallioonsijoittamismahdollisuuksien tarkastelussa. Siinä valotetaan radioaktiivisuuden leviämisilmiötä kallioperässä sekä kysymykseen tulevia prosesseja, jotka mahdollistavat radionuklidien liikkumisen pohjaveden välityksellä. Työssa kasitellaan lisäksi kalliopohjaveden nykyistä tutkimustilannetta Suomessa sekä muualla maapallon peruskallioalueilla. Kirjoittajan osuus työssa VIII painottuu kirjoituksen sisällön ja jäsentelyn suunnitteluun, kalliopoh javettä käsittelevän aineiston analysointiin sekä,merkkiaine- ja sorptiokokeita lukuunottamatta, kalliopohjavesi-ilmiöitä ja -tietojen hankintaa koskevien osien kirjoittamiseen.

14 5, YDINJATTEIDEN SIJOITUSTUTKIMUSTEN PROJEKTIRYHMAN KALLIOPOHJAVESlTUTKIMUSTEN SUORITUS JA TULOKSET Koska kalliopohjaveden esiintymisestä ja sen riippuvuudesta kallion topografiasta ja rikkonaisuudesta ei ollut olemassa seikkaperäisiä selvityksiä Suomesta, pyrki geologisen tutkimus- laitoksen ydinjateprojekti käynnistämaan tällaiset tutkimukset projektin tarpeita varten mahdollisimman aikaisin. Vuonna 1979 käynnistettiin tämän puutteen poistamiseksi kaksi osatyöta, joista kirjoittaja oli vastuussa. Naista toiseen kuuluvat kalliopohjavesitutkimukset Inkoon Kopparnasissa, työ IX, ja toiseen kalliopohjavedesta tehtävät havainnot ydinjateprojektin perustamasta kalliopohjaveden havaintoverkostosta, työ X. Työssä IX käsitellään Inkoon kunnan Kopparnasissa vuoden 1979 aikana aloitetuista kalliopohjavesitutkimuksista saatuja ensimmäisiä tuloksia. Tällaisten kalliopohjaveteen liittyvien kenttatutkimusten perustavoitteena oli hankkia konkreettisia havainto- ja mittaustuloksia kalliopohjaveden esiintymisestä tietyssä geologisessa ympäristössä. Tutkimusten toisena tavoitteena oli järjestää myös muille ydinjätteiden sijoituskysymyksiä selvitteleville laitoksille edellytykset erilaisten metodisten seka soveltuvuuskokeiden ja -mittausten tekemiseen tunnetuissa olosuhteissa seka antaa vertailtavissa olevaa tutkimusaineistoa muualla mm. voimalaitosalueilla tehtäville tutkimuksille. Tutkimusalueeksi valittiin Imatran Voima Oy:n omistama Koppar- näsin alue siellä valmiina olevien, tutkimuksiin soveltuvien kallioreikien vuoksi. Alueen asurnattomuus ja luonnonvarainen tila tarjosivat lisäksi hairiintymättömat tutkimusolosuhteet. Tutkimuksen keskeisen osan muodostivat alueelle kairatuista kalliorei'ista tehdyt koepumppaukset, joiden suorituksessa ja tulosten tulkinnassa sovellettiin yleensä vain sedimenttikivissa tai irtaimissa maalajeissa käytettyjä ohjelmia ja laskumalleja. Tutkimukset jatkuvat edelleen tällä koealueella. Tutkimusten edistyessä tullaan niiden tuloksista kokoamaan esitys, johon sisältyvät soveltuvin osin myös tässä raportissa esitetyt tulokset.

