GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Yksikkö Kuopio 22/2017 Etelä-Savon elinkeino-, liikenne- ja ympäristökeskus/ympäristö ja luonnonvarat Mikkelin kaupunki Mikkelin vesiliikelaitos Geologian tutkimuskeskus MIKKELIN PORRASSALMEN POHJAVESIALUEEN GEOLOGINEN RAKENNETUTKIMUS JA POHJAVEDEN VIRTAUSMALLINNUS SEKÄ MIKKELIN POHJAVESIALUEIDEN (Hanhikangas, Pursiala, Porrassalmi) RAKENNE- JA VIRTAUSMALLINNUSAINEISTOJEN YHDISTÄMINEN Arto Hyvönen
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Kuopio KUVAILULEHTI Päivämäärä / Dnro / 22/2017 Tekijät Arto Hyvönen Raportin laji Tutkimusraportti Toimeksiantaja Etelä-Savon elinkeino-, liikenne- ja ympäristökeskus/ympäristö ja luonnonvarat, Mikkelin kaupunki, Mikkelin vesiliikelaitos ja Geologian tutkimuskeskus Raportin nimi Mikkelin Porrassalmen pohjavesialueen geologinen rakennetutkimus ja pohjaveden virtausmallinnus sekä Mikkelin pohjavesialueiden (Hanhikangas, Pursiala, Porrassalmi) rakenne- ja virtausmallinnusaineistojen yhdistäminen Tiivistelmä Geologian tutkimuskeskuksen (GTK) Itä-Suomen pohjavesiyksikkö valmisteli ja toteutti Mikkelin Porrassalmen pohjavesialueen geologisen rakennetutkimuksen ja siihen liittyvän pohjaveden virtausmallinnuksen. Tutkimukseen liitettiin aikaisemmin laaditut (GTK) Hanhikankaan, Pursialan ja Mikkelin taajama-alueen eteläosan (Setrinmäki) geologiset rakennetutkimustiedot sekä pohjaveden virtausmallinnusaineistot. Työn tavoitteena oli saada nykyistä parempi ja kattavampi käsitys koko alueen (Hanhikangas, Pursiala, Porrassalmi) geologisista ja hydrogeologista olosuhteista alueen maankäytön ja pohjaveden oton suunnittelua ja toteutusta varten. Tämä tutkimus vahvistaa aikaisempaa näkemystä siitä, että hydrologisesti tarkasteltuna Hanhikankaan ja Pursialan pohjavesialueet ovat Mikkelin alueen tärkeimmät ja kooltaan sekä antoisuudeltaan suurimmat pohjavesialueet. Ne eivät kuitenkaan muodosta yhtä yhtenäistä aluetta, vaan jakautuvat omiksi pohjavesialtaikseen. Porrassalmen pohjavesialueeksi rajattu harjun osa on puolestaan kapea ja järvivesivaikutteinen kapea harjuselänne, joka muodostaa erillisen pohjavesialueen Mikkelin Moision alueen eteläpuolella. Pohjavesialueiden yhdistämiselle tai niiden rajausten muutoksille ei ole suoranaista tarvetta. Pursialan ja Hanhikankaan alueilta on laadittu aiemmin pohjaveden virtausmallit (v.2013 ja 2015). Tässä työssä laadittiin pohjaveden virtausmallit Pursialan pohjavesialueen pohjoisosan (Mikkelin keskustan alue) sekä Porrassalmen pohjavesialueen osalta. Virtausmalinnuksessa saatujen tulosten mukaan Hanhikankaalta pumpattavaksi suunnitellun pohjaveden ottomäärän kaksinkertaistataminen (4 500 m 3 /d) johtaisi alueen pohjaveden pinnan tasojen selvään alenemaan varsinkin ottamokaivojen alueilla, mikäli ottamolle harjukerrosten kautta suotautuvan pintaveden määrä pysyisi vakiona. Huomattava osa pohjavedestä imeytyy alueen pintavesitöistä (Hanhilampi, Hanhijoki). Pursialan pohjavesialueella pääosa ottamolle virtaavasta pohjavedestä tulee ottamon eteläpuolisten imeytysaltaiden alueelta sekä pohjoisesta Kattilahden ja Pursialanlahden suunnilta. Alueelle toteutettu suojapumppauskaivo katkaisee pohjavesien virtausta pohjavedenottamon itäpuolella sijaitsevan vanhan kyllästämö alueen suuntaan. Kapea Porrassalmen pohjavesialue on järvivesivaikutteinen. Virtausmallinnuksessa saatujen tulosten mukaan huomattava osa Hietalahden ottamon pohjavedestä on todennäköisesti harjun läpi suotautunutta pintavettä. Asiasanat (kohde, menetelmät jne.) Hanhikangas, Mikkeli, Pursiala, Porrassalmi, harjurakenne, pohjavesi, pohjaveden virtausmallinnus Maantieteellinen alue (maa, lääni, kunta, kylä, esiintymä) Etelä-Savo, Mikkeli Karttalehdet M5221F, M5221E, M5212F Muut tiedot Arkistosarjan nimi Kokonaissivumäärä 13 Kieli Suomi Yksikkö ja vastuualue Geologian tutkimuskeskus, Pohjavesiyksikkö (PVI), Arkistotunnus 22/2017 Hinta Hanketunnus 50404-400 812 Julkisuus on julkinen Allekirjoitus/nimen selvennys /Jussi Ahonen Allekirjoitus/nimen selvennys /Arto Hyvönen
