Pohjavesiolosuhteet ja vedenhankinta tulevaisuudessa Hangon Santalanrannan vedenottamon alueella

Transkriptio

1 Pohjavesiolosuhteet ja vedenhankinta tulevaisuudessa Hangon Santalanrannan vedenottamon alueella Birgitta Backman, Samrit Luoma ja Johannes Klein Geologian tutkimuskeskus

2 Pohjavesiolosuhteet ja vedenhankinta tulevaisuudessa Hangon Santalanrannan vedenottamon alueella Sisällysluettelo: 1. Johdanto 2 2. Pohjavesiolosuhteet Santalanrannan vedenottamon alueella Muodostuman rakenne ja pohjavesi Sadannan vaikutus pohjaveden määrään Merenpinnan ja pohjavedenpumppauksen vaikutus Pohjaveteen Meren vaikutus pohjaveden laatuun Pohjavesimalli Ilmastonmuutoksen vaikutus Sopeutuminen ja tulevaisuuden vesihuolto Yhteenveto Kirjallisuus 22 Liitteet: Liite 1. Vesianalyysitiedot Liite 2. Pohjaveden havaintoputki Balt1:n mittaustulokset Kannen valokuva Samrit Luoma 1

3 1. Johdanto Geologian tutkimuskeskuksen (GTK) vetämässä BaltCICA-hankkeessa (Climate Change: Impacts, Costs and Adaptation in the Batic Sea Region) on selvitetty ilmaston muutoksen vaikutuksia ja kustannuksia Itämeren rannikkoalueilla ( Hanke koostuu 13 osahankkeesta ja Hangon alueella toteutetussa osahankkeessa keskityttiin selvittämään ilmaston muutoksen vaikutusta pohjaveteen. BaltCICA-hanke on 24 osallistuvan partnerin sekä EU:n Baltic Sea Region Programme ohjelman yhteisesti rahoittama. Itämeren rannikkoalueet ja erityisesti rantaan asti ulottuvat pohjavesimuodostumat ovat herkkiä ilmastonmuutokselle. Sadannan, lämpötilan ja merenpinnan muutokset vaikuttavat pohjaveden muodostumiseen ja pohjaveden laatuun. Meren ympäröimä Hankoniemi on pääasiassa muodostunut I Salpausselkään kuuluvista matalista hiekkaja soramuodostumista (Kuvat 1 ja 2). Sijainnista johtuen Hankoniemen pohjavesivarat ja niihin vaikuttavat olosuhteet ovat erinomainen tutkimuskohde tutkittaessa ilmastonmuutoksen aiheuttamia seurauksia sekä niihin varautumista ja sopeutumista. Hangon kaupungin sekä alueen teollisuuden vesihuolto perustuu täysin Hankoniemen pohjavesivarantoihin, kaupungin seitsemän vedenottamon lisäksi useita teollisuuslaitosten vedenottamoita sijaitsee Hankoniemen hiekka ja soramuodostumissa. Alueen pohjavesivarannot on arvioitu olevan 9600 m 3 /vrk ja Hangon kaupungin ja alueen teollisuuden käyttämä vuorokautinen vesimäärä on keskimäärin 2740 m 3 (Backman ja muut 2011). Ilmastonmuutoksen aiheuttamiin pohjavesimuutoksiin on tarpeen varautua Hangossa kuten myös muissa Itämeren rannikolla rantaan asti ulottuvilla pohjavesialueilla. Sopeutumistoimet, niihin liittyvä suunnittelu ja päätöksenteko ovat aikaa vieviä ja siksi tarvittavien toimenpiteiden mahdollisimman varhainen aloittaminen on tärkeää. Hankoniemen pohjavesivarantoihin on kohdistunut ja edelleen kohdistuu erilaisia pilaantumisriskejä. Alueella on tapahtunut useita pohjaveden pilaantumistapauksia luvulla laaditussa Hangon pohjavesialueiden suojelusuunnitelmassa (Harju, 1997) ja sen päivityksessä (Maa ja Vesi Oy 2005) kiinnitettiinkin jo huomiota uusien vedenottamopaikkojen tutkimustarpeeseen pohjaveden laatuun ja riittävyyteen liittyvien tekijöiden vuoksi. Hankoniemen pohjavesimuodostumien rakennetta ja pohjavesipotentiaalia tutkittiin GTK:n tekemässä geologisessa rakenneselvityksessä (Breilin ja muut 2004). Tutkimus, jossa tutkittiin merenpinnan korkeuden muutoksen vaikutusta pohjaveden pinnan korkeuteen, todettiin Hangon pohjavesimuodostuman pohjaveden seuraavan hyvinkin nopeasti merenpinnan muutoksia (Backman ja muut, 2007). BaltCICA-hankkeessa tehtyjen tutkimusten tuloksia sekä Hangon (Luoma ja muut 2012A) että muiden 23 osahankkeen osalta tullaan esittelemään laajemmin julkaisussa 2

4 Kuva 1. Salpausselän alueella olevat Hankoniemen pohjavesialueet ja vedenottamot. Pohjakartat: Maaperäkartta GTK ja topografinen kartta Maanmittauslaitos, lupanro 13/MML/12. Kuva 2. Hankoniemen hiekka- ja sorakerrostumat nousevat vain vähän merenpinnan yläpuolelle ja pohjavedenpinta on lähellä maanpintaa. Kuva on Santalan alueen sorakuopalta lounaiseen. (Valokuva Samrit Luoma) 3

