Hästholmenin HH-KR 1 :n kairauksenaikainen vesinäytteiden otto ja analysointi vuonna 1 997

Transkriptio

1 Työraportti Hästholmenin HH-KR 1 :n kairauksenaikainen vesinäytteiden otto ja analysointi vuonna Marja Keinonen Jouko Helenius Raija Mäkinen Huhtikuu 1998 POSIVA OY Mikonkatu 15 A, FIN-1 HELSINKI. FINLAND Tel Fax

2 Työraportti Hästholmenin HH-KR 1 :n kairauksenaikainen vesinäytteiden otto ja analysointi vuonna Marja Keinonen.Jouko Helenius Raija Mäkinen Huhtikuu 1998

3 IMATRAN VOIMA OY Teknologiakeskus Asiakirjan nimi ja numero TYÖRAPORTTI Sivu 1 (1) Org. yksikkö/laatija Y mpäristötekniikka/j.helenius, M.Keinonen Päivämäärä Arkistotunnus Jakelu: Posiva Oy Tarkastaja U-c c; abiiu_ Hyväks "ä Pvm {2 ;-,lt')-=jp Pvm Avainsanat Korvaa SailytysaiKa, v. 7 Os s HÄSTHOLMENIN KAIRANREIÄN HH-KRl KAIRAUKSEN AIKAISEN VESINÄYTTEENOTON TULOKSET VUONNA 1997 Imatran Voima Oy 1998 d: \user\ word\posiva\hh97, etulehti suomi logollinen. doc Il YHTIÖT

4 Työ raportti Hästholmenin HH-KR 1 :n kairauksenaikainen vesinäytteiden otto ja analysointi vuonna Marja Keinonen Jouko Helenius Raija Mäkinen Teknologiakeskus Huhtikuu 1998 Pasivan työraporteissa käsitellään käynnissä olevaa tai keskeneräistä työtä. Esitetyt tulokset ovat alustavia. Raportissa esitetyt johtopäätökset ja näkökannat ovat kirjoittajien omia, eivätkä välttämättä vastaa Posiva Oy:n kantaa.

5 2 HÄSTHOLMENIN KAIRANREIÄN HH-KR1 KAIRAUKSEN AIKAISEN VESINÄYTTEENOTON TULOKSET VUONNA 1997 TIIVISTELMÄ Hästholmenin tutkimusalueelle on kairattu vuonna 1997 neljä uutta kairanreikää HH KR1-KR4, joiden avulla on tarkoitus tutkia mm. pohjaveden kemiallista laatua syvällä kallioperässä ja pohjaveden suolaisuutta syvyyden suhteen. Ensimmäinen uusista kairanrei'istä, HH-KRl, on kairattu huhti-toukokuussa 1997 VLJ-luolan ajotunnelin läpi. Tässä raportissa esitetään kairanreiän HH-KRl kairauksen aikainen vesinäytteiden otto ja analyysitulokset Avainsanat paikkatutkimukset, pohjavesi, näytteenotto, analyysit

6 GROUNDWATER SAMPLES COLLECTED DURING DRILLING OF BOREHOLE HH-KR1 AT HÄSTHOLMEN IN 1997 ABSTRACT In 1997 four deep boreholes HH-KR1 - KR4 were drilled at the investigation site for disposal of spent fuel at Hästholmen. The boreholes are drilled a.o. to investigate the groundwater chemistry deep in the bedrock and the salinity of the groundwater as a function of depth. The first ofthe new boreholes, HH-KR1 was drilled in April- May 1997 through the access tunnel to the VLJ-repository for low- and intermediate level waste. This study presents the groundwater sampling methods and results of laboratory analyses of the groundwater samples taken during drilling of borehole at Hästholmen. Keywords: site investigation, groundwater, sampling, analyses

7 4 SISÄLLYSLUETTELO Tiivistel mä Abstract 1 YLEISTÄ 5 2 VESINÄYTTEIDEN OTTO Näytteenottokohta Näytteenottomenetelmä ja mittaustulokset 6 2. Analysoitavat parametrit ja käsittely ennen analysointia 7 ANALYYSITULOKSET 9.1 Fysikaalis-kemialliset määritykset 9.2 Isotoopit ja kaasut 1 4 TULOSTEN TARKASTELU 12 5 YHTEENVETO 1 6 VIITTEET 14 LIITE 1 Syvyyden 4-9 m kenttämittauskäyrät

