Maaperän vedenjohtavuusmittaukset Rajamäellä Arto Pullinen ja Lasse Ahonen

Etelä-Suomen yksikkö P32.4/2009/9 27.2.2009 Espoo Maaperän vedenjohtavuusmittaukset Rajamäellä Arto Pullinen ja Lasse Ahonen

Maaperän vedenjohtavuus KUVAILULEHTI Päivämäärä 27.2.2009 Tekijät Arto Pullinen ja Lasse Ahonen Raportin laji Hankeraportti Toimeksiantaja Geologian tutkimuskeskus Raportin nimi Maaperän vedenjohtavuusmittaukset Rajamäellä Tiivistelmä Maaperän vedenjohtavuutta tutkittiin pohjavesiputkista yksireikämittauksin Rajamäki-Noppo tutkimusalueella. Tutkimusalue on osa I Salpausselkämuodostumaa. Tutkimusmenetelmänä käytettiin Slug-testiä, jossa seurataan vedenkorkeuteen aiheutetun häiriön palautumista. Hankkeen tarkoituksena oli testata ja kehittää nopeaa vedenjohtavuuden mittausmenetelmää pohjavesitutkimusten tarpeisiin. In-situ testien lisäksi reikien kairauksessa otettujen maanäytteiden vedenjohtavuus määritettiin laboratoriomittauksissa ja laskennallisesti näytteiden raekokoanalyysin perusteella. Asiasanat (kohde, menetelmät jne.) Salpausselkä, vedenjohtavuus, slug-testi Maantieteellinen alue (maa, lääni, kunta, kylä, esiintymä) Hyvinkää, Nurmijärvi Karttalehdet 2044 01, 2042 10 Muut tiedot Arkistosarjan nimi M Arkistotunnus P32.4/2009/9 Kokonaissivumäärä 33 s + 63 liitesivua Kieli suomi Hinta Julkisuus julkinen Yksikkö ja vastuualue Etelä-Suomen yksikkö, Maankäyttö ja ympäristö Allekirjoitus/nimen selvennys /Arto Pullinen Hanketunnus 7162001 Allekirjoitus/nimen selvennys /Petri Lintinen Vastuualuepäällikkö

Maaperän vedenjohtavuus Date 27.2.2009 Authors Arto Pullinen and Lasse Ahonen Type of report Project report Commissioned by Geological Survey of Finland Title of report Hydraulic conductivity measurements of glacial deposits at Rajamäki Abstract Single-hole hydraulic conductivity measurements were carried out in Rajamäki-Noppo site, using observation wells drilled in the First Salpausselkä formation. The method used was Slug test, in which the recovery of an instantaneous disturbance of the hydraulic head is monitored. The aim of the study is to test and develop a rapid method to measure the hydraulic conductivity to be used in groundwater studies. In addition to the in-situ tests, hydraulic conductivity of the soil samples obtained in drilling was determined in laboratory, and calculated from the grain size analysis. Keywords Salpausselkä, hydraulic conductivity, Slug test Geographical area Hyvinkää, Nurmijärvi Map sheet 2044 01, 2042 10 Other information Report serial M Total pages 33 p + 63 app. pages Language Finnish Unit and section Southern Finland Office, Land Use and Environment Signature/name / Arto Pullinen Archive code P32.4/2009/9 Price Project code 7162001 Signature/name Confidentiality public /Petri Lintinen Division Manager

Maaperän vedenjohtavuus SISÄLLYSLUETTELO 1 JOHDANTO 1 2 TUTKIMUSKOHDE 2 3 TUTKIMUSMENETELMÄT 5 3.1 Hydraulisen mittauksen yleisperiaate 5 3.2 In-situ mittauslaitteistot 5 3.2.1 Paineanturit 5 3.2.2 Tankotestit 6 3.2.3 Mittaukset tulpatussa reiässä 7 3.2.4 Veden injektio vapaalla virtauksella 8 3.2.5 Paineellinen injektio 9 3.3 Vedenjohtavuuden laboratoriomääritysmenetelmät 10 3.3.1 Permeametrikokeet 10 3.3.2 Vedenjohtavuuden määritys raekoon perusteella 10 4 TULOSTEN TULKINTAMENETELMÄT 11 4.1 Yleistä 11 4.2 Bouwer & Rice 12 4.3 Injektiokokeen tulkinta (Moye) 14 5 TULOKSET 15 5.1 Putki RHP1 15 5.1.1 Koe1 15 5.1.2 Koe 2 16 5.1.3 Koe 3 16 5.2 Putki RHP 2 17 5.2.1 Koe 1 17 5.2.2 Koe 2 18 5.2.3 Tanko Slug 19 5.3 Putki RHP 3 19 5.3.1 Koe 1 19 5.3.2 Koe 2 22 5.4 Putki RHP 4 23 5.4.1 Koe 1 23 5.4.2 Imupumppaustesti 24 5.5 Putki RHP 5 25 5.5.1 Koe 1 25 5.6 Putki RHP 7 26 5.6.1 Koe 1 26 5.7 Putki RHP 9 29 5.7.1 Koe 1 29 5.8 Putki RHP 10 30 5.8.1 Koe 1 30 6 TULOSTEN YHTEENVETO JA PÄÄTELMÄT 31 KIRJALLISUUSLUETTELO 33 LIITTEET

Maaperän vedenjohtavuus 1 1 JOHDANTO Pohjavesitutkimusten yksi osa-alue ovat hydrauliset mittaukset, joilla tutkitaan pohjaveden esiintymisympäristön (maa- tai kallioperän) vedenjohtavuutta. Vedenjohtavuusmittausten tulosten perusteella voidaan arvioida pohjavesimuodostuman antoisuutta vedenhankinnan kannalta tai arvioida haitta-aineiden kulkeutumista mahdollisissa geologisen muodostuman likaantumis- tai pilaantumistauksissa. Erityisesti muodostuman vedenantoisuutta tutkittaessa on käytetty pumppauskokeita, joissa pumppauskaivosta pumpataan vettä pois tavoitteena saada aikaan häiriö pohjavesisysteemissä. Tämä häiriö on tyypillisesti pohjavedenpinnan aleneminen, jota seurataan pumppauskaivon läheisyydessä olevissa havaintoputkissa. Tällaisten pumppauskokeiden etuna on saatavan vedenjohtavuusarvion laaja-alaisuus ja edustavuus muodostuman antoisuuden kannalta, heikkoutena on kokeiden vaatima pitkä seuranta-aika. Yksireikätestissä (mm. Slug-testi) aiheutettua häiriötä seurataan samassa havaintokaivossa tai putkessa, jossa häiriö aiheutettiin. Yksireikätesteillä saadaan nopea arvio tutkimusreiän välittömän ympäristön maa- tai kallioperän vedenjohtavuudesta. Slugtestissä putkeen aiheutetaan äkillinen lyhytaikainen muutos pohjavedenpinnassa ja seurataan vedenpinnan palautumista alkutilaansa. Palautumiskäyrästä voidaan laskea havaintoputken lähiympäristön maaperän vedenjohtavuus. Yksinkertaisimmin mittaus voidaan toteuttaa siten, että putkeen pohjavedenpinnan alapuolelle upotettu tanko vedetään nopeasti pois. Tangon tilavuuden kokoisen vedenpinnan alenemisen palautumista mitataan putkeen asennetulla paineanturilla. Tällä menetelmällä saadaan kuitenkin vain pohjavesisysteemin keskimääräinen vedenjohtavuus pohjavesiputken syvyydeltä. Reiän tulppaukseen ja tulppavälistä tehtyyn hydrauliseen mittaukseen perustuvaa menetelmää on Geologian tutkimuskeskuksessa aikaisemmin käytetty kalliopohjavesitutkimuksissa (Ahonen 1992). Tarkoitusta varten kehitettiin tulppaus- ja mittauslaitteisto (Laaksoharju et al. 1995). Tällä laitekokonaisuudella mittaukset osoittautuivat kuitenkin melko aikaa vieviksi, ja laitteisto kallioreikien pienen läpimitan vuoksi monimutkaiseksi. GTK:n pohjavesitutkimuksissa on nähty tarve kehittää nopea kenttäkelpoinen menetelmä, jolla voidaan mitata maaperän vedenjohtavuus pohjavesiputkesta siiviläosan eri syvyyksistä. Tätä tarkoitusta varten pohjavesitutkimusten menetelmäkehityshankkeessa suunniteltiin, rakennettiin ja testattiin sekä laboratoriossa että kentällä erilaisia mittaukseen soveltuvia menetelmiä. Rajamäen tutkimusalueen kairauksissa otettiin maaperänäytteitä eri syvyyksiltä. Näistä määritettiin vedenjohtavuusarvot sekä raekokoanalyysin perusteella että laboratoriomittauksissa. Tässä raportissa esitetään in-situ vedenjohtavuusmittausten tulokset sekä verrataan niitä laboratoriomääritysten tuloksiin.