15 Työssä saayutetuista tuloksista yoidaan mainita seuraavaa: Tutkimus on ensimmäinen Suomen kallioperastä tehty pumppaustuottofpohjavedenpinnan alenema-palautuminen -suhteeseen perustuva kallioperän hydraulisia olosuhteita selvitteleva tutkimus. Vaikka Suomessa on tällä hetkellä lähes kallioon kairattua kaivoa ei niistä ole saatavissa tallaisten tutkimusten puuttumisen vuoksi käyttökelpoista tietoa. Tutkimusreikien kairauksen aikana tehdyillä tarkoilla havainnoilla ja tutkimuksilla voidaan saada selville eri virtaus- vyöhykkeiden sijainti, mikä jälkeenpäin reiän valmistuttua ei enää ole yhtä helposti selvitettävissä. Pumppausten tulosten perusteella saadut vedenjohtokyvyn arvot, 2 T = 12-8 m /h sekä vedenjohtavuusarvot K = 4 x 10-~ x 10, vastaavat suuruusluokaltaan hyvin muualla maailmassa peruskallioalueilta kirjallisuudessa esitettyjä arvoja. Tämä osoittaa, että Kopparnasissa käytetyt menetelmät ja tulostulkinta ovat olleet oikeita. Tutkimus osoitti, että ruhjeen suunnassa hydrauliset yhteydet ovat huomattavan hyvät. Tämä on yleinen käsitys, mutta siitä ei tähän asti ole ollut konkreettista tutkimuksiin perustuvaa osoitusta. Huolellisten geologisten tutkimusten perusteella valitun tutkimusreiän vedenantoisuus on suuri, noin l/h. Tämä tulos antaa lupaavia viitteitä myös kallioperan tarjoamista vedenhankinnallisista mahdollisuuksista. Vaikka kallioperän hydraulisten ominaisuuksien tutkimus pumppausmenetelmälla rajoittuu pääasiassa vettä kohtalaisen hyvin lapäiseväan kallioon, voidaan saatuja havaintoja erityisesti kaivovastuksen ja muodos tumavastuksen aiheuttamista virheistä vedenlapäisevyysarvoihin käyttää hyväksi kalliorei'issä yleisessä käytössä olevien vesimenekkimittausten tulosten arviointiin.

16 ~ ijoittaj r an osuus työssä IX alkaa tutkimusten tavoitteiden asettelusta, johon sisältyvät tutkimustarpeen ja tavoitteiden määrittely, koealueen suunnittelu ja valinta, teoreettiseen hydrogeologiseen tutkimukseen perehtyneen stipendiaatin ottaminen työryhmään sekä tutkimuksen yksityiskohtainen suunnittelu, ohjelmointi, johto ja jatkotavoitteiden maarittely. Työssä X käsitellään vuoden 1979 aikana geologisen tutkimus- laitoksen ydinjateprojektin kaynnistaman kalliopohja- vedenpinnan säännöllisen alueellisen havainnoinnin tu- loksia. Koska Suomessa ei ole tällaista kalliopohjaveden jarjestelmallista alueellista havainnointia tehty aikaisem- min, katsottiin ydinjateprojektin tavoitteiden kannalta valttamattömaksi aloittaa säännöllinen ajallisten vaihtelui- den havainnointi ainakin Etelä- ja Lounais-Suomessa löyty- vista kayttamattömista porakaivoista. Havainnoinnin tavoit- teena on mm. sel~ittäa~kuinka kallioperassa oleva pohjavesi osallistuu vuotuiseen hydrologiseen kiertoon ja kuinka eri- laiset geologiset, hydrogeologiset ja topografiset sekä il- mastolliset olosuhteet tähän vaikuttavat. Tähänastiset h~vaintotulokset ovat yksiselitteisesti osoit- taneet, etta havaintoverkoston eri havaintokohteiden yrnpa- rist3n kallioperassa oleva pohjavesi osallistuu aktiivises- ti vuotuiseen veden yleiseen kiertoon. Saatujen tulosten perusteella on työssä myös tarkasteltu havaittujen vaihteluiden, kallioperan rakenneominaisuuksien seka hydrogeologisten olosuhteiden välisiä korrelaatioita ja pohdittu riippuvuussuhteita. Havaintotuloksia voidaan käyttää hyväksi myös mm. voimalaitosyhtiöiden omissa ydinjätteiden sijoitustutkimuksissa tehtävien kalliopohjavesihavaintojen tulkinnassa. Selvät poikkeamat verkostossa havaitusta luonnonmukaisesta rytmistä saattavat merkitä enemmän tai vähemmän eristettyjä virtausolosuhteita. Poikkeamat voivat myös aiheutua luonnonrytmiä hairitsevista keinotekoisista toiminnoista sekä maankohoamisiimiöst2 ja ydin jätteiden varastoinnissa huomioonotettavis ta kallioperan liikunnoista.