8 5 1 YLEISTÄ Hästholmenin tutkimusalueelle kairatiavien uusien kairanreikien avulla selvitetään mm. syvän kalliopohjaveden kemiallista laatua ja erityisesti pohjaveden suolaisuutta syvyyden suhteen. Ensimmäinen uusista kairanrei'istä, HH-KR1, on kairattu huhtitoukokuussa Reikä kairattiin niin, että se lävistää n. metrin syvyydessä VLJluolan ajotunnelissa olevan lastauspaikan. Reikä on putkitettu noin viiden metrin reikäsyvyyteen lastauspaikan lattiatason alapuolelle. Näytteenottoa varten kalliotilassa olevaan suojaputken osaan on asennettu T -kappale ja kolmitieventtiili (kuva 1) Tässä raportissa esitetään kairanreiän HH-KR1 kairauksen aikainen vesinäytteiden otto ja analyysitulokset vuonna 1997 sekä huuhteluveden analyysitulokset (Posivan tilaus 9591/97/MVS) Kuva 1. Periaatekuva HH-KR 1 :n suojaputkeen asennetuista venttiheistä ja näyttenottoputkesta kairauksen aikana tapahtuvassa vesinäytteenotossa

9 6 2 VESINÄYTTEIDEN OTTO 2.1 Näytteenottokohta Kairanreiän HH-KR1 koordinaatit on koottu taulukkoon 1. HH-KR1 :n kokonaispituus on 12,9 m. Taulukko 1. HH-KR1 :n koordinaatit mitattuna kairanreiän suuaukon keskipisteestä. Reikä X y z HH-KR , ,86 7,1 2.2 Näytteenottomenetelmä ja mittaustulokset Vesinäytteenotto tapahtui Hästholmenin VLJ-luolan ajotunnelista noin metrin syvyydellä olevassa lastauspaikalla, jossa kairattu reikä lävisti tunnelin. Tunnelin osuus on varustettu suojaputkella, jossa on T-haara. Ensimmäisellä kerralla näytteenotto tapahtui sulkemalla yläventtiili ja ottamalla näytevesi ulostulo haarasta. Seuraavilla kahdella kerralla näytteenotto tapahtui sulkemalla reikä kairausputkiston ja mekaanisesti paisutettavien avulla. Tarkoituksena oli ottaa vesinäytteet alimman tulpanja reiän pohjan välistä, minne kolme rei'itettyä kairausputkea oli sijoitettu. Veden pääsy ulostulohaaraan muualta estettiin asettamalla kaksi tulppaa reiän yläosassa sijaitsevaan 64/57 -suojaputkeen. Ylempi tulppa asennettiin T-kappaleen yläpuolelle ja alempi tulppa kallioon sementoidun suojaputken osuudelle. Tulppien väliin oli asennettu yksi reikäputki, jolloin vesinäyte saatiin ulostulohaarasta. (Rautio, 1997) Posivan läpivirtauskennosto kytkettiin suojaputken T-haaraan 27.. klo klo 8., klo klo 9. ja 9.5. klo klo 9. välisiksi ajoiksi, jolloin mittaus oli päällä yhtäjaksoisesti. Näytteenottosyvyydet olivat 4-9 m, mja m. Kennosto oli suojattu mittausten aikana N 2 - kaasulla. Kennostossa mitataan jatkuvatoimisesti pohjaveteen liuennut happi, redox-potentiaali, phja sähkönjohtavuus sekä lämpötila. Mittaustulokset (manuaaliset) on esitetty taulukossa 4. Ensimmäisen näytteenoton yhteydessä tallennettujen tiedostojen perusteella piirretyt käyrät on esitetty liitteessä 1. Kenttämittareiden toiminnassa esiintyi häiriöitä toisella ja kolmannella kerralla mittauksessa laitteiston sähkön syötässä oli ongelmia ja mittauksessa ph- elektrodin kuori oli vaurioitunutja se vaikutti myös redoxmittauksiin, mutta mahdollisesti myös sähkönjohtavuuden mittaamiseen.