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Kuopio Sisällysluettelo Kuvailulehti 1. TUTKIMUKSEN TAUSTA JA TAVOITE 4 2. PORRASSALMI: MAASTOTUTKIMUKSET 4 2.1 Painovoimamittaukset 5 2.1.1 Painovoimamenetelmän perusteista 5 2.1.2 Mittausten suoritus 5 2.1.3 Mittaustulosten käsittely ja tulosten tulkinta 5 2.1.4 Keksiraskaat GM100 kairaukset 6 3. PORRASSALMEN POHJAVESIALUE 6 3.1 Moisio Porrassalmi alueen geologiset olosuhteet ja hydrogeologiset piirteet 7 3.2 Porrassalmi: Maakerrospaksuudet 8 3.3 Porrassalmi: Pohjavedenpinnan asema 8 4. MIKKELIN HARJUJAKSON GEOLOGISET JA HYDROGEOLOGISET YLEISPIIRTEET 9 4.1 Hanhikangas-Pursiala-Porrassalmi: Maakerrospaksuudet 9 5. POHJAVEDEN VIRTAUSMALLINNUS 10 5.1 Hanhikangas Mikkelin taajama (Setrinmäki) ja Pursiala 10 5.2 Porrassalmi 11 6. JOHTOPÄÄTÖKSET JA SUOSITUKSET 12 Lähdeaineisto 13 Liitteet 13
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Raportti 4 (13) MIKKELIN PORRASSALMEN POHJAVESIALUEEN GEOLOGINEN RAKENNETUTKIMUS JA POHJAVEDEN VIRTAUSMALLINNUS SEKÄ MIKKELIN POHJAVESIALUEIDEN (Hanhikangas, Pursiala, Porrassalmi) RAKENNE- JA VIRTAUSMALLINNUSAINEISTOJEN YHDISTÄMINEN 1. TUTKIMUKSEN TAUSTA JA TAVOITE Geologian tutkimuskeskuksen (GTK) Itä-Suomen yksikkö valmisteli ja toteutti Mikkelin Porrassalmen pohjavesialueen geologisen rakennetutkimuksen ja siihen liittyvän pohjaveden virtausmallinnuksen. Edellä mainitun työn lisäksi tutkimukseen liitettiin Geologian tutkimuskeskuksen aikaisemmin laatimat Hanhikankaan, Pursialan ja Mikkelin taajama-alueen eteläosan (Setrinmäki) geologiset rakennetutkimustiedot niin, että saatiin yhtenäinen kuva kalliopinnan asemasta, maakerrospaksuuksista ja pohjavesipinnan asemasta koko tutkimusalueelta (liite 1). Lisäksi raporttiin koottiin keskeiset virtausmallinnussimulaatiot Hanhikankaan, Mikkelin taajama-alueen, Pursialan ja Porrassalmen osalta. Työ toteutettiin yhteistyössä Pohjois-Savon elinkeino-, liikenne- ja ympäristökeskus/liikenne ja infrastruktuurit sekä ympäristö ja luonnonvarat toimialojen sekä Mikkelin kaupungin, Mikkelin vesilaitoksen ja GTK:n yhteisesti rahoittamana projektina. Porrassalmen rakennetutkimuksen ja virtausmallinnuksen sekä aikaisemmissa tutkimuksissa saatujen aineistojen ja niiden yhdistämisen tavoitteena oli saada nykyistä parempi ja kattavampi käsitys koko alueen (Hanhikangas, Pursiala, Porrassalmi) geologisista ja hydrogeologista olosuhteista alueen maankäytön ja pohjaveden oton suunnittelua ja toteutusta varten. 2. PORRASSALMI: MAASTOTUTKIMUKSET Porrassalmen alueen tutkimukseen liittyvät maastotyöt tehtiin vuoden 2016 aikana. Tutkimuslupien hankinnasta vastasivat Mikkelin kaupunki ja GTK. Tutkimuslinjoja tai tutkimuspisteitä ei raivattu maastoon, eikä tutkimuksista jäänyt käytännössä jälkiä maastoon. Alueelle asennetusta pohjaveden havaintoputkesta sovittiin etukäteen maanomistajan kanssa. Porrassalmen kaikkia suunniteltuja tutkimuksia ei kuitenkaan voitu toteuttaa suunnitelmien mukaisesti alueen keskeisten maaomistajien kieltäessä kaikenlaiset tutkimukset maillaan. Maastotutkimuksiin kuuluivat painovoimamittaukset ja keskiraskaat porakonekairaukset sekä kairauksiin liittyen pohjavesiputkiasennus (liite 2). Painovoimamittauksen teki GTK. Painovoimamittausten suunnittelusta ja niiden tulkinnasta vastasivat geofyysikko Juha Mursu ja geologi Arto Hyvönen. Kairaukset ja putkiasennuksen teki Suomen GPS mittaus Oy. Kairausten ja putkiasennuksen valvoja oli GTK:n tutkimusassistentti Arto Kiiskinen. Tutkimuspisteiden paikannukset (x, y ja z koordinaatit, N2000) tehtiin VRS GPS -mittauksena.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Raportti 5 (13) Aikaisempien selvitysten aineistot olivat käytettävissä nyt tehdyssä selvityksessä. Käytettävissä oli myös Geologian tutkimuskeskuksen maaperän peruskartoituksen ja kallioperäkartoituksen aineistot. 2.1. Painovoimamittaukset 2.1.1. Painovoimamenetelmän perusteista Painovoimamittausten avulla voidaan tutkia tiheydeltään ympäristöstä poikkeavien muodostumien paksuutta ja tilavuutta. Koska maapeitteen tiheys on huomattavasti pienempi kuin kallioperän tiheys, voidaan painovoimamittauksia käyttää maapeitteen paksuuden arviointiin. Menetelmän tarkkuus on parhaimmillaan noin +/-10 % maapeitteen paksuudesta. Painovoimamittausten avulla ei pystytä erottelemaan eri maalajeja eikä myöskään pystytä määrittämään pohjavedenpinnan tasoa. Maapeitteen paksuutta määritettäessä painovoimamittauslinjat pyritään sijoittamaan maastoon siten, että niiden alku- ja loppupäät ovat kalliopaljastumilla tai pisteillä, joissa kalliopinnan sijainti tunnetaan. Lisäksi mittauslinjat pyritään suunnittelemaan siten, että ne kulkevat tunnettujen pisteiden kautta ja mielellään myös siten, että mittauslinjat kulkevat toistensa yli (liite 2). Näin voidaan arvioida painovoimakentän alueellista vaihtelua, joka on perustasona paikallisille painovoimavaihteluille. Maanpinnan tarkka korkeustieto mittauslinjan matkalta on tunnettava (korkeus mitataan yleensä letkuvaa'alla tai VRS-GPS -mittauksilla). Kun maapeitteen ja kallion välinen tiheysero tunnetaan, voidaan painovoima-anomaliasta laskea maapeitteen paksuus. Maapeitteen todellinen paksuus on hyvä kontrolloida kairauksilla, koska sekä alueellinen painovoimataso, että ainesten tiheydet voivat muuttua. 