Sotkamon Pöllyvaaran pohjavesialueen geologinen rakenneselvitys

Transkriptio

1 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys Pohjavesi -yksikkö Kuopio 83/2018 Sotkamon Pöllyvaaran pohjavesialueen geologinen rakenneselvitys

2

3 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys Pohjavesi -yksikkö Kuopio 83/2018 Sisällysluettelo Kuvailulehti 1 Johdanto Yleistä Aikaisemmat tutkimukset 2 2 Tutkimusalueen kuvaus Hiukanharju-Pöllyvaara harjumuodostuman synty Hiukanharju-Pöllyvaara pohjavesialue, osa-alue B 6 3 Tutkimusmentelmät Maastokartoitus Maaperäkairaukset ja havaintoputkiasennukset Painovoimamittaus Maatutkaluotaus Hydrogeologiset selvitykset In situ mittaukset pohjaveden havaintoputkista Pohjavesinäytteenotto ja analyysit 9 4 Tehdyt tutkimukset Maastokartoitus Maaperäkairaukset ja havaintoputkiasennukset Painovoimamittaus Maatutkaluotaus Hydrogeologiset selvitykset In situ mittaukset pohjaveden havaintoputkista Pohjavesinäytteenotto ja analyysit 12 5 Mallinnukset ja visualisointi 14 6 Tutkimustulokset Kallioperän koostumus, rakenne ja korkokuva Maaperän koostumus Pohjaveden muodostuminen, varastoituminen ja virtaus Pohjaveden laatu Pohjavesiputkien profiilimittaukset Pohjaveden geokemiallinen laatu 20 7 Johtopäätökset ja yhteenveto 24

4 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys Pohjavesi -yksikkö Kuopio 83/ Jatkotoimenpide-ehdotukset 26 9 Kirjallisuusluettelo 27 LIITTEET Liite 1 Mittauslinjat ja kairauspisteet 1: Liite 2 Maaperäkartta 1: Liite 3 Kallionpinnan taso 1: Liite 4 Pohjavedenpinnan taso 1: Liite 5 Pohjavesivyöhykkeen paksuus 1: Liite 6 Pohjaveden yläpuolisen maakerroksen paksuus 1: Liite 7 Maaperän kokonaispaksuus 1: Liite 8 Painovoimamittausten tulkintaprofiilit Liite 9 Havaintoputkikortit ja kairauspöytäkirjat Liite 10 Tulkittu kairaustieto Liite 11 Laboratorion testausseloste Liite 12 Vesinäytteiden tilastotiedot Liite 13 Stiffin diagrammit Hiukanharju-Pöllyvaara pohjavesialueen vedenlaadusta

5 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys 1 1 JOHDANTO 1.1 Yleistä Geologian tutkimuskeskuksen (GTK) Pohjavesi yksikkö on tehnyt geologisen rakenneselvityksen tärkeälle Hiukanharju-Pöllyvaaran pohjavesialueelleen osa-alueelle B ( B). Tutkimuskohteena olleen pohjavesialueen osa-alue B sijaitsee Sotkamon kunnassa keskustaajaman kaakkoispuolella (kuva 1). Projektin ovat rahoittaneet Sotkamon kunta, Kainuun ELY-keskus ja GTK. GTK:ssa tutkimusten organisoinnista, toteutuksesta, mallinnuksista ja tutkimustulosten raportoinnista on vastannut geologi Anu Eskelinen. Painovoimamittauksista ja niiden tulkinnasta vastasi geofyysikko Juha Mursu. Maatutkaluotaukset tulkintoineen, kairausvalvonnan, hydrogeologiset kenttämittaukset ja vesinäytteenoton teki tutkimusassistentti Arto Kiiskinen. Tutkimusavustaja Kari Mäntykenttä kartoitti maa-ainesten ottoalueiden nykytilan sekä laati päivitetyn maanpintamallin. Kuva 1: Tutkimusalueen sijainti.

6 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys Aikaisemmat tutkimukset Tutkimuksen tausta-aineistona on käytetty seuraavia geologisia selvityksiä ja pohjaveden hankintaan ja suojeluun liittyviä hydrogeologisia ja teknisiä selvityksiä: Geo-Work Oy, 2008 Maatutkaluotaus Sotkamon Pöllyvaaran alueella FCG Planeko Oy, 2008: Pöllyvaaran alue. Maaperän ja pohjaveden pilaantuneisuuden ja puhdistustarpeen arviointi/riskinarvio Sotkamon kunta C (Täydennetty ) FCG Planeko Oy, 2008: Pöllyvaaran maa-ainestenoton yleissuunnitelma. Sotkamon kunta C FCG Planeko Oy, 2008: Pöllyvaaran pohjavesialueen suojelusuunnitelma. Sotkamon kunta C Kainuun vesi- ja ympäristöpiiri, 1992: Sähköiset tutkimukset pohjavesialueilla Sotkamon Riekunkankaalla ja Pöllyvaarassa Raportti Kainuun ympäristökeskus, 1995: Pöllyvaaran pohjavesiselvitykset, Sotkamo. Tutkimusselostus. Dnro 1295D003/512 Kallioperäkarttojen (1: ), maaperäkarttojen (1: ja 1:20 000) ja maastokartan (1:20 000) lisäksi käytettävissä oli pohjavesipintahavaintoja tutkimusalueella sijaitsevista pohjaveden tarkkailuputkista (SYKE 2018).

7 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys 3 2 TUTKIMUSALUEEN KUVAUS 2.1 Hiukanharju-Pöllyvaara harjumuodostuman synty Hiukanharju-Pöllyvaara on osa luode-kaakko suuntaista harjujaksoa, jota voidaan seurata Pohjois- Karjalasta Oulujärven länsipuolelle Rokualle asti. Alueen maisemakuvaa hallitsevat vaihtelevien harjumuotojen lisäksi vesistöt (Sapsojärvi, Pirttijärvi ja Sotkamojärvi), joihin muodostuma rajautuu. Hiukanharju-Pöllyvaaran syntyaikaan aluetta peitti Sotkamon-Pielisen jääjärvi, joka ulottui etelässä Pieliselle, idässä Kuhmoon, pohjoisessa Suomussalmelle ja lännessä Kajaaniin. Alueen länsipuolella olevan mannerjäätikön patoama järvi oli noin 40 metriä ylempänä silloista Itämeren pintaa. Mannerjäätikön sulamisen seurauksena jään reuna perääntyi Kajaanin tasalle, jääjärvi purkautui Itämereen ja siitä tuli Itämeren lahti. Jääjärven purkautuminen tapahtui noin vuotta sitten. (Saarelainen & Vanne 1997, Kejonen & Nenonen 1993, Kemiläinen 1986) Mannerjäätikön sulaessa sulamisvedet hakeutuvat jäätikön sisään ja pohjalle muodostaen jäätikköjokia. Jäätikköjoet virtaavat kohti jäätikön reunaa purkautuen lopulta sen edustalla. Suurten jäätikköjokien valuma-alue on saattanut olla jopa yli km 2 (Mälkki 1999), joten myös sulamisvesimäärät ovat olleet suuria. Merkityksellistä jäätikköjokien kerrostamistapahtumassa on myös jäätikön edustan vedensyvyys, joka Hiukanharju-Pöllyvaara muodostuman syntyvaiheessa on ollut useita kymmeniä metrejä. (Kemiläinen 1986) Edellä kuvatuissa jäätikköjokitunneleissa esiintyy kerääntyneiden sulamisvesien voimakkuudeltaan vaihtelevia virtauksia. Alkuvaiheessa, tunnelin poikkileikkauksen ollessa pienehkö, jäätikköjoen lajitteluvoima on suurimmillaan. Tällöin tapahtuu karkean aineksen kerrostumista sekä hienomman aineksen huuhtoutumista ja harjuytimen pääosa muodostuu (kuva 2). Tällaiset ytimet ovat tavallisesti koko harjun poikkileikkaukseen nähden pieniä. Niiden aineksen laatu vaihtelee yleensä soraisesta hiekasta kiviseen soraan. Ydinharjun kohdalla kallionpintaa verhonnut moreenipeite on pääosin kulunut pois ja sorat ovat kerrostuneet suoraan kalliota vasten. Ytimen lähelle kerrostuu usein myös karkeita hiekkoja. Harjun karkea ydinosa on tavallisesti myöhemmin kerrostuneiden hienompirakeisten lievehiekkojen ja/tai rantahiekkojen peitossa, eikä sitä ole useinkaan havaittavissa maanpinnalla.

