Pohjavesialueiden Rakenneselvitykset Mäkinen Joni FT, Luonnonmaantieteen yliopistonlehtori Maantieteen ja Geologian laitos, Turun yliopisto
Hydrogeologisen tutkimuksen vaiheet Kolme mallinnusvaihetta: Need for development of first order, exploratory geological models before embarking on expensive data collection programs for site investigations. ) Geologinen 2) Hydrostratigrafinen 3) Pohjaveden virtaus
Sedimentologisen ja geomorfologisen aineiston tulkinta yhdessä muun tutkimustiedon kanssa luo luotettavan ja taloudellisen menetelmäkokonaisuuden pohjavesivarojen hyödyntämiseen ja suojeluun (Pohjavesitutkimusopas 2005 / Johdanto, P. Seuna). opintonsa aloittavalle saattaa muodostua kuva, että glasifluviaalisten muodostumien syntytapahtumat ja olosuhteet ovat monimuotoisuudessaan ikään kuin läpipääsemätön viidakko. Näin ei suinkaan ole. On löydettävissä paljon säännönmukaisuuksia, jatkuvuuksia ja rakenteita, joiden avulla voidaan hahmottaa kokonaiskuvaa sekä sedimentaatiotapahtumasta että sen tuotteista (Pohjavesi ja pohjaveden ympäristö. E. Mälkki, 999).
Pohjavesialueen sedimentologinen rakenneselvitys: Perus- ja maaperäkarttatulkinta, deglasiaatiohistoria Ilmakuva- ja laserkeilausaineiston tulkinta Syvätutkimustieto Huom! Alueen koko! Kairaukset/pohjavesiputket Geomorfologinen kartoitus = alueellinen referenssitieto Painovoimamittaukset Suora referenssitieto Kentällä: - Muodostumien morfologian tarkistus - Muodostumien aines - Pinnan kivisyys - Siirtolohkareet, avokalliot - Paleovirtausuomat - Rantamuodostumat Sedimentologia Maaperän leikkaushavainnot/fasiesmallit Geofysiikka edellä maatutka 00 Mhz ja/tai 40-50 MHz Maatutkalinjojen sedimentologinen tulkinta Rakenteen pääyksiköt ja Kerrostumisvaiheet = SYNTEESI
Maatutkaluotaus it is all about water! 5-0 km / vrk Köyliö : GTK 40 MHz antenni 28.9.205 Page 5 Karkkila : Leevi Koponen & Terho Mäkinen Geo-Work Oy 00 MHz antenni Virttaankangas : GTK
Tutkaantenni 00 MHz Huom! Topografian vaikutus : Kerrokset luonnossa suoria! Pv = 88 m PF2 vertailu.. harju kallio Mr? 25 m kallio Mr? Käännös 40 MHz Pohjavesipinta tasolla 88 m PF2 25 m harju Pv 83 m Kallio (rikkonainen) Kallio + Mr? kallio Jyrkkä kalliokontakti
Terävänsyrjänharju rajautuu jyrkästi nousevaan kallioon. Kallio- ja pohjavesipinta tippuvat alle 72 m tason (vrt. kairaus FCG_3). Jään liikesuunta Linja Linja 0 FCG_2, kuiva ka = 93,3 m Mr Si Mr Ka Supan reunaa Siltti pv kallio Kallio n. 84 m mpy?? Kallio (kaltevuus > 45 astetta) Viereisillä linjoilla kallion taso n. 65-70 mpy 28.9.205 Page 7
Tutkalinjojen Design DIABAASI RAPAKIVI Köyliö: Harjuakviferin sijainnin tutkaus suhteessa hiekkakivikontaktiin 40 MHz +(00 MHz) tutkaus,5 vrk Utti: Reunamuodostuman rakenteen tutkaus Virttaankangas: Harjuakviferin tutkaus Kaivot 00 MHz tutkaus vrk Imeytetyn veden virtauskuva (26 viikkoa) Imeytysaltaat Tutkalinjat 00 MHz tutkaus 3 vrk
Maatutkarakenteiden 3-D tulkintaa Virttaankangas Kahden peräkkäisen harjulaajentuman fan loobit 20 m
Karkkila - POLARI - Toivike I -luokan pohjavesialueen rajauksen muutos Maatutkaa 9,4 km (2 päivää) Linja 5 NESTE A24/D Aiempi pv-alueen rajaus Uusi pv-alueen rajaus Kartta-aineisto ja maastotarkastelu aiemman rajauksen perustana. Pohjavesialue ei maatutkaluotauksen ja referenssikairausten perusteella ole luokaltaan I-luokkaa, ainakaan suurelta osin >>> Rajaukset (pv-alueen ja muodostumisalueen raja) syytä tarkistaa!