2.1.2. Mittausten suoritus Painovoimamittaukset tehtiin 30.5. - 6.6.2016 välisenä aikana. Mittauksissa käytettiin Scintrex CG-5 Autograv -gravimetrejä. Mittaukset tehtiin 20 metrin pistevälillä, linjojen yhteispituuden ollessa noin 6,5 kilometriä. Kaikkiaan painovoima mitattiin noin 330 pisteessä. Mittauslinjojen päät sekä joitakin pisteitä linjan keskiosista sidottiin maastoon VRS-GPS mittauksilla ja samalla näihin pisteisiin tehtiin korkeussidonnat (korkeus sidottiin mittauksissa N60-järjestelmään, mutta korjattiin myöhemmin N2000- järjestelmään). Mittauspisteiden väliset suhteelliset korkeuserot mitattiin letkuvaa'alla ja sidottiin linjalla oleviin korkeussidontapisteisiin. 2.1.3. Mittaustulosten käsittely ja tulosten tulkinta Painovoimamittaustulokset reduktoitiin Bouguer-anomaliaksi keskitiheydellä 2670 kg/m 3. Tämän jälkeen Bouguer-anomalialle tehtiin ns. topografinen korjaus Geosoftin Oasis montaj ohjelmistolla (topografisella korjauksella pyritään poistamaan maanpinnan topografiavaihtelun aiheuttamia painovoima-anomalioita). Korjauksessa käytet-
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Raportti 6 (13) tiin laserkeilausaineistoa, johon oli lisätty painovoimamittauksen yhteydessä mitatut korkeusarvot. Painovoimamittausaineiston tulkinta tehtiin Encomin ModelVision Pro ohjelmistolla. Paikallisesta painovoima-anomalian vaihtelusta tulkittiin maapeitteen paksuus olettaen, että painovoimavaihtelu aiheutuu pääasiassa maa-aineksesta. Tulkinnassa arvioidun pohjavesipinnan yläpuolisille maa-aineksille käytettiin tiheyttä 1600 kg/m 3, arvioidun pohjavesipinnan alapuolisille maa-aineksille 2000 kg/m 3 ja kalliolle 2670 kg/m 3. Malli sidottiin pisteissä, joissa kallion pinnan taso tunnettiin (kairauspiste, kalliopaljastuma tai muu tunnettu piste). Tulkitut painovoimaprofiilit on esitetty liitteessä 20.1 20.4, ja tuloksia on hyödynnetty Porrassalmen alueen kalliopinnan mallin interpoloinnissa (liite 3). 2.1.4. Keskiraskaat GM150 -kairaukset Porrassalmen alueelle tehtiin maaperäkairauksia GM-150 tela-alustaisella keskiraskaalla monitoimivaunulla. Alueelle tehtiin 4 uutta kairausta (POR2 POR4) maapeitteen paksuuden ja sen laadun sekä kalliopinnan tason selvittämiseksi (kairauspisteiden sijainti: liite 2). Kaikkiin tutkimuspisteisiin tehtiin kolmen metrin kalliovarmennus ja yhteen kairauspisteeseen asennettiin pohjavedenhavaintoputki (POR4). Kalliovarmistuksilla saatiin painovoimamittausten tulkinnalle tärkeää referenssitietoa (myös aiemmin tehtyjä kairauksia ja pohjavesiputkiasennusten tietoja käytettiin hyväksi tulkinnoissa, vrt. liite 17.1 17.5). Kairaukset ja yhden pohjavesiputken asennuksen teki Suomen GPS mittaus Oy ja ne on esitetty liitteissä 18.1 18.5. Maalajien vaihtelu sekä kairauksen eteneminen rekisteröityivät kairaajan toimesta tallentimeen. Maalajien laatua arvioitiin aistinvaraisesti paineilman maanpinnalle nostamasta maa-aineksesta sekä maaputkinäytteistä (liitteet 19.1 19.9). Varsinaisia maaperänäytteitä ei kuitenkaan otettu analyyseihin. Pohjaveden pinnantaso mitattiin kairauksen yhteydessä. Asennetun pohjavedenhavaintoputken materiaali on HDPE-muovia, ulkohalkaisija 60 mm, sisähalkaisija 50 mm. Siiviläosa on varustettu laserleikatulla rakosiivilällä (0,3 mm). Putken maanpäällinen osa suojattiin galvanoidusta materiaalista valmistetulla GWM-2000 lukollisella suojaputkella. Siiviläosuus on asennettu koko pohjavesivyöhykkeen matkalle (liite 18.5). 3. PORRASSALMEN POHJAVESIALUE Porrassalmen pohjavesialue sijoittuu Mikkelin kaupungin eteläpuolelle noin neljän kilometrin etäisyydelle taajama-alueesta. Porrassalmen pohjavesialue ja sen pohjoispuolelle noin vajaan kilometrin etäisyydelle sijoittuva Pursialan pohjavesialue on puolestaan rajattu niin, että niiden väliin jää osa Moision aluetta, jota ei ole rajattu kuuluvaksi kumpaankaan em. pohjavesialueeseen (liite 1).