Maaperän vedenjohtavuus 2 2 TUTKIMUSKOHDE Tutkimusalueeksi valittiin GTK:n vuonna 2005 Hyvinkään kaupungille ja Nurmijärven kunnalle tekemän Nopon-Rajamäen pohjavesialueen rakenneselvityksen tutkimusalue (Breilin et al. 2006). Alueeseen kuuluu noin 5 km:n pituinen osa sora- ja hiekkavaltaista I Salpausselkää, sekä sitä ympäröiviä moreeni ja hienoaineskerrostumia. Pohjavesialueen rakenteen tarkentamiseksi alueella tehtiin 2005 maaperäkairauksia, jolloin otettiin maaperänäytteitä rakenneselvityksen kannalta tärkeistä maakerroksista. Kalliopinnan selvittämiseksi kairaukset ulottuvat yleensä noin kolme metriä kallioperään. Kairan reikiin asennettiin pohjavesiputket, joihin laitettiin siiviläosa tutkimuksen kannalta merkittäville syvyyksille. Asennetuista pohjavesiputkista valittiin tähän tutkimukseen 8 putkea, joissa oli hydrauliseen testaukseen tarvittava riittävän pitkä siiviläosa. Valinta kriteerinä oli myös se, että maaperänäytteet olivat putken siiviläosassa. Näin voitiin verrata maaperänäytteistä tehdyistä laskennallisista ja laboratoriossa tehdyistä vedenläpäisevyystesteistä saatuja vedenjohtavuuden arvoja putkissa tehtävien in-situ mittausten arvoihin. Tutkimusalue ja pohjavesiputkien sijainti on esitetty kuvassa 1. Yhteenveto tutkimuksessa käytetyistä pohjavesiputkista ja niissä tehdyistä testeistä on esitetty kuvassa 2 ja putkien yksityiskohtaiset tekniset tiedot ovat liitteessä 1.

Maaperän vedenjohtavuus 3 Kuva 1. Tutkimuskohde: maaperä ja reikien sijainti. Pohjakartta: Miikka Paalijärvi, GTK.

Maaperän vedenjohtavuus 4 Kuva 2. Yhteenveto testeissä käytetyistä havaintoputkista.

Maaperän vedenjohtavuus 5 3 TUTKIMUSMENETELMÄT 3.1 Hydraulisen mittauksen yleisperiaate Maaperämuodostumien vedenjohtavuutta voidaan mitata ja arvioida eri menetelmin: Muodostuman vedenjohtavuuden in-situ mittaukset muodostumassa olevien havaintoreikien/kaivojen avulla; Muodostuman maa-aineksen vedenjohtavuuden laboratoriomittaukset permeametrikokeilla; maa-aineksen vedenjohtavuuden arviointi raekoon ja raekokojakauman perusteella em-piiristen kaavojen avulla. Tässä raportissa kuvattavat hydraulisen testauksen in-situ menetelmät perustuvat yksireikämittaukseen, jossa tutkimusreiän pohjaveden hydrauliseen korkeuteen aiheutetaan äkillinen lyhytaikainen muutos ja seurataan muutoksen palautumista alkutilanteeseen. Avoimessa reiässä hydraulista korkeutta voidaan seurata mittaamalla pinnankorkeusmittarilla reiän vedenpinnan muutosta, mutta muutoksen ollessa nopea tämä mittaustapa on liian hidas. Jotta pystytään seuraamaan tarkasti jopa sekuntiluokan painemuutoksia, käytetään reikään asennettavaa paineanturia ja automaattista tiedonkeräystä. Mittauksen tulkinnan kannalta oleellisin rekisteröitävä tieto on hydraulinen korkeus ajan funktiona reiässä tai putkessa, jossa häiriö on aiheutettu. Lisäksi tuloksen tulkinnassa voidaan käyttää lähtötietona häiriön aiheuttanutta vesimäärää (tankotestissä tankojen tilavuutta) sekä aiheutetun häiriön kestoa. 3.2 In-situ mittauslaitteistot 3.2.1 Paineanturit Testeissä käytettiin ohjelmoitavia, itsenäisesti mittaavia Schlumberger Minidiverpaineantureita (kuva 3), joita oli käytettävissä yhden, kolmen, viiden ja kymmenen baarin paineväleille. Yksi baari vastaa noin 10 metrin vesipatjaa. Minidiver-anturien mittaustarkkuus on aina 0,5 % mittausvälistä, joten mahdollisimman tarkan mittaustapahtuman saamiseksi anturimalliksi valitaan kuhunkin kohteeseen soveltuva tyyppi. Mittausväli on säädettävissä joko tasaväliseksi tai harvenevaksi. Lyhin mittausväli Minidivereissa on 0,5 sekuntia. Yleisesti ottaen reikään asennettu paineanturi mittaa anturin mittauspään yläpuolella olevan vesipatsaan aiheuttaman paineen ja veden yläpuolella vallitsevan ilmanpaineen summan. Lyhytaikaisissa, korkeintaan muutaman minuutin kestävissä mittauksissa ilmanpaineen vaihtelulla ei kuitenkaan ole merkitystä tulosten tarkkuuteen. Jos käytetään paineellista veden injektointia, niin injektointipaine näkyy luonnollisesti myös paineanturin lukemassa. Hydraulisen korkeuden muutokset mitataan testin kannalta luotettavimmin sijoittamalla paineanturi testaussyvyyteen, koska silloin veden liikkeestä aiheutuva painehäviö eliminoituu (veden injektointia käyttävissä testimenetelmissä). Anturin ohjelmointiin ja mittausdatan purkuun on käytetty anturivalmistajan kehittämää LoggerDataManager (LDM) ohjelmaa.

Maaperän vedenjohtavuus 6 Kuva 3. Minidiver- paineanturi ja USB-lukulaite. Kuva A. Pullinen 3.2.2 Tankotestit Yksinkertaisimmillaan Slug-testi voidaan tehdä reikään laskettavan tangon avulla. Pohjaveden pinnan taso mitataan pinnankorkeusmittarilla ennen ja jälkeen tangon laskun. Paineanturi asennetaan roikkumaan ohuen (0,5-1 mm) teräsvaijerin varassa riittävän syvälle laskettavan tangon alapuolelle. Tanko lasketaan reikään veden pinnan alapuolelle ja annetaan pohjaveden pinnan reiässä tasaantua lähtötasoon. Testissä tanko vedetään mahdollisimman nopeasti ylös vedestä, minkä jälkeen reiän vedenpinnan annetaan jälleen palautua. Tankotesteihin soveltuvat parhaiten Minidiverin tyyppiset ohuen vaijerin varassa riippuvat ja itsenäisesti mittaavat paineanturit, koska mahdollinen pinnalle tuleva anturikaapeli on alttiimpi heilauttamaan anturia pystysuunnassa, jolloin painetieto häiriintyy. Testeissä käytetyn polyasetaalitangon halkaisija on 40 mm, ja yhden metrin pituiset tangot yhdistettiin testeissä jopa viisi metriä pitkäksi yksiköksi, jolloin syrjäytetyn vesimäärän kokonaistilavuudeksi tulee noin 6 litraa. Tyypillisessä 50 mm pohjavesiputkessa se vastaa noin 3 m muutosta pohjavedenpinnan tasossa. Tankotesti on yksinkertaisin mittausmenetelmä avoimessa reiässä ja sillä voidaan arvioida muodostuman keskimääräistä vedenjohtavuutta siiviläputkella varustetulla muodostuman osalla.

