Raportti Hyhkyn-Pispalan välisen pohjavesialueen maatutkaluotauksen (Geo-Work Oy 2018) rakennetulkinta 28.03.2018 Mäkinen Joni FT Maantieteen ja Geologian laitos Turun Yliopisto 0
1. Johdanto Tämä raportti on tehty Tampereen kaupungin toimeksiannosta. Sen tavoitteena on selvittää Hyhkyn-Pispalan välisen pohjavesialueen harjurakenteen pääpiirteiden ja kallioperän tason vaikutusta alueen hydrogeologisiin olosuhteisiin. Erityisenä tavoitteena on hahmottaa harjun karkean ydinosan kulku sekä Santalahden länsipuolelta alkavan ja Pispalan valtatien/uittotunnelin risteyskohtaan mahdollisesti jatkuvan kalliokynnyksen vaikutus. Nämä ovat keskeisiä tekijöitä arvioitaessa Näsijärvestä imeytyvän järviveden kulkeutumista. Rakennetulkinta perustuu Geo-Work Oy:n (2018) 40 MHz antennilla tekemään maatutkaluotaukseen (kuva 1), jonka linjasuunnittelusta ovat vastanneet J. Clifford (Geo- Work), J. Lehtikangas (Tampereen kaupunki), J. Mansikkamäki (Ramboll Oy) sekä J. Mäkinen (TY). Tutkalinjojen tulkintaa tukee referenssiaineisto, johon sisältyvät alueen maaperä-kairaukset, painovoimamittaukset sekä alueelle aiemmin 100 MHz antennilla tehdyt tutkalinjat (GTK). Maanpinnan korkeusvaihtelua on tarkasteltu valtakunnalliseen laserkeilaukseen perustuvan maastomallin avulla. Kuva 1. Alueen maatutkalinjasto (Geo-Work Oy 2018). Koska 40 MHz antennilla saavutetaan hyvä syvyysulottuvuus, mutta heikko kerrosten erottelukyky, on tulkinnassa keskitytty harjun suurrakenteiden ja maaperäaineksen päävaihtelun ohella moreeni-/kalliopinnan tason vaihteluun. Tulkintaa vaikeuttaa paikoin 1
runsas heijastehäiriöiden määrä etenkin saven ja siltin peittämällä harjun reuna-alueella. Harjurakenteen kokonaiskuvan kannalta häiriöillä ei kuitenkaan ole ratkaisevaa merkitystä. Tutkan tunkeutumissyvyys tutkimusalueella on noin 40-45 m. Yli 45 asteen kulmassa olevia pintoja ei voida suoraan havaita tutkakuvista. Rakenneselvityksen tulokset esitetään topografiakorjattujen maatutkalinjaprofiilien avulla sekä tutkalinjakartan päälle tehtynä piirroksena MS ppt. formaatissa (Liitteet 1 ja 2). Tutkaprofiileilla maalajivaihtelun vaikutus syvyystulkintaan on keskiarvoistettu ja pohjaveden pinnan alapuolella syvyysulottuvuus karkeasti ottaen puoliintuu. Referenssitiedon perusteella alueen maaperäkerrosten paksuuden arviota voidaan pitää kokonaistulkinnan kannalta riittävän tarkkana. Tutkakuvissa on säilytetty tutkaajan tekemät rajaukset. Oma tulkintani on piirretty tutkakuviin ja korjattu karkeasti korkeustasoon (pohjavesipinta huomioiden) profiilin alapuolella olevaan linjapiirrokseen (Liite 1). 2. Tulokset Epilänharjun-Pispalanharjun harjujakso on osa pitkää saumaharjumuodostumaa, joka on kerrostunut kahden eri tavoin käyttäytyneen jäämassan väliin. Korkein ranta (Yoldiameren ylin taso) sijoittuu alueella noin 165 m tasolle. Alueen pääselänteen kohdalla ei ole havaittavissa deltamaista kerrostumista kuvaavia isoja luiskakerroksellisia rakenteita. Järviveden imeytymiseen vaikuttavia rakenteita ei ole voitu selvittää Paasikiventien poikki kulkevien tutkalinjojen puuttumisen takia. 