8 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys 4 A B 1. Kallio 2. Moreeni 3. Soravaltainen ydinharju 4. Hiekkavaltaiset lieveosat 5. Jää + Kiviaines Kuva 2: Kaaviollinen piirros pitkittäisharjun synnystä mannerjäätikön edustalle syvään veteen. A) Harjun karkea ydinosa syntyi tunneliin tai jäätikön reunan välittömään läheisyyteen. Ydinharjussa saattaa esiintyä haarautumia, sivuttaissiirtymiä ja katkoksia esim. sulamisvesien vuodenaikaisvaihtelun tai kerrostumisalustan topografiavaihtelun seurauksena. B) Myöhemmin kerrostuminen jatkui railossa ja/tai kauempana jäätikön reunasta, jolloin syntyivät harjun hiekkavaltaiset lievealueet (Piirrokset: Harri Kutvonen/GTK). Myöhemmässä vaiheessa mannerjäätikön reuna ohenee ja jäätikkötunneli avartuu tai vaihettuu avokanaaliksi. Tällöin myös sulamisvesien virtausnopeudet ja kuljetusvoima pienenevät, jolloin kerrostuu hienorakeisempia sedimenttejä harjujakson reuna-alueille ja ydinosan päälle (n. lievehiekat). Syvän veden olosuhteissa ohentuneen mannerjäätikön reuna voi alkaa myös kellumaan, jolloin hiekkaista materiaalia saattaa kerrostua useasta eri kohdasta leveämmälle vyöhykkeelle jäätikön edustalle. Viimeisessä vaiheessa syntyneitä ovat kaikkia edellisiä kerrostumia peittävät hiekkavaltaiset ranta- ja tuulikerrostumat sekä turpeet. Pöllyvaaran muodostuma syntyaikaan nykyisen Pitkälammen eteläpuolella sijaitsi jäätikönalainen sulavesitunneli, jossa nykyään on kapea ja ainekseltaan soravaltainen syöttöharju. Em. tunnelissa sulamisvesien virtaus oli voimakasta ja virran mukanaan kuljettamasta maa-aineksesta kerrostui Pöllyvaaran kohdalle harjudelta. Kyseisen harjudeltan korkeimmat osat ovat olleet jo Sotkamon jääjärvivaiheessa vedenpinnan yläpuolella. Muodostuman lakiosassa on näkyvissä tasoja, jotka

9 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys 5 kuvastavat jääjärven pinnan vaiheittaista alenemista ennen sen yhtymistä lyhytaikaiseksi Sotkamo- Pielisen jääjärveksi. Em. jääjärvivaiheen pinnan taso on selvästi näkyvissä harjudeltan päissä aallokon synnyttämänä eroosiotörmänä ja sen edustan kulutustasanteena. Sotkamon alueelle ulottui Itämeren vaiheista ainoastaan Ancylusjärvivaihe, jonka korkein ranta on nähtävissä Sapsonrannan alueella rantatörmänä. (Kemiläinen 1986, Saarelainen & Vanne 1997) Kuva 3. Muinaisranta Pöllyvaarassa, kuvasuunta kaakkoon. Kuvan ottopaikka esitetty liitekartassa 2. Pöllyvaaran lakialueen pohjois-koillispuolella sijaitsee laaja suppakenttä, joka on syntynyt jäätikköjoen kerrostamaan maa-ainekseen hautautuneiden jäälohkareiden sulaessa. Lukuisat supat ja niistä muodostuneet suppajonot viittaavat yleensä karkeaan maa-ainekseen, mutta Pöllyvaaran eteläkaakkoispuolella suppia on syntynyt myös hiekka- ja hienosedimenttialueelle. Pöllyvaaran harjudeltan etelä-lounas- ja pohjoispuolelle kerrostuneilla hienohiekka- ja hienosedimenttialueilla on myös dyyniketjuja (liite 2). Harjumuodostuman suuntaiset dyynit ovat syntyneet veden alta paljastuneiden maa-alueiden kuivuttua ja jouduttua alttiiksi mannerjäätiköltä puhaltaneen voimakkaan luoteisen tuulen vaikutukseen. Harjumuodostuman suuntaisia dyynejä on runsaasti Pitkälammen ja Kuhmontien välisellä alueella. Kuhmontien koillispuoleiset dyynit ovat syntyneet harjulta koilliseen puhaltaneiden tuulten seurauksena harjudeltan liepeiden hieta/hiesualueelle. (Kemiläinen 1986, Mäkinen et. al 2011)

10 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys Hiukanharju-Pöllyvaara pohjavesialue, osa-alue B Hiukanharju-Pöllyvaara pohjavesialueen osa-alue B ( B) sijaitsee Sotkamon keskustaajaman kaakkoispuolella (Kuva 1). Alue on osa Rokua-Paltaniemi-Sotkamon kautta kulkevaa harjujaksoa. Pohjavesialueen kokonaispinta-ala on 9,09 km 2, josta muodostumisalueen pinta-ala on 5,89 km 2. Alueella muodostuu pohjavettä arviolta m 3 /d. (SYKE 2018) Pohjavesiolosuhteet ovat antikliiniset ja pohjavesiä purkautuu muodostumaa reunustaviin järviin. Pohjaveden päävirtaussuunta on länsiluoteeseen ja pohjavesialue on hydraulisesti yhtenäinen. Ympäristöhallinnon tietojärjestelmien mukaan harjun alla on sen pituussuunteinen kallioruhje, josta tulee kalliopohjavettä harjuun. Hertta tietojärjestelmän mukaan Laatikkalan maa-ainesten ottoalueen kohdalla on hapellisen ja hapettoman pohjavesialueen vaihettumisvyöhyke. (SYKE 2018) Tutkimusalueella on toiminnassa Laatikkalan pohjavedenottamo, josta vedenotto on aloitettu vuonna Luvan mukainen ottomäärä on 800 m 3 /d. Vedenottomäärät Laatikkalassa ovat olleet vuosien aikana m 3 /vuosi (Kemiläinen 2008). Vuoden 2018 aikana (tammimarraskuu) Laatikkalan vedenottamon vuorokautinen ottomäärä on ollut keskimäärin 425 m 3 /d. Ottamon vedenlaatu täyttää tutkituilta osin STM:n talousvedelle asentamat laatuvaatimukset ja suositukset.

11 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys 7 3 TUTKIMUSMENETELMÄT 3.1 Maastokartoitus Tutkimusalueella tehdyllä maastokartoituksella muodostettiin yleiskäsitys tutkimusalueen geologisista ja hydrogeologisista olosuhteista. Maastokartoituksessa tehtiin geomorfologiset pintahavainnot tutkimusalueen keskeisiltä osilta. Maastokartoituksen yhteydessä määritettiin myös geofysikaalisten mittauslinjojen ja kairauspisteiden sijainnit. 3.2 Maaperäkairaukset ja havaintoputkiasennukset Porakonekairaus on erittäin käyttökelpoinen kairausmenetelmä, kun tutkimuskohteen maakerrospaksuudet ovat huomattavat ja maaperä on karkearakeista. Porakonekairauksella saadaan luotettava tieto kallionpinnan asemasta. Kairaus tehdään poraamalla samanaikaisesti tangolla ja suojaputkella kallionpintaan saakka. Kallion tavoittamisen jälkeen kalliovarmistus (3 m) tehdään vielä tankoporauksella. Porakonekairausten yhteydessä voidaan ottaa myös (häiriintyneitä) maanäytteitä tyhjentämällä kairauksissa käytettyä suojaputkea ilmahuuhtelulla. Häiriintymättömiä näytteitä voidaan ottaa erityisillä putkiottimilla. (Rantamäki et. al 1990) Kuva 4. Havaintoputki GTK9 taustanaan Pöllyvaaran muinaisrannat, kuvaussuunta pohjoiseen.