Maaperän vedenjohtavuus 7 3.2.3 Mittaukset tulpatussa reiässä Mitattaessa muodostuman yksittäisten kerrosten vedenjohtavuutta käytetään tulppia ( pakkereita ), joilla kairattuun reikään asennetun pohjavesiputken siiviläosasta eristetään haluttu syvyysväli mittausta varten. Tulpattuun putkenosaan lisätään tai poistetaan vettä tarvittavan hydraulisen korkeuden muutoksen aikaansaamiseksi. Ohjelmoitu paineanturi asennetaan ylätulppaan kierrettävään reiälliseen anturitelineeseen. Tämän jälkeen tulppapari työnnetään haluttuun mittaussyvyyteen. Tulpat tiivistetään putkeen paineistamalla ne vedellä. Tällöin tulpassa vallitseva ylipaine ympäröivään veteen verrattuna tiedetään tarkasti. Kaasutäytteisten tulppien huonona puolena on suurempi vuotoriski ja tarvittavan täyttöpaineen riippuvuus tulppien syvyydestä. Veden pumppauksen tai injektoinnin takia tulpassa täytyy olla suurin tulpan rakenteen mahdollistama läpivienti, jotta sen aiheuttama vastus veden virtaukselle on mahdollisimman pieni erityisesti tutkittaessa suuren vedenjohtavuuden omaavia muodostumia. Maaperän pohjavesiputkissa tehtäviä hydraulisia testejä varten tilattiin Lapela Oy:stä tulppapari, jossa läpiviennin halkaisija on 23 mm (kuva 4). Tulppaan maan pinnalta tuleva vesiletku voi siten olla 25/32 mm. GTK:ssa on hankittu erilaisiin mittausolosuhteisiin ja tulppaustarpeisiin erikokoisia ja toteutukseltaan toisistaan jonkin verran poikkeavia tulppia. Kuva 4. LAPELA Oy:n valmistama tulppapari ja anturiteline. Kuva A. Pullinen

Maaperän vedenjohtavuus 8 3.2.4 Veden injektio vapaalla virtauksella Veden injektio tulppaväliin toteutettiin ensimmäisessä vaiheessa vapaalla virtauksella maan pinnalla olevasta astiasta (kuva 5). Injektointisäiliö, tilavuudeltaan 30 l, on valmistettu läpinäkyvästä akryylimuovista, joten pinnan alenemista säiliössä pystytään helposti seuraamaan. Myös tässä menetelmässä testivälin hydraulisen korkeuden muutosta seurataan reikään asennetulla rekisteröivällä paineanturilla, mutta lisäksi säiliön tyhjenemistä voidaan seurata ajan funktiona asentamalla herkkä paineanturi vesisäiliön pohjalle. Vapaalla veden virtauksella toteutettu hydraulinen testi osoittautui luonteeltaan erilaiseksi kuin tankojen avulla toteutettu Slug-testi. Vapaassa virtauksessa 30 litran säiliön tyhjeneminen voi kestää pelkästään letkuston virtausvastuksen takia kymmeniä sekunteja, joten maaperän suurimpia vedenjohtavuuksia ei pystytä mittaamaan luotettavasti. Mittausta haittaavaksi tekijäsi osoittautuivat myös testiväliin menevään letkuun helposti syntyvät ilmakuplat, jotka näkyvät häiriönä paineanturilla. Myös testituloksen tulkinnan kannalta edellä kuvattu menetelmä on jossain määrin erilainen kuin tankotesti. Maan pinnalla olevasta säiliöstä virtaa vettä muodostumaan likimain vakioituvalla nopeudella ja ylipaineella. Kuva 5. Vapaapainemittauksessa käytetty säiliö. Kuva J. Kaija

Maaperän vedenjohtavuus 9 3.2.5 Paineellinen injektio Vapaaseen virtaukseen perustuvan injektiotestin jälkeen on laitteistokehitys suuntautunut paineelliseen injektiolaitteistoon, jotta veden virtausaikaa testiväliin saataisiin lyhennettyä. Näin toisaalta Slug-testin perusoletus äkillisestä lyhytaikaisesta häiriöstä on paremmin voimassa ja toisaalta koetta voidaan mahdollisesti tarkastella myös vakiopaineisena injektiotestinä. Testissä käytetään tilavuudeltaan 30 litran paineastiaa (kuva 6), joka paineistetaan typpikaasupullon ja siihen kytketyn vakiopainesäätimen avulla. Paineastia menetelmällä on tehty muutama alustava koe eikä niitä käsitellä tässä raportissa. Kuva 6. 30 litran painesäiliö. Kuva A. Pullinen

Maaperän vedenjohtavuus 10 3.3 Vedenjohtavuuden laboratoriomääritysmenetelmät 3.3.1 Permeametrikokeet Permeametrikokeet tehtiin GTK:n maalajilaboratorion työohjeen ML4-O mukaisesti, jossa mittaustapahtuma esitetään yksityiskohtaisesti. Mittauksessa maanäyte on joko kiinteäseinäisessä tai joustavaseinäisessä mittauskennossa, jossa vesi virtaa näytteen läpi ja veden virtausnopeuden lisäksi paine mitataan erikseen sisään- ja ulosvirtauspuolella. Koe toistetaan eri sisäänvirtauspaineilla. 3.3.2 Vedenjohtavuuden määritys raekoon perusteella Maalajin vedenjohtavuus riippuu mm. raekoosta, kokonaishuokostilavuudesta, huokostilavuuden jatkuvuudesta ja yksittäisten mineraalirakeiden muodosta. On olemassa lukuisia empiirisiä kaavoja, joilla maalajin vedenjohtavuutta voidaan arvioida raekokoanalyysin perusteella (Vukovic & Soro 1992). Yleisesti raekokoanalyysiin perustuvat vedenjohtavuuden (K) laskentakaavat ovat muotoa: g K = C f (1) ν 2 ( n) d e missä g on maan vetovoiman kiihtyvyys, ν on kinemaattinen viskositeetti, C on lajittuneisuuskerroin, f(n) on huokoisuusfunktio ja d e on ns. efektiivinen raekoko. Tässä työssä vedenjohtavuusarvojen laskentakaavana on käytetty Sauerbrein kaavaa (Vukovic & Soro 1992), jossa laskenta perustuu raekokojakauman d 17 -arvoon ja huokoisuusfunktioon f(n) = n 3 /(1-n 2 ), missä n on huokoisuus.