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Raportti 7 (13) 3.1 Moisio - Porrassalmi -alueen geologiset olosuhteet ja hydrogeologiset piirteet Pursialan vedenottamon imeytysaltaiden eteläpuolella Moision alueella on Karjalammin itäpuolella kalliomäki, jonka korkeimmat kohdat kohoavat tasolle n. 100 107 m mpy (liite 3). Tämä mäkialue on aikoinaan jakanut osan jäätikön sulamisvesistä Karjalammen suuntaan, jolloin lammen pohjoispuolelle kallioselänteiden väliin on kerrostunut karkeampaa lajittunutta harjumateriaalia. Harjuselännettä ei alueella enää nykyisen ole, vaan alue on vanhaa monttualuetta, jonka reunaosissa kallio on monin paikoin paljastuneena (liite 2). Vanhan monttualueen pohja on tasolla n. 85 87 m mpy, kun vesipinta sen eteläpuolella sijaitsevassa Karjalammessa on tasolla 92 m mpy. Jäätikön sulamisvesien päävirtaus on Pursialan imeytysaltaiden eteläpuolella kuitenkin aikoinaan suuntautunut alueella olevan kalliomäen itäpuolitse, jolle alueelle on kerrostunut Moision alueen keskeisin ja karkealajitteisin harjun osa. Moision kapean harjuytimen (vrt. liite 3) alueella kalliopinta on alimmillaan tasolla n. 78 81 m mpy, joten topografisesti tarkasteltuna harjualueen kalliopinta yhdessä Moision alueen korkeimpien kalliomäkien kanssa muodostaa ylängön, joka käytännössä erottaa toisistaan Pursialan ja Porrassalmen pohjavesialueet. Alueen kallioperän jyrkästä ja pienipiirteisestä topografiasta johtuen on kuitenkin mahdollista, että ainakin osa Moision ylänköalueelle sijoittuneen keskeisen harjunosan pohjavesistä voi virrata alavammalla alueella sijaitsevan Pursialan pohjavesialueen suuntaan. Vastaavalla tavalla kalliopinnan vieton ohjaama pohjaveden virtaus voisi tapahtua myös Annilanselän luoteispuolisilta Moision alueilta Porrassalmen pohjavesialueen suuntaan. Tämän tutkimuksen tutkimuspisteverkon tiheys ei ole kuitenkaan riittävä yksityiskohtaisen kalliopinnan topografian laatimiseen, joten pohjavesien virtauksesta ja virtaussuunnista Moision alueella ei voi tämän tutkimuksen tietojen perusteella enempää sanoa. Sen sijaan Pursialan vedenottamon imeytysaltaiden itäpuolella jyrkästi kohoava kallioselänne, joka on nykyisin kaivettu maakerrosten alta näkyviin, katkaisee todennäköisesti harjun pohjavesien hydrauliset yhteydet itään päin rakenteilla olevan asuntomessualueen suuntaan. Moision alueella harjuselänne jatkuu ylänköalueen läpi yhtenäisenä kapeiden kalliopainanteiden ohjaamana sekä vanhojen monttualueiden viitoittamana Annilanselän (Saimaa n. 76 m mpy) rantaan saakka. Täältä harju jatkuu polveillen etelään päin Porrassalmen alueelle ja sieltä edelleen Olkkolanniemen suuntaan. Kalliopinta on monin paikoin järven rantaan sijoittuvan harjun osalla yleisesti tasolla n. 60 m mpy, paitsi Pellosniemen pohjoispään itäpuolisilla sekä Iso-Surnun itäpuolisilla harjualueilla, jossa kalliopinta kohoaa tasolle n. 70 m mpy. Pikku-Surnu lammen (yhteydessä Saimaan vesistöön) eteläosan alueelta harjuselänne kääntyy kaakkoon kohden Ukonvesi järveä, johon harju painuu Hietalahden alueella. Pikku-Surnun ja Ukonveden välisellä alueella kalliopinta vaihtelee tasolla n. 75 m mpy 80 m mpy kohoten paikoin tasolle n. 85 m mpy (liite 3). Tässä yhteydessä on huomioitava, että em. alueen kalliopinnan taso ja maakerrospaksuusarvio perustuu geologian tutkimuskeskuksen geofysiikan matalalentoaineiston (ns. lentogeofysiikka) tulkintaan.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Raportti 8 (13) 3.2 Porrassalmi: Maakerrospaksuudet Kokonaismaakerrospaksuus Porrassalmen pohjavesialueen kattamalla harjunosalla on keskimäärin vajaat 20 metriä (liite 6). Paksuimmat (25 30 m) lajittuneen ja hyvin vettä johtavan maakerroksen alueet sijoittuvat kapean harjuytimen (harjun keskiselänne) alueelle. Poikkeuksen tästä tekee Pikku-Surnun ja Ukonveden välille sijoittuva luode-kaakkosuuntainen harjunosa, jonka alueella kokonaismaakerrospaksuudet ovat lentogeofysiikan aineiston tulkinnan perusteella yleisesti vajaan 10 metrin luokkaa, paikoin alle 5 m. On myös mahdollista, että alueen lajittunut maa-aines on keskimäärin muuta Porrassalmen alueen harjua hienojakoisempaa. Pohjavedenpinnan yläpuolisen lajittuneen maakerroksen paksuus vaihtelee Porrassalmen alueella