12 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys Painovoimamittaus Painovoimamittausten avulla voidaan tutkia tiheydeltään ympäristöstä poikkeavien muodostumien paksuutta ja tilavuutta. Koska maaperän tiheys on huomattavasti kallioperän tiheyttä pienempi (tiheysero noin kg/m 3 ), voidaan painovoimamittauksia käyttää myös maapeitteen paksuuden arviointiin. Painovoimamenetelmällä ei voida erotella maaperän eri kerroksia tai pohjavedenpinnan tasoa. Muilla tutkimusmenetelmillä tuotettuja maaperä- ja pohjavesitietoja (esim. kairaus, seisminen luotaus ja maatutkaluotaus) voidaan kuitenkin hyödyntää painovoimamittausten tulkinnassa. Maapeitteen paksuutta määritettäessä painovoimaprofiilit sijoitetaan maastoon siten, että niiden alkuja loppupäät ovat kallion paljastumilla tai pisteissä, joissa kallionpinnan tarkka korkeustaso tunnetaan. Lisäksi profiilit saattavat kulkea ristiin toistensa yli. Näin voidaan arvioida painovoimakentän alueellista vaihtelua, jota käytetään maapeitteen paksuustulkinnan perustasona. Kun maa- ja kallioperän välinen tiheysero oletetaan vakioksi ja mittauspisteiden korkeusasema tunnetaan, voidaan painovoimaanomaliasta laskea maapeitteen paksuus. Maaperän todellista paksuutta on kuitenkin tarpeellista kontrolloida riittävän tiheästi esim. kairaamalla, koska sekä kallion tiheydestä riippuva alueellinen painovoimataso että irtomaapeitteen tiheys voivat vaihdella mittauslinjalla ja siten vaikuttaa tulkintatulokseen. Tulos kuvaa yleensä hyvin kallionpinnan tason vaihtelua, vaikka maapeitteen tulkitussa paksuudessa saattaa paikoitellen olla epätarkkuutta. 3.4 Maatutkaluotaus Maatutkaluotaus on geofysikaalinen tutkimusmenetelmä, joka perustuu sähkömagneettisten pulssien lähettämiseen maaperään ja takaisin heijastuvien pulssien rekisteröintiin. Maatutkaluotauksella saadaan jatkuvaa profiilitietoa maaperän rakenteesta. Menetelmä on parhaimmillaan harjualueilla, joissa sillä saadaan tietoa jopa yli 30 metrin syvyydeltä kallionpinnan korkokuvasta, pohjavedenpinnan tasosta, irtainten maalajien laadusta ja maaperän kerrosten rakenteesta. Näillä tiedoilla on merkittävä osuus alueilla, joilla on vähän maaperäleikkauksia. Maatutkaluotausten tuloksia on tässä raportissa hyödynnetty pääosin pohjavedenpinnan syvyyden määrityksessä ja muodostuman sisäisen rakenteen tulkinnassa. Tutkimusalueen kallionpinta sijaitsee niin syvällä maanpinnasta, ettei sitä ole mahdollista tulkita maatutkalinjoilla. Maatutkalinjat on tallennettu GTK:n tietokantaan, mistä niitä on tarvittaessa saatavana sekä numeerisena että paperitulosteina. 3.5 Hydrogeologiset selvitykset In situ mittaukset pohjaveden havaintoputkista Pohjavedenpinnan mittaus havaintoputkista voidaan tehdä putkeen laskettavaa sähköistä mittaluotia käyttäen. Tällöin mittalaite antaa ääni ja/tai valosignaalin saavutettuaan pohjavedenpinnan. (Vesiyhdistys ry 2005) Geokemiallisella profiilitutkimuksella eli pohjaveden laatuparametrien (lämpötila, sähkönjohtavuus, happi, ph ja redox-potentiaali) syvyysmittauksilla, voidaan varmentaa parhaiten näytteenottoon soveltuvat havaintoputket ja määrittää näytteenottosyvyydet. Jatkuvan luotausprofiilin mittaus tehdään laskemalla havaintoputkeen mittausanturia tasaisella nopeudella tai laskemalla anturia tietty syvyys ja pysäyttämällä anturi tähän syvyyteen tietyksi ajaksi. Tyypillinen laskunopeus on 0,5-2 metriä minuutissa. Mikäli mittaus tehdään pysäyttämällä anturi tiettyyn syvyyteen, on mittausaika noin minuutti, jonka aikana mittaus tehdään noin 5-10 kertaa. Anturi on yhdistetty kaapelilla tietokoneeseen/käsimittariin, josta mittaustuloksia voi lukea reaaliaikaisesti.

13 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys 9 Mittauksen suorittamisessa on tärkeää, ettei havaintoputken vettä sekoiteta ennen mittausta ja mittauksen aikanakin mahdollisimman vähän. Tällöin eri kerrokset saadaan luotettavimmin näkyviin Pohjavesinäytteenotto ja analyysit Pohjavesiputkesta tehtävään näytteenottoon kuuluu tyhjennyspumppaus ja varsinainen näytteenottopumppaus. Tyhjennyspumppaus voidaan suorittaa muutamaa päivää ennen varsinaista näytteenottopumppausta. Veden pumppaaminen ennen näytteenottoa on tärkeää, jotta näyte edustaisi pohjavesivyöhykkeen veden laatua eikä havaintoputkessa seisseen tai näytteenottoletkuihin edelliseltä näytteenottopaikalta jääneen veden laatua (Vesiyhdistys ry 2005). Sekä tyhjennys- että näytteenottopumppauksessa seurataan veden kirkastumista. Näytteenottopumppauksessa seurataan lisäksi kenttämittarilla määritettävien laatuparametrien (happi, lämpötila, sähkönjohtavuus ja ph) tasaantumista läpivirtauskammion läpi virtaavassa vedessä. Ennen näytteenottoa vettä pumpataan vähintään 15 minuuttia vielä veden kirkastumisen jälkeenkin. Tällöin vettä on pumpattu pumppaustehosta riippuen litraa, ja vesi on vaihtunut havaintoputkessa useampaan kertaan. (Vesiyhdistys ry 2005). Vesinäyte voidaan ottaa joko pumppaamalla kokoomanäytteenä tai kaksoistulppaottimella (packer-laitteisto). Kokoomanäyte edustaa koko pohjavesiputkea. Kaksoistulppaottimella voidaan eristää putken pohja tai tietty kerrosväli, josta vesinäyte halutaan. Näytteenotto suoritetaan GTK:n laatujärjestelmän ohjeen mukaisesti ja näytteet ottaa sertifioitu näytteenottaja. Näytteet analysoidaan akkreditoiduissa laboratorioissa ja näytteenkäsittely kentällä tehdään laboratorion antamien ohjeiden mukaisesti. Kentällä pumppauksen yhteydessä vesinäytteistä mitataan kenttämittarilla happi, ph, sähkönjohtavuus, Redox ja lämpötila. GTK:lla käytössä oleva kenttämittari on YSI ProDSS.