Maaperän vedenjohtavuus 11 4 TULOSTEN TULKINTAMENETELMÄT 4.1 Yleistä Kaivohydrauliikassa (yksireikätesteissä) on yleisenä tavoitteena selvittää geologisen väliaineen (maaperämuodostuman) vedenjohtavuus, jonka määrittelee Darcy laki (Darcy 1856): Q K = (2) A i Eli vedenjohtavuuskerroin (K, m/s) on tietyn pinnan (A, m 2 ) läpi tapahtuvan veden virtaaman (Q, m 3 /s) suhde hydrauliseen gradienttiin (i, m/m). Permeametrikokeen perusteella voidaan vedenjohtavuus laskea tarkasti, koska kaikki tekijät (Q, A, i) ovat mitattavissa periaatteessa hyvinkin tarkasti. Permeametrikoe on luonteeltaan tasapainotilainen (stationäärinen) koe eli permeametristä ulos tulevan veden määrä on sama kuin sisään menevä vesimäärä, joten vesivarastossa ei tapahdu muutosta. Hydraulisen in-situ yksireikätestin tulkinnassa permeametri voidaan kuvitella korvatuksi reiän ympärille sijoitetulla lieriön vaipan muotoisella tilavuudella, jonka läpi vesi painehäiriön takia virtaa Darcyn lain mukaisesti. Tulppaväliin lisätyn/poistetun vesimäärän virtaama (Q) sylinterisymmetrisessä tilavuudessa (kuva 7) on: dh Q = K ( 2πrL) (3) dr Jonka ratkaisu saadaan integroimalla ja sijoittamalla sylinterin sisä- ja ulkoreunaehdot (r w, R e ). Ratkaisusta käytetään nimeä Thiemin tasapainoyhtälö (Thiem 1906): h 0 Q R h = s = ln 2πK L r e w Yksireikäkokeessa aiheutetun hydraulisen häiriön vaikutussädettä (R e ) ja siten häiriön aiheuttamaa painegradienttia (dh/dr) ei pystytä suoraan havainnoimaan. Tässä työssä Slug-testin tulkintaan käytettiin Bouwer & Rice menetelmää, joka perustuu edellä esitettyyn Thiemin yhtälöön (4). (4)

Maaperän vedenjohtavuus 12 Kuva 7. Kaaviokuva tulpattujen reikien slug-testin geometriasta ja Bouwer & Rice tulkinnassa käytetyt suureet (AquiferTest Pro 4.0 manual). 4.2 Bouwer & Rice Bouwer ja Rice esittivät Slug-testin tulkinnan, joka soveltuu vapaan (unconfined) akviferin vedenjohtavuuden määrittämiseen sekä vesitilavuuden äkillisen poiston tapauksessa että äkillisessä lisäyksessä (Bouwer & Rice 1976, Bouwer 1989). Tulkinnan oletuksena on, että testattu pohjavesiputken siiviläosuus on pohjaveden pinnan alapuolella, mikä pitää paikkansa tutkituissa havaintoputkissa. Tulkinta perustuu Thiemin yhtälöön (4) ja siihen, että hydraulisen korkeuden muutosnopeus havaintoputkessa (ds/dt) on suoraan verrannollinen virtaukseen reiän seinämän läpi (Q) ja kääntäen verrannollinen havaintoputken sisäpuolen poikkipinta-alaan (πr 2 c ): Q ds / dt = (5) π 2 r c Reiän sisäläpimitta (2r c ) on tyypillisesti hieman pienempi kuin Thiemin yhtälössä oleva kaivon säde (r w ), jonka ulkopuolella muodostuma on häiriintymätön. Virtaama (Q) on

Maaperän vedenjohtavuus 13 sama yhtälöissä (4) ja (5), jotka yhdistämällä, integroimalla ja ratkaisemalla K:n suhteen saadaan vedenjohtavuudelle lauseke: 2 rc ln( Re / rw ) 1 h K = ln (6) 2L t h 0 Vedenjohtavuuden laskemisessa käytetään kulmakerrointa, joka saadaan esitettäessä h/h 0 logaritmisella asteikolla ja aikaskaala lineaarisena. Tässä tulkintamenetelmässä virtaamaa tai lisättyä/poistettua vesimäärää ei siis käytetä lähtötietona. Kaavassa (6) parametri R e on edelleen tuntematon suure, jota Bouwer & Rice (1976) tutkivat sähköisen vastusverkkoanalogian avulla. Parametrin (R e ) arvon laskemisessa käytetään tutkimusreiän geometrisiä ominaisuuksia ja empiirisiä sähköisen analogian parametrejä A ja B: R ln r e w 1.1 = ln( Lw / r w + ) A + B ln L / r {( D L ) / r } 1 w w w Sijoittamalla edellä olevaan lausekkeeseen tehtyjä kokeita likimääräisesti vastaavat arvot (taulukko 1) saadaan tehtyjen Slug-testien efektiiviseksi vaikutussäteeksi R e 25 cm. (7)

Maaperän vedenjohtavuus 14 Taulukko 1. Keskimääräiset parametriarvot tehdyissä slug-testeissä efektiivisen vaikutussäteen arvioimiseksi. PARAMETRI SYMBOLI ARVO YKSIKKÖ Reiän hydraulinen säde r w 0.03 m Testiväli (siivilä/tulpattuosuus) Testiväli alareunasta pohjaveden pintaan L L w 0.7 m 5.5 m Muodostuman paksuus kallion pinnasta pohjaveden pintaan Parametrit A ja B arvioidaan L:n ja r w :n avulla D (Bouwer & Rice 1976) (Likimääräiset arvot) A 2.5 B 0.5 13 m 4.3 Injektiokokeen tulkinta (Moye) Koejärjestelystä johtuen tulkinnassa voidaan joissain tapauksissa soveltaa vakiopaineisen injektiokokeen tulkintamenetelmiä. Kalliokairauksen yhteydessä on käytetty kallion rikkonaisuuden tutkimuksessa vesimenekkikokeita ja tulkinnassa vesimenekin mittayksikkönä ns. Lugeon-arvoa, joka ei kuitenkaan ole vedenjohtavuuden yksikkö (1 Lugeon = 1 litran vesimenekki minuuttia ja testimetriä kohti 10 barin ylipaineella). Vesimenekkikokeen tulkinnassa vedenjohtavuuden laskemiseksi on etenkin Ruotsissa ja Suomessa käytetty ns. Moyen kaavaa (Moye 1967, Almén et al. 1986), joka perustuu stationäärisen säteittäissymmetrisen virtauksen yhtälöön (3) ja oletukseen, että etäisyyttä L/2 kauempana reiästä virtauskenttä muuttuu pallosymmetriseksi. Vedenjohtavuus on laskettavissa kaavasta: K Q 1+ ln( L / 2r = w h L 2π (8) 0 Hakasulkeiden sisällä olevan tekijän arvo riippuu tutkimusreiän säteestä ja mittausvälin pituudesta. Havaintoputken läpimitalla (5 cm) lausekkeen arvo on välillä 0,579 1,002 tulppavälin ollessa vastaavasti 0,7 10 m.

Maaperän vedenjohtavuus 15 5 TULOKSET Hydrauliset johtavuudet on laskettu Aquifer Test 4.0 Pro-ohjelmalla, jossa on myös Bouwer&Rice- sovellus. Paineanturien mittausaineisto on luettu LDM-ohjelmalla ja sen jälkeen muokattu Excel-ohjelmalla AquiferTest-ohjelmalle sopivaan muotoon. Moyen (8) yhtälöä käyttäen tehdyt laskennat on tehty Excel-ohjelmalla. Seuraavissa kappaleissa esitetään eri menetelmillä ja eri testauskonfiguraatioilla tehtyjen vedenjohtavuusmittausten tulokset. Niissä kokeissa, joissa tulppaväliin injektoitunut vesimäärä on ollut riittävän suuri ja painekäyrässä on havaittavissa pitkäkestoinen tasainen ylipaine, on vedenjohtavuus laskettu myös Moyen yhtälöllä (8). 5.1 Putki RHP1 Pohjaveden pinnan taso oli 13,04 m syvyydellä putken päästä ja putken kokonaispituus on 17,60 m. Siiviläosaa on 8 m putken pohjaan eli syvyysväli 9,60-17,60 m putken päästä. 5.1.1 Koe1 Tulppapari asennettiin siten, että paineanturi oli 14 m syvyydellä putken päästä. Tulppauksella eristetty osa putkea oli 0,7 m pitkä. Kokeessa käytettiin 30 litran injektiota 15 metrin vesiletkulla, joten mittaukseen kului 22,5 litraa vettä. Injektio kesti 34 sekuntia. Kuvassa 8 näkyy tulppavälissä muodostunut hetkellinen ylipaine ja sen palautuminen normaalipainetasoonsa. Käyrän palautumisosasta Bouwer & Rice- yhtälöllä laskettu vedenjohtavuus K = 1,4E-5 m/s. Kuvassa 8 injektoitu ylipaine pysyy hyvin vakiona ( H = 12 m) 28 sekunnin ajan, jona aikana 22,5 litraa vettä syötetään 70 cm:n tulppaväliin. Näistä tiedoista saadaan Moyen kaavan mukaan vedenjohtavuudeksi 5,5E-5 m/s. RHP1, koe 1, 23.8.2006 14.00 12.00 Hydr.paine (m) 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 11:45:36 11:46:19 11:47:02 11:47:46 11:48:29 11:49:12 11:49:55 11:50:38 11:51:22 11:52:05 11:52:48 11:53:31 11:54:14 11:54:58 11:55:41 Kuva 8. Pohjavesiputkessa RHP 1 tehdyn kokeen 1 painekäyrä