Karkkila - Maatutkaluotaus ja referenssidata Linja 5 Kalliopaljastuma piha-alueen leikkauksessa Linja 3 Referenssikairaukset FCG 5 ja 6 Linja 3 Reunamoreenileikkaus
Hydrogeologiset yhteydet? - Vaihe 2 Maatutkalinjat 40 MHz, 203_vaihe 2 Maatutkalinjat 00 MHz, 202_vaihe = avokallio
Maatutkaluotaus ja referenssiaineisto Multamäki, Savonlinna (kairaukset tehty aiemmin) Delta topsets (vesisyvyys n. 20 m), progradadoivan deltan edustan hiekka ja siltti, ylinnä uomat (huom! Poiskaivettu osa aluetta) Sulamisvesivirtausten jakautuminen kaakkoon ja itään Pv montun pintaosan hienossa aineksessa Hk HHk SiHk Mr (Lo) Hk (Kallio-) ja moreenikynnys Silttikerros, Kallistuu suolle. Vrt. havainnot kaatopaikan alueelta (vrt. linja ) SiHk Mr Hp6/09 Ka 63 pv 83,5 Hp2/0 Ka 7 pv 83,5 (vrt. linja 3) Hp3/0 Ka 77,5 pv 84,5 Kairaus hieman sivussa nousevan kalliopinnan suuntaan (vrt. linja 4) Karkeampi hiekka tasolle n. 80 m mpy (sis. kaukalomaisia rakenteita) Vrt. koepumppauksen vaikutusaluetta
Maatutkaluotaus ja referenssiaineisto Isokangas, Kangasala 32 Ka 08 m, pv 09 m (potero) 30 Ka 94 m, pv 0.5 m 33 Ka 05 m, pv 05 m (potero) Kalliorako Kallio
Sedimentologinen Informaatio Akviferien karakterisoinnisssa (aquifer characterization). Geologinen konseptuaalinen malli 2. Aineistojen sedimentologinen tulkinta - Kerrostumien kuvaus ja luokittelu - Vertikaaliset ja lateraaliset muutokset - Deformaatiorakenteet ja kairausten korrelointi - Moreeni Diamiktoni ongelma? - Rantavoimien työ? 3. Kerrostumismalli & Kerrostumisvaiheet 4. Kolmiulotteinen hydrogeologinen malli Pohjaveden virtauksen mallinnus
Geologinen konseptuaalinen malli - Harju (sedimentologinen informaatio saattaa puuttua) Harju (subakvaattinen alue ) 2 3 Morfologisesti samanlaisilla harjuilla on usein erilainen sisäinen rakenne ja ainesvaihtelu! Harjuydin Savea Kallio Moreeni Rakenteellisesti vaihtelevin osa! Soraa ja hiekkaa Rantakerrostumaa Tärkeimmät yksiköt:. Harjukerrostumat (ydin ja vaippa ) 2. Veteen kerrostuneet postglasiaaliset savet 3. Rantaeroosio ja kerrostumat
Sedimentologinen rakennetulkinta = Kerrostumien systemaattinen kuvaus ja luokittelu, jonka avulla () tulkitaan prosessit ja kerrostumisympäristöt, jotka selittävät muodostumien synnyn (2) rakennetaan paikallinen kerrostumismalli (-vaiheet), jonka tulee: - Selittää kaikki data ja havainnot - Ennustaa geologinen rakenne ja aines missä tutkimuksia on vähän - Ohjata jatkotutkimuksia ( yleensä kalliita! ) - Olla käsitteellinen geologinen malli pohjavesimallinnukselle