14 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys 10 4 TEHDYT TUTKIMUKSET 4.1 Maastokartoitus Tutkimusalueella tehtiin maastokartoituksia kenttäkaudella Maastokartoitukset sisälsivät geologisten havaintojen lisäksi alueelle asennettujen ja vanhojen havaintoputkien kartoitusmittaukset VRS-GPS laitteistolla. Tutkimusalueella sijaitsevien maa-ainestenottoalueiden nykyiset maanpinnantasot ja ottoalueiden laajuus kartoitettiin lentämällä alueet 150 metrin korkeudesta Phantom Pro4 dronella ja aineistot käsiteltiin Pix4D capture -ohjelmalla. Laskentoja varten molemmille ottoalueille kartoitettiin referenssipisteitä Trimblen R8-GNSS VRS-GPS laitteistolla. Sapsonperän maa-ainesalueella referenssipisteitä oli kymmenen ja Sotkamon murskeosuuskunnan maa-ainesalueella neljä. 4.2 Maaperäkairaukset ja havaintoputkiasennukset Maaperäkairaukset ja havaintoputkiasennukset tehtiin toukokuussa Kairausurakoitsijana oli Suomen GPS-mittaus ja kairaukset tehtiin GM150 monitoimikairakoneella. Maaperäkairauksia ja havaintoputkiasennusta tehtiin seitsemässä tutkimuspisteessä yhteensä 296 metriä. Kalliovarmistusta tehtiin yhteensä 21 metriä. Havaintoputkea asennettiin 312 metriä ja havaintoputkien siiviläosuudet asennettiin vettä johtaviin maakerroksiin. Halkaisijaltaan 60 mm (sisähalkaisija 52 mm) pohjavesiputket ovat suuritiheyksistä polyeteeniä (PEH) ja ne soveltuvat pohjaveden pinnan tarkkailun lisäksi pohjaveden laadun tarkkailuun. Havaintoputket on lukittu Sotkamon kunnan vesilaitoksen lukoilla. Maaperänäytteitä otettiin 46 kpl vallitsevista kerroksista sekä kalliosoijasta. Näytteiden maalajit määritettiin silmämääräisesti. Kairauspisteiden sijainti on esitetty liitteessä 1. Havaintoputkikortit ja kairauksista havainnoitu maaperän kerrosrakenne ovat liitteinä 9 ja 10. Maalajimäärityksissä on käytetty GEO luokitusta (Korhonen et. al 1974). 4.3 Painovoimamittaus Painovoimamittauksia tutkimusalueella tehtiin talvella Mittauslinjojen yhteispituus on 26,4 kilometriä. Pääosa linjoista mitattiin ns. GPS-gravimetrauksena, jossa painovoimamittauspisteen sijainti ja maanpinnan korkeustaso painovoimamittauspisteissä mitataan VRS-GPS-mittauksilla. Yksi linjoista mitattiin käyttäen letkuvaakaa mittauspisteiden suhteellisten korkeuserojen mittaukseen. Tällöin mittauslinjan päät sidottiin maastoon VRS-GPS mittauksilla ja samalla näihin pisteisiin tehtiin korkeussidonnat N2000 järjestelmään. Mittauspisteiden väliset suhteelliset korkeuserot mitattiin letkuvaa alla ja sidottiin linjalla oleviin korkeussidontapisteisiin. Painovoimamittaukset tehtiin Scintrex CG5 gravimetrillä 20 metrin pistevälillä. Painovoimamittaustuloksista laskettiin ns. Bouguer-anomalia keskitiheydellä 2670 kg/m 3. Tämän jälkeen Bouguer-anomalialle tehtiin 3D-topografinen korjaus Geosoftin Oasis montaj 9.4 ohjelmistolla. Topografisella korjauksella pyritään poistamaan maanpinnan topografiavaihtelun aiheuttamia painovoima-anomalioita. Topografiakorjauksessa käytettiin korkeusaineistona Maanmittauslaitoksen laserkeilaus-aineistoa, johon oli lisätty painovoimamittauksen yhteydessä mitatut maanpinnan korkeusarvot. Painovoimamittausaineiston tulkinta tehtiin Tensor Research:n ModelVision 16.0 ohjelmistolla. Paikallisesta painovoima-anomalian vaihtelusta tulkittiin maapeitteen paksuus olettaen, että painovoimavaihtelu aiheutuu pääasiassa maa-aineksesta. Malli sidottiin pisteissä, joissa kallionpinnan taso tunnettiin (kairauspiste tai kalliopaljastuma). Tulkinnassa pohjavedenpinnan yläpuoliselle maaainekselle käytettiin tiheyttä 1600 kg/m 3 ja pohjaveden kyllästämälle maa-ainekselle 1900 kg/m 3.

15 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys 11 Painovoimalinjojen sijainnit on esitetty liitteessä 1 ja tulkintaprofiilit liitteessä Maatutkaluotaus Maatutkaluotauksia tehtiin tutkimusalueella maalis-, kesä- ja elokuussa Maaliskuussa maatutkaluotauksia tehtiin harjualueen lisäksi Laatikkalanlammella. Kesä- ja elokuussa maatutkaluotauksia tehtiin Pöllyvaaran harjualueella. Maatutkaluotausta tehtiin yhteensä noin 27 kilometriä. Maatutkaluotauksessa käytettiin Ramac ProEx maatutkakalustoa ja suojaamattomia Rough Terrain letkuantenneja, joiden taajuudet ovat 25 ja 100 MHz. Antenneista 25 MHz:n antennin syvyysulottuvuus on parempi, kun taas 100 MHz:n antennilla saadaan yksityiskohtaisempaa tietoa muodostuman pintaosista. Maatutkalinjojen tulkinnat tehtiin GeoDoctor ohjelmistolla ja tutkimuslinjoille tehdyt korkeuskorjaukset perustuvat laserkeilausaineistoon ja maa-ainestenottoalueella tehtyyn kartoitukseen. Yksittäisiä maatutkaprofiileita ei raportissa esitetä vaan tutkaprofiileilta tulkittuja pohjavesi- ja kallionpintoja on hyödynnetty mallinnuksissa. Kuva 5. Esimerkkikuva maatutkaprofiilista tulkintoineen. Ylemmässä kuvassa (25 MHz:n antenni) on esitetty moreeni/kallionpinta -tulkinta Er -arvolla 20 ja alemmassa kuvassa (110 MHz:n antenni) tulkinta pohjavesipinnasta Er -arvolla 5. Kuva ja tulkinta A. Kiiskinen, GTK. Raportissa esitetty Laatikkalanlammen syvyyskäyrästö perustuu maatutkaluotauksen tulkintaan. Maatutkaluotausten yhteydessä lammen syvyys mitattiin 10 pisteessä (kuva 6). Kolmesta näistä pisteistä mitattiin myös sedimentin syvyys sekä arvioitiin sedimentin alapuolisen maaperän laatu. Em. tietoja käytettiin maatutkatulkinnan referenssitietona.

16 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys 12 Kuva 6. Maatutkaluotausten perusteella laadittu Laatikkalanlammen syvyysmalli sekä sedimenttikerroksen paksuusmalli. Maalaji sedimenttikerroksen alla on pliktausten perusteella hietaa/hienoa hietaa. 4.5 Hydrogeologiset selvitykset In situ mittaukset pohjaveden havaintoputkista Jatkuvan profiilin mittauksia tehtiin kaikista tutkimusalueelle asennetuista seitsemästä havaintoputkista touko-kesäkuussa Luotauksilla saatiin pohjavesiputkien vesikerroksen profiili YSI ProDSS kenttämittarin mittaamien parametrien osalta. Tuloksia tarkasteltiin veden sähkönjohtavuuden ja happipitoisuuden perusteella. Tutkimustulosten perusteella laadittiin näytteenottosuunnitelma. Havaintoputkien luotausprofiilit on esitetty kuvassa Pohjavesinäytteenotto ja analyysit Pohjavesinäytteitä otettiin seitsemästä havaintoputkesta (GTK8-GTK14). Havaintoputkesta GTK8 otettiin kolme näytettä suunnitellun kahden näytteen asemesta, koska packer laitteistoa ei saatu liikahtaneen pohjavesiputken vuoksi laskettua suunniteltuun näytesyvyyteen. Pintanäyte otettiin suunnitellusti packer näytteenottimella metrin syvyydeltä putkenpäästä. Toinen suunniteltu näyte metrin syvyydeltä otettiin vähäisellä tuotolla näytteenottopumpulla, jotta näyte edustaisi