Maaperän vedenjohtavuus 16 5.1.2 Koe 2 Kokeessa 2 tulppalaite asennettiin siten, että paineanturi oli 16 m syvyydellä putken päästä. Eristetty tulppausväli oli 0,7 m. Kokeessa käytettiin 10 l injektointia, jonka kesto oli 7 sekuntia. Palautumiskäyrästä Bouver & Rice-yhtälöllä laskettu vedenjohtavuus K = 1,1E-5 m/s. Kuvassa 9 on kokeen 2 painekäyrä. 30.00 RHP1, koe2, 23.8.06 25.00 Hydr. paine (m) 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 15:37:52 15:38:27 15:39:01 15:39:36 15:40:11 15:40:45 15:41:20 15:41:54 15:42:29 15:43:03 15:43:38 15:44:12 Kuva 9. Pohjavesiputkessa RHP 2 tehdyn kokeen 2 painekäyrä 5.1.3 Koe 3 Koe 3 tehtiin 16 m tasossa samoilla mitoituksilla kuin koe 2. Ensimmäinen osatesti 3.1 oli 30 l injektointi joka kesti 145 sekuntia ja palautumiskäyrästä Bouver & Riceyhtälöllä laskettu vedenjohtavuus K =3,6E-5 m/s. Toisessa testissä samaan tulppaväliin tehtiin kolme 10 litran injektointia toistettavuuden havainnoimiseksi. Testin 3.2 injektio kesti 16 sekuntia ja Bouver & Rice yhtälöllä laskettu vedenjohtavuus oli K = 1,6E-5 m/s. Kolmannen testin 3.3 injektio kesti 13 sekuntia ja laskettu johtavuus oli K = 2,1E- 5. Testin 3.4 injektio kesti 20 sekuntia ja laskettu johtavuus oli K = 3,6E-5. Kokeesta 3.1 Moyen yhtälöllä laskettu vedenjohtavuus oli K=1,0E-5 m/s. Kolme muuta koetta olivat liian lyhytkestoisia. Kuvassa 10 on kokeen 3 painekäyrä. Kuvassa vasemmalta oikealle kokeet 3.1, 3.2, 3.3 ja 3.4.

Maaperän vedenjohtavuus 17 20 RHP1, koe 3, 24.8.06 16 Hydr. paine (m) 12 8 4 0 9:50:00 9:56:40 10:03:20 10:10:00 10:16:40 10:23:20 10:30:00 10:36:40 10:43:20 10:50:00 10:56:40 11:03:20 11:10:00 11:16:40 Kuva 10. Pohjavesiputkessa RHP 1 tehdyn kokeen 3 painekäyrä 5.2 Putki RHP 2 Pohjavedenpinnan taso oli 8,47 m syvyydellä putken päästä ja putken kokonaispituus on 39,0 m. Siiviläosaa on 4 metriä syvyydellä 7,0-11,0 m ja 6 metriä syvyydellä 33,0-39,0 putken päästä. Putki oli vaurioitunut tai poikki 11 metrin syvyydellä putken päästä. 5.2.1 Koe 1 Kokeessa 1 tulppaus asennettiin aivan pohjaveden pintaan 8,5 9,9 metrin syvyydelle putken päästä, joten anturi oli siten 8,7 metrin syvyydellä. Kokeessa tehtiin kaksi injektiota, joista ensimmäinen oli kuusi sekuntia kestänyt 10 litran injektio. Toisessa injektoitiin 20 litraa 10 sekunnissa. Palautumiskäyrästä lasketut vedenjohtavuudet olivat kokeille 1.1 K= 6,0E-5 m/s ja 1.2 K= 1,2E-5 m/s. Kuvassa 11 on kokeen 1 painekäyrä. Vasemmalla koe 1.1 ja oikealla koe 1.2.

Maaperän vedenjohtavuus 18 2.00 RHP2, koe 1, 12.9.2006 1.60 Hydr. paine (m) 1.20 0.80 0.40 0.00 12:25:55 12:31:41 12:37:26 12:43:12 12:48:58 12:54:43 13:00:29 13:06:14 Kuva 11. Pohjavesiputkessa RHP2 tehdyn kokeen 1 painekäyrä 5.2.2 Koe 2 Kokeessa 2 sama testi kuin kokeessa 1 toistettiin. Kokeessa 2.1 injektoitiin 20 litraa vettä 10 sekunnissa ja kokeessa 2.2 10 litraa vettä 7 sekunnissa. Vedenjohtavuudet olivat kokeessa 2.1 K= 2,1E-6 m/s ja kokeessa 2.2 K= 3,1E-6 m/s. Kuvassa 12 vasemmalla koe 2.1 ja oikealla koe 2.2. 1.60 RHP2, koe 2, 12.9.2006 Hydr.paine (m 1.20 0.80 0.40 0.00 14:20:24 14:23:17 14:26:10 14:29:02 14:31:55 14:34:48 14:37:41 14:40:34 14:43:26 Kuva 12. Pohjavesiputkessa RHP2 tehdyn kokeen 2 painekäyrä

Maaperän vedenjohtavuus 19 5.2.3 Tanko Slug Myöhemmin putkessa RHP2 tehtiin Slug-testi tankomenetelmällä, jolloin tulos kuvaa koko putken pohjavesikerrostuman keskimääräistä vedenjohtavuutta. Testi tehtiin 2 metrin tangolla kaksi kertaa peräkkäin. Ensimmäisen testin palautumiskäyrästä laskettu johtavuus oli K= 3,2E-5 m/s ja toisen testin K= 3,7E-5 m/s. Kuvassa 13 on tanko Slugtestien palautumiskäyrät. Testi 1 vasemmalla ja testi 2 oikealla. Kuvassa tankotestien nousevat palautumiskäyrät ovat laskennan kannalta ideaalisen muotoisia. 2.50 RHP2-tanko-slug, 26.10.06 2.25 Hydr.paine (m 2.00 1.75 1.50 1.25 1.00 15:53:44 15:55:00 15:56:15 15:57:30 15:58:45 16:00:01 16:01:16 16:02:31 16:03:46 16:05:01 16:06:16 16:07:31 Kuva 13. Pohjavesiputkessa RHP2 tangolla tehtyjen Slug-testien painekäyrä 5.3 Putki RHP 3 Putken kokonaispituus on 25,30 m ja pohjavedenpinnan taso oli 12,96 m syvyydellä putken päästä. Siiviläosaa on 10 metriä syvyydellä 15,30-25,30 m putken päästä. 5.3.1 Koe 1 Kokeessa 1 tulpattiin aluksi 0,7 m väli 15,30-16,00 m siiviläosan yläreunassa, jolloin paineanturi oli 15,50 metrin syvyydellä putken päästä. Tässä tulppavälissä tehtiin kolme 10 litran injektointia. Tämän jälkeen tulppauslaite laskettiin viisi metriä alemmas, jossa tehtiin kaksi 10 litran injektointia. Injektoinnit kestivät tasaisesti 12-15 sekuntia. Palautumiskäyristä lasketut vedenjohtavuudet olivat koe 1.1 K= 4,2E-5 m/s, koe 1.2 K= 4,4E- 5 m/s, koe 1.3 K= 4,4E-5 m/s, koe 1.4 K= 1,4E-5 m/s ja koe 1.5 K=1,9E-5 m/s. Kuvassa 14 on kokeen 1 painekäyrä. Lisäksi kuvassa 15 on suurennettuna kokeen 1 testien painekäyrät erikseen. Suurennoksissa on nähtävissä ilmalukon häiritsevä vaikutus testien alkusekunneilla.