2.1. Harjun ydinosa Harjun ydinosa on noin 40-60 m leveä ja 10-20 m korkea. Se on tulkittavissa linjoilla 3 ja 6, 1, 12, 2 ja 11 lännestä itään päin siirryttäessä (Liite 2). Ydinosa yltää lähes pohjavesipintaan, paitsi linjojen 3 ja 1 välisessä kalliopainanteessa. Tutkimusalueen länsipäässä (linjat 3 ja 6) ydin sijaitsee yli 80 m tasolle kohoavien kallioiden välisessä painanteessa ja sitä reunustavat suuret piilosupat, joista eteläpuolinen hahmottuu osin hieman heikosti ja tulkinta jää epävarmaksi (kuva 2). Täältä ydin kulkee lähelle kairausta GTK4015, missä ydin ja harjun pohjavesivirtaus ovat lähimpänä Näsijärven rantaa (Liite 2). Ytimen koillispuolella (kairaukset pvp5 ja GTK4015) on suhteellisen tasalaatuista karkeaa hiekkaa ja soraa, mikä näkyy tutkakuvissa heijasteiden vähyytenä. Ytimen ja sitä reunustavan karkean aineksen välissä on piilosupparakenteita, joilla on todennäköisesti pohjavesivirtausta osittain ohjaava vaikutus (vrt. kuva 2). Putkelta GTK4015 harjuydin kaartuu kaakkoon kiertäen todennäköisesti linjan 1 pisteiden 16-17 kohdalla olevan kalliokohouman (vrt. gravimetria). Harjun keskiosa on näkyvissä linjan 1 pistevälillä 14-16, mutta varsinainen ydin on mahdollisesti yli 30 m syvällä. Heti tämän jälkeen ydin nousee 75-80 m tasolle kohoavan kallioselänteen yli linjan 12 kohdalla, missä tarkempaa tulkintaa vaikeuttavat hieman häiriöheijasteet. Linjan 12 kohdalla vettä parhaiten johtava kerros on arviolta noin 10-15 m paksu ja sijoittuu lähes kokonaan harjun ydinosaan, joka on koillispuolella moreeniselänteen ja lounaispuolella lähelle pohjavesipintaa nousevan moreenin/kallion rajaama (kuva 3). 2
Kuva 2. Harjuytimen tulkittu sijainti alueen länsipäässä tutkalinjalla 6. Linja kulkee luode-kaakko suunnassa. Linjan 12 kohdalla olevan kallioselänteen kaakkoispuolelta alkaa harjuytimen eteläpuolelle leviävä harjulaajentuma (vrt. linja 11 eteläpää), missä esiintyy useita isoja kaukalomaisia virtausrakenteita, jotka suuntautuvat pääosin kaakkoa kohden (Liite 2). Laajentuman proksimaaliosassa kalliopinta tippuu lounaaseen ja kairauksen P22 perusteella aines on pääosin hiekkaista soraa/soraa. Harjuydin jatkuu linjan 2 loppuosaan, missä se rajoittuu selvästi kallioseinään linjapisteiden 44-45 kohdalla hieman ennen putkea pvp 4. Ytimessä oleva pohjavesikerros lienee tällä kohdin noin 10-15 m paksu ja aines on vahvojen heijasteiden perusteella hiekkaista/moreenimaista (kuva 4). Ydinosa kapenee hieman linjalle 11, missä se on piilosupparakenteiden rajaamana vain noin 30 m leveä (kuva 5). Ytimen pohjoispuolella kallio nousee tutkatulkinnan perusteella mahdollisesti pohjavesipinnan yläpuolelle, mutta painovoiman perusteella interpoloitu kalliopinta menee selvästi alemmalle tasolle. Mikäli pohjoispäässä kallio kohoaa ylös, sijoittuu ydinosa n. 50 m leveään kalliopainanteeseen (kuva 5). Linjalta 11 ydinosa jatkaa kirkkoalueen kautta kohti itää. Ramboll Oy:n tutkimuskartassa näkyvä pohjavesipinnan käyrästö välillä n. 91,5-90,5 m mpy noudattelee suhteellisen tarkoin harjuytimen kulkua. 3
Kuva 3. Harjuytimen tulkittu sijainti tutkalinjalla 12. Paras vedenjohtavuus rajoittuu pääosin harjuytimeen. Kuvaan on merkitty mahdollinen varmistuskairauksen paikka. Linja koillinen kaakko suunnassa. 4