5 Schmidt-Thóme, Philipp and Klein, Johannes (editors), 2012: Climate change adaptation in practice from strategy development to implementations. Julkaisu on parhaillaan työn alla ja se tullaan julkaisemaan loppuvuonna Pohjavesiolosuhteet Santalanrannan vedenottamon alueella 2.1 Muodostuman rakenne ja pohjavesi Hangon kaupungin päävedenottamo on Sandö-Grönvikin pohjavesialueella sijaitseva Santalanrannan vedenottamo, joka tuottaa yli puolet kaupungin käyttämästä vedestä. Ottamo sijaitsee alle 100 metrin päässä merenrannasta ja pohjavedenpumppaustaso on merenpinnan tasoa alempana. Ottamosta pumpataan ajoittain lupaa (1800 m 3 /vrk) enemmän vettä ja vuosina vuorokautinen pumpatun veden määrä vaihteli m 3. Ottamo sijaitsee merenrannassa Salpausselän luoteis-pohjoispuolisessa, karkeista aineksista muodostuneessa, jäänpuoleisessa reunassa (Kuvat 1, 3 ja 4). Pohjavedenvirtaussuunta on muodostuman keskeltä luoteiseen, rannan ja vedenottamon suuntaan. Ottamon välittömässä läheisyydessä on matalaa metsää ja ryteikköä sekä peltoa, lisäksi alueella on Santalan opiston palvelu- ja hallintorakennuksia ja niiden itäpuolella jätevedenpuhdistamo. Meren puolella on pieni pienvenesatama. Merenrannan läheisyyden lisäksi vedenottamon vedenlaatua uhkaa muutkin riskitekijät: ottamosta noin kilometrin päässä ylävirranpuolella on laaja soranottoalue, jossa soranotto on ulottunut pohjavedenpinnan alapuolella (Kuvat 2 ja 5). Soranottoalueen pohjoisosassa sijaitsee Santalan Betonitehdas, jossa on betoniasema, elementtitehdas ja murskausasema sekä huoltohalli (Kuva 5). Tehtaan toiminta pohjautuu vuonna 2002 annettuun ympäristölupaan. Soranottoalueen eteläosassa on saha, jonka pienimuotoinen toiminta on ajoittaista. Sandö-Granön pohjavesialueella on lisäksi Forcitin räjähdysaine- ja polymeeridispersiotehdas, jossa käsitellään runsaasti erilaisia kemikaaleja. Pohjavesialueen läpi kulkee myös valtatie numero 25 ja rautatie. Hankoniemen pohjavesialueella on tehty vuosien kuluessa paljon tutkimuksia muodostuman rakenteen selvittämiseksi. Alueella on tehty paljon kairauksia, asennettu pohjavesiputkia, tehty maatutkaluotauksia ja gravimetrisiä luotauksia (Kuva 3). BaltCICA-hankkeessa tehtiin 25 km painovoimaluotausta ja asennettiin yksi pohjaveden havaintoputki (Balt1) Slug-testi viidessä ja automaattista pinnan korkeuden ja vedenlaadun mittausta 12 pohjaveden havaintoputkessa sekä veden lämpötilan, sähkönjohtavuuden, happipitoisuuden sekä redox-potentiaalin profiilimittaus 5 pohjaveden havaintoputkessa (Luoma ja muut, 2012B; Luoma ja Pullinen, 2011,). Laaja vedenlaatuanalyysi tehtiin 5 pohjavesikohteesta sekä merivedestä. Suuri työ tehtiin myös kokoamalla eri toimijoilta olemassa oleva aineisto pohjavesimallin rakentamista varten. Salpausselän aines on kairaus- ja putkikorttitietojen, geofysiikan luotauksien sekä sorakuoppahavaintojen perusteella Santalanrannan alueella pääasiassa hiekkaa, kivistä 4

6 hiekkaa ja hiekkaista soraa. Santalanrannan vedenottamon läheisyydessä olevien putkien HP183, HP179 ja HP183 alueella on yhdestä kahteen metriä hieta/ hiesukerroksia (silttiä) ja sen alla kivistä hiekkaa tai hiekkaista soraa aina metriin asti. Kallionpinnan asemasta ei ole tarkkaa tietoa, koska 1960-luvulla tehdyissä kairauksissa ei kairattu kallioon asti. Pidättävät silttikerrokset rannassa vähentävät todennäköisesti meriveden sekoittumista vedenottamosta pumpattavaan veteen. Pohjavedenpinta Santalanrannan vedenottamon läheisyydessä on lähellä maanpintaa. Rannassa, havaintoputken HP183 alueella vain noin 0,25 m metrin syvyydessä ja ylempänä rinteessä havaintoputken HP179 kohdalla noin 2 metrin syvyydessä maanpinnasta. Sisämaahan päin hiekkakerrosten paksuus lisääntyy ja pohjavedenpinta on noin metrin tasolla ja maapeitteen paksuus pohjaveden päällä on noin 4 6 metriä luonnontilaisilla alueilla. Soranottoalueilla pohjavedenpinta on useissa kohdin paljastettu. Kuva 3. Geologisen rakenteen selvittämiseksi tehdyt tutkimukset Hankoniemen pohjavesialueella. Pohjakartat: Maaperäkartta GTK ja topografinen kartta Maanmittauslaitos, lupanro 13/MML/12. 5

7 Kuva 4. Santalanrannan alue. Pohjakartat: Maaperäkartta GTK ja topografinen kartta Maanmittauslaitos, lupanro 13/MML/12. Kuva 5. Santalanrannan vedenottamon valuma-alueella oleva soranottoalue, jossa soranotto on paljastanut pohjavedenpinnan. (Valokuva Samrit Luoma) 6