10 7 Ensimmäisen näytteenoton yhteydessä veden tuotto oli kuristettu 5 litraan minuutissa ja reiästä juoksutetun veden kokonaismäärä oli 27 9 litraa. Toisessa näytteenotossa tuotto oli kuristettuna litraan minuutissa. Kokonaistuotto oli tuolloin litraa. Kolmannella kerralla tuotto oli 6 litraa minuutissa ja kokonaistuotto oli litraa. HH-KR1 :n vesinäytteet kerättiin kolmena ajankohtana, , ja Huuhteluvesinäyte otettiin toisen vesinäytteenoton yhteydessä Suomen Malmi Oy:n käytössä olleesta vesipostista voimalaitoksen varastoalueella. 2. Analysoitavat parametrit ja käsittely ennen analysointia Vesinäytteet on otettu ja niiden kestävöinnissä on noudatettu Posivan kenttätyön ohjetta (Ruotsalainen et a , 1998). Huuhteluvesinäytteet kestävöitiin näytteenoton yhteydessä taulukossa 2 esitetyllä tavalla ja vastaavasti pohjavesinäytteet taulukossa esitetyllä tavalla. Näyteastiaina käytettiin seerumiputkia, polyeteenipulloja, lasiampulleja sekä hioskorkillisia että Pyrex-lasipulloja. Osa näytteistä suodatettiin on-line menetelmällä ensin karkeamman suodattimen läpi ja sen jälkeen,45 J..tm membraanisuodattimen läpi. Taulukko 2. Huuhteluvedestä analysoidut parametrit, näytemäärät ja kestävöintimenetelmät Analyysit Näytemäärä (1)- ja astia Suodatus ja kestävöinti yleiset ominaisuudet, 2x,5 PE suodatus Si2 tiheys 1x,5 PE et alkal. + asid. 1x1 + 1x,5 Pyrex et uraniini 1 x,25 PE happopesty ei/alumiinifolio Fe2+, Fekok 5x, 1 Winkler/happopesty suodatus + 2 ml conc. HCl AAS** (kationit) 1 x,5 PE happopesty suodatus + 2,5 ml conc HNO IC* (anionit),5 PE suodatus Nkok 1x,25 PE suodatus skok 1x,1 PE suodatus DOC 2x, 15 PE, lasiampulli suodatus Ukok' U-28/U24 1x1 suodatus + 5 ml conc. HCl H-2, -18 2x,1 seerumiputki et H- 1x1 tumma lasipullo et * IC= Ionikromatografia (S 4, P 4, Cl, Br, N2, N ) ** AAS= Atomiabsorptiospektroskopia (Na, K, Ca, Mg, Mn, Al, Fe, Ba)

11 8 Taulukko. Kairanreiän HH-KR1 :n vesinäytteiden analysoidut parametrit, näytemäärät ja kestävöinti Analyysit Näytemäärä (1) ja -astia Suodatus ja kestävöinti yleiset ominaisuudet, 2x,5 PE suodatus Si2 tiheys 1x,5 PE e1 alkal. + asid. 1x1, + 1x,5 Pyrex et DIC (C2kok)+DOC x,15 lasiampulli (N2- suodatus huuhdeltu) s2- x,1 Winkler,5 ml 1M Zn(Ac) +,5 ml 1MNaOH kaasut 2x,15 lasiampulli (Ar- e1 huuhdeltu) urannn1 1x,25 PE happopesty ei/alumiinifolio Fe2+, Fekok 5x, 1 Winkler/happopesty suodatus + 2 ml conc. HCl AAS** (kationit) 1x,5 PE happopesty suodatus + 2,5 ml conc HNO IC*(anionit),5 PE suodatus NH 4 + 2x,1 suodatus +,5 mllm HCl Li, Rb, Sr 1 x,5 PE, happopesty suodatus + 1 ml conc HN pkok.,5 PE suodatus + 5 ml4m H2S 4 Bkok 1 x,25 PE, happopesty suodatus Nkok 1x,25 PE suodatus skok lxo,l, PE suodatus r 1x,1lasipullo suodatus H-2, -18 2x,1 seerumiputki e1 H- 1 x 1, lasipullo et Rn x,1 ml ei (kellonaika) Ukok' U-28/U24 lx1 suodatus + 5 ml conc. HCl Sr-87 /Sr-86 2x,5/happopesty 5 ml conc HN C-1/C-14 lx,25 Pyrex-lasipullo, suodatus happopesty S-4(S4),5-1 PE happopesty ZnAc+BaC12-18(S4) 1-5 PE happopesty ZnAc + BaC12 * IC= Ionikromatografia (S 4, P 4, Cl, Br, N2, N ) ** AAS= Atomiabsorptiospektroskopia (Na, K, Ca, Mg, Mn, Al, Fe, Ba) Syvyyksistä 4-9 m ja m otetut näytteet analysoitiin edellä esitetyn ohjelman mukaisesti. Syvyydestä m otettu näyte sisälsi niin paljon huuhteluvettä (51 J..tg/1 = 1 %), että siitä tehtiin suppeampi analyysi.