Kuva 4. Harjuytimen tulkittu sijainti tutkalinjalla 2. Paras vedenjohtavuus rajoittuu pääosin harjuytimeen. Kuvaan on merkitty mahdollinen varmistuskairauksen paikka. Ydinosan kohdalla linja eteläkaakkopohjoiskoillinen suunnassa (ks. Liite 2). 2.2. Moreenimuodostumat Harjun eteläpuolella on muutamia enintään 10-15 m korkeita moreenipeitteisiä kallioselänteitä, jotka sijoittuvat pääosin pohjavesipinnan alapuolelle, paitsi linjojen 7, 9 ja 10 kohdalla sijaitsevalla harjulaajentumalla, missä ne nousevat lähelle pohjavesipintaa (Liite 2). Ne liittyvät lounas-koillinen suuntaiseen kiilleliuskealueeseen, joka kulkee kapeana vyöhykkeenä Pispalanharjun pohjoispuolelta Näsijärven itäpuolelle Aitolahdelle. Hyhkynkadun läheisyydessä linjojen 1, 4, 5 ja 13 kohdalla on mahdollisesti korkeammalle ja osin pohjavesipinnan yläpuolelle kohoava moreenipeitteinen kallioalue (vrt. painovoimamittaukset), mutta tulkintaa vaikeuttaa runsas heijastehäiriöiden määrä. Pohjaveden virtauskuvan kannalta merkittävin moreenikerrostuma (vrt. kairaus 14/2009) rajoittuu harjuytimeen linjan 1 pisteväliltä 12-13,5 linjan 14 pistevälille 215-217 (kuvat 6 ja 7). Moreeni rajautuu kaakkoon kohoavaan kallioon (vrt. pvp6). Sen on tulkittavissa saumaharjun koillispuolisen jäämassan kasaamaksi reunamoreeniksi. Moreenimuodostuman kohdalla pohjavesipinta on harjun ydinosaa korkeammalla tasolla ohjaten Näsijärvestä imeytyvää vettä putken GTK3815 kautta kohden harjuydintä. 5
Kuva 5. Harjuytimen tulkittu sijainti tutkalinjalla 11. Paras vedenjohtavuus rajoittuu pääosin harjuytimeen. Kuvaan on merkitty mahdollinen varmistuskairauksen paikka. Linja pohjoiskoillinen-eteläkaakko suunnassa. 2.3. Kalliopinta Yleisesti ottaen tutkaajan tulkitsema kalliopinta vastaa kohtalaisen hyvin tässä raportissa tarkennettua tulkintaa. Isoimmat poikkeamat ovat pääosin: - harjuytimen kohdalla (kallio liian ylhäällä), - linjan 1 alkupäässä ja pistevälillä 17-20 (kallio liian ylhäällä), - linjan 5 pistevälillä 130-131 (kallio liian alhaalla), - linjan 6 pistevälillä 137-139,5 (kallio liian ylhäällä), - linjan 14 pistevälillä 211-212 (kallio liian alhaalla) ja linjan loppupään kohdalla (kallio liian ylhäällä). 6
Kuva 6. Harjuytimen koillispuolelle tulkittu korkeammalle nousevaan kallioon rajautuva moreenimuodostuma tutkalinjalla 14, joka kulkee harjun yläosassa Paasikiventien suunnassa. Vastaava muodostuma näkyy mahdollisesti samansuuntaisella tutkalinjalla 1 harjun ydinosan läheisyydessä. Linja luode-kaakko suunnassa. Linjojen 4-5 alueella sekä linjojen 1 ja 13 loppuosan kohdalla kalliotason tulkinta on vaikeaa runsaiden häiriöheijasteiden takia. Tällä alueella voidaan kalliopinnan tasoa arvioida painovoimamittausten perusteella. Rakennetulkinnan kannalta merkittävä ero tutkatulkinnan ja painovoimaan perustuvan kalliotulkinnan välillä lienee harjuytimen läheisyydessä tutkalinjojen 11 ja 1 risteyskohdasta luoteeseen, missä tutkatulkinnan perusteella kallio nousisi yli pohjavesipinnan (ei suoraa painovoimamittausta tällä kohdin) sekä linjan 11 pisteessä 180 (tutkatulkinnan perusteella kallio ylempänä/ ei suoraa painovoimamittausta tällä kohdin) (vrt. kuva 5). Kallio nousee tässä raportissa esitetyn tulkinnan mukaan pohjavesipinnan yläpuolelle Santalahden länsipuolen niemekkeeltä lounaaseen harjuytimen reunalle saakka lähelle tutkalinjan 1 pistettä 9 (kuva 7, Liite 2). Tutkauksen perusteella ei voida sanoa jatkuuko kalliokynnys kapeana harjuytimen poikki. Todennäköisesti harjuydin ja pohjavettä hyvin johtava osa ovat näillä kohdin pienimmillään, ellei ydin sitten rajaudu kallioseinään, kuten noin 60 m päässä sijaitsevalla linjalla 2. Painovoimamittauksiin perustuvan mallin perusteella kallio ei katkaise harjuydintä. Lisäksi putken pvp6 länsipuolella (linja 14) kallio noussee lähelle pohjavesipintaa, mutta kallion kulusta moreenimuodostuman takana koillinen lounas suunnassa ei ole varmuutta (kuva 7). Tutkatulkinnan perusteella pohjaveden virtausta ohjaavia kallioalueita on lisäksi Hyhkyn vedenottamon itäpuolella ja 7