8 2.2 Sadannan vaikutus pohjaveteen Tutkimuksessa käytetyt sadanta ja muut meteorologiset havaintotiedot ovat Ilmatieteenlaitoksen Tvärminnen biologisen aseman säähavaintoaseman mittauksia. Asemalla havainnot on tehty kaksi kertaa vuorokaudessa: aamulla ja illalla kuudelta. Aineistona oli 48 vuoden (vuodet ) aikasarjat, joiden perusteella tarkasteltiin tarkemmin ajanjaksoa ja toisaalta pitkää aikasarjaa käytettiin skenaarioiden laskemisessa. Hankoniemellä satoi välisenä aikana noin 550 mm, sade tuli pääasiassa vetenä (Kuva 6). Sadannan pitkän aikavälin ( ) keskiarvo on Hangon alueella 620 mm (Drebs, 2002). Sadannan vaikutus pohjaveteen Santalan alueen pohjaveden havaintoputkissa näkyy kuvassa 7. Syyssateiden ja lumen sulamisen vaikutus näkyy selvästi pohjavedenhavaintoputkien vedenpinnan nousuna. Matalimmillaan pinnat ovat loppukesällä ja talvella. Vuotuinen pohjavedenpinnan vaihtelu on suurta, putkessa PR2_04 vaihtelu oli 1,33 cm ja putken MV104 alueella 1,03 m. Molemmat putket sijaitsevat lähellä soranottoalueen laitaa, mikä vaikuttanee suureen pohjavedenpinnan vaihteluun. Kuva 6. Hangon meteorologinen aineisto: kuukauden sademäärä (mm), keskimääräinen lämpötila ( o C) sekä lumen syvyys seurantajanjakson (13 kk) ajalta. 7

9 Kuva 7. Sademäärä ja pohjavedenpinnan korkeudet pohjavedenhavaintoputkissa PR2_04, HP1A ja Balt Putkien sijainti näkyy kuvissa 3 ja Merenpinnan ja pohjavedenpumppauksen vaikutus pohjaveteen BaltCICA-hankkeessa mitattiin Hankoniemen pohjavesialueilla pohjavedenpinnan korkeutta ja pohjaveden lämpötilaa vuoden ajan ( ) 12 pohjaveden havaintoputkessa. Mittaus tapahtui tunnin välein automaattisella mittausanturilla (VanEssen Diver). Muutamasta putkesta mitattiin lisäksi pohjaveden sähkönjohtavuusarvo. Santalanrannan alueella kolmessa pohjaveden havaintoputkissa (HP179, HP183 ja HP05) mitattiin pinnan korkeuden ja lämpötilan lisäksi myös 8

10 sähkönjohtavuus. Muista alueen putkista mitattiin lämpötila ja pinnankorkeus. Mittauskohteet on merkitty karttaan kuvissa 3 ja 4. Hangon edustalla, myös tunnin välein mitattu merenpinnan korkeuden mittausaineisto hankittiin Meren tutkimuslaitokselta. Vuoden pituisen seurantajakson aikana meren pinnan korkeus vaihteli Hangon edustalla 1,2 m ja samanaikaisesti Santalanrannan vedenottamon viereisessä pohjaveden havaintoputkessa (HP183) vedenpinta vaihtelu oli 90 cm. Merenpinnan sekä ottamon lähellä sijaitsevien kolmen havaintoputken pohjaveden pinnan korkeuden aikasarjat ovat kuvassa 8. Vedenottamon lähialueen pohjavedenpinnan vaihteluun sekä veden sähkönjohtavuusarvoon vaikuttaa meren lisäksi myös ottamosta pumpattava vesimäärä. Kuvassa 9, ylemmässä aikasarjakuvassa on merenpinnan ja havaintoputki HP179:n pohjavedenpinnan korkeus sekä pohjaveden sähkönjohtavuusarvot mittausajanjakson ajalta. Yhteys korkean merenpinnan ja korkeiden sähkönjohtavuusarvojen välillä näkyy vaikka sähkönjohtavuusarvot eivät nouse kovin paljon. Samassa kuvassa, alemmassa aikasarjassa on merenpinnan ja pohjavedenpinnan (HP179) sekä ottamosta pumpattavan veden määrä mittausajanjakson ajalta. Kuva 8. Meren pinnan ja Santalanrannan alueen pohjavedenhavaintoputkien vedenpinnan korkeudet

11 Kuva 9. Merenpinnan ja havaintoputki HP179:n pohjavedenpinnan korkeus sekä havaintoputki HP179:n pohjaveden sähkönjohtavuusarvot (yläkuva). Merenpinnan ja havaintoputki HP179:n pohjavedenpinnan korkeus sekä Santalanrannan vedenottamon pumppausmäärät (alakuva). Aineistot ovat ajalta Korrelaatio merenpinnan ja pohjavedenpinnan korkeuden suhteen on merkittävin merenrannan läheisimmässä havaintoputkessa (Kuva 10). Samassa kuvassa, oikean puoleisissa diagrammeissa, näkyy Santalanrannan vedenottamon pumppausmäärän merkittävä negatiivinen korrelaatio viereisten putkien pohjaveden pinnan korkeuteen. Mitä enemmän pumpataan sitä alemmaksi laskee pohjavedenpinta. Vaikutus näkyy eniten putken HP183 vedenpinnan muutoksessa. Riippuvuusanalyysin Pearsonin korrelaatiokertoimet ovat taulukossa 1. 10