kymmenen metrin (10 m) molemmin puolin, ollen paikoin viidentoista metrin luokkaa. Ukonveden pohjoispuolisella osalla pohjavedenpinnan yläpuolinen maakerros on paikoitellen todennäköisesti vain muutaman metrin luokkaa (liite 4). Pohjavedenpinnan alapuolinen maakerrospaksuus (eli pohjavedellä kyllästynyt maakerros, liite 5) vaihtelee: Annilanselän länsilaidan harjunpuoleisella alueella sekä Tonttulan alueella se on 15 m:n luokkaa, kun se Reuhkalammen sekä sen eteläpuolisilla harjualueilla on 10 metrin luokkaa. Surmansalmen uimarannan länsipuolen harjuselänteessä maakerrospaksuus kohoaa 15 metriin, paikoin 17 metriin. Golfkentän kaakkoispuolella maakerrospaksuus voi olla paikallisesti yli 20 m alueella, jossa on nykyään vanha soistunut sorakuoppa. Mutta tästä alueesta eteläkaakkoon, Porrassalmen kuntoutussairaalan ja Pellosniemen välisellä harjunosalla, pohjavedellä kyllästyneen maakerroksen paksuus on alle 10 metriä, (6 8 metrin luokkaa). Lomakartanon pohjoispuolella, kapean Porrassalmen harjun osalla, maakerrospaksuus on 15 metrin luokkaa. Harjualueella Hietalahden pohjavedenottamon suuntaan edettäessä pohjavedellä kyllästyneen maakerroksen paksuus ohenee ollen enää keskimäärin 7 metrin luokkaa. Pikku-Surnun ja Ukonveden välisellä harjualueella voi olla osa-alueita, joissa ei esiinny pohjavettä ympärivuotisesti (vrt. liite 5). Mutta em. asian varmistaminen vaatisi alueen tarkempaa tutkimusta kairaamalla (maanäytteenotto). 3.3 Porrassalmi: Pohjavedenpinnan asema Porrassalmen pohjavesialueen kapea harjuselänne rajautuu monin paikoin Saimaaseen harjun reunaosien painuessa monin paikoin järvivedenpinnan tason alle. Tästä johtuen Porrassalmen harjun pohjavesiolosuhteille on luonteenomaista, että alueen pohjavedenpinnan tasoa kontrolloi Saimaan pinnan taso, joka on tasolla noin 76 m mpy (liite 7). Porrassalmen pohjavesialue voidaan rajata tässä tutkimuksessa saatujen tutkimustietojen ja niiden tulkintojen mukaan pohjoisessa Annilanselän luoteispuolella kohoavan kalliokynnyksen ja vastaavasti Pikku-Surnun ja Ukonveden välillä kohoavan kallio (ja/tai moreeni) kynnyksen väliselle alueelle (vrt. liite 5). Porrassalmen alueen pohjavesiolosuhteita tarkastellaan tarkemmin jäljempänä tämän raportin kappaleessa 6 (sivu 11, kappale 6.2), joissa käsitellään Mikkelin tutkimusalueella tehtyjä pohjaveden virtausmallinnussimulaatioita ja niiden tuloksia.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Raportti 9 (13) 4. MIKKELIN HARJUJAKSON GEOLOGISET JA HYDROGEOLOGISET YLEIS- PIIRTEET Tämän raportin tutkimusalueeksi rajattu Mikkelin Hanhikankaan, Pursialan ja Porrassalmen -pohjavesialueille sijoittuva harju (liite 1) on osa pohjois-eteläsuuntaista harjujaksoa (n. 30 km pitkä), joka alkaa Mikkelin pohjoispuolella sijaitsevan Kyyvesi järven kaakkoisosasta. Täältä se jatkuu kapeana ja paikoin katkeilevana selänteenä aina Mikkelin taajaman pohjoispuoliselle Kalevankankaan alueelle saakka (Hanhikankaan pohjavesialue), jossa se yhdessä Mikkelin keskustan sekä Pursialan (Pursialan pohjavesialue) alueiden kanssa muodostaa laajempialaisen, joskin hydrogeologisesti epäyhtenäisen harjukompleksin. Pursialan pohjavesialueen eteläpuolisilla Moision alueilla kalliopinta kohoaa niin, että se muodostaa ylänköalueen, joka erottaa Pursialan pohjavesialueen Porrassalmen pohjavesialueesta. Pursialan ja Hanhikankaan pohjavesialueet voidaan erottaa omiksi altaikseen jo kalliopinnan mallia tarkastelemalla (liite 8). Parhaiten pohjavesialueita erottava kynnysalue erottuu tarkastelemalla karttaa, jossa on esitetty pohjavedellä kyllästyneen maakerrosten paksuus (liite 10). Myös Porrassalmen pohjavesialue erottuu kalliotasoltaan alavampana alueena. Porrassalmen osalta alueen tarkempi tarkastelu on tehty tämän raportin kappaleessa 4 (sivut 7 8) sekä pohjaveden virtausmallinnuksen osalta jäljempänä kappaleessa 6.2.(sivu 11). Hanhikankaan ja Pursialan pohjavesialueilta on GTK laatinut aikaisemmin laajemmat tutkimusraportit, joissa kuvataan tarkemmin alueiden geologisia ja hydrogeologisia olosuhteita. Edellä mainittuihin raportteihin (lähdeaineisto sivu 12) sisältyy pohjaveden virtausmallinnussimulaatioita, jotka on esitetty jäljempänä tässä raportissa (kappale 6, sivut 10 11 sekä liitteet 13-16). 