Lähde: Geologian Tutkimuskeskus harju ydin sulamisvesiuoma jää sandurosa Lähteelä, Savonlinna kallio moreeni 0 Harjuaines Harju ydin Saimaan jääjärvi Hautautunut jää > supat 05 00 Jään reuna-asema 3 Jään reuna-asema 2 Jään reuna-asema
KERROSTUMISMALLI HYDROGEOLOGISET PÄÄYKSIKÖT 2. Säkylänharju-Virttaankangas saumamuodostuma syvän veden savet Maankohoamisesta johtuva veden pinnan lasku ja harjun kuluminen. Harjuosa 3. Rantakerrostumaa Orsivesi Pääakviferi
Häiriörakenteet, piilosupat ja kairaustiedon korrelointi Alkuperäisen morfologian muutos tulee huomioida rakennetulkinnoissa! rantakerrostumaa khk siirroksia hksr kiviä ei alkuperäinen lateraali muutos KAIRAUS A KAIRAUS B
Piilosupparakenteita Virttaankankaalla Kankaanjärvi Pohjaveden virtausmallin solu 50 x 50 m
Moreeni vaiko Diamiktoni? Pernunnummen sandurdeltaa Diamiktoni sandurin pinnalla? ) Moreeni >> Jäätikön eteneminen? 2) Massavirtaus - Debris flow? Maaperäkartalla moreenipeite Photo by J.-P. Palmu
Rantavoimien työ! Hämeenkangas Maan pinta Mikko Seppälä, SW-Finland Environment Centre N TUTKALINJA Spit 00 m kerrostumia Anne Lindholm 200 Turun Yliopisto RANTATASANNE ORSIVESI
Voimakas rantaeroosio HARJU Pohjavesi 05 m mpy Särkkä - Spit Hieno Hk Sa-Si Rantahiekkaa Hämeenkangas Rantatasanne Orsivesi 5 m mpy Hieno Hk
900 Harjudeltojen kerrostumisvaiheita Nummi-Pusulassa Kallioaltaiden vaikutus kerrostumiseen Rakenne- ja kerrostumisvaihetulkintaan perustuvat Hydrauliset johtavuudet (suhteellisina arvoina) Keräkankareen pohjavesimallin K-arvo kartta (50 x 50 m ruutukoko) 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 0 50 0 0 0 600 6003003000000 50 50 0 0 0 0 0 0 0 0 0 600 600 600300300 300 00 00 50 50 0 50 50 50 50 50 0 0 0 600 600 4/97 600 6003000000 50 0 0 50 50 50 50 50 50 0 0 50 600 Mv7 600 600 600 600 6003000030000 50 50 0 0 50 50 50 50 0 600600300300300300300600 K37 60030060030000 50 50 50 50 50 0 300 300600 0/97 300300300300 300 300 300600 900 900 900 600 30000 50 30030000000000000000600900 900 900900 30000 5/97 0 00 00000000000000 50 50 50 300600900900900 0 0 000000 50 50 4/96 900 50 50 50 50 50 00300600600 900300300 50 0 0 50 0 0 00 00 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 00 900 900 00 50 0 0 50 50 0 0 0 0 0 50 00 0 Mv4 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 5 5 5 2/96 5 5 00 Mv5 600300 6/96 00 50 0 0 K23 0 600300 0 0 50 50 0 50 50 50 50 50 50 50 50 5 5 5 5 5 5 Mv8 300 600 600 30000 50 0 0 03/96 600 300 50 50 00 50 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 6/97 0 00 600 50 300 00 00 600 600 00 50 0 00 900 900 90060000 50 5 50 0 900 300 5 5 2/97 Mv5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 50 0 Mv7 0000 600 60030000 300900900900 900 00 600 00 