12 Kuva 10. Havaintoputkien (PH183, HP179 ja HP181) pohjavedenpinnan korkeuden (y-akseli) ja merenpinnan (x-akseli) korkeuden korrelaatio hajontakuvina, vasemman puoleiset kuvat. Havaintoputkien (PH183, HP179 ja HP181) pohjavedenpinnan korkeuden (y-akseli)ja vedenottamon pumppausmäärien korrelaatiot hajontakuvina, oikean puoleiset kuvat. Aineistot ovat ajalta

13 Taulukko 1. Merenpinnan sekä pohjavedenpinnan korkeuden (PH183, HP179 ja HP181) sekä vedenottamon pumppausmäärä ja pohjavedenpinnan korkeuden (PH183, HP179 ja HP181) korrelaatiot Pearsonin korrelaatiokertoimena. Havaintoputki Korrelaatiokerroin, merenpinnan korkeus, m / pohjavedenpinnan korkeus, m HP HP HP Korrelaatiokerroin, pumppausmäärä (m 3 /vrk) / merenpinnan korkeus, m 2.4 Meren vaikutus pohjavedenlaatuun Vedenottamon vedenlaadun seurannan ja BaltCICA-hankkeessa tehtyjen vesianalyysien perusteella ottamon vesi on lähes neutraalia, raudatonta, vain vähän liuenneita aineita sisältävää hyvälaatuista pohjavettä. KMnO 4 -luku on hieman koholla, mikä viittaa siihen, että vedessä on jonkin verran orgaanista ainesta. Vesianalyysin perusteella (Liite1) Santalanrannan vedenottamon molempien kaivojen sekä meren rannassa olevan havaintoputken (HP183) sekä ottamon ylävirranpuoleisen havaintoputken (HP179) vedessä näkyy meriveden vaikutusta: mm. sähkönjohtavuusarvot, kloridi- ja natriumpitoisuudet ovat korkeampia kuin hiekka- ja soramuodostuman sisäosien pohjavedessä. Veden laatu on kuitenkin täysin STM:n talousveden laatuvaatimusten mukaista (STM 2000). Meriveden vaikutus näkyy aivan merenrannan tuntumassa olevan havaintoputken sekä vedenottamon kaivojen veden pääkationien (kalsium, natrium, magnesium, kalium) keskinäisissä ekvivalenttisissa määräsuhteissa (Taulukko 2.) Tarkasteltavat suhdeluvut ovat merivedessä pieniä ja maaperän pohjavedessä suurempia. Santalanrannan ottamon pohjavesialueella suhdeluvut kasvavat rannasta sisämaahan päin mentäessä. Taulukko 2. Kalsiumin ja natriumin sekä kalsiumin ja magnesiumin ekvivalenttiset (mekv/l) suhdeluvut merivedessä ja Santalanrannan alueen pohjavedessä. Havaintopaikkojen sijainti näkyy kuvissa 3 ja 4. Kohde Ca/Na Ca/Mg Merivesi 0,05 0,25 HP183 2,42 3,68 Ottamo, kaivo 2 2,59 3,04 Ottamo, kaivo 1 4,14 5,8 HP179 6,11 11,26 MV ,92 12

14 Vedenottamon kaivojen yläpuolisessa pohjaveden havaintoputkessa (HP179) on kohonnut nitraattipitoisuus, jonka alkuperä on tarpeen selvittää, mikäli alueen vedenottoa aiotaan lisätä. 2.5 Pohjavesimalli: BaltCICA-hankeessa laadittiin Hankoniemen pohjavesialueen 3-dimensionaalinen rakenne- ja virtausmalli (Kuvat 11-12). Malli rakennettiin MODFLOW-ohjelmalla perustuen siihen maa- ja kallioperä ja pohjavesiaineistoon, joka koottiin tai tuotettiin BaltCICA-hankkeessa. Pohjavesimalli saatiin kalibroitua erinomaisesti. Havaitun ja simuloidun aineiston korrelaatio oli lähes 100 %. Ilmastonmuutoksen vaikutus alueen pohjaveteen mallinnettiin laatimalla erilaisia pohjavesiskenaarioita käyttämällä A1B ja B1 ilmastoskenaariodataa. Mallin avulla voidaan paremmin hallita ja havainnoida Hankoniemen pohjavesivaroja. Lisäksi mallin avulla voidaan testata esimerkiksi uuden vedenottamon pumppauksen vaikutusta pohjavesimuodostumaan. Tämän hetkinen keskimääräinen pohjavedenpinnan korkeus on kuvassa 13. Simuloitu pohjavedenpinta pohjavesimallin mukaan keväällä 2009 ja keväällä 2100 on kuvassa 14. Kuva 11. Hankoniemen pohjavesialueen rakennemalli. 13

15 Kuva 12. Maapeitteen paksuus Hankoniemen alueella. Pohjakartat: Maaperäkartta GTK ja topografinen kartta Maanmittauslaitos, lupanro13/mml/12.. Kuva 13. Nykyinen keskimääräinen interpoloitu pohjavedenpinta havaintoputkien tiedon mukaan. Pohjakartat: Maaperäkartta GTK ja topografinen kartta Maanmittauslaitos, lupanro 13/MML/12. 14

16 Kuva 14. Simuloitu pohjavedenpinta pohjavesimallin mukaan keväät tilanteessa vuonna 2009 (ylempi kuva) ja vastaava tilanne vuonna 2100 (alempi kuva). Pohjakartat: Maaperäkartta GTK ja topografinen kartta Maanmittauslaitos, lupanro 13/MML/12. 15