Maaperän vedenjohtavuus 20 RHP3-koe1, 24.8.2006 14.00 12.00 Hydr. paine (m) 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 13:44:24 13:50:10 13:55:55 14:01:41 14:07:26 14:13:12 14:18:58 14:24:43 14:30:29 14:36:14 14:42:00 14:47:46 14:53:31 14:59:17 15:05:02 Kuva 14. Kokeen 1 painekäyrä pohjavesiputkessa RHP3

Maaperän vedenjohtavuus 21 RHP3, koe 1-1, 24.8.2006 RHP3, koe 1-2, 24.8.2006 8.00 7.00 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 RHP3, koe 1-3, 24.8.2006 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 RHP 3, ko e 1-4, 24.8.2 00 6 RHP3, koe 1-5, 24.8.2006 13.00 12.00 11.00 10.00 9.00 8.00 7.00 14.00 13.00 12.00 11.00 10.00 9.00 8.00 7.00 Kuva 15. Suurennettuna pohjavesiputkessa RHP3 tehdyn kokeen 1 eri testien painekäyrät.

Maaperän vedenjohtavuus 22 5.3.2 Koe 2 Kokeessa 2 samoissa tulppaussyvyyksissä tehtiin uudet vedenjohtavuusmittaukset. 20 m syvyydessä tehtiin aluksi injektio 30 litralla, joka kesti 30 sekuntia ja sitten 20 litralla 25 sekuntia kestänyt testi. 15 metrin syvyydessä tehtiin vielä yksi testi 20 litran injektiolla, joka kesti 55 sekuntia. Palautumiskäyristä tuli näissä testeissä selkeämpiä. Käyristä lasketut vedenjohtavuudet olivat koe 2.1 K= 2,1E-4 m/s, koe 2.2 K= 2,1E-4 m/s ja koe 2.3 K= 1,4E-4 m/s. Kuvassa 16 on kokeen 2 painekäyrä ja lisäksi kuvassa 17 on suurennettuna kokeen 2 eri testit erikseen. RHP3, koe 2, 25.8.2006 18.00 16.00 14.00 Hydr.paine (m) 12.00 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 11:31:12 11:35:31 11:39:50 11:44:10 11:48:29 11:52:48 11:57:07 12:01:26 12:05:46 12:10:05 12:14:24 12:18:43 12:23:02 12:27:22 Kuva 16. Kokeen 2 painekäyrä pohjavesiputkessa RHP3

Maaperän vedenjohtavuus 23 RHP3, koe 2-1, 25.8.2006 RHP3, koe 2-2, 25.8.2006 17.00 17.00 15.00 15.00 13.00 13.00 11.00 9.00 11.00 9.00 7.00 7.00 RHP3, koe 2-3, 25.8.2006 14.00 12.00 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 Kuva 17. Suurennettuna pohjavesiputkessa RHP3 tehdyn kokeen 2 eri testien painekäyrät 5.4 Putki RHP 4 Putken kokonaispituus on 25,5 metriä. Putkeen on asennettu kaksi siiviläosaa, 4 m pitkä osa 35-7,5 m syvyydelle ja 14 m pitkä osa 11,5-25,5 syvyydelle. Pohjavedenpinnan taso oli 1,44 metriä putken päästä. 5.4.1 Koe 1 Putken ympäristön maaperä osoittautui liian johtavaksi käytettävään vapaapaineinjektioon mikä aiheutti ongelmia testaukselle. Kokeessa 1 20 metrin syvyydelle asennetussa 0,7 m tulppauksessa 10 l injektio kesti 50 sekuntia. Kuvassa 18 on kokeen 1 painekäyrä, jonka palautumiskäyrästä Bouver & Rice-yhtälöllä laskettu vedenjohtavuus oli K= 1,2E-4 m/s.

Maaperän vedenjohtavuus 24 19.20 RHP4, koe1, 7.9.2006 19.00 Hydr.paine (m) 18.80 18.60 18.40 18.20 11:29:07 11:29:20 11:29:33 11:29:46 11:29:59 11:30:12 11:30:24 11:30:37 11:30:50 11:31:03 11:31:16 11:31:29 Kuva 18. Pohjavesiputkessa RHP4 tehdyn kokeen painekäyrä 5.4.2 Imupumppaustesti Pohjavesiputkessa RHP4 tehtiin myös imupumppauskoe 0,7 m:n tulppavälillä ja avoimessa reiässä. Pumppaukseen käytettiin Honda imupumppua, jonka suurin pumppausteho on noin 60 l/min. Paineen alenema pumppausvälillä on esitetty kuvassa 19. Ensimmäisessä pumppauksessa 0,7 m:n tulppaväli oli asennettu 20 metrin syvyydelle putken päästä. Virtaaman ollessa 0,132 l/s paineen alenema oli 6,5 m (vaihe 1, kuva 19) ja avoimessa reiässä vastaavasti virtaama noin 1 l/s ja stationäärinen alenema noin 0,4 m. Tulpatun välin vedenjohtavuudeksi tulee näin 2,9E-5 m/s ja koko reiän vedenjohtokyvyksi 2,5E-3 m 2 /s.

Maaperän vedenjohtavuus 25 19.00 18.00 Hydr.paine (m) 17.00 16.00 15.00 14.00 1 2 13.00 12.00 11.00 12:15:00 12:30:00 12:45:00 13:00:00 13:15:00 13:30:00 13:45:00 14:00:00 14:15:00 14:30:00 14:45:00 15:00:00 Kuva 19. Pohjavesiputkessa RHP4 tehtyjen imupumppausten käyrä. Vaihe 1 = pumppaus tulpatulta 0,7 m:n väliltä syvyydeltä 20 m, vaihe 2: pumppaus avoimesta reiästä. 5.5 Putki RHP 5 Putken kokonaispituus on 15,70 m ja putkeen on asennettu 4 metrin siiviläosa 11,7-15,7 m syvyydelle putken päästä. Pohjavedenpinta oli 1,59 m:n syvyydellä putken päästä. 5.5.1 Koe 1 Kokeessa 1 asennettiin 0.7 metrin tulppaus 12.3-13.0 metrin syvyydelle putken päästä, jolloin paineanturi oli 12.5 metrin syvyydellä. Injektio kesti 16 min 25 sekuntia. Palautumiskäyrästä Bouver & Rice-yhtälöllä laskettu vedenjohtavuus oli K= 1,6E-5 m/s. Moyen yhtälöllä laskettu vedenjohtavuus oli K= 4,6E-5 m/s. Kuvassa 20 on kokeen painekäyrä.

Maaperän vedenjohtavuus 26 16.00 RHP5, koe 1, 22.8.2006 15.00 Hydr.paine (m) 14.00 13.00 12.00 11.00 10.00 14:31:12 14:33:22 14:35:31 14:37:41 14:39:50 14:42:00 14:44:10 14:46:19 14:48:29 14:50:38 14:52:48 14:54:58 14:57:07 14:59:17 15:01:26 15:03:36 Kuva 20. Pohjavesiputkessa RHP5 tehdyn kokeen painekäyrä 5.6 Putki RHP 7 Putken kokonaissyvyys on 25,25 m putken päästä, josta siiviläosaa on 12 m 9,25-21,25 m syvyydellä putken päästä. Pohjaveden pinta oli 12,56 m putken päästä. 5.6.1 Koe 1 Pitkä siiviläosa mahdollisti sen, että putkessa voitiin tehdä useita injektointeja kolmella eri tulppaussyvyydellä. Kaikki kokeet tehtiin 10 litran injektointeina. Kokeessa 1.1 tulppaus asennettiin 0,7 m tulppausvälillä siten että mittausanturi oli 20 metrin syvyydellä. Injektio kesti 70 sekuntia ja palautumiskäyrästä laskettu hydraulinen johtavuus oli K=1,0E-4 m/s. Kokeet 1.2 ja 1.3 tehtiin 18 metrin syvyydellä. Kokeen 1.2 injektio kesti 7 sekuntia ja johtavuudeksi tuli K=1,7E-5 m/s. Kokeen 1.3 injektio kesti 12 s ja johtavuudeksi tuli K= 2,7E-5 m/s. Kokeet 1.4 ja 1.5 tehtiin 14 metrin syvyydessä. Kokeen 1.4 injektio kesti 16 sekuntia ja johtavuudeksi tuli 3,7E-5 m/s. Kokeen 1.5 injektio kesti 18 sekuntia ja johtavuudeksi tuli K=3,2E-5 m/s. Kuvassa 21 on kokeen 1 painekäyrä, lisäksi kuvassa 22 on suurennettuna erikseen kunkin kokeen 1 eri testin käyrät. Kokeen 1.1 painekäyrässä on varsin tasainen 70 sekuntia kestänyt ylipaine, siitä Moye-yhtälöllä laskettu vedenjohtavuus oli K=1,2E-5 m/s.

Maaperän vedenjohtavuus 27 14.00 RHP7, koe 1, 4.9.2006 12.00 10.00 Hydr.paine (m) 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 14:28:19 14:42:43 14:57:07 15:11:31 15:25:55 15:40:19 15:54:43 16:09:07 16:23:31 16:37:55 16:52:19 17:06:43 Kuva 21. Kokeen 1 painekäyrä pohjavesiputkessa RHP7. Osakokeet 1.1, 1.2, 1.3,1.4 ja 1.5 vasemmalta oikealle.

Maaperän vedenjohtavuus 28 RHP7, koe 1-1, 4.9.2006 RHP7, koe 1-2, 4.9.2006 12.00 11.00 5.80 10.00 9.00 8.00 7.00 6.00 5.40 5.00 4.60 RHP7, koe1-3, 4.9.2006 14.00 12.00 10.00 8.00 6.00 4.00 RHP7, koe 1-4, 4.9.2006 RHP7, koe 1-5, 4.9.2006 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 11.0 0 9.00 7.00 5.00 3.00 1.0 0 Kuva 22. Suurennettuna pohjavesiputken RHP7 kokeen 1 eri testien painekäyrät.

Maaperän vedenjohtavuus 29 5.7 Putki RHP 9 Putken kokonaispituus on 7,90 putken päästä ja siiviläosaa on 2 metriä 5,9-7,9 metrin syvyydellä. Pohjavedenpinta oli 2,10 metriä putken päästä. 5.7.1 Koe 1 Kokeessa asennettiin 0,7 m tulppaus niin, että paineanturi tuli 5,9 metrin syvyyteen putken päästä. 20 litran injektointi kesti 98 sekuntia. Palautumiskäyrästä laskettu hydraulinen johtavuus oli K= 7,0E-6 m/s. Kuvassa 23 on painekäyrä. Käyrän notkahdus johtui injektion hetkellisestä hidastumisesta todennäköisesti ilmalukon vuoksi. 5.50 RHP9, koe 1, 6.9.2006 5.00 Hydr. paine (m) 4.50 4.00 3.50 16:57:22 16:57:56 16:58:31 16:59:05 16:59:40 17:00:14 17:00:49 17:01:24 17:01:58 Kuva 23. Pohjavesiputkessa RHP9 tehdyn kokeen painekäyrä.

Maaperän vedenjohtavuus 30 5.8 Putki RHP 10 Putken kokonaispituus on 8,0 metriä, josta siiviläosaa on 4 m 4,0-8,0 m syvyydellä. Pohjaveden pinta oli 4,03 m putken päästä. 5.8.1 Koe 1 Kokeessa asennettiin 0,7 m tulppaus niin, että paineanturi tuli 5,2 metrin syvyyteen putken päästä. Kokeessa tehtiin kaksi 10 litran injektointia. Kokeen 1.1 injektointi kesti 90 sekuntia. Palautumiskäyrästä laskettu hydraulinen johtavuus oli K= 5,4E-6 m/s. Kokeen 1.2 injektointi kesti 125 sekuntia ja palautumiskäyrästä laskettu johtavuus oli K=9,3E-6 m/s. Kuvassa 24 on kokeen 1 painekäyrä. 5.00 RHP10, koe 1, 6.9.2006 4.00 Hydr.paine (m 3.00 2.00 1.00 0.00 14:41:17 14:48:29 14:55:41 15:02:53 15:10:05 15:17:17 15:24:29 15:31:41 15:38:53 15:46:05 15:53:17 Kuva 24. Pohjavesiputkessa RHP10 tehdyn kokeen painekäyrä. Osakoe 1.1 vasemmalla ja 1.2 oikealla.

Maaperän vedenjohtavuus 31 6 TULOSTEN YHTEENVETO JA PÄÄTELMÄT Taulukossa 2 on esitetty yhteenveto vedenjohtavuusmittausten tuloksista tutkimusreiät, syvyydet, maalajit ja määritysmenetelmät eritellen. Vedenjohtavuustutkimukset tehtiin I Salpausselkään kuuluvalla Noppo-Hyvinkään pohjavesialueella yksireikätesteillä ja laboratoriossa kairauksista otetuista maanäytteistä. I Salpausselkämuodostuma koostuu tutkimusalueilla pääosin hiekasta ja sorasta, mutta maaperässä on myös hienoainesta (Taulukko 2). Lajittuneen hiekan/soran vedenjohtavuus on kirjallisuuden perusteella tyypillisesti suuruusluokkaa 1,0E-5 1,0E-1 m/s, kun taas hienoainespitoisen moreenin vedenjohtavuus on yleensä selvästikin alle 1,0E-5 m/s (Freeze & Cherry 1979). Raekokoanalyysin perusteella määritetyt vedenjohtavuusarvot sijoittuvat laajimmalle alueelle pienimmän arvon ollessa noin 3,0E-9 m/s ja suurimman noin 5,0E-4 m/s. Samoista näytteistä on määritetty vedenjohtavuus sekä raekokoanalyysin että permeametrimittauksen avulla. Yleinen positiivinen korrelaatio on havaittavissa, mutta yksittäisissä näytteissä nämä toisistaan riippumattomat menetelmät antavat jopa noin kahden dekadin keskinäisiä eroja vedenjohtavuusarvoissa. In-situ mitatut vedenjohtavuusarvot eivät ole suoraan vertailukelpoisia laboratoriomäärityksiin verrattuna, koska hyvin harvoissa tapauksissa kentällä tehty mittaus voitiin tehdä täsmälleen siinä kerroksessa, josta maanäyte oli analysoitu. Toisaalta ei ole perusteltua olettaa, että in-situ mitattujen kerrosten maalajit poikkeaisivat systemaattisesti ja keskimääräisesti laboratoriotutkimuksissa olleista maalajinäytteistä. Kuitenkin hydraulisten testien perusteella vedenjohtavuus-arvojen vaihtelu (vaihteluväli (2,0E-6 2,1E-4 m/s) on selvästi pienempi kuin laboratoriomääritysten perusteella. Syyt kenttämittausten ja laboratoriomääritysten antamien tulosten erilaisuuteen on syytä varmistaa jatkotutkimuksin. Luonnontilaisen alkuperäisessä kerrostumistilassaan olevan maaperän vedenjohtavuus on erilainen kuin saman maa-aineksen vedenjohtavuus sekoitettuna ja uudelleen puristettuna. Tulppavälin matkalla luonnontilaisessa maakerroksessa voi olla ominaisuusvaihtelua, joka liittyy alkuperäiseen sedimentaatioprosessiin tai olla tulosta veden liikkumisesta maaperässä. Tekniseen mittausprosessiin liittyvät virhelähteet tuloksissa on jatkotutkimuksissa otettava erityistarkasteluun. Nyt esitetyissä tuloksissa esimerkiksi tulppien ohivirtauksen mahdollisuutta ei ole täysin voitu sulkea pois, koska joissakin tulppauksissa siiviläosa ulottui tulppauksen molemmille puolille.