30030000 50 50 00 Mv4 900 00 300 5 5 5 5 5 5 50 900 900 900300 5 50 50 0 0 Mv 0 00900900900 600 600 50 50 300 300 50 0 Mv2 900 50 900900900 5 5 5 5 300 5/96 50 50 0 50 00 00300 900 300 900 900 50 50 900 Mv3 300 300 2/97 0 0 0 Mv 300300900 50 50 0 50 50 50 50 5 5 5 00 00 600 900 90000 50 0 0 0 Mv2 50 50 50 50 50 5 5 5 Mv3 5 5 5 000000 60000 0 7/97 00 50 50 50 509/97 5 5 5 5 000000 5 5 50 50 50Mv9-0 50 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 0 0 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 00 0 03/97 0 0 5 0 Mv6 5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Liite A Joni Mäkinen 7.. 2002 korjattu versio 9.. 2002
Topset Foreset Maatutka sorakuoppaa Bottomset
Fasiesmalli glasifluviaalinen delta (tulkinnan työkalu) Yksinkertaistettu, universaali kuvaus muodostuman synnystä, ominaisuuksista ja kehityksestä tietyssä kerrostumisympäristössä (ei paikallinen yhteenveto) Gilbert-tyypin delta Facies model is an answer NOT the answer! Hjulström-tyypin delta Menzies 2002
Deltan kerrostumisvaiheiden tulkintaa Laserkeilaus - varjostettu korkeusmalli 2x2 m (0.3 m) - GTK Maankamara -palvelu
Hydrogeologinen mallinnus The Turku Region Artificial Infiltration Project, Finland Tools for Enhanced Aquifer Characterization (200) Aki Artimo, Sami Saraperä, Osmo Puurunen, Joni Mäkinen
Harjun rakennemalli = geologinen ymmärrys! Maatutkalinjat Fan lobe 3 PIILOSUPPA Fan lobe 4 Fan lobe 5 Kuoppahavainnot Kairaukset / pohjavesiputket Maatutkalinjat
Harjun rakennemallin ja pohjaveden virtausmallin yhdistäminen (solukokoon 50 x 50 m) Pohjaveden päävirtaussuunta Kaivot Imeytysaltaat + veden kertomaa = Merkkiainekokeet = Hapen isotoopit Imeytyksen, viipymän ja pumppauksen kontrollointia
Virttaankankaan kallioruhjeen paksut kerrostumat? Kallioruhje + kerrostumia > 00 m Liikkuva heijastusseisminen luotaus (HRSR) : Uppsalan yliopisto / GTK / TY 204-5
Kallio Kallioruhje 200 m P-aalto tuottaa tärkeimmän datan kerrostumien rakenteen tulkintaan. Tutkattu osa 20 m Kerrospaksuus noin 80 m Harjuydin 20-30 m paksu 00 m leveä S-aallot tarkentavat tulkintaa kun pohjavesipinta on lähellä maanpintaa (<0 m)
Virttaankangas Northwestern HRSR survey line : km borehole borehole HARJUYDIN PIILOSUPPA FAN LOOBI borehole boreholes Steep rise in bedrock towards SE
Maatutka-Sedimentologia: sitoo yhteen muun tutkimusaineiston antaa avaimet ymmärtää muodostuman rakennetta ja sen vaikutusta pohjaveden virtaukseen auttaa pohjavesialueiden ja pohjavesimallien kalibrointi- ja K-vyöhykkeiden rajauksessa nopeuttaa pohjavesimallien laadintaa toimii pohjatietona tarkemmille tutkimuksille tuo kustannussäästöjä