17 3. Ilmastonmuutoksen vaikutus Ilmastonmuutosten vaikutuksia arvioitaessa Hangon laskelmien pohjana käytettiin CCLM mallin A1B ja B1 ilmastoskenaarioita (Hollweg ja muut, 2008). Aineistona käytettiin lämpötilan, sademäärän ja merenpinnan osalta 30 vuoden todellisten mitattujen arvojen keskiarvoja (vuodet ). Malli, jossa käytettiin ns. Delta changemenettelytapaa, tuotti simulaatiot ajalle ja kontrolliajon ajalle sekä ilmasto skenaarioihin A1B ja B1 perustuvat skenaariot ajalle Tässä raportissa on käsitelty viimeistä 30 vuoden ajanjaksoa ( ), jolloin muutokset olivat merkittävimpiä. Skenaariossa kahden mallinnetun 30 vuoden aikajakson sekä keskiarvojen erotus laskettiin kahden eri ilmastoskenaarion (A1B ja B1) perusteella. Erotus lisättiin todellisten mitattujen (FMI) arvojen keskiarvon päälle. Ilmastonmuutoksen on ennustettu lisäävä lämpötiloja ja sateita sekä nostavan Itämeren merenpintaa vuoteen 2100 mennessä. BaltCICA-hankkeen (Hangon hanke) laatiman skenaarion mukaan lämpötila nousisi Hangon alueella talvella keskimäärin noin 4,6 o C ja kesällä hieman vähemmän, noin 2,9 o C (Kuva 15). Sademäärien laskettiin lisääntyvän keskimääräin 15 % (Kuva 16). Suurimmat muutokset sademäärissä arvioitiin olevan syksyllä ja talvella (13 35 %). CLIMBER-mallin mukaan merenpinnan arvioitiin nousevan nykyiseen verrattuna cm (Kuva 17) CLIMBER-malli on kuvattu tarkemmin julkaisussa Montoya ja muut (2005). Jos vuotuinen merenpinnan vaihtelu olisi samanlaista kuin vuonna 2009 voisi merenpinta nousta maksimissaan +1,48 cm. Sademäärässä tapahtuvien muutosten on mallinnettu nostavan pohjavedenpintaan noin cm. Tässä mallitarkastelussa oli mukana sademäärä, lämpötilan ja merenpinnan muutoksen vaikutus pohjavedenpinnan muutoksiin on vielä laskentavaiheessa Merenpinnan pitempiaikaisen nousun ohella merenpinta voi nousta hetkellisesti myrskyaaltojen seurauksena. Merenpinta nousi Hangon alueella +1,32 metriin. Jos vastaavanlainen myrskyaalto tulisi tilanteessa, jossa merenpinta on noussut +81 cm (skenaario vuodella 2100) voisi merenpinta nousta yli 2m nykyiseen verrattuna. Kuvaan 18 on hahmoteltu rannan korkeus Santalanrannan alueella tilanteessa, jossa merenpinta on noussut noin 2 metriä. 16

18 Kuva 15. Mitatun lämpötilan pitkän aikavälin (30 vuotta, vuodet ) kuukausikeskiarvo (violetti viiva) sekä kaksi skenaariota vuosille Skenaario A1B (ruskea viiva) ja B1 (pinkki viiva). Skenaariot on laskettu lisäämällä todellisten mitattujen arvojen päälle mallinnettujen aikajaksojen ( ja ) keskiarvojen erotus Kuva 16. Mitatun sademäärän pitkän aikavälin (30 vuotta, vuodet ) kuukausikeskiarvo (violetti viiva) sekä kaksi skenaariota vuosille Skenaario A1B (pinkki viiva) ja B1 (sininen viiva). Skenaariot on laskettu lisäämällä todellisten mitattujen arvojen päälle mallinnettujen aikajaksojen ( ja ) keskiarvojen erotus. 17

19 Kuva 17. Merenpinnan korkeuden skenaario CLIMber-mallin mukaan ajalle Kuva 18. Skenaario rannan asemasta (punainen viiva) vuonna 2100, jolloin merenpinta noin 2 metriä nykyistä korkeammalla. Pohjakartat: Maaperäkartta GTK ja topografinen kartta Maanmittauslaitos, lupanro 13/MML/12. 18