12 9 ANALYYSITULOKSET.1 Fysikaalis-kemialliset määritykset Kairanreiän HH-KRl ja kairauksessa käytetyn huuhteluveden analysoidut fysikaaliskemialliset suureetja analysoinneista vastanneet laboratoriot ovat taulukossa. Analyysimenetelmät ovat joko SFS- tai muiden standardien mukaisia tai yleisesti hyväksyttyjä ja käytettyjä menetelmiä. Kaikki näytteet ovat ph-arvonsa perusteella neutraaleja tai lievästi emäksisiä. Kahden ensimmäisen näytteen, 4-9 m (1.4.97) ja m ( ), ph on neutraali, 6,9 ja 7,. Kolmannen näytteen, m ( ) ph on lievästi emäksinen, 7,5. Huuhteluvesi on lievästi emäksistä, ph 7,5. Davis & De Wiestin (1967) mukaan kairanreiän HH-KRl vesi on Na-Ca-Cl- tyyppiä. Davisin (1964) TDS-luokituksen mukaan syvyyksistä 4-9 mja m otetut näytteet ovat murtovettä ja syvyydestä m otettu näyte on suolaista vettä. Huuhteluvesi on Na-S 4 -HC -tyyppistä makeaa vettä. Taulukko 4. Kairanreiän HH-KRl kairauksen aikaisten vesinäytteiden fysikaaliskemialliset ominaisuudet, pääkationien ja -anionien pitoisuudet sekä analyysien suorittaneet laboratoriot. Parametri Laatu HH-KRl HH-KRl HH-KRl Huuhtelu- Analysoinut 4-9 m m m vesi laboratorio ph, 25 C, lab. 6,9 7, 7,5 7,5 ph, kenttä 6,9 7, 7,8 sähkönjohtav., 25 C, 1 ms/m ,9 sähkönjohtav., 25 C, k ms/m Eh,k mv TDS (laskettu) mg/ urannn1 1-lg/1 <1 51 <1, Alk tot (m-luku) mmol/ ' ' ' ' Atkaliteetti (p-luku) mmol/1 ei tod. ei tod. ei tod. ei tod. Asiditeetti (-p-luku) mmol/1.17,22,5,22 tiheys g/ml 1,2 1,11 DIC mgc/1 1,7 4,7 DOC mgc/1 1, 1, 1,2 4, s2- tot mg/1 <,1 <,1 <,1 r mg/1,8,19

13 1 ei- p- Br- so/- PO - 4 NH 4 + typpi, N rikki, s fosfori, P boori, B silikaatti, Si 2 rauta(ii), Fe(II) 4 rauta, F ekok 4 alumiini, Al natrium, Na kalium, K kalsium, Ca magnesium, Mg mangaani, Mn litium, Li rubidium, Rb strontium, Sr 2 4 mg/ ,7 mg/1 1,1 1,1 1,,2 mg/1 14,4 15, 82 mg/ mg/1 <,1 <,1 mg/1 1,9 1,4,14 <,5 mg/1 1,6 1,,16, mg/ ,8 18,4 mg/1 <,1 <,2 mg/1,8,4 mg/1 12,9 7,7 6,5 2,7 mg/1 4, 5, 2, mg/1 5,6 6,,2,9 mg/1,5,89,5 mg/ mg/ ,1 mg/ ,1 mg/ ,5 mg/1,2 1,2,4 mg/1,1,76 mg/1 <,,6 mg/1 5,9 Kannettava mittari näytti 115 ms/m Näyte tuotiin keräyspullossa laboratorioon ja titrattiin käsin Määritetty kentällä käsin titraten Vesi-Hydro VTT VTT VTT VTT Näyte tuotiin keräyspullossa laboratorioon ja kokonaisrauta ja rauta(ii) tehtiin ferroziini-menetelmällä ; Imatran Voima Oy, Teknologiakeskus Vesi-Hydro; Vesi-Hydro Oy VTT; Valtion teknillinen tutkimuskeskus, Kemian tekniikka USGS; U.S.Geological Survey, USA.2 Isotoopit ja kaasut Vesinäytteistä määritettyjen isotooppien ja veteen liuenneiden kaasujen pitoisuudet on esitetty taulukossa ja 8H-2 tulosten perusteella alimman näytteenottovyöhykkeen ( m) vesi on kevyintä ja poikkeaa selvästi ylempien näytteenottovälien vastaavista tuloksista.