17 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys 13 mahdollisimman hyvin haluttua näytesyvyyttä. Lisäksi havaintoputkesta GTK8 otettiin yksi lisänäyte siltä syvyydeltä, johon packer näytteenotin saatiin syvimmillään laskettua (23-24 metrin syvyys havaintoputken päästä). Havaintoputkesta GTK12 otetiin kaksi näytettä eri syvyyksiltä, joten yhteensä pohjavesinäytteitä otettiin 10 kappaletta. Kerrosnäytteenotto tehtiin kaksoistulppaottimella. Näytteet otettiin Monsoon näytteenottopumpulla. Näytteenoton yhteydessä tehtiin kenttämittaukset YSI ProDSS kenttämittarilla. Vesinäytteet otettiin Taulukko 1. Yhteenveto otetuista vesinäytteitä ja kenttämittausten tuloksista. Kenttämittaukset Putkitunnus Näytetunnus pvm näytesyvyys pps:tä T ( C) EC (ms/m) O2(%) O2 (mg/l) ph GTK8 VE_AKI$ ,2 4,95 91,7 11,37 7,42 GTK8 VE_AKI$ ,9 5, ,85 7,31 GTK8 VE_AKI$ ,6 6,13 94,4 11,89 7,3 GTK9 VE_AKI$ (kokooma) 4,7 5,76 86,9 11,18 7,62 GTK10 VE_AKI$ (kokooma) 4,6 15,72 85,2 10,77 7,36 GTK11 VE_AKI$ (kokooma) 5,1 7,53 63,4 8,09 7,4 GTK12 VE_AKI$ ,6 12,6 88,4 11,39 7,22 GTK12 VE_AKI$ ,6 11,69 67,8 8,75 7,08 GTK13 VE_AKI$ (kokooma) 4,6 22,14 90,6 11,68 6,45 GTK14 VE_AKI$ (kokooma) 5,7 16,59 7,6 0,95 6,36 Pohjavesinäytteiden (10 näytettä) kemiallinen koostumus määritettiin Eurofins Labtium Oy:n laboratoriossa seuraavasti: anionit ICP tekniikalla (SFS-EN ISO ) sekä muut alkuaineet ICP- MS (SFS-EN ISO ) ja ICP-OES (SFS-EN ISO 1185) tekniikoilla. Lisäksi määritettiin orgaanisen hiilen (TOC) ja liuenneen orgaanisen hiilen kokonaismäärä (DOC) (SFS-EN 1484). Eurofins Labtium Oy teetätti alihankintana alkaliteetin, ammoniumtypen (NH 4-N), fosfaatin (PO 4), johtokyvyn, kaliumpermanganaatti luvun (KMnO 4), kokonaistypen (Tot-N), nitriittitypen (NO 2-N), ph:n ja väriluvun määritykset. Laboratoriotulokset on esitetty liitteessä 11.

18 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys 14 5 MALLINNUKSET JA VISUALISOINTI Pöllyvaaran alueella maanpinnan korkeusasema on muuttunut maa-ainesten ottoalueilla maanpinnan korkeusmallin (LiDAR aineiston) tuottamisen jälkeen. Tämän vuoksi monttualueet kartoitettiin lentomittauksella (kappale 4). Mittauksilla saadut kuvat käsiteltiin Pix4D ohjelmistolla pistepilviaineistoksi. Pistepilvet käsiteltiin RealWorks- ja ArcGIS- ohjelmistoilla osaksi alueen muuta maanpinnan korkeusmallia. Kuva 7. Pöllyvaaran tutkimusalueen aktiiviset maa-ainestenottoalueet. Yläkuvassa Sotkamon murskeosuuskunnan alue ja alakuvassa Destian alue.

19 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys 15 Kairauksista, painovoimamittauksista ja paljastumahavainnoista saadut kallionpinnan tasotiedot yhdistettiin ArcGIS -ohjelmistolla. Aineistosta laskettiin Topo to grid - interpolointimenetelmällä mallit tutkimusalueen kallionpinnan korkokuvasta. Pohjavesipintamallit tehtiin vastaavalla tavalla hyödyntäen alueelle aiemmin ja tämän tutkimuksen yhteydessä asennettujen pohjavesiputkien pohjavedenpinnan tasotietoja sekä luonnonvesipintojen korkeustasoa. Saadut pintamallit on visualisoitu ArcGIS-ohjelmistolla. Mallien interpoloinnin ulottuvuutena tunnetuilta tasopisteiltä on käytetty kallionpinnan osalta 150 metriä ja pohjavesipinnan osalta 300 metriä. Tutkimusalueen mallinnukset ovat liitteissä 3 7. Pintamalleja tarkasteltaessa on aina huomioitava mittaus- ja mallinnusmenetelmien rajoitukset. Kallionpinnan korkeustaso on varmasti selvillä vain kairauspisteissä ja avokallioilla. Painovoimalinjojen mittauspisteille tulkitut syvyydet antavat ainoastaan yleiskuvan kallionpinnan korkeustasosta. Mallinnusohjelmisto tasoittaa interpoloimalla tunnettujen ja tulkittujen kallionpintapisteiden välit. Tästä johtuen interpoloidussa mallissa käytettyjen tasopisteiden välialueilla voi olla laajojakin kalliokohoumia tai -painanteita, joita ei pintamallissa voida havaita. Kallionpintamallin reuna-alueilla myös painovoimalinjojen ja kairauspisteiden puutteesta johtuva kalliopaljastumien korkeustasojen ylikorostuminen saattaa aiheuttaa mallin vääristymistä. Pohjavesialuerajojen sisäpuolella mallin tarkkuus on kuitenkin melko hyvä. Kalliopinnan taso saatiin selville melko kattavasti kairaustietojen, kalliopaljastumien, maatutkaluotauksen ja painovoimamittauslinjaston ansiosta. Tutkimusalueen keskeisimmissä osissa kallionpintatiedot perustuvat suurilta osin painovoimamittauksista saatujen tietojen tulkintaan ja osin myös kairaustietoihin. Näillä alueilla laskentamallit ovat melko luotettavia. Pöllyvaaran ydinalueella, painovoimalinjoilla L7 ja L22, jouduttiin painovoimatulkinnassa säätämään tulkinnassa käytettävää regionaalitasoa, jotta kallionpinta ei olisi noussut pohjavesipinnan yläpuolelle. Tältä osin alueen kallionpinnan tason selvittäminen kairauksin lisäisi tulkinnan luotettavuutta. Pohjavesipintamallin vesipintahavainnot ovat kaikkien alueen havaintoputkien osalta samanaikaiset. Lisäksi kaikki alueen havaintoputket, joiden lukot saatiin avattua on vaaittu N2000 korkeusjärjestelmään. Maatutkaluotauksista tulkitut vesipinnat on suhteutettu alueelta mitattuun pohjavedenpinnan tasoon. Pohjavedellä kyllästyneen maapeitteen paksuus on laskettu pohjavesi- ja kallionpintamallien erotuksena. Tämän vuoksi visualisointi on voitu tehdä vain alueilta joilta oli käytettävissä sekä kallionpinnan että pohjavedenpinnan mallit. Pohjavedenpinnan yläpuolisen irtomaapeitteen paksuus saatiin tutkimusalueen maanpinnan korkeusmallin ja pohjavesipintamallin erotuksesta.

20 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys 16 6 TUTKIMUSTULOKSET 6.1 Kallioperän koostumus, rakenne ja korkokuva Tutkimusalue kuuluu arkeeisen kallioperän alueeseen ja se on Suomen vanhinta kallioperän aluetta, iältään noin kolme miljardia vuotta vanhaa. Alue on osa Itä-Suomen arkeeisten granitoidien aluetta ja vallitsevana kivilajina tutkimusalueella on migmaatiittinen tonaliitti. (Luukkonen & Sorjonen-Ward 1998) Kallioperän vaikutus Pöllyvaaran alueen topografiaan on vähäinen. Pohjavesialueen pohjoisrajalla Pohjolan kylässä Sotkamojärven rannalla on kalliopaljastumia tasolla m mpy (N2000). Myös etelärajalla Korholan kylällä Sapsojärven rannalla olevat kalliopaljastumat ovat samalla tasolla. Pohjolan ja Korholan kylien välisellä alueella, Pöllyvaaran maa-ainestenottoalueiden kohdalla, kallio on painovoimamittausten perusteella muuta tutkimusaluetta korkeammalla noin tasolla +130 m mpy (N2000). Pohjavesialueen kaakkoispuolella tutkimusalue rajautuu Heikkilänvaaran kalliomäkeen. Kallio nousee vaaran huipulla korkeimmillaan tasolle +172, m mpy (N2000). Alimmillaan kallionpinta on tutkimusalueen luoteisosassa Pitkälammen ympäristössä. Lammen pohjoisosassa ja kairauspisteen GTK8 ympäristössä kallionpinta on tasolla m mpy (N2000). Tutkimusalueen keskivaiheilla Laatikkalanlammen ja kairauspisteen GTK9 välisellä alueella kallio on tasolla m mpy (N2000). Laatikkalanlammelta kaakkoon kohti kairauspistettä GTK13 kallio on tasolla m mpy (N2000). Pöllyvaaran alueella kallio on tasolla m mpy (N2000). Hiukanharjun alueella kallio on tasolla m mpy (N2000). Hiukanharju Pöllyvaara pohjavesialueen yhdistetty kallionpintamalli on esitetty kuvassa 8. Kallionpinnan korkokuva Pöllyvaaran tutkimusalueella on esitetty liitteessä 3.