20 4. Sopeutuminen ja tulevaisuuden vesihuolto Tulevaisuuden olosuhteita mallinnettaessa mallissa on aina useita epävarmuustekijöitä ja eri tekijät voivat joko kerrata tai vaimentaa toistensa vaikutuksia. Ilmastonmuutosten vaikutusten skenaarioiden käyttö pohjavesimallissa tulevaisuuden pohjavesiskenaariota laadittaessa ilmentää sen, että pohjavesiolosuhteet tulevat muuttumaan Hankoniemen pohjavesimuodostumassa. Pohjavesimuutokset ovat erilaisia sen mukaan miten eri tekijät: sademäärän, lämpötilan, haihdunnan ja merenpinnan muutoksen lisäävät tai vaimentavat keskinäisiä vaikutuksiaan: Yleisesti ottaen pohjavesiolosuhteet muuttuvat koko ajan ja esimerkiksi Hankoniemellä jääkauden jälkeinen maannousu on muuttanut pohjavesiolosuhteita paljonkin. Tälläkin hetkellä pohjaveden pinnan vuotuinen vaihtelu on Santalanrannan alueella suurta (kts. Kuva 7). Myös pohjavedenladun vuodenaikaisvaihtelut ovat huomattavia jo nykyisin. Skenaarioiden perusteella Hangon alueella lämpötilan on arvioitu nousevan ja erityisesti talvilämpötilan, jolloin roudan muodostus vähenee, lumipeitteen paksuus ohenee ja talven kesto lyhenee (Kuva 15). Tämän seurauksena pohjavettä muodostuu myös talvella. Kesällä lisääntyvä lämpötila ja toisaalta pidentynyt lämmin aikajakso pidentää kasvukautta, lisää haihduntaa ja vedenkäyttöä kesällä, jolloin pohjavedenpinta laskee nykyistä voimakkaammin kesäaikana. Skenaarioiden mukaan sademäärät kasvavat, etenkin talvella (Kuva 16) ja lisäksi on ennustettu että rankkasateet voimistuvat (Venäläinen ja muut, 2010) Skenaarioiden mukaan Itämerenpinnan on arvioitu nousevan nykyiseen verrattuna Hangon alueella (Kuva 17). Tällä hetkellä maanpinnan kohoaminen vielä vaikuttaa ja Hangon alueella merenpinta laskee 1,3 mm vuodessa. Kun merenpinta nousee, myös pohjavedenpinta nousee. Meriveden suotautumista pohjaveteen voi tapahtua, mikäli pohjavettä ylipumpataan rannan läheisyydessä. Luontaisesti pohjaveden virtaussuunta on maalta merelle päin. Mallin maksimi nousun, +1,48 m tapahtuessa nykyiset Santalanrannan kaivot jäisivät merenpinnan alle. Maksimi nousu on laskettu niin, että mallin antaman (22-81 cm) Itämeren pinnan nousun maksimiarvo (+81 cm) on lisätty vuonna 2009 mitatun korkeimman merenpinnan tason arvon päälle, jolloin on saatu arvo + 1,48 cm (Kuva 18). Merenpinnan ennustetun keskimääräisen nousun lisäksi merenpinta voi nousta hetkellisesti myös myrskyaaltojen seurauksena. Pohjaveden pinnan suuri, nykyisestä lisääntyvä vuodenaikaisvaihtelu vaikuttaa monella tavalla. Pohjaveden hyödyntäminen vaikeutuu, kun pohjavedenpinnan vaihtelut ovat suuria. Toisaalta pohjaveden laatu heikkenee. Pohjavedenpinta on jo tällä hetkellä lähellä maanpintaa monilla alueilla Hankoniemellä, luontaisesti tai soranoton seurauksena. Sadeveden imeytyessä maahan veden epäpuhtaudet (humusaineet, suolat, mikrobit) suodattuvat maanpintaosissa, erityisesti maannoskerroksessa tehokkaasti pois vajovedestä. Jos vajovesivyöhyke on kovin ohut, ei epäpuhtaudet ehdi suodattua vajovedestä vaan pääsevät pohjaveteen asti ja seurauksena pohjaveden laatu heikkenee. 19

21 Ilmastonmuutokseen liittyvät skenaariot ja ennusteet kohdistuvat ajanjaksoon Jo tällä hetkellä voidaan ajoittain nähdä esimerkiksi tulvatilanteita, jotka muistuttavat niitä tulevaisuuden kuvia, joita ilmastonmuutosskenaariossa on kuvattu. Aikaa muuttuviin olosuhteisiin sopeutumiseen on eikä mitään kiireellisiä ratkaisuja tulevaisuuden vesihuollon ratkaisemiseksi tarvitse tehdä. Tulevaisuuden vesihuollon turvaamista Santalanrannan alueella on kuitenkin syytä tarkastella useita erilaisia ratkaisuja tarkastelemalla ja vertailemalla. Pohjavesimallin perusteella mahdollisia uusia vedenhankinta vaihtoehtoja voisi olla seuraavat neljä vaihtoehtoa (Kuva 19): 1) Santalanrannan vedenottamon kaivoja siirretään alueella ylemmäksi rinteeseen. 2) Salpausselän keskiosien (havaintoputki Balt1:n alue) pohjavettä pumpataan ja imeytetään Santalanrannan vedenottamon yläpuolella. Salpausselän keskiosissa on suuret pohjavesivarastot (Kuvat 12 ja 13). Vesi on rauta- ja mangaanipitoista, mutta pitoisuudet eivät ole kovin suuria. Rauta- ja mangaanipitoisuuksia on saatu tehokkaasti pienennettyä ilmastuksella ja imeytyksellä. 3) Suuria muutoksia vedenhankinnassa ei tarvitse tehdä mikäli vedenkulutus kunnassa ja teollisuudessa vähenee ja pumppauksen hyötysuhde saadaan paremmaksi. Santalanrannan vedenottamon sijainti on kuitenkin riskialueella lähellä meren rantaa. Santalanrannan pohjavesialueella ja koko Hankoniemen pohjavesialueella on ongelmana se, että pohjavettä likaavia tekijöitä on useissa eri paikoissa. Moni muodostuman rakenteen ja veden virtauksen kannalta hyvä alue (esim. Västervikin alue) on nykyisen maankäyttömuodon (soranotto, teollisuus) takia sopimaton vedenhankintaalueeksi. Kaikki yllä esitetyt vaihtoehdot edellyttävät kuitenkin lisäselvitysten ja tutkimusten tekemistä. 20