14 11 Parametri Taulukko 5. Kairanreiän HH-KR1 kairauksen aikaisten vesinäytteiden isotoopit ja kaasut. Laatu HH-KRl HH-KRl HH-KRl Huuhtelu- Analysoinut 4-9 m m m vesi laboratorio Isotoopit 8H Sr-87 /Sr-86 o/oo SMOW -86, o/oo SMOW -1,6,722-85,9-1,5-94,4-12,5,7246-7,8-8,9 IFE IFE USGS S-4, (S4) -18 (S4) 8C-1 C-14 H- Cl-7 U-28 U-28 o/oo CDT o!oo PDB o!oo PDB pmc TU o!oo SMOC mbq/1 f.lg/1 2,48 12,8-16,84 15,5 <,8 -,18 7,7,6 1, 25,56 1, -16 7,4 <,8 -,28 2,25,182 15,7 1,1,92 Waterloo Waterloo Uppsala Uppsala Waterloo Waterloo HYRL HYRL U-24/U-28 2,64,2 1,5 HYRL kaasut: 2 He H2 Ar N2 CH4 C2 C2H2 C2H4 C2H6 Rn-222 mg/1.1.2 ml/1,86 f.llll 1 ml/1,4 ml/1 18,5 ml/1,64 ml/1 1,56 f.ll/1 <,1 f.ll/1,1 f.ll/1,1 Bq/ IFE; Institutt for Energiteknikk, Norja USGS; U.S.Geological Survey, USA Waterloo; University ofwaterloo, Kanada.1 4,4 88,47 25,2,,58 ei havaittu,12,27 14 Uppsala; Tandem Laboratory, Uppsala University, Ruotsi ; Imatran Voima Oy, Teknologiakeskus HYRL; Helsingin yliopisto, radiokemian laboratorio HYRL

15 12 4 TULOSTEN TARKASTELU Näytteenottovyöhykkeen m näyte sisälsi 51 J..Lg/1 (=: 1%) huuhteluvettä, joten näytteestä tehtiin suppeampi analyysiohjelma. Huuhteluvesi on saattanut vaikuttaa tämän vyöhykkeen analyysituloksiin (sekä isotooppitukseiin että muihin parametreihin). Analyysitulosten luotettavuutta on tarkasteltu ionien sähköisten varauksien tasapainolaskelmalla, sillä vesi on neutraali kokonaisvaraukseltaan (Matthess & Harvey, 1982). Ionien varaustasapaino lasketaan prosentteina seuraavan kaavan mukaan: Kationit - Anionit E = * 1 Kationit + Anionit Laskelmaavarten analyysituloksissa ilmoitettujen konsentraatioiden yksiköt (mg/1) muunnetaan yksiköksi mekv/1 seuraavasti: mekv/1 = c*arvo*(l/m), jossa c = näytteen konsentraatio, mg/1 arvo = mekv/mmol M = ionin molekyylipaino, mg/mmol Jonitasapainossa saadut ± 5% poikkeamat katsotaan hyväksyttäviksi. Tarkastelun mukaan laboratorioanalyysien tulokset ovat luotettavia (poikkeamat 1,49 %, 1,7% ja- 1,2% näytteille 4-9 m, mja m). Huuhteluvedelle saatu poikkeama on -.51%.