21 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys 17 Kuva 8. Kallionpinnan korkokuva Hiukanharju-Pöllyvaara pohjavesialueella. 6.2 Maaperän koostumus Pöllyvaaran tutkimusalueen vallitseva maalaji on tehtyjen kairausten perusteella hieno hiekka hiekka (liitteet 9 ja 10). Myös maastohavaintojen ja maatutkaluotausten perusteella Pöllyvaaran alueella maaperän pintaosat ovat hiekkavaltaiset. Muodostuman ydinalueella paksujen, jopa metriä paksujen, hieno hiekka hiekkakerrosten alapuolella on noin viiden metrin sorakerros. Soravaltainen harjuaines on kuitenkin kaikkialla hienompien maaperäkerrosten peittämänä. Muodostuman reunaalueilla maaperän pintaosassa on noin viiden metrin paksuinen hieno hieta-hiesukerros. Pohjaveden yläpuolinen maakerros on paksuimmillaan keskeisimmällä harjualueella Pöllyvaaran alueella metrin luokkaa ja paikoin jopa 70 metriä. Pitkälammen koillis- ja lounaispuolella pohjavettä suojaavan irtomaakerroksen paksuus on metrin luokkaa. Maa-ainestenottoalueilla pohjavettä suojaavan maakerroksen paksuus on mallinnusten perusteella noin 15 metriä. Ohuimmillaan pohjavettä suojaava irtomaakerros on pohjavesialueen liepeillä alle viiden metrin luokkaa. Pohjavedenpinnan yläpuolisen irtomaapeitteen paksuus on esitetty liitteessä 6. Tutkimusalueella maaperän kokonaiskerrospaksuus on huomattava. Paksuimmat maakerrokset ovat tutkimusalueen keskiosassa, Pöllyvaaralla, metrin luokkaa. Arvio maakerrospaksuudesta tällä alueella perustuu painovoimamittausten tulkintaan. Pitkälammen ympäristössä maakerrospaksuus on metrin luokkaa. Myös pohjavesialueen liepeillä maakerrospaksuus on metrin luokkaa.

22 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys 18 Ohuimmat maakerrospaksuudet ovat 5-15 metrin luokkaa pohjavesialuetta reunustavia kallioalueita lähestyttäessä. Tutkimusalueen kokonaismaakerrospaksuus on esitetty liitteessä 7. Kuva 9. Kaaviollinen poikkileikkaus Pöllyvaaran harjualueelta lounaasta (GTK9) koilliseen (GTK14). Poikkileikkauksen sijainti on esitetty liitteessä Pohjaveden muodostuminen, varastoituminen ja virtaus Pöllyvaaran alueella pohjavesi oli elokuussa 2018 havaintoputkissa tasolla +138, ,36 m mpy (N2000). Pohjaveden varsinaisella muodostumisalueella pohjavesi on korkeimmillaan muodostuman kaakkoisosassa. Maunuspellon ja Koposen välisellä alueella pohjavesipinta on tulkittu maatutkaluotausten perusteella tasoon +141 m mpy (N2000). Pöllyvaaran ydinalueella olevissa havaintoputkissa pohjavesi on tasolla +138,96 140,41 m mpy (N2000). Pitkälammen alueella pohjavesi on havaintoputkissa tasolla +138, ,71 m mpy (N2000). Pitkälammen vesipinta on tasolla +139,25 m mpy (N2000). Pohjavesialueen luoteisosassa, havaintoputkissa GTK5 ja GTK7, pohjavesi on noin tasolla +138,8 m mpy (N2000). Korkeimmillaan pohjavesi on havaintoputkessa GTK14, joka sijaitsee pohjaveden muodostumisalueen koillispuolella. Myös Laatikkalanlammen vesipinta (+142,18 m mpy N2000) on selvästi korkeammalla kuin pohjavesipinnat pohjaveden varsinaisella muodostumisalueella. Pohjaveden pääasiallinen virtaussuunta on kaakosta luoteeseen muodostuman suuntaisesti. Aivan pohjavesialueen luoteisosassa virtaus suuntautuu Sopalanlammen itäpuolelta (havaintoputket GTK5 ja GTK7) luoteesta kaakkoon Pitkälammen suuntaan. Kallio ei nouse pohjavesialueella rajoittamaan pohjavesivirtausta. Pohjavesiä virtaa kohti muodostumaa koillisesta lounaaseen havaintoputken GTK14 suunnasta. Pohjavesiä virtaa myös lounaaseen ja purkautuu Sapsonjärveen, jonka vesipinta oli

23 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys 19 elokuussa 2018 tasolla +138,07 m mpy (N2000). Pohjavesiä purkautuu myös muihin muodostumaa reunustaviin järviin,sotkamojärveen pohjoisessa ja Iso-Kiimaseen koillisessa. Pohjavedenpinnan korkeusasema ja pohjaveden päävirtaussuunnat on esitetty liitteessä 4. Pohjavesivyöhykkeen paksuus on tutkimusalueen luoteisosassa, Sopalanlammen itäpuolen ja Pitkälammen ympäristön alueella, metriä. Havaintoputken GTK8 kohdalla pohjavesivyöhykkeen paksuus on lähes 44 metriä. Tutkimusalueen keskiosassa, Pöllyvaaran mäellä pohjavesivyöhyke on metrin luokkaa. Ohuimmillaan pohjavesivyöhyke on Pitkälammen koillispuolella mallinnusten muukaan alle kymmenen metriä, paikoin vain muutamia metrejä. Pitkälammen kaakkoispuolella ja maaainesten ottoalueilla pohjavesivyöhykkeen paksuus on noin 15 metriä. Pohjavesivyöhykkeen paksuus on esitetty liitteessä Pohjaveden laatu Pohjavesiputkien profiilimittaukset Havaintoputkien luotausprofiilit kuvaavat vesikerroksessa tapahtuvia lämpötila-, sähkönjohtavuus- ja happipitoisuusmuutoksia. Tyypillisesti pohjavesissä pinnasta pohjaan laskeuduttaessa lämpötila laskee ja sähkönjohtavuus kohoaa. Pöllyvaaran tutkimusalueella selkeimmät muutokset sähkönjohtavuudessa ja happipitoisuudessa todetaan havaintoputkissa GTK10 ja GTK14. Merkittäviä muutoksia sähkönjohtavuudessa todettiin myös havaintoputkissa GTK12 ja GTK13. Kerrosnäytteenotto päätettiin tehdä havaintoputkesta GTK12, koska muissa selkeästi kerroksellisissa havaintoputkissa joko vesikerroksen paksuus oli vähäinen (GTK10) tai havaintoputki ei sijaitse vedenhankinnan kannalta merkittävällä osalla pohjavesialuetta (GTK13 ja GTK14). Lisäksi kerrosnäytteenotto tehtiin havaintoputkesta GTK8, koska vesikerros tällä alueella on huomattava.