mahdollisesti hyvin kapeana, osin moreenipeitteisenä kynnyksenä linjan 13 alkuosasta Pispalan valtatien kohdalla linjan 11 pisteelle 180 (kuva 7, Liite 2). Tämä on hieman epävarmaan tulkintaan perustuva kynnys, mutta saattaa ainakin osittain rajoittaa pohjavesivirtausta harjuytimen suunnalta etelään. Lisäksi moreenipeitteinen kallio nousee paikoin lähelle pohjavesipintaa ytimen eteläpuolisella harjulaajentumalla (kuva 7). Kuva 7. Pohjavesipinnan yläpuolelle nousevan kallioalueen (Ka) ja sen luoteispuolelle tulkitun pohjavesivirtausta ohjaavan moreenimuodostuman sijainti harjuytimen koillispuolella. Pohjakartta Geo-Work Oy. 2.4. Muut havainnot Aiemmissa selvityksissä harjun eteläpuolella kuvatut silttikerrokset ja savi sopivat hyvin yhteen tutkatulkinnan kanssa. Tutkatulkinnan perusteella voidaan eteläpuoliselle alueelle hahmottaa iso linjojen 5, 4, 1 ja 13 kautta kulkeva uomarakenne, joka on noin 50 m leveä ja 10-15 m syvä. Se alkaa Hyhkyn ottamon itäpuolelta linjalta 5 ja kiertää Hyhkyn ottamon itäpuolisen kalliokohouman pohjoispuolitse itään linjalle 13. Rakenne sijoittuu osin pohjaveden pinnan alle, mutta on linjalla 13 jo lähes kokonaan pohjavesipinnan alapuolella. Se on luultavasti suuri jäätikön sulamisvesien purkauskanava, jonka vedet ovat tulleet Epilän suunnalta. 8
4. Johtopäätökset Maatutkaluotaukseen perustuvan rakennetulkinnan perusteella: Voidaan määrittää harjun ydinvyöhykkeen kulku. Voidaan melko hyvin määrittää pohjavesivirtausta ohjaavien moreeni-/kalliokynnysten sijainti. Voidaan arvioida imeytyvän järviveden kulkeutumista harjussa hapen isotooppitutkimusten tuloksiin verraten. Osin suppa- ja piilosupparakenteiden rajaama harjun ydinosa muodostaa merkittävän pohjavettä johtavan reitin. Hyhkyn vedenottamolla on merkittävä vaikutus pohjaveden virtaukseen harjuydintä pitkin. Linjojen 12 ja 2 (loppuosa) kohdalla parhaiten vettä johtava kerros (10-15 m paksu) rajoittuu pääosin harjuytimeen moreeni- ja kallioalueiden rajaamana ytimen noustessa samalla Santalahden suunnalta tulevan kallioselänteen yli. Tulkinnan tulosten varmistamiseksi tulisi tehdä 1-2 porakonekairausta tulkitun harjuytimen kapeimpaan osaan linjojen 2 (piste 44) tai 11 (piste 181) tai 12 (piste 185) alueelle. Turussa 28.03.2018 Mäkinen Joni FT Maantieteen ja geologian laitos, Turun yliopisto 9
Paras vedenjohtavuus käännös Supan reunaa? käännös L11 Piilosuppa PVP 4 L2 häiriötä L12 Uittotunneli? Hk/Sr Häiriötä Ei Ka Häiriötä Ei Ka Häiriötä Ei Ka? khk/sr, kallio alas? Vrt. 969 n. 50 m itään: Ka alle 61 m mpy Linjalla 14 lasku alkanee pisteessä 224 Ka Harjuydintä Kallio alla epävarma (arvio) Mahd. tasolle n. 75-80 m mpy? (vrt. gravimetria) Mr Sr/Harjuydintä? Vrt. L2? Huomaa käännösten vaikutus rakenteeseen SrMr/reunamore hkmr? Vrt. linja 14 ja kai Reunamoreeni Vrt. GTK 100 MHz/L11
12 966 13 srhkmr Sa Si hksi Hk hhk khk Mr+Ka Mr+Ka Ka Si käännös käännös L7 ja L13 Virtauskanava vrt. L12 Uittotunneli? 15 Savi alkaa sr Kallio/Mr kynnys? (epävarma), Häiriö vahvaa hksrmr Ka Hk Moreenipeitteinen kallio? käännös Varmistuskairaus L1 PVP4 Paras vedenjohtavuus? Harjuydin, kallio alla epävarma Hk/Sr Mr+Ka
L6 häiriötä häiriötä Harjun reunaa.. Hk? hksr?? Harjuosa/ydin Kallio alla epävarma Paras vedenjohtavuus Mr+kallio? Vrt. gravimetria?