22 Kuva 19. Santalanrannan vedenottamon lähellä olevat alueet, joissa vedenhankinnallisia tutkimuksia voidaan jatkaa. Pohjakartat: Maaperäkartta GTK ja topografinen kartta Maanmittauslaitos, lupanro 13/MML/ Yhteenveto BaltCICA-hankkeen toimesta tehtiin työtä Hankoniemen pohjavesiolosuhteiden ja pohjavedenvirtauksen mallintamiseksi. Koottiin kaikki saatavilla oleva aikaisempi tutkimustieto yhteen ja tehtiin lisäselvityksiä alueilla, joista ei ollut riittävästi tietoa saatavilla. Hankkeen päätavoite oli tuoda 3-dimensionaalinen pohjavesimalli, jonka avulla voidaan hallita ja havainnoida Hangon pohjavesiolosuhteita ja niissä tapahtuvia muutoksia. Ilmastonmuutoksen vaikutusten skenaarioiden (lämpötila, sademäärä ja merenpinnan muutos) avulla mallinnettiin tulevaisuuden pohjavesiolosuhteita hankoniemellä. Hangon pohjavesivarat ovat huomattavan suuret, mutta pohjaveden laatua uhkaa useat eri tekijät. Laatu on jo nyt paikoin heikentynyt erilaisten päästöjen ja maankäytön vuoksi. Tässä selvityksessä on paneuduttu ilmastonmuutoksen mahdollisesti tuomiin uhkiin ja niiden havainnollistamiseen pohjavesimallin avulla. 21

23 6. Kirjallisuus: Backman, Birgitta, Luoma, Samrit, Klein, Johannes, Juhola, Sirkku ja Paakkonen Kimmo, 2011: Merenpinnan nousu on uhka rannikon vesihuollolle. Kuntatekniikka 5/2011. Birgitta Backman, Samrit Luoma, Philipp Schmidt-Thomé and Jukka Laitinen Potential risks for shallow groundwater aquifers in coastal areas of the Baltic Sea: A case study in the Hanko area in South Finland. In: Christer Pursiainen (ed.) Towards a Baltic Sea Region Strategy in Critical Infrastructure Protection. Nordregio R eport 2007: s. Breilin, O., Paalijärvi, M., and Valjus T., Pohjavesialueen geologisen rakenteen selvitys I Salpausselällä Hanko Lappohja alueella. Geologian tutkimuskeskus, Espoo. Raportti p. Harju, Piri., ympäristö-keskus. Monisteita 22. Hangon pohjavesialueiden suojelusuunnitelma. Uudenmaan Heinz-Dieter Hollweg, Uwe Böhm, Irina Fast, Barbara Hennemuth, Klaus Keuler, Elke Keup-Thiel, Michael Lautenschlager, Stephanie Legutke, Kai Radtke, Burkhardt Rockel, Martina Schubert, Andreas Will, Michael Woldt, Claudia Wunram, 2008: Ensemble Simulations over Europe with the Regional Climate Model CLM forced with IPCC AR4 Global Scenarios. Model and Data group, Max Planck Institute for Meteorology, Hamburg, Germany. Technical Report No sivua. IPCC Climate Change The Physical Science Basis, Summary for Policymakers. Fourth Assessment Report, a Report of Working Group I, Intergovermental Panel on Climate Change (IPCC), 18 s. Luoma Samrit, Klein Johannes, Backman Birgitta& Juhola Sirkku 2012A: Climate change and groundwater: Impacts and Adaptations in Hanko aquifer, south Finland. Kirjassa Schmidt-Thóme, Philipp and Klein, Johannes (editors) (Työn alla) Luoma, Samrit, Backman Birgitta, Klein Johannes & Pullinen Arto, 2012B: Field investigations and data analysis of the Hanko aquifer. GTK arkistoraportti. (Työn alla) Luoma, Samrit ja Pulllinen, Arto, Field Investigation and Estimates of Hydraulic Conductivit y from Slug Tests in the First Salpausselkä formation in the Santala area, Hanko, south Finland. GTK arkistoraportti 13/ sivua Maa ja Vesi, Hangon pohjavesialueiden suojelusuunnitelman päivitys (in Finnish with Swedish abstract). Hanko City and Uusimaa Regional Environment Centre. 42 p. 22

24 Montoya, M., A. Griesel, A. Levermann, J. Mignot, M. Hofmann, A. Ganopolski and S. Ramstorf, The Earth System Model of intermediate Complexity CLIMBER-3α. Part 1: description and performance for present day conditions. Climate Dynamics, 25, Schmidt-Thóme, Philipp & Klein, Johannes (editors) 2012: Climate change adaptation in practice from strategy development to implementations. Wiley & Blackwell (Työn alla) Sosiaali- ja terveysministeriö, 2000: N:o 461, STM:n asetus talousveden laatuvaatimuksista ja valvontatutkimuksista. Venäläinen, Ari, Johansson, Milla, Kersalo, Juha, Gregow, Hilppa, Jylhä, Kirsti, Ruosteenoja, Kimmo, Neitiniemi-Upola, Leena Tietäväinen Hanna ja Pimenoff Natalia, 2011: Ilmastotietoja ja skenaarioita pääkaupunkiseudun ilmastomuutokseen sopeutumisohjelmaa varten. Ilmatieteenlaitos. BaltCICA-hanke 23