4.1 Hanhikangas - Pursiala - Porrassalmi: Maakerrospaksuudet Alueen kokonaismaakerrospaksuudet on esitetty liitteessä 11. Paksuimmat lajittuneen harjuaineksen harjukerrokset sijoittuvat Pursialan ja Hanhikankaan pohjavesialueille. Hanhikankaalla vedenottamon ympäristössä kokonaismaakerrospaksuus on ainoastaan 10 15 metriä, koska alue on osin vanhaa maa-ainestenottoaluetta. Yleisemmin Hanhikankaan pohjavesialueen harjun kokonaismaakerrospaksuudet ovat keskimäärin 20 25 metrin luokkaa. Hanhilammen ja Pankajoen itäpuolisella harjualueella sekä Ahvenlammen pohjoispuolella lajittuneen aineksen kokonaismaakerrospaksuus on paikoin 30-35 metriä. Pursialan alueella kokonaismaakerrospaksuus on yleisesti 25 30 metriä, paikoin jopa 40 metriä tai yli. Paksuimpien maakerrosten alueet sijoittuvat pohjavedenottamon pohjoispuolisen harjuselänteen alueelle (Kattilanlahti ja Pursialanlahti). Porrassalmen osalta kokonaismaakerrospaksuustarkastelu on tehty kappaleessa 4.2. Pohjavedenpinnan tason yläpuolisten maakerrosten paksuus on esitetty liitteessä 9. Ohuimmat maakerrokset (vaaleanapunainen sävy) sijaitsevat vanhoilla monttualueilla,tai alueilla, joissa on vesistöjä, jotka liittyvät harjun pohjavedenpinnan tasoon. Ylei-
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Raportti 10 (13) sesti pohjaveden yläpuoliset maakerrokset Hanhikankaan ja Pursialan alueella ovat 5 10 metrin luokkaa. Paksuimmat pohjaveden yläpuoliset maakerrokset (20-25 m) sijoittuvat Mikkelin taajaman sekä Moisiolammen pohjoispuolisille alueille. Porrassalmen osalta kokonaismaakerrospaksuustarkastelu on tehty kappaleessa 4.2. Pohjaveden pinnan alaisen maakerroksen paksuus (eli pohjavedellä kyllästyneen maakerroksen paksuus) on esitetty liitteessä 10. Hanhikankaan alueella se on yleisesti 10 15 metriä. Hanhilammen ja Pankajoen itäpuolella se on 20 metrin luokkaa. Pursialan alueella pohjavedellä kyllästyneen maakerroksen paksuus on yleisesti 25 30 m, paikoin 30 35 m ja paksuimmillaan 40 metrin luokkaa tai jopa sen yli. Porrassalmen osalta kokonaismaakerrospaksuustarkastelu on tehty kappaleessa 4.2. Ohuimmillaan pohjavedenpinnan alaiset maakerrokset (vrt. liite 10: keltainen väri) ovat Mikkelin keskusta-alueen hautuumaan ja tuomiokirkon välisellä alueella, jossa kalliopinta kohoaa niin, että Hanhikankaan ja Pursialan pohjavesialueiden välille muodostuu kalliokynnys. Tämä kynnys käytännössä erottaa hanhikankaan ja Pursialan pohjavesialueet hydraulisesti ja hydrologisesti toisistaan. Hanhikankaan tutkimusraportissa em. alueelle suositellaan tarkentavia kairaustutkimuksia, jotta kalliokynnys ja sen asema pohjavedenpintaan nähden saataisiin selvitettyä tarkemmin. Ohuen kyllästyneen maakerroksen alueita (liite 10) on lisäksi Porrassalmen Annilanselän luoteispuolella sekä Pikku Surnu lammen ja Hietalahden välisellä harjujaksolla, jotka kynnykset puolestaan erottavat Porrassalmen pohjavesialueen muista alueista omaksi alueekseen (vrt. luku 4.3). 5. POHJAVEDEN VIRTAUSMALLINNUS 5.1 Hanhikangas, Mikkelin taajama ja Pursiala Hanhikankaan alueelta on laadittu virtausmalli vuonna 2015 (Hanhikankaan rakennetutkimus ja virtausmallinnus, GTK 2015). Mallinnuksen keskeiset tulokset on esitetty liitteissä 13.1 13.2, joissa simuloidaan kahta erilaista ottotilannetta (pohjavedenotto 2 300 m 3 /vrk ja 4 500 m 3 /vrk). Molemmilla ottomäärillä pohjavedenoton vaikutus kattaa lähes koko Hanhikankaan harjualueen. Lisäksi pintavesiä imeytyy ottamokaivojen suuntaan Hanhilammen sekä pohjoisempaa harjun poikki virtaavan Hanhijoen suunnalta. Hanhikankaan alueella voidaan simulaatiotulosten mukaan ottaa suurempikin vesimäärä, mutta silloin pohjavedenpinta harjumuodostumassa alenisi simulaatiotulosten mukaan voimakkaasti varsinkin ottamokaivojen ympäristöissä. Mikkelin taajama-alueelle, joka on osa Pursialan pohjavesialuetta, ei ole aiemmin laadittu virtausmallia. Aluetta on tutkittu aiemmin (Pitkäjärvi-Setrinmäki geologinen rakennemalli, GTK 2015), kun selvitettiin Setrinmäen pesulan haitta-aineiden mahdollisia leviämisreittejä (GTK, Ramboll). Tämän työn yhteydessä Mikkelin keskustan alueelle laadittiin alustava 1 kerrosvirtausmalli, jonka tulokset on esitetty liitteessä 14. Kuvasta havaitaan, että pohjaveden liike on Mikkelin keskustan alueella länsiluoteesta itäkoilliseen kohden taajama-alueen keskeistä harjualuetta. Tältä em. harjualueelta