24 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys 20 Kuva 10. Havaintoputkien profiililuotaukset. Sähkönjohtavuus sinisellä (arvot välillä 0-25 ms/m) ja happipitoisuus punaisella (arvot 0-100%). Mittaukset on tehty toukokuussa Pohjaveden geokemiallinen laatu Tutkimusalueelta otetuista vesinäytteistä analysoitiin laboratoriossa seuraavat geokemialliset parametrit: Ag, Al, As, B, Ba, Be, Bi, Cd, Co, Cr, Cu, I, Li, Mn, Mo, Ni, P, Pb, Rb, Sb, Se, Sr, Th, Tl, U, V, Zn, Ca, Fe, K, Mg, Na, S, Si, Br, Cl, F, NO3, NH4-N, NO2-N, kokonaistyppi, PO4-P, ph, TOC, DOC, alkaliteetti, johtokyky, KMnO4-luku, väriluku ja sameus. Kentällä näytteistä määritettiin ph, EC, T ja O2. Laboratorion testausselosteet ja mittaustulokset on esitetty liitteessä 11. Lisäksi vesinäytteiden kemiallisen koostumuksen keskiarvo, mediaani, minimi ja maksimi on esitetty liitteessä 12. Kokoomataulukossa (liite 12) on huomioitu myös havaintoputkien GTK5 ja GTK7 vedenlaatu (vesinäytteet v. 2017), koska em. havaintoputket sijaitsevat nyt tutkitulla Hiukka-Pöllyvaara pohjavesialueen osa-alueella B. Pöllyvaaran pohjavesien havaintoputkien pääkomponentit kalsium (3,67 mg/l), magnesium (6,51 mg/l), natrium (3,67 mg/l), kalium (2,38 mg/l), bikarbonaatti (38 mg/l; HCO3-pitoisuus lasketaan alkaliteettiarvosta 0,62 mmol/l), sulfaatti (17,16 mg/l), kloridi (7,57 mg/l) ja nitraatti (1,01 mg/l) (Liite 12). Pääkomponenttien pitoisuudet ovat magnesiumpitoisuutta lukuun ottamatta alhaisemmat kuin Suomen

25 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys 21 maaperän pohjavesissä keskimäärin (Lahermo et al. 2002). Pöllyvaaran pohjavesien pääkomponenttien pitoisuudet ovat nitraattipitoisuutta lukuun ottamatta alhaisemmat kuin Hiukanharjun pohjavesissä (Eskelinen et. al 2017). Tutkimusalueen pohjavedet ovat erittäin pehmeitä tai pehmeitä ( dh arvot 1,8-4,5). Vain havaintoputkessa GTK13 vesi on keskikovaa ( dh arvo 7,7). Alueen pohjavesien kovuus vastaa Suomen maaperän pohjavesien keskimääräistä kovuutta (Lahermo et. al 2002). Pohjavesien ph arvot olivat kenttämittauksissa 6,2-7,6 ollen keskimäärin 7. Tutkimusalueen pohjavesien sähkönjohtokyky (keskiarvo 9,9 ms/m) on hieman alhaisempi kuin suomalaisissa pohjavesissä keskimäärän. Suomalaisten pohjavesien sähkönjohtokyky on alle 50 ms/m, yleensä jopa alle 10mS/m (Korkka-Niemi & Salonen 1996). Suomen maaperän pohjavesien keskiarvopitoisuudet ylittyvät tutkimusalueen pohjavesissä (ml. GTK5 ja GTK7) useammassa pohjavesinäytteessä arseenin, kromin, jodin, litiumin, mangaanin, molybdeenin, nikkelin, antimonin, vanadiinin, magnesiumin, natriumin ja rikin osalta. Yksittäisiä ja pieniä keskiarvopitoisuuksien ylityksiä todettiin koboltin, kuparin, rubidiumin ja strontiumin osalta. Pohjaveden kloridipitoisuus ylittää luonnontilaisen pitoisuuden (alle 10 mg/l) havaintoputkissa GTK12 (pintanäyte, 16 mg/l), GTK13 (45 mg/l) sekä GTK5 (57-64 mg/l). Em. vesinäytteissä myös natriumpitoisuudet (GTK12 pinta 8,51 mg/l, GTK13 8,02 mg/l ja GTK5 17,3-18,6 mg/l) ovat korkeammat kuin luonnontilaisissa pohjavesissä keskimäärin (noin 7 mg/l), mikä viittaisi kloridin olevan todennäköisesti peräisin tiesuolauksesta. Havaintoputkissa GTK12, GTK13 ja GTK5 myös sulfaattipitoisuus on keskimääräistä pitoisuutta korkeammalla tasolla. Kohonneet sulfaattipitoisuudet liittyvät todennäköisesti tutkimusalueen geologisiin ominaisuuksiin (harjuaineksen alkuperään). Pohjaveden ympäristölaatunormit ylittäviä pitoisuuksia todetaan muutamissa vesinäytteissä kuparin (laatunormi 20 µg/l) nikkelin (laatunormi 10 µg/l), kloridin (laatunormi 25 mg/l) ja ammoniumtypen (laatunormi 0,2 mg/l) osalta (Juvonen & Gustafsson 2012). Talousveden laatuvaatimusten ja suositusten (STM 1352/2015) osalta raja-arvot ylittyvät Pöllyvaaran pohjavesialueella ainoastaan havaintoputkessa GTK14 mangaanin (laatusuositus 50 µg/l) ja raudan (laatusuositus 200 µg/l) osalta. Mangaanin (365 µg/l) ja raudan ( µg/l) korkeat pitoisuudet liittyvät hapettomiin pohjavesiolosuhteisiin. Myös havaintoputkessa GTK11 mangaanipitoisuus (49,9 µg/l) on laatusuosituksen tasossa. Tutkittujen vesinäytteiden kemiallisten pääkomponenttien määräsuhteiden vertailu on esitetty kuvan 11 Piper-diagrammissa. Vasemman puoleisen kolmion kärjet kuvaavat pääkationien (Ca, Mg, Na+K) ja oikean puoleisen kolmion kärjet pääanionien (HCO3, CO3, SO4, Cl) pitoisuuksia vedessä. Kolmiosta kaikki komponentit projisoituvat keskellä olevaan vinoneliöön, missä vedet tyypitellään niiden pääkomponenttien mukaan. Tutkimusalueen vedet kuuluvat kolmea havaintoputkea (GTK5, GTK12, pinta ja GTK13) lukuun ottamatta päätyypin Ca(Mg)HCO3 -vesiin (sininen vinoneliö). Suomen maaperän pohjavedet kuuluvat samaan päätyyppiin kuin valtaosa Pöllyvaaran pohjavesistä eli Ca(Mg)HCO3 vesiin.

26 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys 22 Kuva 11. Piper diagrammi vesinäytteiden pääkationi- ja anionikoostumukseta. Pöllyvaaran pohjavedet kuuluvat pääosin päätyyppiin Ca(Mg)HCO3 -vesiin (sininen vinoneliö). GTK5, GTK12(pintanäyte) ja GTK13 kuuluvat Ca(Mg)Cl(SO4) -vesiin (oranssi vinoneliö) (Back & Hashaw 1965). Keskiarvopiste maaperän kaivoista ja porakaivoista on Tuhannen kaivon tutkimuksesta (Lahermo et. al 2000). Hiukanharju-Pöllyvaara pohjavesialueella vesinäytteiden pääionikoostumus eroaa lievästi pohjavesialueen osa-alueiden välillä. Hiukanharjun alueella (osa-alue A) pohjaveteen on liuenneena enemmän ioneita kuin Pöllyvaaran alueella (osa-alue B) (kuva 12). Erityisen selvästi erot vesien pääionikoostumuksessa näkyvät yksittäisten havaintoputkien osalta (liite 13). Kuhmontien varrella olevien havaintoputkien (GTK1, GTK5 ja GTK13) vesi eroaa selvästi alueella vallitsevasta vesienlaadusta. Em. havaintoputkissa erityisesti GTK5 ja GTK13 vesissä näkyy tiesuolauksen vaikutus. Hiukanharjun alueella näkyy ihmistoiminnan lisäksi mahdollisesti kallioperän vaikutus Pöllyvaaran aluetta korkeampina magnesium- ja sulfaattipitoisuuksina. Myös pohjaveden hapettomuus

27 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys 23 Hiukanharjun pohjavesivyöhykkeen pohjaosassa (mm. GTK2 ja GTK3, pohjanäytteet) voi viitata kalliopohjavesien vaikutukseen. Kuva 12. Pöllyvaaran (osa-alue B, vasemmalla) ja Hiukanharjun (osa-alue A, oikealla) vesinäytteiden pääionikoostumus esitettynä Stiff diagrammina.

28 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys 24 7 JOHTOPÄÄTÖKSET JA YHTEENVETO Geologian tutkimuskeskuksen Pohjavesi yksikkö on tehnyt geologisen rakenneselvityksen Sotkamon kunnassa sijaitsevalle Hiukanharju-Pöllyvaara pohjavesialueen osa-alueelle B ( B) Tutkimukset on toteutettu yhteistyössä Sotkamon kunnan ja Kainuun ELY keskuksen kanssa. Pöllyvaaran tutkimusalueella kallionpinta vaihtelee tasolla m mpy. (N2000). Tutkimusalueella ei ole kalliopaljastumia eikä kallionpinnan korkeustaso vaikuta alueen topografiaan. Korkeimmillaan kallionpinta on tutkimusalueen pohjoisrajalla Pohjolan kylässä Sotkamojärven rannan kalliopaljastumilla. Alimmillaan kallionpinta on tutkimusalueen Pitkälammen ympäristössä, tutkimusalueen keskivaiheilla Laatikkalanlammelta Sapsojärvelle ja Laatikkalanlammen kaakkoispuolella noin tasossa m mpy. Pohjavesimuodostuma on hydrogeologisesti yhtenäinen ja pohjavesipinta on tasolla +138, ,36 m mpy. Pohjaveden varsinaisella muodostumisalueella pohjavesi on korkeimmillaan muodostuman kaakkoisosassa noin tasolla +140,5 m mpy ja alimmillaan Pitkälammen ympäristössä tasolla +138,43 m mpy. Pitkälammen vesipinta oli tutkimusten aikaan tasolla +139,25 m mpy. Pohjavesialueen luoteisosassa, havaintoputkissa GTK5 ja GTK7, pohjavesi on noin tasolla +138,8 m mpy. Pohjavesimuodostuman koillisosassa pohjavesi on muuta pohjavesialuetta selvästi korkeammalla tasolla +143,36 m mpy. Laatikkalanlammen vesipinta oli tasolla + 142,18 m mpy. Pohjavesivirtaus suuntautuu muodostuman suuntaisesti kaakosta luoteeseen ja Sopalanlammelta luoteesta kaakkoon kohti Pitkälammen aluetta. Pohjavesialueen koillisreunalta pohjavesiä virtaa kohti varsinaista muodostumisaluetta, mutta hienorakeiset ja vettä heikosti johtavat maakerrokset todennäköisesti rajoittavat virtausta. Pohjavesiä purkautuu muodostumaa reunustaviin järviin. Pohjavesivyöhykkeen paksuus on koko tutkimusalueella huomattava. Pitkälammen alueella pohjavesivyöhyke on metrin luokkaa ja Pöllyvaaran mäellä metrin luokkaa. Muodostuman pohjois-koillisosassa pohjavesivyöhykkeen paksuus on mallinnusten mukaan alle kymmenen metriä. Kallio ei nouse missään kohdin pohjavesipinnan yläpuolelle estämään tai rajoittamaan pohjaveden virtausta. Ainoastaan muodostumaan pohjoisessa kaakossa rajoittuvien kalliomäkien alueella kallio on paikallisesti pohjavesipinnan yläpuolella. Pohjaveden yläpuolinen maakerros on paksuimmillaan keskeisimmällä harjualueella Pöllyvaaran alueella metrin luokkaa, paikoin jopa 70 metriä. Pitkälammen koillis- ja lounaispuolella pohjavettä suojaavan irtomaakerroksen paksuus on metrin luokkaa. Aktiivisilla maa-ainestenottoalueilla pohjavettä suojaavan maakerroksen paksuus on nykytilassa noin 15 metriä. Ohuimmillaan pohjavettä suojaava irtomaakerros on pohjavesialueen liepeillä alle viiden metrin luokkaa. Maaperän kokonaiskerrospaksuus on tutkimusalueella huomattava. Paksuimmat maakerrokset ovat tutkimusalueen keskiosassa Pöllyvaaran mäellä metrin luokkaa. Pitkälammen ympäristössä maakerrospaksuus on metrin luokkaa. Ohuimmat maakerrospaksuudet ovat 5-15 metrin luokkaa pohjavesialuetta reunustavia kallioalueita lähestyttäessä. Maaperä on tutkimusalueella hiekkavaltaista. Karkeimmat alueet sijaitsevat Pitkälammen lounaspuoleisella harjuselänteellä sekä sen jatkeena olevalla Pöllyvaaran mäellä. Karkeat soravaltaiset maakerrokset ovat tutkimusalueella pääosin paksujen hiekka-hieno hiekkakerrosten peitossa.

29 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys 25 Pöllyvaaran pohjavesi vastaa laadultaan keskimääräistä suomalaista maaperän pohjavettä. Pohjavesi on hapekasta ja täyttää talousvedelle asetetut laatuvaatimukset ja suositukset. Ainoastaan havaintoputken GTK14 vesinäyte on vähähappista, mistä johtuen pohjaveden mangaani- ja rautapitoisuus ylittävät STM:n laatunormit. Nyt tehtyjen tutkimusten perusteella Pöllyvaaran pohjavesialue on varsin potentiaalinen vedenhankinnan tehostamisen kannalta. Mallinnusten perusteella erityisesti Pöllyvaaran mäkialueella, aktiivisten maa-ainesalueiden kaakkoispuolella, pohjavesivyöhyke on paksu (jopa yli 50 metriä) ja yhtenäinen. Tällä alueella on myös aiemmin tehty vedenhankintatutkimuksia (Vanhapaikan ja Laatikkalan tutkitut vedenottopaikat), joiden mukaan alueet soveltuvat vedenhankintaan ja vedenlaatu täyttää tutkituilta osin talousveden laatuvaatimukset suoritetun koepumppauksen aikana. Tutkimusalueella pohjavesivyöhykkeen paksuus on noin 40 metrin luokkaa myös Pitkälammen ympäristössä, mutta em. alueita ei suositella vedenhankintaan, koska sillä olisi erittäin todennäköisesti negatiivisia vaikutuksia pohjavesivaikutteisen Pitkälammen vesitaseeseen. Laatikkalanlampi on laskuojaton lampi, jonka vesipinta (+142,18 m mpy) on suunnilleen samassa tasossa kuin tutkimusalueen koillisosan pohjaveden pinnantaso (142,36 m mpy). Varsinaisella pohjaveden muodostumisalueella pohjavesi on kuitenkin lähes kaksi metriä alemmalla tasolla (+140,23 m mpy,pt78) kuin Laatikkalanlammella. Laatikkalanlammella ei havaittu lähdepurkaumia tutkimuksen yhteydessä ja pelkästään vesipintoja havainnoimalla vesien virtaussuunta on Laatikkalanlammesta pohjavesimuodostumaan päin. Pinnakorkeuksien välillä on kuitenkin merkittävä ero, joten virtausyhteys lammen ja pohjavesimuodostuman välillä lienee mm. maaperäolosuhteiden vuoksi rajoittunutta. Laatikkalanlammen ja Pöllyvaaran pohjavesialueen välistä vuorovaikutusta ei kuitenkaan tutkittu tarkemmin tämän tutkimuksen yhteydessä. Pinta- ja pohjaveden välisen vuorovaikutuksen määrittäminen on kuitenkin tärkeää, koska pohjaveden laadun huonontuminen voi vaikuttaa pintaveden veden laatuun ja vastaavasti pintaveden pilaantumisella voi olla vaikutusta pohjavesimuodostuman vedenlaatuun. (Ala-aho 2014, Kivimäki et. al 2013)

30 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geologinen rakenneselvitys 26 8 JATKOTOIMENPIDE-EHDOTUKSET Pöllyvaaran tutkimusalueelle ehdotetaan tehtäväksi seuraavia lisätutkimuksia kallionpintamallin tarkentamiseksi ja alueen vedenottopotentiaalin selvittämiseksi: kallioon ulottuva kairaus Pöllyvaaran alueelle painovoimatulkinnan tarkentamiseksi erityisesti painovoimalinjojen L7 ja L22 tulkinnan varmistamiseksi nyt laaditun rakenneselvityksen pohjalta laadittava pohjaveden virtausmalli optimaalisimman koepumppauspaikan selvittämiseksi pitkäaikainen koepumppaus virtausmallin perusteella parhaaksi arvioidulla alueella sekä koepumppauksen vaikutusten seuraaminen jatkuva toimisella pohjavesipintojen seurannalla alueen havaintoputkissa