25 Menetelmä HP179 HP183 Santala PVO 2 Liite 1 Santala PVO 1 MV104 Balt1 Merivesi pvm Kenttämit pvp m pp Kenttämit. 2,68 1,18 8,42 2,99 ph Kenttämit. 6,9 6 6,5 6,7 7,4 6 EC ms/m25 C Kenttämit. 28,9 18,4 13,8 18,9 14,4 5,4 Lämpötila oc Kenttämit. 6,4 5,7 6,9 6,5 8,2 6,1 CO 2 mg/l Kenttämit O 2 mg/l Kenttämit. 1,8 4,1 3,4 3,3 7,7 5,2 Ag µg/l 139M <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 Al µg/l 139M 3, ,46 5,73 32,2 43,3 9,98 As µg/l 139M 0,86 0,1 0,7 1,12 0,46 0,2 0,65 B µg/l 139M 13,4 15,1 12,7 13,5 7,23 5,84 0,579 Ba µg/l 139M 10,9 7,47 3,95 5,14 1,65 5,47 19,6 Be µg/l 139M <0.1 0,27 <0.1 <0.1 <0.1 <0.1 <0.1 Bi µg/l 139M <0.02 <0.02 <0.02 <0.02 <0.02 <0.02 0,02 Cd µg/l 139M 0,02 0,12 <0.02 0,02 <0.02 0,05 <0.02 Co µg/l 139M 0,03 2,85 0,02 0,04 0,08 1,4 0,09 Cr µg/l 139M <0.2 <0.2 <0.2 <0.2 0,67 <0.2 <0.2 Cu µg/l 139M 2,63 1,44 1,51 3,85 1,06 0,88 0,85 K mg/l 139M 4,74 2,51 1,71 2,13 0,98 0,7 59,2 Li µg/l 139M 5,45 5,23 2,25 2,6 1,64 0,51 25,3 Mn µg/l 139M 21,1 75 0,08 0,92 1,03 57,4 7,07 Mo µg/l 139M 2,64 0,5 0,44 0,79 0,48 1,42 1,73 Ni µg/l 139M 0,76 5,89 0,26 0,5 0,56 3,43 0,95 P µg/l 139M <10 <10 <10 <10 <10 <10 <10 Pb µg/l 139M <0.05 <0.05 <0.05 <0.05 <0.05 0,06 0,06 Rb µg/l 139M 3,6 0,25 0,48 1,06 1,13 1,62 18,5 Sb µg/l 139M 0,05 0,02 0,02 0,04 0,03 0,02 0,11 Se µg/l 139M 1,87 <0.5 <0.5 <0.5 <0.5 <0.5 25,1 Sr µg/l 139M ,1 51,1 87,4 80,4 22, Th µg/l 139M <0.01 <0.01 0,01 0,03 0,02 <0.01 0,01 Tl µg/l 139M <0.01 0,01 <0.01 0,01 0,01 0,02 0,04 U µg/l 139M 7,52 1,21 1,65 4,64 1,11 0,22 0,67 V µg/l 139M 0,31 <0.05 0,21 0,34 0,61 0,05 0,39 Zn µg/l 139M 3,34 10,4 4,66 4,28 4,91 4,87 7,75 Ca mg/l 139P 43 18,5 14,1 23,4 22,2 4,12 69,3 Fe mg/l 139P <0.03 <0.03 <0.03 <0.03 0,06 0,24 <0.03 Mg mg/l 139P 2,35 3,04 2,9 2,95 1, Na mg/l 139P 8,15 8,92 6,37 6,55 2,71 2, Si mg/l 139P 5,68 9,57 7,05 6,54 5,26 7,47 0,37 S mg/l 139P 9, ,55 4,71 2,95 3, PO4 mg/l 143C 0,0204 0,0214 0,0286 0,028 0,029 0,0219 0,101 ph 143I 6,86 5,83 6,36 6,71 7,47 5,48 8,41 EC ms/m 25 C 143I 28,3 17,9 12, ,8 4, Br mg/l 143R <0.1 <0.1 <0.1 <0.1 <0.1 <0.1 19,1 Cl mg/l 143R 7,83 7,82 7,6 7,3 2,6 3, F mg/l 143R 0,5 0,6 0,4 0,26 0,1 <0.1 <1 SO 4 mg/l 143R 27,5 38,3 13,3 13,7 8,9 9,3 356 NO 3 mg/l 143R 6,6 0,4 0,7 2,2 3,5 0,29 <20 Alkaliniteetti mmol/l 143T 1,96 0,59 0,76 1,38 1,08 0,14 1,42 KMnO 4 luku mg/l 143T 5,3 3 3,8 6,2 1,3 1,9 26 Väriluku Pt mg/l 143Z <5 <5 <5 <5 <5 <5 5 24

26 BaltCICA Hanko Loggaus pohjavesiputki Balt Liite 2. mittaus putki syv. syv. ph O2 Sähkönj. Lämpöt m pp m N60 mg/l ms/m C 1 umpi 3,5 11,58 5,867 8,27 5,36 11,4 2 umpi 5,5 9,58 5,772 9,46 4,43 6,9 3 siivilä 6 9,08 5,772 9,46 4,43 6,4 4 " 7 8,08 5,678 9,55 4,48 6,2 5 " 8 7,08 5,68 10,02 4, " 9 6,08 5,719 10,46 4,46 6,1 7 " 10 5,08 5,737 10,18 4,75 6,2 8 " 11 4,08 5,849 9,54 5,04 6,2 9 " 12 3,08 5,827 9,57 4,98 6,3 10 " 13 2,08 5,84 9,43 5,03 6,4 11 " 14 1,08 5,863 9,18 5,16 6,4 12 " 15,5-0,42 5,886 9,09 5,18 6,5 Balt1 EC ms/m Balt1 O2 mg/l Syvyys m mpy N Syvyys m mpy N