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Raportti 11 (13) pohjavesien virtaus suuntautuu edelleen etelään kohden Kattilalahtea sekä osin kohden Kaihunlahtea. Pursialan pohjavedenottamoalueen virtausmalli tehtiin aiemmin nk. Polaris projektin yhteydessä (Mikkeli, Pursialan pohjavesialueen tutkimukset, Rakenne- ja virtausmallinnus, GTK 2013). Virtausmallinnuksen tulokset on esitetty liitteissä 15.1 15.2. Liitteessä 15.1 on esitetty tilanne, kun Pursialan vedenottamolta pumpataan pohjavettä 6 700 m3/vrk. Kuvasta havaitaan, että pohjavesi tulee Pursialan vedenottamolle kahdelta suunnalta, etelästä imeytysaltaiden suunnalta sekä pohjoisesta Kattilalahden ja Pursialanlahden suunnilta. Idästä, vanhan kyllästämöalueen suunnasta virtaavat pohjavedet purkautuvat Pursialanlahden suuntaan. Kuvassa 15.2 on esitetty vastaava tilanne kuin liitteen 15.1 kuvassa, mutta alueelle on lisätty suojapumppauskaivo. Kuvasta voidaan havaita suojapumppauskaivon vaikutus, eli miten se kerää vanhan kyllästämöalueen suunnalta tulevia pohjavesiä. 5.2 Porrassalmi Porrassalmen alueen virtausmallinnustulokset on esitetty liitekuvissa 16.1 16.3. Liitteessä 16.3 on esitetty Hietalahden ottamo ja pohjavedenoton välittömässä vaikutuspiirissä oleva harjualue. Porrassalmen Hietalahden vedenottamon välittömässä vaikutuspiirissä oleva harjualue on pinta-alaltaan n. 3.5 ha. Pohjaveden virtausmallin antamien tulosten mukaan ottamon välitön vaikutuspiiri yltää lännessä Pikku-Surnu lammen rantaa saakka, josta simulaatiotulosten mukaan tapahtuisi voimakasta pintavesien imeytymistä harjun läpi ottamon suuntaan. Harjualueella pohjoisen suuntaan ottamon vaikutusalue ulottuisi noin 300 m:n etäisyydelle aina Lomakartanon eteläpuolisille kapealle harjualueelle saakka. Tällä em. alueella on maaperäkartan mukaan harjun liepeillä moreeniselänne (liite 16.3). Moreeniselänteen mahdollinen jatkuminen länteen harjun lajittuneiden maakerrosten alle voi muodostaa paikallisen pohjaveden virtausta rajoittavan kynnyksen. Tämä em. asia tulisi varmistaa kairaamalla. Annilanselän, Tonttulan ja Surmansalmen välisellä harjujaksolla Porrassalmen pohjavesialueen harjupohjavesien virtaus suuntautuu kohden Saimaata (liitteet 16.1 ja 16.2). Kyyhkylän alueella on simulaatiotulosten mukaan pohjavedenjakaja (liite 16.2), jonka alueelta pohjavesien virtaus harjussa jakautuu kohden etelää ja pohjoista: Kyyhkylän eteläpuolella harjun pohjavedet purkautuvat Iso-Surnu -lampeen, kun vastaavasti Kyyhkylän pohjoispuolella kohden Surmansalmea (Liite 16.2). Annilanselän luoteispuolella kalliopinta kohoaa selänteeksi niin, että alueelle muodostuu pohjaveden virtausta rajoittava kynnys. Myös Pellosniemen koillispuolella olevalla harjujaksolla voi kalliopinta kohoaa niin (liite 3), että se voi osaltaan rajoittaa pohjaveden virtausta alueella. Ja kuten aikaisemmassa kappaleessa todettiin, myös Lomakartanon alueella oleva moreeniselänne voi painua harjualueen suuntaan niin, että se voi osaltaan muodostaa yhdessä alueella kohoavan kalliopinnan tason (liite 3) kanssa harjualueelle pohjaveden virtausta rajoittavan kynnyksen.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Raportti 12 (13) 6. JOHTOPÄÄTÖKSET JA SUOSITUKSET Tähän tutkimukseen koottujen harjun rakennetietojen sekä pohjaveden virtausmallinnuksessa saatuja tietojen (eri virtausmallinnuksissa simuloidut pohjaveden liike- ja tasotiedot) perusteella saatiin kattavampi ja yhtenäisempi kuva Hanhikangas Pursiala -Porrassalmi -pohjavesialueiden harjurakenteesta ja pohjavesiolosuhteista. Tämä tutkimus vahvistaa aikaisempaa näkemystä siitä, että hydrologisesti tarkasteltuna Hanhikankaan ja Pursialan pohjavesialueet ovat Mikkelin alueen tärkeimmät ja kooltaan sekä antoisuudeltaan suurimmat pohjavesialueet. Ne eivät kuitenkaan muodosta yhtä yhtenäistä aluetta, vaan jakautuvat omiksi altaikseen Mikkelin taajamaalueen pohjoisosissa kohoavan kalliokynnyksen alueella. Pursialan pohjavesialue rajautuu eteläosistaan (vedenottamon imeytysaltaiden alue) kalliomäkialueisiin. Pursialan alueella pohjavedenpinnan taso noudattelee Saimaan vesistön tasoa (76 m mpy) tai on hieman sen yläpuolella. Hanhikankaan alueella pohjavedenpinta on keskimäärin selvästi korkeammalla tasolla (n. 86 88 m mpy), kuin Pursialassa. Virtausmalinnuksessa saatujen tulosten mukaan Hanhikankaalta pumpattavaksi suunnitellun pohjaveden ottomäärän kaksinkertaistataminen (4 500 m 3 /d) johtaisi alueen pohjaveden pinnan tasojen selvään alenemaan varsinkin ottamokaivojen alueilla, mikäli ottamolle harjukerrosten kautta suotautuvan pintaveden määrä pysyisi vakiona. Huomattava osa pohjavedestä imeytyy alueen pintavesitöistä (Hanhilampi, Hanhijoki). Hanhikankaan alueelle suositellaan näytteenottokairauksia Hanhilammen ja vedenottamon väliselle alueelle, jotta saataisiin tarkempi kuva maaperän lajittuneiden maalajien kerrosjärjestyksestä ja kerrosrajapintojen tasoista (m mpy). Vastaavia kairauksia suositellaan myös Hanhikankaan vedenottamokaivojen itäpuoliselle alueelle Kovalanlammen suuntaan. Pursialan pohjavesialueella pääosa ottamolle virtaavasta pohjavedestä tulee ottamon eteläpuolisten imeytysaltaiden alueelta sekä pohjoisesta Kattilahden ja Pursialanlahden suunnilta. Ottamon koillispuoliselle alueelle toteutettu suojapumppauskaivo katkaisee pohjavesien virtausta kauempana pohjavedenottamon koillispuolella sijaitsevan vanhan kyllästämöalueen suuntaan. Porrassalmen pohjavesialueeksi rajattu harjun osa on kapea ja järvivesivaikutteinen harjuselänne, joka muodostaa erillisen pohjavesialueen Mikkelin Moision alueen eteläpuolella. Järvivesivaikutteisuus (Saimaan vedenpinta n. 76 m mpy) on havaittavissa mm. Porrassalmelle laaditun virtausmallin antamissa tuloksissa (liite 16.3), jossa simulaatiotulosten mukaan Hietalahden ottamolle imeytyy harjun läpi pintavesiä (Pikku- Surnu). On todennäköistä, että Porrassalmen alueen kapea harju jakautuu hydrologisesti useampiin osa-alueisiin. Lisäksi Pikku-Surnun ja Hietalahden välisellä harjualueella kallioja moreenipinta voi kohota paikoin niin, että em. mainitulla alueilla ei välttämättä ole paikoitellen pysyvää ympärivuotista pohjavesikerrosta tai se on hyvin ohut. Mahdollisten veden virtausta rajoittavien kynnysalueiden selvittämiseksi Porrassalmen alueella tulisi tehdä lisää raskaita kairauksia maalajimäärityksineen ja niihin liittyen pohjavesiputkiasennuksia.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Raportti 13 (13) Nyt ja aiemmin tehtyjen tutkimusten perusteella Hanhikankaan, Pursialan ja Porrassalmen pohjavesialueet ovat kalliokynnysten erottamia pohjavesialtaita ja siten myös erillisiä pohjavesialueita, eikä alueiden yhdistämiselle ole nähtävissä geologisia tai hydrogeologisia perusteita. Pohjavesialueiden rajausten muutoksille ei myöskään ole tarvetta. Lähdeaineisto: Mikkeli, Pursialan pohjavesialueen tutkimukset, Rakenne- ja virtausmallinnus: Geologian tutkimuskeskus, 2013 Hanhikankaan rakennetutkimus ja virtausmallinnus: Geologian tutkimuskeskus, Etelä- Savon ELY-keskus, Mikkelin kaupunki, Mikkelin vesilaitos, 2015 Pitkämäki-Setrinmäki geologinen rakennemalli: Geologian tutkimuskeskus, 2015 LIITTEET: 1. Tutkimusaluekartta ja Mikkelin alueen maaperä 2. Porrassalmi: Tutkimuspistekartta ja alueen maaperä 3. Porrassalmi: Kalliopinnan taso 4. Porrassalmi: Maakerrospaksuus pohjavedenpinnan tason yläpuolella 5. Porrassalmi: Maakerrospaksuus pohjavedenpinnan tason alapuolella 6. Porrassalmi: Kokonaismaakerrospaksuus 7. Porrassalmi: Pohjavedenpinnan taso 8. Hanhikangas-Pursiala-Porrassalmi: Kalliopinnan taso 9. Hanhikangas-Pursiala-Porrassalmi: Maakerrospaksuus pohjavedenpinnan tason yläpuolella 10. Hanhikangas-Pursiala-Porrassalmi: Maakerrospaksuus pohjavedenpinnan tason alapuolella 11. Hanhikangas-Pursiala-Porrassalmi: Kokonaismaakerrospaksuus 12. Hanhikangas-Pursiala-Porrassalmi: Pohjavedenpinnan taso 13. Hanhikangas: Pohjaveden virtausmallinnussimulaatiot (v. 2015) 14. Setrinmäki: Pohjavedenpinnan tasot (virtausmallinnussimulaatio v. 2017) 15. Pursiala: Pohjaveden virtausmallinnussimulaatiot (v. 2013) 16. Porrassalmi: Pohjaveden virtausmallinnussimulaatio (v. 2017) 17. Porrassalmi: Pohjavesiputkikortit 18. Porrassalmi: Kairausprofiilit 19. Porrassalmi: Valokuvat kairauksiin liittyen 20. Painovoimalinjatulkinnat Kuopiossa 23.3.2017 geologi Arto Hyvönen