16 1 5 YHTEENVETO Hästholmenissa otettiin uudesta kairanreiästä HH-KR1 näytteet kairauksen aikana huhti-toukokuussa 1997 syvyyksistä n. 4-9 m (1.4), m (28.4) ja m (12.5). Näytteet olivat neutraaleja tai lievästi emäksisiä. Vesi oli Na-Ca-Cltyyppiä olevaa murtovettä (kaksi ylintä syvyyttä) ja suolaista vettä (alin näytteenottosyvyys). Huuhteluvedestä otettiin näyte Näyte oli lievästi emäksistä Na-SO/- HC - -tyyppiä olevaa makeaa vettä.

17 14 6 VIITTEET Davis, S.N., ( 1964 ), The chemistry of saline waters, Krieger R.A. - Discussion, Groundwater, Vol2(1), s.51 Davis, S.N. & De Wiest, R.J.M., (1967), Hydrology, 2.painos, Wiley, New York. Matthess, G. ja Harvey, J., (1982), The properties of groundwater. John Wiley&Sons. 46 s. Rautio, T., (1997), Syväkairaus HH-KR1 Loviisan Hästholmenilla vuonna 1997, Työraportti-97-1, Suomen Malmi Oy Ruotsalainen, P., ( 1994 ), TV :n vesinäytteenoton kenttätyöohj e, Työraportti-P A TU , Fintact Ky

18 I/I 'tllii1 "/17 /97" "/77 /97" "/71 /97" ",)/71 /91" ''Oj/78/97'' "/78/97" "Oj/78/97" "O,S/78/97" "Oj/18/91" "Oc5/78/97" "Oj /18/17" "Oj/78/91" "Oj/79/97" "Oj/79/97" "Oj/79/91" ".5/79/97" " /!) /97" "O,S/29/91" "Oj/79/91" "Oj/79/97" ",)/ J/91" "Oj ;:so /97" "Ojj:S/97" "Oj/ J/97" "/S/97" "Oj / /97" "-S/SOjC)7" "(L5/S1/91" "OCS/S 1 /91" "O:S/S 1 /97" "/S 1 /97" "/S 1 /97" "/1/97" ''Oj j_s 1 /97'' "Oj/S 1 /97" "/1/97" "/1/97" N N --" 1 1 < 1 --" " ::I: Q): ta r+ ::::r C1) ::l " AJ 1 U) w m ::::r

19 "/27 /97" "/77 /97" "/27 /97" "/27 /97" "/28/97" "/28/97" "/28/97" "/28/97" "/28/97" "/78/97" "/18/97" "/28/97" "//9/" "/1 /97" "/1/97" "/1/97" "/51 /97" "/1/97" "/1/97" "/1/97" "/1 /97" "4 /1 /97" "4/1/91" Z/I.1111 (X) < < '1 '1 (/)...lo....lo....lo....lo. '1...lo....lo. '1 :::I: S»:... en :::r (1) ::l " ::: 1 CD w en S»: :::r " : ::l - :::r iit < s:::: s:::: en

20 t/l lll1 1 1 "/TI /97" i "O!J/TI /97" 1 "/27 /97" "/27 /97" (Q ::::: lo....lo. "/28/97" "/28/97" "/28/97" "/28/97" } "/78/97" "/?8/91" "/78/97" ":5/28/97" :I: D): fb... "/79/97" ::; (t) :1 " AJ CO w ::; S» "C "C ) "/1/97" " /1 /97" "/1/97" "/1 /97" "/1 /97" "/1/97" "/1/91" "/1/97" "4 /1 /97" "4/1/97"

21 t/l Hlll'1 "5/77 /97" "/71 /9!" ",)/FI /97" "OJ/77 /97" "/78/9 /" "/78/91" "/18/91" "/28/97" II ()j " "/28/91" "(t5 /78/9 7" '',) /78/9 /'' "CU/79/97" "Oj/79/97" "/19/91" "/19/91" "/79/97" "/79/97" ''/79/97'' "/S/97" "CU//97" "/ /97" "/ /91" "CU/1 /97" "/ j 1 /97" "/1/97" "/1/91" "/1/97" "(}:) /1 /97" "/1 /97" "CfS (S 1 /97" "(} /1 /17" "/1/97" (J) (J) N (J) (J) > (J) (X) -...! -...! N -...! -...! (J) -...! (X) (X) :::I: s:u: en r+ ::::T (t) ::::s :;c " 1 CD w "C :::I: