Pohjavesinäytteiden otto furajoen Olkiluodon kairanreiästä KR6 pitkäaikaisen oumooauskokeen yhteydessä vuonna 2002

Transkriptio

1 Työraportti 232 Pohjavesinäytteiden otto furajoen Olkiluodon kairanreiästä KR6 pitkäaikaisen oumooauskokeen yhteydessä vuonna 22 Nina Paaso TVO Nuclear Services Oy Henry Ahokas Fintact Oy Mia Mäntynen Posiva Oy Joulukuu 23 Pasivan työraporteissa käsitellään käynnissä olevaa tai keskeneräistä työtä. Esitetyt tulokset ovat alustavia.

2 TEKIJÄ ORGANISAATIOT TILAAJA TEOLLISUUDEN VOIMA OY POSIVAOY 276 Olkiluoto TILAAJAN YHDYSHENKILÖ Mia Mäntynen, Posiva Oy TILAUSNUMERO 953/2 RAPORTTI Työraportti 232 POHJAVESINÄYTTEIDEN OTTO EURAJOEN OLKILUODON KAIRANREIÄSTÄ KR6 PITKÄAIKAISEN PUMPPAUSKOKEEN YHTEYDESSÄ 22 TEKIJÄT TARKASTANUT JA HYVÄKSYNYT tif~~ Nina Paaso, TVO ~ A~ JPFintact Oy ~~/l,~ Anneli Reinvall, TVO

3 POHJA VESINÄYTTEIDEN OTTO EURAJOEN OLKILUODON KAIRANREIÄSTÄ KR6 PITKÄAIKAISEN PUMPPAUSKOKEEN YHTEYDESSÄ VUONNA 22 TIIVISTELMÄ Olkiluodon tutkimusalueelia käynnistettiin vuonna 2 pitkäaikaispumppaus kairanreiästä KR6. Virtaus ja sähkönjohtavuusmittausten rinnalla tehtävien pohjavesinäytteenottojen tavoitteena on selvittää pohjaveden mahdollisia yhteyksiä mereen sekä suolaiseen veteen pitkäaikaispumppauksen seurauksena. Vuoden 22 ja alkuvuoden 23 aikana yhteensä kuusi pohjavesinäytettä kairanreiästä KR6 kolmelta eri syvyydeltä (98,5,5 m (2 kpl), 253 m (2 kpl) ja 3537 m (2 kpl) ). Pohjavesinäytteet otettiin avoimista kairanrei'istä käyttäen kahta vedellä pullistettavaa tulppaa sekä kalvopumppua. Kahdelta syvyydeltä (98,5,5 m ja 3537 m) otettujen vesinäytteiden suolapitoisuuksien havaittiin kasvavan edelleen pitkäaikaispumppauksen seurauksena. Vesinäytteen 253 m suolapitoisuus sitä vastoin pieneni kahden vuonna 22 aikana suoritetun näytteenoton välillä. Kaikki otetut vesinäytteet edustivat vesityyppiä NaCaCl ja olivat suolapitoisuudeltaan murtovesiä ( mg/ <TDS< mg/). Vesinäytteenottojen yhteydessä mitattuja sähkönjohtavuus (EC) arvoja verrattiin in situ ECmittausten tuloksiin ja havaittiin, että tulokset ovat hyvin yhteneviä yhtä näytettä lukuun ottamatta. Tämän perusteella voitiin todeta, että eri vesinäytteenotoilla on saatu etupäässä hyvin yksittäistä rakoa tai kapeaa rakovyöhykettä edustavia pohjavesinäytteitä. Tässä raportissa esitetään vesinäytteiden otto ja analyysitulokset kairanrei'ästä KR6 sekä analyysituloksista tehdyt päätelmät. Lisäksi esitetään in situ ECmittausten toimintaperiaate sekä verrataan saatuja tuloksia vesinäytteenottojen yhteydessä mitatluihin ECarvoihin. Tämä raportti sisältää myös vuosina 2 ja 22 suoritettujen vesinäytteenottojen tulosten suppean vertailun.. Avainsanat: Olkiluoto, pitkäaikaispumppauskoe, in situ ECmittaus, suolapitoisuus, pohjavesi, näytteenotto, analysointi, analyysitulokset

4 GROUNDWATER SAMPLING FROM BOREHOLE KR6 DURING LONGTERM PUMPING TEST AT OLKILUOTO, EURAJOKI IN 22 ABSTRACT A longterm pumping test from borehole KR6 at Olkiluoto was initiated in 2. Both flow and in situ EC measurements as well as groundwater samplings from specific sections are being performed. The aim is to get information on the potential connections via fractures both to the sea and to the deep saline groundwater during long term pumping of the borehole. In 22 and at the beginning of 23 six groundwater samples were collected from borehole KR6 at three different sampling depths (98,5,5 m, 253 m and 3537 m). Groundwater samples were taken from the packedoff sections by a membrane pump. Salinities of two groundwater samples from depths 98,5,5 m and 3537 m were increasing due to the long term pumping of the borehole KR6. Whereas the salinity of the groundwater samples taken from section 253 m was decreasing between two groundwater samplings done in 22. All taken groundwater samples represent water type NaCaCl and they are brackish ( mg/ <TDS< mg/). Electrical conductivity, which was measured during the groundwater sampling, was compared to the in situ electrical conductivity measurements. The results achieved with different methods agreed well except for one sample. Based on EC results it can be concluded that groundwater samples taken from borehole KR6 represent good groundwater from a single fracture or narrow fracture zone. This study presents sampling methods and the results of analyses of groundwater samples from the deep borehole KR6. Beside these the report presents operating principles of the in situ EC measurements and also comparison of the results to the EC results measured during groundwater sampling. This report also contains a short comparison of the groundwater sampling results achieved in 22 and 23. Keywords: Olkiluoto, longterm pumping test, in situ ECmeasurement, salinity, groundwater, sampling, analysis, the results of the chemical analysis

5 SISÄLLYSLUETTELO JOHDANTO VIRTAUSERO JA IN SITU SÄHKÖNJOHTAVUUSMITTAUSTEN (EC) SUORITTAMINEN VESINÄYTTEIDEN OTTO Tutkimussyvyydet ja pumppausajat Näytteenottomenetelmä ja kenttämittausten tulokset ANALYYSITULOKSET Fysikaaliskemialliset ominaisuudet Tulokset Isotoopit ANALYYSITULOSTEN EDUSTAVUUS Kenttäanalyysit TVO:n laboratorioanalyysit Anionit Kationit Varaustasapaino 2 7 PÄÄTELMÄT VUODEN 22 ANALYYSITULOKSISTA VUOSIEN 2 JA 22 TULOSTEN VERTAILUA In situ ja kenttämittauksilla mitatut sähkönjohtavuustulokset Kenttämittaukset Laboratorioanalyysit YHTEENVETO VIITTEET... 39

6 2 LIITE. KENTTÄMITTAUKSET... 4 LIITE 2. TVO:N ANALYYSITULOKSET LIITE 3. TUTKITUT PARAMETRIT, ANALYYSIMENETELMÄT JA LABORATORIOT LIITE 4. OLSO REFERENSSIVESIEN TULOKSET... 99

7 3 JOHDANTO Tämä työ on jatkoa vuonna 2 käynnistyneelle kairanreiän KR6 pitkäaikaispumppaustyölle.. Ennen pumppausten aloittamista kairanreiän perustila määritettiin virtausero ja sähkönjohtavuus (EC) mittauksin sekä kahdelta syvyydeltä vesinäytteenotoin. Tämän jälkeen kairanreiän yläosan pumppaus käynnistettiin ja pohjavedessä tapahtuvia muutoksia on seurattu laadittujen ECmittaus ja vesinäytteenottoohjelmien mukaisesti. Virtaus ja sähkönjohtavuusmittausten rinnalla tehtyjen pohjavesinäytteenottojen tavoitteena on selvittää pohjaveden mahdollisia yhteyksiä mereen sekä suolaiseen veteen pitkäaikaispumppauksen seurauksena. Koska vuonna 2 suoritettu pumppaus aiheutti mielenkiintoisia muutoksia, kuten esim. suolaisuuden kasvua kairanreikään virtaavassa vedessä, pitkäaikaispumppauskoetta päätettiin jatkaa myös vuonna 22. Vesinäytteet otettiin erillisen näytteenottoohjelman mukaisesti kolmelta eri syvyydeltä (98,5,5 m; 253 mja 3537 m). Kaikilta näytteenottosyvyyksiltä suoritettiin kenttämittaukset vuoden 22 aikana kerran. Tässä raportissa esitetään vuoden 22 ja vuoden 23 alkuvuoden vesinäytteiden otto ja analyysitulokset sekä verrataan vesinäytteenottojen yhteydessä mitattuja EC arvoja in situ mittausten ECtuloksiin. Tähän raporttiin Henry Ahokas (Fintact Oy) on kirjoittanut luvut 2 ja 8., Mia Mäntynen (Posiva Oy) luvut 3., 3.2, 4 ja 8.2 ja Nina Paaso (TVONS Oy) luvut, 3.3, 5, 6, 7, 8.3 ja 9.

8 5 2 VIRTAUSERO JA IN SITU SÄHKÖNJOHTAVUUSMITTAUSTEN (EC) SUORITTAMINEN Reiässä KR6 suoritetun pitkäaikaisen pumppauskokeen aikana on vuoden 2 keväästä alkaen tehty virtauksen ja sähkönjohtavuuden (EC) rakokohtaisia mittauksia säännöllisesti noin kolmen kuukauden välein (Pöllänen & Rouhiainen 22). Mittausten tavoitteena on ollut pitkäaikaispumppauksen virtaus ja ECarvoihin aiheuttamien vaikutusten seuraaminen. Kairanreiän yläosan pumppauksen aiheuttaman pohjaveden pinnan aleneman (noin 6 m) johdosta vesi virtaa normaalista poiketen kalliosta reikään koko kairanreiän matkalla. Aikaisemmin suoritettujen virtausmittausten tulosten (Pöllänen & Rouhiainen 2) perusteella pitkäaikaispumppauksen seurantakohteiksi valittiin syvyysväleillä 2464 m, 984 m ja m sijaitsevat hyvin vettä johtavat jaksot edustaen kalliomalliversion 2/ rakenteita R26, R5, R52 ja R3. Uusimman kalliomallin (versio 23/) mukaan rakennetunnukset ovat syvyysvälille 2464 m KR6_2H, KR6_3H ja KR6_ 4H, syvyysvälille 984 m KR6_5H, KR6_6R ja KR6_7H sekä syvyysvälille m RH3. Edellä mainituilta syvyysväleiltä mitattiin kaikkiaan noin 5 yksittäisen raon tai kapean rakoparven veden virtaus ja 2 raon veden EC. Mittaukset suoritettiin liikuttamalla hetulatulpilla eristettyä,5 m:n mittausväliä, m:n siirroin. Jokaisen siirron jälkeen laite pysähtyy mittaamaan virtausta noin puolen minuutin ajaksi. Erikseen valittujen (kriteereinä hyvä vedenjohtavuus ja kattava syvyysjakauma) rakojen (2 kpl) kohdalla laite pysäytettiin keskimäärin noin minuutin ajaksi mittaamaan raosta virtaavan veden ECarvoja. Syvimmästä raosta ( 423 m) ECarvoa mitattiin vähintään noin tunnin ajan, koska virtaus kalliosta reikään oli pientä. Pieni virtaus aiheuttaa sen, että edustavan tuloksen saaminen kestää kauemmin kuin muilla syvyyksillä. Mittaukset on suoritettu virtausmittarilla (Öhberg & Rouhiainen 2), jonka periaatekuva on esitetty kuvassa. Mittalaitteessa olevat virtausohjaimet (rubber disks) eli hetulat pakottavat kalliosta tulevan veden kulkemaan virtausanturin (flow sensor) ja ECanturin (EC electrode) kautta. Samalla hetulat ohjaavat yhdessä laitteen läpi asennetun avoimen putken kanssa muualta kuin mittausvälistä tulevan veden kulkemaan virtausanturin ohi eli vain tutkimuskohteena olevasta raosta reikään tulevan veden virtaus ja EC mitataan. Veden virtauksen mittaus perustuu lämpöpulssin käyttöön tai lämmitystermistorin jäähtymiseen virtausanturissa. Lisäksi laitteessa on yksipistevastuselektrodi (single point electrode), jonka avulla laitteen kulloinenkin syvyys voidaan tarkistaa vertaamalla tuloksia kairausraportin tai reikätv :n kuviin. Kuvassa 2 on esimerkki kolmen raon ECmittauksen tuloksista joulukuulta 22. Kaikki vuoden 22 virtaus ja ECmittaustulokset raportoidaan omassa työraportissaan.

9 6 electrode Rubber disks Flow along the borehole Kuva. Virtausmittauksen periaatekuva (suomenkieliset termit tekstissä). Time series of electric conductivity Eurajoki, Olkiluoto, borehole KR /J' l9. ~ i ~ ~/ ~ ~,. rt...,.. J...J _ ~~ ~~ L'.J.a.. ~L t7 rr T T t+ ++ ~,., r r.,t... J.. ~L., ~..... _ ~+ ~~ ~t ' rr TT tt +T ~.. : T.. :. =... : :t.. :.. T :.. :. ; ~...: + +. : :...;.;~:~.~~~>t...:'"~~~j~ji.j_~... ~y.. ~~~ 99.5 = I!JJ~:!.f.:~f_:<~~ ~ ~ ~ ~.;._;._ ~ :~ ~.. =~T=~~ ~ =~ :: = ~ = = = = = = = }~ ++ t ++ J.. J.. ~~ ~~,. rr TT 5 Time from the start of the measurement (s) Kuva 2. Esimerkki rakokohtaisen EC:n kehittymisestä mittauksen aikana kolmella eri syvyydellä (99, 5m, 28,5 m ja 35,8 m).

10 7 3 VESINÄYTTEIDEN OTTO 3. Tutkimussyvyydet ja pumppausajat Kairanreiästä KR6 suoritettiin yhteensä 6 vesinäytteenottoa kolmelta eri syvyydeltä (98,5,5 m, 253 m ja 3537 m) erillisen näytteenottoohjelman mukaisesti sekä kenttämittaukset kolmelta eri syvyydeltä. V esinäytteenottokohteiksi valittiin ECmittausten perusteella sellaiset vettä johtavat raot, joissa oli havaittu pitkäaikaispumppauksen aiheuttamaa sähkönjohtavuudenjatkuvaa kasvua. Vesinäytteenottojen tutkimussyvyydet, pumppausajankohdat, pumpatun veden määrät, vaihtuvuudet ja näytteenottoajat on esitetty taulukossa. Taulukossa esitetty pumppausaika on kokonaispumppausaika, johon sisältyy myös vesinäytteenotto. Kairanreiän veden vaihtuvuuskertojen laskennassa on esipumpatun vesimäärän jakajana käytetty ko. tulppavälin ja vesinäytteenottoletkun yhteistilavuutta. Taulukko. KR6:n vesinäytteenotto kohdat, pumppausajat ja esipumpattu vesimäärä ennen näytteenottoa. Tutkimussyvyys tarkoittaa kairauspituutta tasona maanpinta. Tutkimussyvyys(m) Pumppausaika Vesinäytteen Esipum Vaihtuvuus Koko /näytteen ottokerta otto pattu vesi ennen pumpattu määrä näytteenottoa vesimäärä () (krt) () 253/ / ,5,5/ / / ,5,5/ Näytteenottomenetelmä ja kenttämittausten tulokset Kairanreiän KR6 pohjavesinäytteenotat suoritettiin käyttämällä kahta pullistettavaa kumitulppaa sekä kalvopumppua. Kaikki näytteenottopumppaukset on suoritettu kairanreiän yläosan pumppauksella 2 /h, joka aiheuttaa noin 6 m pohjaveden pinnan aleneman kairanreiässä. Tutkimussyvyyksien 98,5,5 m, 253 m ja 3537 m vesinäytteenotat suoritettiin kaksi kertaa vuoden aikana. Kunkin näytteenottokohteen kenttämittaukset suoritettiin kerran vuoden 22 aikana, jolloin pohjaveden kemiallista laatua seurattiin jatkuvatoimisten ph, sähkönjohtavuus, liuenneen hapen ja Ehmittausten avulla. Mittaukset tehtiin typpisuojauksessa, jotta vältyttiin ilmakontaminaation vaikutukselta. Elektrodit kalibroitiin (TYÖ7/98REV) aina pumppausjakson alussa ja tarvittaessa mittausjakson aikana. Kenttämittaustulokset tallentuvat automaattisesti tietokoneen kovalevylle, mutta ne tailennettiin myös manuaalisesti päivittäin. Elektrodien manuaaliset ja automaattisesti kovalevylle tallentuneet mittaustulokset on esitetty graafisina kuvaajina liitteessä. Mittaustuloksien lisäksi liitteessä on kairanreiän pumppausjakson tuoton kuvaajat. Automaattisten kenttämittausten lisäksi suoritettiin ph ja sähkönjohtavuusarvojen mittauksia manuaalisesti, jotta voitiin seurata kenttämittausten luotettavuutta. Niiden vesinäytteenottojen, joiden aikana jatkuvatoimisia kenttämittauksia ei suoritettu, veden laatua seurattiin päivittäin ainoastaan manuaalisilla

11 8 ph:n ja sähkönjohtavuuden mittauksilla. Mittausten tulokset sekä pumppausten tuotoista laaditut kuvaajat on esitetty liitteessä. Kenttämittausten suorittamisen sekä vesinäytteen natriumfluoresiinipitoisuuden (uraniinipitoisuuden) tarkastamisen jälkeen kerättiin vesinäytteet eri laboratorioissa suoritettavia analyysejä varten. Normaalitilanteessa vesinäytteenotto suoritetaan vasta kenttämittausarvojen tasoittumisen jälkeen, mutta tässä tapauksessa tiukan aikataulun vuoksi vesinäytteenotto jouduttiin useimmissa tapauksissa aloittamaan ennen tasoittuneiden kenttämittausarvojen saavuttamista. Vesinäytteet otettiin suoraan vesinäyteletkusta ennen läpi virtauskennostoa. Taulukossa 2 on esitetty vesinäytteenottoihin liittyvät elektrodien kalibroinnit sekä huomiot ja toimenpiteet pumppauksien aikana. Taulukko 2. Läpivirtauskennoston elektrodien kalibroinnit ja muut pumppauksien aikaiset huomiot. Tutkimussyvyys Kenttä Kalibroinnit Toimenpiteet ja huomiot pumppauksen (m) mittaukset aikana 253/ manuaaliset ph ja 5. näytepumppaus lopetettu kalvopumpun ECmittaukset toimintahäiriön vuoksi. Työpaineletkusta vesi loppunut. 3537/ X Ei erityisiä huomioita. 98,5,5/ manuaaliset ph ja 23.7 ja 6.8 sähkökatko > yläosan pumppaus ECmittaukset pysähtynyt. 3537/2 manuaaliset ph ja Ei erityisiä huomioita. ECmittaukset 253/2 X 24., 3. redox. ja 3. typpi loppunut. Automaattisen elektrodi tallennuksen tulokset puuttuvat jaksolta ,5,5/2 X 9..2, 7.2ja Vesinäytteenotto lopetettu auraauton 2.2 phelektrodi katkaistua sähkökaapelin kairanreiältä. Varanäytteitä ja muutama isotooppinäyte jäi keräämättä. 3.3 Analysoidut parametrit ja käsittely ennen analysointia Vesinäytteistä analysoitiin kentällä sähkönjohtokyky, ph, alkaliteetti (m ja pluku), asiditeetti ( pluku), ferro (Fe 2 +) ja kokonaisrauta (Fekok), kloridi ja sulfidi. Syvyyden 98,5,5 rn/2 vesinäytteistä analysoitiin kentällä ainoastaan alkaliteetti ja sulfidipitoisuus, koska kenttälaboratorion käyttö lopetettiin sen huonokuntoisuuden vuoksi. Kyseisen näytteen kaikki muut kentällä tehtävät analyysit suoritettiin TVO:n laboratoriossa. Kenttäanalyysit on kuvattu Pasivan vesinäytteenoton kenttätyöohjeessa (Paaso et al. 23). Laboratorioanalyysit on esitetty liitteessä 2. Osa vesinäytteistä kestävöitiin näytteenoton yhteydessä Pasivan vesinäytteenoton kenttätyöohjeen mukaisesti taulukossa 3 esitetyllä tavalla. Näyteastiaina käytettiin polyeteenipulloja, seerumi putkia, hioskorkillisia ja Pyrexlasipulloja sekä lääkepullo ja.

12 9 Taulukko 3. Pohjavesinäytteiden analysoidut parametrit, näytemäärät ja näytteenottoon liittyvät muut toimenpiteet (x = typetetty/suodatettu, = ei typetetty/ ei suodatettu). a ) A nayys. t k en tt" a a b ora t onossa. Analyysi Näytemäärä () ja Typetetty, Suod. Muut toimenpiteet keräysastia N2,45 Jlm sähkönj ohtokyky, X, PE ph, tiheys alkaliteetti, x,5 Pyrex X X oma keräyslaite ja titraukset asiditeetti lasipullo NTatmosfåärissä Cl, F X,5 PE X szkok 3 x, mittapullo X kestävöinti:,5 ml M Zn(Ac) 2 +,5 ml M NaOH NTatmosfåärissä (reagenssinlisäyslaite) Fe 2 +, Fekok 3 x,5 lasinen X X 4 ml ferroziinipuskuriliuosta mittapullo, N Tatmosfåärissä happopesty (reagenssinlisäyslaite) b) Analyysit laboratoriossa Analyysi Näytemäärä () Typetetty, Suod. Muut toimenpiteet ja keräysastia N2,45 JLID ph, tiheys, X,5 PE sähköniohtavuus Natriumfluoresiini X,25 PE alumiinfolio näytepullon (uraniini) ympärillä Si 2 X,5 PE X NH4 X,25 PE S 2 kok (tehdäänjos 3 X, X kts. analyysit sulfidia on havaittu mittapullo kenttälaboratoriossa kentällä) so4, Br, X,25 PE X N 2, N3, N(kok) X,25 PE X P(tot), P4 X,5 PE X kestävöinti: 5 ml 4 M H 2 S4 DOC x,25 tumma X X typpipussi lasipullo Na, K, Mg, Ca, Fe X,25 PE, X kestävöinti:,25 ml väk. happopesty HN3 Sr X, PE X kestävöinti: ml väk. HN 3 B(tot) X,25 PE, X happopesty 2 H(H 2 ), 8 (Hz) 2 x, lasinen seerumiputki ~ai X, PE 3 H(H 2 ) 2 x tumma 3 C(DIC)/ 4 C(DIC) lasipullo 2 x,25 tumma X X lasipullo, happopesty s?sr/sosr 2 X,5 PE, kestävöinti: 5 ml väk. HN3 happopesty S34 (S4)/8 HDPEpullo näytetilavuus vaihtelee (S4) sulfaattipitoisuuden mukaan. A =Kaikkien kolmen syvyyden ensimmäisten näytteenottojen H2/8 näytteet kerättiin seerumiputkiin ja toisen näytteenottokerran polyeteenipulloon.

13 4 POHJA VESINÄYTTEIDEN EDUSTAVUUS Vesinäytteenotat suoritettiin pitkän noin 34 viikkoa kestäneen esipumppausjakson jälkeen. Näytteenottovälin pohjaveden natriumfluoresiinipitoisuus määritettiin ennen vesinäytteiden keräämistä. Näytteen oletettiin olevan edustava, kun kenttämittausarvot olivat pääsääntöisesti tasoittuneita ja kun vesi oli vaihtunut tulppaväleillä ja näytteenottoletkuissa vähintään kolme kertaa, lisäksi näytteen uraniinipitoisuuden oli oltava alle 2% kairauksessa käytetystä määrästä (5 ~g/). Kenttämittausarvojen tasoittuminen vei huomattavasti arvioitua enemmän aikaa, joten kaikkien parametrien tasoittumista ei voitu lähinnä aikataulusyistä jäädä odottamaan. Kenttämittaukset suoritettiin sekä vuonna 998 (98,5,5 m ja 253 m) että vuonna 999 (3537 m) valmistuneilla kenttämittauslaitteistoilla. Kenttämittauslaitteistot eroavat toisistaan ainoastaan sähkönjohtavuusmittauksen osalta. Vuonna 998 valmistuneessa laitteistossa on käytössä Yokogawan sähkönjohtavuuselektrodi, kun taas vuoden 999 laitteistossa käytetään Kemotronin sähkönjohtavuusmittaria ja elektrodia. Molemmat elektrodit ovat 4pisteelektrodeja eli niissä käytetty mittaustekniikka on samanlaista. Manuaaliset mittaukset on suoritettu käyttämällä kannettavaa ph ja johtokykymittaria (Multiline P3). Mittarin kalibrointi ja mittaukset on suoritettu Posivan työohjeen TYÖ4/ mukaisesti. Läpivirtauskennoston tulokset taulukossa 4 ovat noin 35 vuorokautta ennen näytteenottoa mitattujen tasoittuneiden mittaustulosten keskiarvoja. Jos tasoittunutta mittausjaksoa ei ole tuloksista voitu havaita, taulukkoon on valittu läpivirtauskennostossa juuri ennen näytteenottoa mitattu hetkellinen arvo. Kenttämittaustuloksille on suoritettu tapauskohtainen virhearviointi. Virhe on määritetty laskemalla tasoittuneen pumppausjakson mittaustulosten keskihajonnat. Mikäli tasoittunutta mittausjaksoa ei ole saavutettu on keskihajonta laskettu 5 vrk:n mittaustuloksista ennen näytteenottoa. Manuaalisen ph ja sähkönjohtavuusarvojen seurannan tuloksista ei tasoittuneita mittausjaksoja saavutettu juuri lainkaan. Manuaalisten mittausten tulokset ovat riippuvaisia näytteenotosta ja mittauksen suorittajasta. Lisäksi mittaukset suoritetaan ilman typpisuojausta, joten ilmakontaminaatio voi vaikuttaa hieman erityisesti ph:n mittaustuloksiin. Kannettavan mittarin ongelmana on ollut ph:n mittauksen erittäin pitkä stabiloitumisaika. Manuaaliset mittaustulokset pitää ymmärtää ainoastaan suuntaa antavina. Taulukossa 4 esitetyt tulokset ovat koko mittausjaksosta lasketluja keskiarvoja. Keskihajonnat on myöskin laskettu koko mittausjakson tuloksista.

14 2 Taulukko 4. Automaattisten kenttämittausten sekä manuaalisten ph ja sähkönjohtavuusmittausten tulokset ennen vesinäytteenottoja. (Automaattisten ph ja sähkönjohtavuustulosten perässä on suluissa manuaalisesti mitatut arvot). Tutkimussyvyys (m)/ ph 2 Eh Sähkönjohtavuus Tuoton näytteen otto kerta (mg/) (mv) (ms/m) keskiarvo (Vh) 98,5,5/ 8, ±,2 8 ± 9,4 98,5,5/2 7,2 ±,,3 ±, Au: 3 ± 2 85 ± 2,2 (7,6 ±,) Pt: 2 ± 2 (86 ± ) 253/ 7,4 ±, 36 ±5 5,5 253/2 L. 7,9 ±,, ±, Au: 25 ± 28 ± 2,8 (7,6 ±,) Pt: 26 ± (3 ± ) 3537/ 7,5 ±,, ±,9 Au: ± 2 8 ± 8,5 (7,6 ±,) Pt: ± 2 (22 ± 6) 3537/2 7,7 ±, 25 ±,4 EI tasttunutta mtttausarvoa. 2 Tulokset laskettu poikkeuksellisesti manuaalisista tallenteista, sillä automaattisen tallennuksen tulokset mittausjakson loppupuolelta puuttuu. Syvyyden 98,5,5 m pumppaukset suoritettiin ja Näistä jälkimmäisen näytteenottopumppauksen aikana suoritettiin kenttämittaukset Ensimmäisen näytteenottopumppauksen aikana vesi vaihtui näytteenottovälillä ja letkussa 548 kertaa eli vettä pumpattiin yhteensä n. 66. Pumppauksen aikana seurattiin manuaalisilla mittauksilla ph ja sähkönjohtavuusarvoja. Esipumppauksen aikana ei saavutettu tasoittunutta pharvoa, mikä todennäköisesti johtuu ilmakontaminaatiosta sekä manuaalisen mittarin hitaasta tasoittumisesta. Jokainen mittauskerta on yksittäinen mittaussuoritus, joita ei välttämättä ole tehty täsmälleen samalla tavalla. ph:n mittaus on todella herkkä mittausolosuhteissa tapahtuville muutoksille. Sähkönjohtavuusarvot tasoittuivat noin vrk ennen vesinäytteenottoa lukemaan 8 ms/m. Toinen näytteenottopumppaus vesinäytteenottoineen kesti 3 7 vrk. Vettä pumpattiin ennen vesinäytteenottoa noin 68. Liuenneen hapen ja ph:n mittaustulokset ehtivät tasoittua ennen vesinäytteenoton aloitusta. Liuennut happi tasoittui 3 ppb:n tasolle ja pharvo lukemaan 7,2. Sähkönjohtavuuden mittaustuloksissa on havaittavissa huomattavaa vaihtelua sekä lievä kasvava trendi. Tästä syystä taulukossa 4 esitetty sähkönjohtavuuden mittaustulos on juuri ennen vesinäytteenoton aloitusta mitattu hetkellinen arvo. Mittaustulosten vaihtelu johtuu kennostoon kertyneistä kaasuista. Myöskään Ehmittauksilla ei saavutettu tasoittuneita arvoja. Auelektrodilla päädyttiin arvoon 3 m V ja Ptelektrodilla arvoon 2 m V. Mittaustulokset viittaavat hapettaviin olosuhteisiin. Syvyyden 253 m ensimmäinen pumppaus suoritettiin Sen aikana suoritettiin ainoastaan ph ja sähkönjohtavuusarvojen manuaalista seurantaa. Kumpikaan parametreista ei tasoittunut mittausjakson aikana. Toisen näytteenoton aikana tulppaväliä 253 m/2 esipumpattiin 27 vrk ja vesi ehti vaihtua tulppaväleillä jaletkuissa 28 kertaa. Koska automaattisessa tallennuksessa oli teknisiä ongelmia, kenttämittausparametrien arvot taulukkoon 4 on laskettu poikkeuksellisesti manuaalisen seurannan tuloksista. Kaikki kenttämittausparametrit ehtivät tasoittua esipumppaus jakson aikana. Eh ja liuenneen hapen mittauksista piirretyissä kuvaajissa voidaan havaita typen loppumisesta johtuneet mittaushäiriöt. ja 3.. Sähkönjohtavuus mittauksissa on huomattavia häiriöitä, jotka johtuvat läpivirtauskennostoon kerääntyneistä kaasuista tai elektrodin epätarkasta asennosta läpivirtauskennostossa. Eri aikoina suoritettu

15 3 jen pumppausjaksojen tuotot poikkeavat huomattavasti toisistaan, sillä jälkimmäisen pumppauksen tuotto on noin kaksi kertaa suurempi kuin ensimmäisen pumppauksen aikana mitattu tuotto. Todennäköisimpänä syynä tähän on laitteiston asennuksessa tapahtunut mittausvirhe, jolloin jälkimmäiseen pumppausväliin on tullut useampi vettä johtava rako. Näytteenottovälin 3537 m ensimmäinen pumppaus kesti kokonaisuudessaan 24 vrk. Pumppauksen aikana näytteenottoväliltä pumpattiin lähes 35 vettä. ph:n ja sähkönjohtavuuden kenttämittaukset tasoittuivat esipumppausjakson aikana arvoihin 7,8 ja 8 ms/m. Liuenneen hapen mittauksissa esiintyi huomattavia mittaushäiriöitä koko pumppausjakson ajan eikä tasoittunutta mittauslukemaa saavutettu. Myös Ehmittauksissa oli huomattavia ongelmia ja molemmat redoxelektrodit päätyivät lopulta positiivisiin Eharvoihin, Au: m V ja Pt: m V. Sekä liuenneen hapen mittaustulokset että Ehtulokset viittaavat hapellisiin olosuhteisiin näytteenottovälillä. Toisen pumppauksen ( ) aikana suoritettiin ainoastaan manuaaliset mittaukset. Molemmilla mittauksilla on päädytty lähes tasoittuneisiin arvoihin. pharvo oli 7,7 ja sähkönjohtavuus 25 ms/m. Syytä näytteenottoväleistä 98,5,5 m ja 3537 m mitatluihin positiivisiin Eharvoihin on vaikea arvioida, sillä molemmissa tapauksissa liuenneen hapen pitoisuus oli lähes ppb:tä. Tulokset vaikuttavat mittausvirheiltä, mutta sitäkään ei olemassa olevien muistiinpanojen ja kalibrointitietojen perusteella voi osoittaa. Mikäli kyseessä kuitenkin on todelliset mittaustulokset, se tarkoittanee sitä, että vedellä, joka ko. näytteenottoväleille tulee on yhteys jotain rakennetta pitkin maan pinnalla liikkuvaan hapelliseen veteen. Rakenteet, mitkä ovat ne tulkitut rakenteet näille syvyyksille. Näytteenottovälistä 253 m mitatut Eharvot sen sijaan olivat selkeästi negatiiviset.

16 5 5 ANALYYSITULOKSET 5. Fysikaaliskemialliset ominaisuudet Läpivirtauskennostossa maan pinnalla mitatut pohjavesinäytteiden 98,5,5 m/2; 253 m /2 ja 3537 m/ lämpötilat vaihtelivat välillä 8 C. Liuennutta happea havaittiin vähän syvyyden 98,5,5 m/2 ja syvyyden 3537 m/ vesinäytteenotossa. Läpivirtauskennoston sähkönjohtavuus, Eh ja pharvoja on käsitelty aiemmin luvussa 4. Pohjavesinäytteiden ph vaihteli neutraalista lievästi emäksiseen (ph 7, 7, 7). Davisin ja De Wiestin (967) luokituksen mukaan KR6:n kaikki vesinäytteet edustavat vesityyppiä NaCaCl (taulukko 5). Näytteiden kokonaissuolaisuus (TDS, Total Dissolved Solids) vaihtelee välillä mg/ (Taulukko 5.). Luokituksen (Davis 964) mukaisesti kaikki KR6:n vesinäytteet ovat murtovettä ( mg/l<tds< mg/). Kuvassa 3 on esitetty TDS kloridin funktiona. Taulukko 5. Pohjavesinäytteiden kokonaissuolaisuus (TDS; mg/) ja vesityypit. Syvyys, m Vesityyppi 98,5,5/ NaCaCl 98,5,5/ 2 NaCaCl 253/ NaCaCl 253/2 NaCaCl 3537/ NaCaCl 3537/2 NaCaCl TDS, mg/l t;,6 esooo en 4ooo ~3 2 98,5,5m/ 253m/ 98,5 OO,Sm/2 253m/2 2 3 Cl (mg/) Å 3537m/ Å 3537m/2 ~ 4 5 Kuva 3. Pohjavesinäytteiden TDS kloridin funktiona.

17 6 5.2 Tulokset Kairanreiästä KR6 eri syvyyksiltä otettujen vesinäytteiden sekä kenttälaboratorion että laboratorion analyysitulokset on esitetty taulukossa 6 sekä liitteessä 2. Liitteessä 2 on esitetty myös kenttäanalyysien tulokset sekä kennostoraportit Analyysimenetelmät ovat standardien mukaisia tai yleisesti hyväksyttyjä ja käytettyjä menetelmiä (liite 3) Liitteessä 4 on esitetty OLSO referenssiveden analyysitulokset Taulukko 6. Kairanreiän KR6 analyysitulokset. Analyysi Yksik 98,5,5 98,5, kö ml m/2 m/ m/2 m/ m/2 Sähkönjoh ms/m tavuus A C ph 7,5 7,5A 7,6 7,2 7,7 7, Natriumfluo Jlg/l resiini,6,8 < < < < Tiheys g/ml,, A,4,4,4,3 pluku mmol/ <,5 <,5 <,5 <,5 <,5 <,5 mluku mmol/ 3,9 2,9,48,7,9,8 puku mmo/,9,28,3,7,4, Vetykarbo mg/ naatti DOC mg/ 5,8 <,8 2,3 <,8 3, 5,5 Ammonium mg/,49,59,7,32,26,34 Eromidi mg/ 7,2 8, Fluoridi mg/,4,4,6,3,4,5 FosfaattiP mg/,4 <,3,3,3,3,3 KokonaisP mg/ <,3 <,3 <,3 <,3 <,3 <,3 Nitraatti mg/ <,2 <,4 <,2,2 <,2 <,2 Nitriitti KokonaisN mg/ mg/,, <,2 <,3 <,2,6,52,42,3,3,32,28 Koridi mg/ A Sulfaatti mg/ SuUidi mg/,3,3 <, <,,6 <, <, <, Liukoinen mg/ Silikaatti Kaium mg/ Kalsium mg/ Magnesium mg/ Natrium mg/ Rauta (II+) mg/,35,28,35,45,53,499 Rauta (kok) mg/,32,26,32,44,5,5,4 8,87 8,43 8,46 8,47 8,44 8 Strontium mg/ 4,7 5, 8, 8,3 7,3 7,6 Bo ori mg/,49,6,82,7,66,7 A tl.... tehty laboratonossa. analysmty GF AAS.lla, hhavmtu epavarma tulos. K kenttaaboratono, L TVO:n laboratorio, VTT = VTT:n Prosessit Analyysipaikka K K L K K K K K L L L L L L scc Viatee scc Viatee scc Viatee K,L L K, L L L L L L K K, L VTT VTT

18 7 5.3 Isotoopit Taulukko 7. Kairanreiän KR6 vesinäytteiden isotooppitulokset. Analyysi Yksikkö 98,5,5 98,5, ml ml2 ml ml2 ml ml2 uso(h2) %osmow,7 9,3 9,6,,78,25,9 LH(H2) %osmow 78,3 74,6 85, 73,9 8,8 76,9 74,6 3 H(H2 ) TU 2,7,2,5 2,9 3,3 3, 2,28 2,66,53 34 S(S4) %ocdt 22,89 23,26 24,63 22,8 24,7 22,96 HO(S4) %osmow,92 2,3 4,8,7 2,37,9 3 C(DIC) %opdb 7,8 A 6,6 5,5 2,4 4 C(DIC) BP 74 A C(DIC) %pm 39,5 A 34,6 32,2 45,6 H7SriH6Sr,769,774,7757,76839,774,768,7686 = Analyysilaboratorio ei saanut tulosta. A = vesmäytettä ei saatu kerättyä, koska pumppaus pysähtyi kesken. IFE = Institute for Energy Technology, Norja; GTK = Geologian tutkimuskeskus, Waterloo = University of Waterloo, Kanada; Hollanti = Centre for isotope research, Hollanti; Uppsala= University ofuppsala, USGS = U.S Geological Survey. Vesinäytteiden isotooppitulokset on esitetty taulukossa 7. Isotooppien analyysimenetelmät ja laboratoriot on esitetty liitteessä 3. Tulokset on esitetty myös liitteessä 2. Puuttuvat analyysitulokset (S34/8 sekä C3/ C4 analyysitulokset) kootaan muistioon, jossa esitetään eri kairanreikien raportoinnista myöhästyneitä isotooppituloksia. Analyysipaikka IFE GTK IFE GTK Waterloo Hollanti Waterloo Waterloo Uppsala Uppsala Uppsala USGS GTK

19 9 6 ANALYYSITULOSTEN EDUSTAVUUS Ilmoitetut suhteelliset keskihajonnat (RSD) on laskettu vähintään kolmesta rinnakkaisesta näytteestä sekä vesinäytteiden että referenssivesien analyyseissa. 6. Kenttäanalyysit Kentällä ja laboratoriossa mitatut pharvot eroavat toisistaan vähän (n.,3 yksikköä). Läpivirtauskennoston pharvot olivat jonkin verran korkeammat kuin laboratoriossa mitatut syvyyksien 98,5,5 m/ (,5 phyksikköä) ja 253 m/2 (,7 phyksikköä) vesinäytteenotoissa. Kun taas syvyyden 3537 m/ pharvoksi saatiin laboratoriossa korkeampi pharvo (ph 7,7) kuin läpivirtauskennostossa (ph 7,5). OLSO:n phmittauksissa ei ole ollut havaittavissa mitään epätavallista vaan tulokset vaihtelevat sallittujen rajojen (ph 6,47,4) sisällä. Pohjavesinäytteiden alkaliteetit määritettiin kenttälaboratoriossa Granin titrauksella. Alkaliteettitititraukset onnistuivat erinomaisesti (RSD<5 %). OLSO:n vetykarbonaattitulokset ovat hyvät lukuun ottamatta vesinäytteenottoja syvyyksiltä 98,5,5 m/ ja 3537 m/2. Näihin alhaisempiin OLSO:n vetykarbonaattipitoisuuksiin on syynä referenssiveden ikääntyminen (OLSO:a säilytetään litran pullossa jääkaapissa ja sitä saatetaan avata monta kertakin jolloin ilman hiilidioksidia liukenee veteen). Asiditeettipitoisuudet vaihtelivat välillä,,28 mg/. Tuloksissa on paljon hajontaa sen vuoksi, että alhaisissa asiditeettipitoisuuksissa pienetkin poikkeamat rinnakkaistulosten kesken vaikuttavat hajontaan merkittävästi. Kloridi analysoitiin titraamalla ja analyysit onnistuivat erittäin hyvin (RSD < 4 %). Sulfidia havaittiin syvyydellä 253 m ensimmäisessä näytteenotossa,3 mg/ ja toisessa,3 mg/. Näytteet analysoitiin myös laboratoriossa, jossa analysoidut pitoisuudet olivat huomattavasti pienempiä (. näytteenotto,6 mg/ ja 2. näytteenotto <, mg/) kuin kenttälaboratoriossa. Tämä saattaa johtua sulfidin hapettumisesta sulfaatiksi, vaikka näytteet on kestävöity. Kenttälaboratoriossa analysoituja suliidipitoisuuksia voidaan pitää edustavampina. Ferro ja kokonaisrautapitoisuudet analysoitiin fotometrisesti ferroziinimenetelmällä. Ferrorautapitoisuudet vaihtelivat välillä,35,35 mg/ ja kokonaisrautapitoisuudet välillä,32,32 mg/. Viiden vesinäytteen ferrorautapitoisuudet olivat hieman suurempia kuin kokonaisrautapitoisuudet, mutta rautatulosten välinen ero oli hyvin pieni. Tulosten perusteella voidaan olettaa, että vesinäytteessä oleva rauta on kokonaisuudessaan muodossa Fe 2 +. Sekä ferrorauta että kokonaisarautaanalyysit onnistuivat hyvin (RSD < 5 %). Kaikista vesinäytteistä analysoitiin fluoridipitoisuus ioniselektiivisellä elektrodilla. Sekä vesinäytteiden että OLSOreferenssiveden fluoridianalyysit onnistuivat hyvin (RSD ::s; 6 %).

20 2 6.2 TVO:n laboratorioanalyysit 6.2. Anionit Laboratoriossa analysoitiin bromidi ja sulfaattipitoisuudet ionikromatografilla (IC). Sulfaattianalyysit onnistuivat hieman paremmin (RSD < 2 %) kuin bromidianalyysit (RSD < 4 % ). Molemmat analyysit onnistuivat kuitenkin erittäin hyvin. OLSO:n bromidi eikä sulfaattipitoisuutta saatu analysoitua syvyyksien 98,5,5 m/ ja 3537 m/ vesianalyysien yhteydessä. OLSO:n sulfaattianalyysissä käytettiin kloridinpoistopatruunoita, mutta analysoinnin aikana havaittiin, että niistä irtosi sulfaattia näytteisiin. Vesinäytteiden analysoinnissa ei ole käytetty kloridinpoistopatruunoita. Vaikka OLSO:n tulokset puuttuvat, tuloksia voidaan pitää luotettavina, koska samaan aikaan määritettyjen laboratorion omien bromidi ja sulfaattilaadunvarmistusnäytteiden pitoisuudet ovat sallituissa rajoissa (Br: 4,625,33 mg/ ja S 4 : 4,745,35 mg/). Syvyyden 98,5,5 m/2 vesinäytteen fosfaattipitoisuus oli alle määritysrajan ( <,3 mg/). Viiden muun vesinäytteen fosfaattipitoisuus ilmoitetaan fosforia kohden ja ne olivat määritysrajalla tai hieman sen yläpuolella. Fosfaattianalyysit onnistuivat melko hyvin (RSD < 7 %). Pohjavesinäytteiden nitriitti, nitraatti ja kokonaistyppipitoisuudet analysoitiin SCC Viatec:ssä Kationit Vesinäytteiden kokonaisrautapitoisuudet analysoitiin grafiittiuuni atomiabsbrtiospektrofotometrisesti (GFAAS). Rautamääritykset onnistuivat hyvin (RSD < 7 %). Laboratoriossa saatiin kolmelle näytteelle (syvyys 98,5,5 m/2 ja syvyyden 3537 m molemmat vesinäytteet) pienempiä rautapitoisuuksia kuin kentällä. Syvyyden 3537 m molemmissa vesinäytteenotoissa ero oli merkityksetön ( 47 Jlg/), mutta syvyyden 98,5,5 m/2 GF AAS:lla saatu tulos oli,45 Jlg/ pienempi kuin kentällä saatu. Kenttälaboratoriossa saadut ferro ja kokonaisrautapitoisuudet ovat karkeasti sanottuna samaa suurusluokkaa, joten kontaminaatio kenttälaboratoriossa ei tule kyseeseen. Kolmen vesinäytteen (syvyys 98,5,5 m/ ja syvyyden 253 m molemmat vesinäytteet) GFAAS:lla saadut tulokset olivat keskimäärin, mg/ suurempia kuin kenttälaboratorion tulokset lukuun ottamatta syvyyden 98,5,5 m/2 rautaanalyysia analyysien voidaan sanoa onnistuneen hyvin. Pohjavesinäytteiden natrium, kalium, kalsium ja magnesium analysoitiin F AAS:lla. Vesinäytteiden metallianalyysit onnistuivat erittäin hyvin (RSD s 4 % ). OLSOreferenssivesien metallimääritykset onnistuivat myös hyvin lukuun ottamatta syvyyden 98,5,5 m/2 vesinäytteenoton OLSO:n kaliumanalyysia, josta ei ole lainkaan ilmoitettu analyysitulosta. Syynä tähän on se, että saatu tulos on sallittujen rajojen (9,222,8 mg/) alapuolella, mutta ajossa mukana olleen oman laadunvarmistusnäytteen kaliumpitoisuus (2,43 mg/) on sille asetettujen sallittujen rajojen (2,342,66 mg/) sisäpuolella. Täten näytteen analyysitulosta voidaan pitää luotettavana. Pohjavesinäytteiden strontium ja kokonaisbooripitoisuudet analysoitiin VTT:n Prosesseissa.

21 Varaustasapaino Ionien varaustasapaino laskettiin prosentteina seuraavan kaavan mukaan: E (%) = (kationitanionit)/(kationit + anionit) x () Laskuja varten analyysitulosten konsentraatioiden yksiköt, mg/, muutettiin yksiköiksi mekv/ seuraavan kaavan mukaisesti: ' mekv/ = c x arvo x (/M) (2) jossa c = ionin konsentraatio, mg/, arvo = mekv/mmol ja M = ionin molekyylipaino, mg/ mmol. Jonitasapainot viidelle KR6:n pohjavesinäytteelle on esitetty taulukossa 8. Kationien ja anionien kokonaispitoisuuksien (mekv/) avulla lasketut ionitasapainot olivat hyväksyttävät Hounslow'n (995) kriteerin(± 5 %) mukaan kaikille pohjavesinäytteelle. Kuvassa 4 on esitetty ionitasapainot kloridin funktiona. Taulukko 8. Jonitasapainot KR6:n pohjavesinäytteille. Syvyys, m 98,5,5/ 98,5,5/2 253/ / 3537/2 Jonitasapaino (o/o) +,9 3,68 +,77 +,5,4 +, c2 g cu c.o cu.., = " ,5 OO,Sm/ 253m/ 98,5 OO,Sm/2 253m/2 Å 3537m/ Å 3537m/ Cl (mg/).&.4~ 5 Kuva 4. Jonitasapainot kloridin funktiona.

22 23 7 PÄÄTELMÄT VUODEN 22 ANALYYSITULOKSISTA Virtaus ja sähkönjohtavuusmittausten rinnalla tehtyjen pohjavesinäytteenottojen tavoitteena oli selvittää pohjaveden mahdollisia yhteyksiä mereen sekä suolaiseen veteen pitkäaikaispumppauksen seurauksena. Vesinäytteenotoilla pyrittiin selvittämään saadaanko kairanreikään pitkäaikaispumppauksella lähtötilannetta suolaisempaa vettä kuten vuonna 2. Taulukossa 6 on esitetty analyysitulokset Kloridipitoisuus ei kasva syvyyden kasvaessa vaan syvyydellä 253 m on suolaisempaa vettä kuin näytteenottovälillä 3537 m. Lisäksi syvyyden 253 m ensimmäisen näytteenoton vesi on suolaisempaa kuin jälkimmäisen (TDS:. näyte 837 mg/ ja 2. näyte 756 mg/). Kuvissa 5 a)e) on havainnollistettu natrium, kalsium, magnesium, kalium ja strontiumpitoisuuksien kasvua kloridipitoisuuden kasvaessa. Kuvissa on myös esitetty merivesisuora, joka perustuu Itämeren ominaisuuksiin. Litorinameren ominaisuudet on arvioitu Pitkäsen et al. (999) raportin taulukossa 3. Itämeren parametrit on laskettu neljän merivesinäytteenoton tulosten pohjalta (Paaso 23). Vesinäytteet tulosten vertailua varten on kerätty Olkiluodon edustalta kohteista Puskakari, Susikari, Eteläriutta ja Pitkäkarinkulma vuonna 22. Näytteet on otettu noin m merenpohjan yläpuolelta. Näytteenottosyvyydet vaihtelivat meren syvyydestä riippuen 84 m:n välillä. Boori ja rauta käyttäytyvät kuten edellä mainitut metallit. Ammoniumtulokset pienenevät kloridipitoisuuden kasvaessa paitsi syvyyden m/ vesinäyte, joka ei noudata laskevaa trendiä. 98,5,5 m/ m/ 98,5,5 m/2 253 m/ _ m/2 Itämeri 253 m/2 + Litorinameri :::::: E s 8 m z / _,/"'_,.// Cl (mmol/) a)

23 g 5 E.5. (IJ 98,5,5 m/ 98,5,5 m/2 253 m/.å 3537 m/.å 3537 m/2 Itämeri 253 m/2 + Litorinameri Cl (mmol/) b) 98,5,5 m/ 98,5,5 m/2 253 m/ 253 m/2.å 3537 m/.å 3537 m/2 Itämeri + Litorinameri / s 2 C) 8 ::!: Cl (mmol/) 2 c)

24 25 +98,5,5 m/ + 98,5,5 m/2 253 m/ 253 m/2.' 3537 m/.' 3537 m/2 Itämeri + Litorinameri 2 /,8,6,4 5,2 E.. ~,8,6,4, Cl (mmol/) d) Huom. Litorinameripiste on merivesisuoralla, mutta se jää kuvan ulkopuolelle., ~,9,8 +98,5,5 m/ + 98,5,5 m/2 253 m/ 253 m/2.'3537 m/.' 3537 m/2 Å. ltämeri + Litorinameri,7 5,6 E..,5 ln o,o4,3,2 r= Cl (mmol/) e) Kuva 5. Natrium (a), kalsium (b), magnesium (c), kalium (d) ja strontiumpitoisuus (e) kloridipitoisuuden funktiona. Kuvassa 5 c) KR6:n syvyyden 253 m/ magnesiumtulos poikkeaa kuvaajan lineaarisesti nousevasta linjasta. Myös saman syvyyden strontiumpitoisuus (kuva 5 e)

25 26 poikkeaa kuvaajalta. Muiden parametrien osalta näytteiden analyysitulokset noudattavat samaa trendiä. Anioneista sulfaatti ja bromidipitoisuuksia kloridipitoisuuden funktiona on havainnollistettu kuvissa 6 a)b ). +98,5,5 m/ + 98,5,5 m/2 253 m/ 253 m/2 A 3537 m/ A 3537 m/2 A Itämeri + Litorinameri ~~ E.. 5 "' 4 en 3 2 a) Cl (mmol/) +98,5,5 m/ + 98,5,5 m/2 253 m/ 253 m/2 A3537 m/ A 3537 m/2 Itämeri + Litorinameri,3 ~~,25 + :::::: E,5.. a3,2, Cl (mmol/) b) Kuva 6. Sulfaatti (a) ja bromidipitoisuudet (b) kloridipitoisuudenjunktiona.

26 27 Vesinäytteiden sulfaattipitoisuudet (Kuvassa 6 a)) eivät kasva lineaarisesti kloridipitoisuuden kasvaessa. Syvyyden 98,5,5 m molemmat vesinäytteet käyttäytyvät muista tuloksista poikkeavasti. Niiden sulfaattipitoisuus on lähes meriveden suuruusluokkaa. Kuvassa 6 b) näytteen 253 m/ bromidipitoisuus poikkeaa nousevasta trendistä. Eromidituloksen pitäisi olla suurempi tai vastaavasti kloridituloksen pienempi. Kyseisen näytteenottovälin In situ ECmittaukset viittaavat itse asiassa pienempään kloridipitoisuuteen tällä syvyydellä kuin varsinaisesta vesinäytteestä on analysoitu. Analyysituloksen tarkastuskaan ei muuttanut alkuperäisestä näytteestä analysoitua bromidipitoisuutta. Sulfidia havaittiin kahdessa ja fosfaattia viidessä pohjavesinäytteessä. Analyysituloksista havaitaan pitkäaikaispumppauksella olevan vaikutusta syvyyden 98,5,5 m vesinäytteisiin. Kairanreiän yläosan pumppauksen aikana tutkimusväliin (98,5,5 m/2) kertyy hieman suolaisempaa vettä. Tämä johtuu siitä, että yläosan pumppaus muuttaa luonnontilaisia virtausolosuhteita reiässä. Luonnon tilassa 5 m syvyyksillä virtaus on Olkiluodossa yleensä raoista reikään. Kun mennään syvemmälle kuin 5 m, virtaus on useimmiten reiästä kallioon. Yläosan voimakas pumppaus kääntää kaikki virtaukset kalliosta reikään, jolloin suolaisempaa vettä virtaa kauempaa myös tutkimusvälille. Vastoin edellä esitettyä oletusta, syvyyden 253 m ensimmäinen vesinäyte on selvästi suolaisempi kuin toinen syksyllä otettu näyte. Näytteenottovälin esipumppauksien aikana seurattiin johtokykyä manuaalisesti ja niidenkin tulosten mukaan ensimmäinen vesinäyte on suolaisempi kuin toinen. Kun verrataan sähkönjohtavuustuloksia in situ sähkönjohtavuusmittausten tuloksiin aikavälillä 223 (kuva 8), niin niiden mukaan syvyyden 253 m ensimmäisen näytteenoton aikana sähkönjohtavuuden pitäisi olla pienempi kuin jälkimmäisen vesinäytteenoton. Kuvan 8 perusteella in situ ECmittauksia voidaan pitää luotettavina, koska eri aikoina suoritetuista mittauksista muodostuu selkeä kasvava trendi. Myöskin vesinäytteenoton aikana mitattua ECarvoa voidaan pitää luotettavana, koska sekä manuaalisilla mittauksilla että laboratoriomittauksella on päädytty samaan lopputulokseen. Kuten aikaisemmin jo todettiin myös pumppausten tuotot ovat poikenneet toisistaan huomattavasti. Edellä mainitut seikat viittaavat selkeästi siihen, että vesinäytteenottolaitteiston asennuksessa on tapahtunut virhe tai, että tulppavälille on saatu jostain kauempaa yksittäinen suolaisempi "vesi pulssi". Mahdolliset yhteydet meriveteen (nykyiseen tai Litorinavaiheen meriveteen) pitäisi näkyä erityisesti sulfaatti magnesium, ammonium, boori ja kaliumpitoisuuksissa sekä Br/Cl ja Na/Ca suhteissa. Meriveden leima näkyy myös isotooppien S34(8 4 ), C3/ C4 (DIC), Sr87/ Sr86 sekä H2/8 arvoissa. KR6:n, Itämeren (Paaso 23) ja Litorinaveden (Pitkänen et al. 999) tämän työn kannalta mielenkiintoisimmat parametrit on koottu taulukkoon 9.

27 28 Taulukko 9. KR6:n pohjavesinäytteiden, Itämeren ja Litorinaveden ominaisuuksia. Parametri syv. syv. syv. syv. syv. syv. Itä LITO 98,5 98, meria RINA,5 m/,5 m/2 m/ m/2 m/ m/2 meri 8 so4, 3,4 3,9 5,6 5, 4, 4,8 4,6 9,3 mmol/ B mmol/,45,55,76,65,6,65,7 NH4 mmol/,27,33,9,8,4,9,26 Mg mmol/ 5,3 5,8 7,4 8,2 7,8 7,8 7,7 8,4 K mmol/,46,49,46,5,49,5,5 3,4 C mmol/ 68,8 73, ,5 83 Na/Ca 4,29 3,79 3,73 4,27 4,8 4,3 32,9 42,38 Br/Cl,3,5,,4,5,4,3,5 S34 (S4) 22,9 23,26 24,63 22,8 24,7 22,96 9,7 %ocdt 8 (S4),92 2,3 4,8,7 2,37,9 9,22 %osmow H2 (H 2 ) 78,3 8,8 74,6 76,9 85, 74,6 57,2 37,8 %osmow 8,7,78 9,3,25 9,6, 7,55 4,7 (HzO) %osmow C3 7,8 A 6,6 5,5 2,4 2,3, %opdb C4 pm 39,5 A 34,6 32,2 45,6 43 Sr86/ Sr,769,768,77,768,776,768,795, A = vesinäytettä ei saatu kerättyä, koska pumppaus pysähtyi kesken. = analyysilaboratorio ei saanut tulosta. A tulokset on esitetty vuoden 22 merivesinäytteenottojen keskiarvona (Paaso 23). 8 tulokset on otettu Pitkäsen et al. (999) raportista. Syvyyden 98,5,5 m vesinäytteiden sulfaattipitoisuudet kloridin funktiona noudattavat melko hyvin Itämeren pitoisuuksista piirrettyä merivesisuoraa (kuva 6a). Kuitenkin molempien näytteiden sekä kloridi että sulfaattipitoisuudet ovat pienempiä kuin meriveden vastaavat pitoisuudet. Syvyydeltä 253 m otettujen vesinäytteiden sulfaattipitoisuudet ovat korkeampia kuin Itämeren sulfaattipitoisuus. Syvyyden ensimmäisen näytteen sulfaattipitoisuus on matalampi kuin Itämeren pitoisuus, kun taas jälkimmäisen vesinäytteen sulfaattipitoisuus on lähes sama kuin Itämerestä mitattu pitoisuus. Kun tarkastellaan sulfaattituloksia kloridin funktion havaitaan, että syvyyksien 253 m ja 3537 m vesinäytteet jäävät melko kauas merivesisuorasta. Pelkästään sulfaattitulosten perusteella näyttäisi sille, että syvyyden 98,5,5 m näytteeseen on sekoittunut Itämeren tyyppistä merivettä. Muiden parametrien analyysitulokset eivät kuitenkaan tue tätä päätelmää. Syvyyden 98,5,5 m ammoniumpitoisuudet ovat hieman suurempia kuin Itämeren, kun taas kahden muun vesinäytteenottojen ammoniumpitoisuudet ovat selvästi pienempiä kuin Itämeren ammoniumpitoisuudet. Kaliumia ja magnesiumia havaitaan vähemmän kuin merivedessä. Natrium, kalsium ja strontiumpitoisuudet kasvavat selvästi kloridipitoisuuden kasvaessa viitaten suolaisen veden sekoittumiseen. Kalsiumia havaitaan selkeästi enemmän kuin merivedessä (kuva 5b ), mikä viittaa suolaisemman veden sekoittumiseen näytteisiin. Strontiumtulokset vahvistavat suolaisen veden sekoittumista.

28 29 Pohjavesinäytteiden Br/Clsuhde noudattaa aika hyvin merivesisuoraa, lukuun ottamatta näytettä 2535 m/, joka on vesinäytteistä suolaisin. Näytteen 98,5,5 m/ Br/Clsuhde on täsmälleen sama kuin Itämeren. Näytteen 98,5,5 m/2 bromidipitoisuus on käytännössä sama kuin Itämeren pitoisuus. Pitoisuuksien välinen ero on ainoastaan,2 mmol/. Syvemmiltä näytteenottoväleiltä otettujen näytteiden bromidipitoisuudet ovat suurempia kuin Itämeren bromidipitoisuus. Kuvassa 7. a) on esitetty S34 (S 4 ) S 4 :n funktiona ja kuvassa b) H2 pitoisuudet 8 (H 2 ) funktiona sekä GMWL (Global Marine Water Line) suora, jossa GMWL: 8H 2 = 8* 88 + (Craig 96). Kuvissa on esitetty myös merivesisuora Olkiluodon edustan merivesille sekä b) kuvassa arvio Litorina meriveden koostumuksesta. Itämerelle esitetyt isotooppitulokset ovat neljän merivesinäytteenoton tulosten keskiarvoja (Paaso 23). Vesinäytteet tulosten vertailua varten on kerätty Olkiluodon edustalta kohteista Puskakari, Susikari, Eteläriutta ja Pitkäkarinkulma vuonna 22.

29 3 +98,5,5 m/.& 3537 m/ + 98,5,5 m/2.& 3537 m/2 253 m/.& Itämeri 253 m/2 ~ ~~~~~~~ : : : ~ :... Å t~/ ;., '... j!.~7 ~ ~ 5, 7 /:...,... i ~ f l~~.c::~~ ~ / f :.~l~:~: f l l : =/~7L~~ T , mg/ a) + 98,5,5 m/ + 98,5,5 m/2 253 m/ 253 m/2.& 3537 m/ 3537 m/2 Itämeri + Litorinameri GMWL 3 ~~~~~~~~~ 4 3: 5 ~ ' ~ 6 ~ :X: Nr: ~~~r+;~rr~ b) Kuva 7. a) S34 (S4) pitoisuudet on esitetty S4:n funktiona ja b) H2 arvot 8:n (H 2 ) arvoja vastaan sekä GMWL suora. S34 (S 4 ) arvot viittaavat merivesialkuperään, jossa sulfaatti on kuitenkin osittain pelkistynyt, jolloin raskaampi S34 isotooppi rikastuu jäännössulfaattiin. Kaikki KR6:n vesinäytteiden S34 arvot ovat suurempia kuin Itämeren S34 arvot. Näytteiden 8/H2 arvot noudattavat melko hyvin, näytettä 3537 m/ lukuun ottamatta, Olkiluodon edustan vesinäytteen perusteella piirrettyä merivesisuoraa. Kaikkien KR6:n vesinäytteiden sekä Olkiluodon edustan merivesinäytteen H2 (H2)arvot ovat

30 3 GMWL suoran alapuolella. Vesinäytteiden 8 pitoisuudet vedestä vaihtelevat välillä,8... 9,3 %o SMOW ja H2 pitoisuudet välillä 85,... 74,6 %o SMOW. Kaikki tritiumtulokset (Taulukko 7) ovat yli määritysrajan (>,8 TU). Tritiumtuloksista havaitaan, että syvyyksien 253 m/2 ja 3537 m/2 näytteiden tritiumpitoisuudet ovat suuremmat kuin ensimmäisten näytteiden. Hiiliisotooppeista KR6:n vesinäytteiden C3 pitoisuudet ovat paljon pienemmät kuin Itämeren tai Litorinameren pitoisuudet. Näytteiden C4 pitoisuudet ovat huomattavasti pienempiä kuin Olkiluodon edustan meriveden C4 arvo. Litorina meren C4 arvoon verrattuna näytteiden arvot ovat hieman pienempiä lukuun ottamatta näytettä 3537 m/, jonka C4 arvo on hieman suurempi. Näytteiden C4 arvot vastaavat siis vain osittain aktiivisuustasoa 23 %, jolla muut Olkiluodosta tavatut Litorina peräisiksi tulkitut näytteet ovat. Näytteiden Sr86/Sr87 suhteet poikkeavat meriveden ja Litorina veden Sr isotooppien suhteista merkittävästi. Analyysituloksista havaitaan, että pohjaveden suolaisuus on kasvanut hieman näytteenottojen välisenä aikana syvyydellä 98,5,5 m. Toisen näytteen TDSpitoisuus on 5 % suurempi ensimmäiseen näytteeseen verrattuna, jolloin myös sen kloridipitoisuus on noin 2 mg/ suurempi kuin ensimmäisen näytteen. Tulosten perusteella voidaan sanoa, että syvyyden 98,5,5 m näytteenottoväliin kertyy suolaisempaa vettä pitkäaikaispumppauksen seurauksena. Syvyyden 3537 m vesinäytteet eivät poikkea toisistaan merkittävästi (mm. johtokyky, kloridipitoisuus ja TDSpitoisuus samansuuruisia). Tämän syvyyden vesinäytteiden natrium kalsium, sulfaatti ja booripitoisuuksissa on pieniä eroja (kts. Taulukko 6). Tähän näytteenottoväliin ei keräänny enää uutta suolaista vettä alkutilanteeseen (vuosi 2) verrattuna. Suolapitoisuus on kuitenkin kasvanut pumppauksen käynnistämisen jälkeen. Syvyyden 253 m ensimmäisen vesinäytteen TDSpitoisuus on noin % suurempi kuin toisen vesinäytteenoton. Syytä tähän ei varmuudella osata sanoa, sillä oletus on, että pitkäaikaispumppaus aiheuttaa suolaisemman veden virtaamista näytteenottoväleille. Lisäksi eri aikoina suoritettujen esipumppausten tuotot eroavat toisistaan merkittävästi. Todennäköisimpänä syynä näihin poikkeuksiin voidaan pitää vesinäytteenottolaitteiston asennuksessa tapahtunutta virhettä tai virtausolosuhteiden, lähinnä virtausreittien, muuttumista kairanreiässä. In situ ECmittaukset tukevat omalta osaltaan sitä, että vesinäytteenottolaitteiston asennuksessa olisi tapahtunut epätarkkuutta, koska niissä pohjavedelle on mitattu jatkuvasti kasvava ECtrendi. Mitään viitteitä makeamman veden virtaamisesta ko. väliin ei ole havaittu. Mikäli virtausolosuhteissa on todella tapahtunut muutoksia, ne tulevat esille vuoden 23 mittauksissa.

31 33 8 VUOSIEN 2 JA 22 TULOSTEN VERTAILUA 8. In situ ja kenttämittaoksilla mitatut sähkönjohtavuustulokset In situ ECmittauksia on suoritettu vuosien 2 ja 22 aikana seitsemästä raosta: 32,8 m, 59 m, 99,8 m, 28,8 m, 36, m, 397,2 mja 423,6 m. Vesinäytteenottokohteiksi valittiin aluksi syvyyksillä 59 m ja 99,8 m sijaitsevat raot, joista määritettiin lähtötilanne ennen pitkäaikaispumppauksen aloittamista. Lopulliset vesinäytteenottokohteet valittiin in situ ECmittaustulosten perusteella. Lopullisiksi vesinäytteenottokohteiksi valittiin ne vettä johtavat raot, joissa oli in situ mittausten aikana havaittu jatkuvaa ECarvojen kasvua. Valitut vesinäytteenottosyvyydet olivat 99,8 m, 28,8 mja 36, m. Vertaamalla in situ ECmittausten tuloksia ja vesinäytteenottojen yhteydessä mitattuja ECarvoja (Kuva 8), voidaan todeta, että tulokset ovat yhtä poikkeusta lukuun ottamatta yhteneviä. Tammikuussa 22 syvyydeltä 28,8 m otetun vesinäytteen ECarvo poikkeaa huomattavasti in situ ECarvosta. Voidaan siis todeta, että molemmat ECmittausmenetelmät antavat luotettavia tuloksia. Tämän kokemuksen perusteella voidaan edelleen todeta, että erilaisista laiteratkaisuista ( esim. tulpat) ja laitteiden toimintaperiaatteista huolimatta, molemmilla menetelmillä saadaan eristettyä hyvin ainoastaan tutkimuskohteena oleva rako. Näin ollen vesinäytteiden voidaan todeta edustavan hyvin tutkimuskohteena olevien vettä johtavien rakojen pohjavettä. Jotta vesinäytteenotoilla voidaan päästä näinkin yhteneviin tuloksiin in situ ECmittausten kanssa, se edellyttää sitä, että näytteenottokohteessa on selkeästi yksi rako tai rakenne, joka voidaan eristää riittävän pienellä tulppavälillä (max. 2m). Mikäli vesinäytteenoton tulppavälille osuu useita vettä johtavia rakoja tai rakenteita, tulppavälillä tapahtuu vesien sekoittumista, mikä aiheuttaa sen, että päädytään ECarvoon, joka poikkeaa in situ mittauksessa saadusta tuloksesta. Tässäkin tapauksessa vesinäyte voi olla edustava, mutta se edustaa laajempaa rakojen joukkoa, kuin in situ ECmittaus. In situ mittauksen etuna on ehdottomasti se, että sillä voidaan mitata yksittäisten rakojen ECarvoja, koska tulppaväli on niin pieni. Pienempien kuin 2 m:n tulppavälien käyttö vesinäytteenotossa on mahdotonta laitteiston asennukseen liittyvien epävarmuuksien takia (esim. vaijerin venymä). Myös mahdolliset pystyrakenteet aiheuttavat vesinäytteenotoille enemmän ongelmia kuin in situ EC mittaukselle, koska vesinäytteenotossa käytettävä pumppaustekniikka aiheuttaa voimakkaampaa imua tulppavälille, jolloin pumppu helpommin imee vettä tulppien ylä tai alapuolelta näytteenottoväliin. Pumppauksen aiheuttamaa imua on pyritty eliminoimaan tulppavälin läpi kulkevan putken avulla, jonka tehtävänä on tasata paineeroja. In situ ECmittauksissa tätä vaaraa ei ole, koska koko reikä pidetään laitteen läpi menevän putken avulla samassa paineessa eikä tulppavälin raoissa virtaavaa vettä pakoteta pumppaamaila näytevälille.