17 ~yössa tuodaan esiin ydinjäteprojektin tarpeiden edellyttämat havaintoverkoston jatkotavoitteet. Geologisen tutkimuslaitoksen ja vesihallituksen välisen työryhman,"kalliopohjavesihavaintoverkosto 1/80" (vrt. työ V), toiminnassa on havaintoverkoston edelleen kehittäminen ja havaintojen jatkaminen otettu yhdeksi seka vedenhankintaa että valtakunnallista hydrologista havainnointia palvelevaksi yhteistyömuodoksi. 6. JOHTOPÄÄTÖKSET Tutkimuksen keskeisenä aiheena ollut kallioperan topografian, erityisesti ruhjeiden,vaikutus pohjavesiolosuhteisiin ilme- nee esitettyjen tarkastelujen perusteella seka maa- että kallioperassa olevan pohjaveden esiintymisessa.?ilaaperässa nierkittavimmat pohjavesiesiintymat ovat huokoisissa glasifluviaalisissa muodostumissa, joiden sijoittumi- nen korreloi kallioperan pitkulaisten painanteiden - eritoten ruhjelaaksojen - kanssa. Enimmäkseen tiivis tai vettä huonohkosti lapaisevan moreenin peittämä kallion pinta pyrkii samalla luonnostaan ohjaamaan virtaavan pohjaveden kalliotopografian painanteisiin. Täten antoisiksi pohjavesivaras- toiksi muodostuvat erityisesti sellaiset maaston kohdat, joissa glasifluviaaliset muodostumat leikkaavat kallion ruhjelaaksoja. Pohjavesiolosuhteiden riippuvuutta ruhjevyöhykkeista voidaan hyödyntää kahdella paatavalla. Toisaalta tämä riip- ~uvuus autaa vedenhankinnassa hyvien vedenottokohteiden etsimista ja tutkimista glasifluviaalisissa muodostumissa. Toisaalta se vastaavasti auttaa välttämään poten- tiaalisia vedenhankintakohteita hankkeissa, joissa maankamara joutuu alttiiksi pohjavettä pilaaville aineille tai toiminnoille, jollaisena tässä tutkimuksessa on erityisesti tarkasteltu radioaktiivisten jätteiden sijoitusta.

18 ydinjätteiden kallioonsijoittamisessa on itse kallioperässä olevalla pohjavedellä keskeinen merkitys. Voivathan jatteidensijoitustilasta mahdollisesti vapaaksi pääsevät radionuklidit liikkua lähinnä vain kallioperässä virtaavan pohjaveden mukana ja siten kulkeutua naakerrosten läpi lopulta myös biosfäariin. Kalliopohjaveden virtaaminen taas on mahdollista vain kallion raoissa, siirros- ja ruhjevyöhykkeissä, jotka muodostavat hydraulisesti enemmän tai vähemmän yhtenäisen johtoverkoston. Virtausta ylläpitää aina eri kohtien välinen paine-ero eli hydraulinen gradientti, joka puolestaan riippuu lahinna kallioperan paikallisesta ja alueellisesta topografiasta sekä johtoverkoston vedenläpäisevyydesta. Nämä seikat vaihtelevat paikallisesti erittäin runsaasti. Niiden määrittäminen Suomen erilaisissa geologisissa olosuhteissa vaatii laaja-alaista ja pitkäaikaista järjestelmällistä tutkimusta, jolle tässä tutkimuksessa saadut tulokset pyrkivät luomaan perustaa. Myös tavanomaisissa käytännön pohjavesitutkimuksissa, jois- sa keskeisinä tutkimuskohteina ovat pohjaveden määrä niin alueellisina kokonaisuuksina (pohjavesivarat) kuin yksit- täisissä pohjavesiesiintymissä, vedenottokohteiden paikallistaminen, tekopohjaveden muodostaminen sekä pohjaveden suojaaminen, on tullut yhä merkittävämmäksi akviferien alla olevan kallioperän ja erityisesti sen ruhjerakenteen selvittäminen ja huomioon ottaminen. Tässä esitetyt tutkimukset ovat osoittaneet, että akvifereihin kohdistuvissa selvityksissä ei saa vetää jyrkkää rajaa kallioperän ja maaperän välille, vaan kumpikin elementti on yhdessä otettava tarkastelun kohteeksi. Niiden keskinäinen vuorovaikutus ja sen merkitys on huolella punnittava kulloinkin kysymyksessä olevassa tapauksessa. Espoo Martti Salmi