Käännös Käännös Käännös L1 L13 Häiriötä! Häiriötä! Iso virtauskanava? Linjalla paljon häiriötä Linjalla pa sisa? Ka? Moreeni+Kallioselänteitä? (liuskeinen kallio SW-NE) Ka?
käännös käännös käännös käännös kään L1 L1 Savi alkaa? Iso virtauskanava? Häiriötä! Häiriötä! Häiriötä! Pääosin silttivaltainen aines >>>? Häiriötä! Mr+Ka? Vrt. gravimetria
L3 L1 L12 Piilosuppa? Aines karkeaa 5 Piilosuppa?? Aines karkenee Uittotunneli? Hk khk/sr khk Hk Ka Kallio nousee radan jälkeen Vrt. gravimetria Mr Harjuydin Kallio alla epävarma Paras vedenjohtavuus khk/sr? Ka? Vrt. kallio < 65-70 m mpy Gravimetrian mukaan Linja seuraa pitkälti harjun lounaisreunaa Linja lähemmäksi ydinosaa??
L2+L13 L9 L8 SrHk P22 hksr Moreeniselänne? Sa? Kallio Sr häiriötä Linja seuraa harjulaajentuman reunaa..
L7 Savi
L10 L7 Harjulaajentuman reunaa.. käännös SrMr+Ka SrMr+kallioselänne häiriötä
L9 L11 häiriötä Isoja virtausrakenteita harjulaajentumalla häiriötä Virtauskanava, hhk/si? Mr + Kallioselänne Mr + Ka pohjavesipinnan lähelle?
Varmistuskairaus Piilosupan reunaa.. L11 Piilosuppa Häiriötä Harjulaajentuma/ Isoja virtausrakenteita L10 häiriötä? Kallio epävarma Harjuydin heikko, Kallio alla epävarma! Noin tasolla 75 m mpy (vrt. gravimetria) Mr+Kallio? Mr +Kallio? Vrt. L10 Kallio epävarma
Tulkittu reunamoreeni? Vrt. L1 (ytimen päälle) L1 Varmistuskairaus Häiriötä!? L6 Iso virtauskanava 15 vrt. L2 Sr khk Sr hksrmr + Ka Häiriötä! Häiriötä! Harjuydin, nousee kalliokynnyksen yli, Paras vedenjohtavuus, Pohjavesikerros n. 10-15 m paksu
L2 ja L7 L4 L4 häiriötä Käännös häiriötä Iso virtauskanava? häiriötä häiriötä Käännös Kallio? Kallio Moreeni+kallioselänne??
PVP5 hhk Virtausrakenteita? GTK4015 hhk khk-sr Erotuskyky heikkenee khk-sr <66 m e.k.s <54 m e.k.s Virtausrakenteita? Piilosuppa?? käännös käännös Pv jakaja Erotuskyky heikkenee Pv vaikutus kasvaa GTK3815 Si khk/sr Ki + Ka Hk Hk Si 14 Ka? (vrt. gravimetria) Silttikerros pv :n alla srhkmr (rantak.) hkmr srmr Ka Reunamoreeni Mr/Ka? PVP6 Hk Ki khk/sr Ka <66 m e.k.s <54 m e.k.s Kalliopainanne vrt. gravimetria
LIITE 2.? pvp5 GTK4015 Maatutkalinjojen Geo-Work (2018) rakennetulkinta FT Joni Mäkinen, Turun yliopisto 28.3.2018 5 GTK3815 15 14 pvp6 pvp4 36 Ka Ka 40 pvp20 = moreeniselänne, moreenipeitteinen kallioselänne = supparakenne = kallio pv pinnassa tai yli = Mr/kallio lähellä pv pintaa, n. 5 m tai alle = harjuytimen kulku 12 13 966 pvp22 = harjulaajentuma/isoja virtausrakenteita, iso virtauskanava alle pv-pinnan = kallioalueen pohjavesivirtaus = järviveden virtaus = harjuytimen pohjavesivirtaus = kairaus kallioon, kairaus ei kalliovarmistusta = maatutkalinja + waypoint