19 LIITE 1 Suomen poh javesivarat Fil.kand. Esko Mälkki 0 Filmaist. Martti Salmi

20 Suomen pohjavesivarat Fif.kand. Esko Jfäfkki Fif.maist. Martti SaLmi Insinööritoimisto Maa ja Vesi Oy ristosta on täytynyt jättää tarkaste- Pohjavettä esiintyy maamme irtolun ul~ko~uolelle. maapeiaeen pohjaoslssa, kallioon rajoittuvana.kerrostuman.a varsin Tutkimuksen suoritustapa ja yleisesti. Puhuttaessa pohjavôsivatulosten esittäminen roista on kuitenkin eroitettava kasitteet maaperässä esiintyvä ja maaperasta käyttöön saatavissa oleva Pohjavesivarojen suhteen inventoidut alueet seka inventobntitutkimusten suorittajat ilmenevät kuvasta 1. pohjavesi. Päaosa pohjavedestä Näiden alueiden tutkimusastakiresiintyy rnaalajeissa, joiden veden- joista on koottu pohjavesiesiintymiä johtokyky on heikko. T2llaiswn koskevat tiedot. joita on vähäisiä ma.aperäan rakennetusta kaivosta poifkkewksia lukuunotta~matta käysaadaan vettä tavallisesti vain yksittäisen talouden tarpeisiin. Yhdyskuntien vedenhankintaan suveituvat pohjavesialueet, joista v&ta on saatavissa kayttöön edellista huomattavasti runsaammin, kaslttaviit maamme pinta-alasta vein muutamia proserrbt'eja. Tassa tutki.muksessa tartetty sellaisinaan. Pohjavesivarojen inventointitulosten ohella on kaytet- S myös Tampereen seutusuunnitteluyhdi,styksen ao. alueen soravaroja koskevaa tutkimusaineistoa. Inventoitujen alueiden vesivarojen määrää on verrattu samojen alueiden geologisissa maaperakarkaetellaan viimeksi mainittuun ryh- toissa esiintyvien vetta johtavien maan kuuiwia pohjavesivaroja, jot- muodostumien laajuuteen ja näin ka liittyvat hiekka- ja soramaalaje- saatu vertailuluvut vesivaropn erja käsittäviin maapeitteen osiin. vioimiseksi pohjavesivarojen suh- Harjut ovat yleisimm&t tällaisia maa- teen viela tutkimattomilla. mutta lajeja kacittävista muodostumi'sta. Errtlisten ~edenottopai~kkojen tutgeologisesti jo kartoitetuilla alueilla. Tärkeimmän geologisen karttakimusten ohella maassamme on alineiston on muodostanut Geologisuoritettu runsaasti vedenhankin- sen tutkimuslaitoksen 1 : taan käyttökelpoisten pohjavssiva- mittakaavainen maaperäkartta. Lirojen inventointeja, ts. pohjavesi- saksi on kaytetty Etela-Suomen esiintymien kartoituksia. Pa&osa alueella 1 : ja 1 : senaista on tehty Maataloushallituk- ka osassa Lapin Iaanin aluetta sen toimeksiannosta. Myös muutamat seutukaavaliitot ja kunnat ovat 1 : mittakaavaisia maaperakarttoja. allueillaan suorituttaneet vastaavia Pohjavesivarat on laskettu perustutkimuksia. Tähän mennessä suori- kamalehtialueittain. joiden laajuus tetut inventoinnit kasittavat noin 34 on yleensa 100 km2. Tapauksissa, % maamme maapinta-alasta. joissa pohjavesiesiintymä ulot- Taman työn jatkuessa tulevat tie- tuu useamman peruskarttalehden dot maamme pohjwesivaroista as- alueelle, se on jaettu eri karttalehteittain taydentymaan. Inventointi dille niillla oleviren pohjaveden muotulee kuitenkin viemään vielä mnsaasti alkaa johtuen mm. siitä, että tutkimustyöhön sovelias karttamateriaaii osittain vielä puuttuu. Maataloushallituksen toimeksiannosta Insinööritoimisto Maa ja Vesi Oy on laatitnut nyt yhteenvedon tahän mennessa inventoitujen elueiden pohjavesivaroista seka kaytettavi'asa alwaan geologiseen maaperakartta-aineistoon ntojautuen tehnyt dommisalueiden pintaalojen cuhteessa. Taman mukaisesti ei jonkin lehden alueella olevan vedenottamon tai lahteen antoisuutta lasketa kokonaiiuudessaan ko. lehden pohjavesivaroihin kuuluvaksi, jos tallaisen kohteen pohjaveden muodostumisalue jakautuu useamman karttalehden alueelle. Peruskarttalehdet on k,unkin karttalehtialueen yhteenlasketun pohjaalustavan arvion myos maamme vesivirtaa,man perusteella jaettu muiden osien p~hja~vesivaroi~sta. kuuteen erilaiseen virtaamaluok- Työn tavoitteena on ollut luoda kokonaiskuva tämän arvokkaan luonnonvararnme alueellisesta jakautumisesta ja kakonaismaarasta. Tutkimus on kasrttanyt lähinnä maamme manneralueen. Osia saaristosta on kaan. Jokainen luokka on tutkimuskartalla (kuva 2) esitetty omalla varillaan. Kun tutkimuksissa kaytetty kartta-aineisto on ollut varsin pienimittakaavaista, on useissa tapauksissa myös tulkittu, mutta puutteellisesta ollut vaiikeata määritellä tarka,sti perusaineistosta seka esistyskartan pohjavesivarojen jakautumista eri rajoitetusta koosta johtuen osa sae- lehdille. Tassa suhteessa työn tark-

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38