Maaperän vedenjohtavuus 32 Taulukko 2. Yhteenveto pohjavesialueen rakenneselvityksen yhteydessä otettujen maanäytteiden vedenjohtavuusarvoista sekä In-situ mittauksista saadut vedenjohtavuudet. S.= savipitoisuus P.= laboratoriossa maanäytteistä tehdyt vedenjohtavuusmittaukset R.= rakeisuuskäyrästä Sauerbrein-yhtälöllä lasketut vedenjohtavuudet B&R= Bouwer & Rice-yhtälöllä lasketut vedenjohtavuudet M= Moyen yhtälöllä lasketut vedenjohtavuudet Kohde Syvyys m Maalaji S. % P. m/s R. m/s B&R. m/s M. m/s RHP 1 näyte 1,7-2,6 hhk 2,4 1.10E-05 RHP 1 näyte 7,3-8-5 Sr 0 1.06E-05 3.60E-04 RHP 1 näyte 9,0-10,9 khk/sr 2,1 3.97E-07 1.20E-04 RHP 1 koe 1.1 13,8-14,5 (khk/sr) 1.40E-05 5.50E-05 RHP 1 koe 1.2 15,8-16,5 (khk/sr) 1.10E-05 RHP 1 koe 1.3-1.4 15,8-16,5 (khk/sr) 2.70E-05 1.00E-05 RHP 2 näyte 2,0-3,5 Hk 0 6.06E-06 1.00E-04 RHP 2 koe 1.1-1.2 8,5-9,9 (Hk) 3.60E-05 RHP 2 koe 2.1-2.2 8,5-9,9 (Hk) 2.60E-06 RHP 2 tanko koe 1-2 (Hk) 3.50E-05 RHP 2 näyte 10,0-11,7 Hk 1,8 5.27E-06 2.20E-05 RHP 2 näyte 18,3-19,3 khk 2,5 2.70E-05 RHP 2 näyte 28,0-29,0 hhk 9,2 4.74E-08 2.60E-07 RHP 3 näyte 1,5-2,4 Sr 2,4 3.13E-07 1.30E-04 RHP 3 näyte 7,6-8,7 Hk 5,4 1.69E-08 8.00E-06 RHP 3 koe 1.1-1.5 15,3-16,0 (hhk) 3.30E-05 RHP 3 koe 2.1-2.3 15,3-16,0 (hhk) 1.90E-04 RHP 3 näyte 15,0-16,0 hhk 7,5 2.68E-07 1.20E-06 RHP 4 näyte 2,0-3,0 khk 3 5.60E-05 RHP 4 näyte 8,0-9,0 hhk 4,7 5.10E-07 3.70E-06 RHP 4 näyte 13,0-14,0 khk 6,6 9.60E-07 RHP 4 koe 1 19,8-20,5 (Sr) 1.20E-04 RHP 4 näyte 19,3-20,8 Sr 2 1.08E-05 4.90E-04 RHP 4 Honda koe 1 19,8-20,5 (Sr) 2.9E-05 RHP 4 Honda koe 2 1,5-25,5 (Sr) 1.0E-04 RHP 5 näyte 6,5-7,8 Si/hHk 12,7 8.71E-08 7.80E-08 RHP 5 näyte 10,6-11,6 Sr 0 2.23E-05 4.00E-04 RHP 5 koe 1 12,3-13,0 (Sr) 1.60E-05 4.60E-05 RHP 7 näyte 5,4-6,4 hhk 4,8 5.27E-06 3.80E-06 RHP 7 koe 3 13,8-14,5 (hhk) 3.50E-05 RHP 7 koe 2 17,8-18,5 (Hk) 2.20E-05 RHP 7 näyte 18,0-19,0 Hk 3,1 3.75E-07 4.70E-05 RHP 7 koe 1 19,8-20,5 (Hk) 1.00E-04 1.20E-05 RHP 7 näyte 21,0-22,5 Si 13,2 4.07E-07 8.90E-08 RHP 9 näyte 1,6-2,6 Sa 60 3.50E-10 RHP 9 koe 1 5,7-6,4 (Mr) 7.00E-06 RHP 10 näyte 1,5-2,5 hhk 8,9 5.80E-09 1.70E-07 RHP 10 koe 1.1-1.2 5,0-5,7 (hhk) 7.40E-06

Maaperän vedenjohtavuus 33 KIRJALLISUUSLUETTELO Ahonen, L. 1992. Syvän kallioperän vedenjohtavuustutkimukset Palmotussa, Outokummussa, Porissa ja Ylivieskassa. Geologian tutkimuskeskus. Tiedonanto YST-80. Espoo: Geologian tutkimuskeskus. 42 p. Almén, K-E., Andersson, J-E., Carlsson, L., Hansson, K., Larsson, N-Å.1986. Hydraulic testing in crystalline rock. A comparative study of single-hole test methods. SKB Technical Report 86-27. Bouwer, H. 1989. The Bouwer and Rice slug test An update. Ground Water 27(3), 304-309. Bouwer, H. & Rice, R.C. 1976. A slug test for determining hydraulic conductivity of unconfined aquifers with completely or partially penetrating wells. Water Resources Res. 12(3), 423-428. Breilin, O., Paalijärvi, M., Valjus, T. 2006. Pohjavesialueen geologisen rakenteen selvitys salpausselällä Noppo-Rajamäki alueella. Geologian tutkimuskeskus, tutkimusraportti 21.4. 2006. Darcy, H. P. G. 1856. Les foantaines publiques de la Ville de Dijon. Victor Dalmont, Paris. Freeze & Cherry 1979. Groundwater. Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, N.J. Laaksoharju, M., Ahonen, L., Blomqvist, R. 1995. Handheld double packer equipment for water sampling and hydraulic measurements in deep boreholes. Groundwater Monitoring & Remediation 15 (2), 125-133. Moye, D.G. 1967. Diamond drilling for foundation exploration. Civil Eng. Trans., Inst. Eng. Australia, 95-100. Röhrlich T & Waterloo Hydrogeologic, Inc. 2005. AquiferTest v.4.0. User s Manual. Waterloo Hydrogeologic, Inc. Thiem, G. 1906. Hydrologishe Methode. Gebhardt, Leipzig. Vukovic, M. & Soro, A. 1992. Determination of hydraulic conductivity of porous media from grain-size composition. Water Resources Publications, Littleton, Colorado

Maaperän vedenjohtavuus 34 LIITTEET Liite 1 (12 sivua): Putkikortit Liite 2 (31 sivua): Slug-testien analyysit Liite 3 (11 sivua): Maa-aineksen vedenjohtavuuden laboratoriomääritykset (kiinteäseinäinen kenno) Liite 4 (9 sivua): Maa-aineksen vedenjohtavuuden laboratoriomääritykset (joustavaseinäinen kenno)

Geologian tutkimuskeskus Betonimiehenkuja 4 02150 ESPOO Slug Test Analysis Report Project: RAJAMÄKI Number: Client: Location: Rajamäki Slug Test: Slug Test P10-koe1-1 Test Well: Well P10 Test conducted by: AP Test date: 18.2.2008 Analysis performed by: AP Date: 18.2.2008 Aquifer Thickness: 3.80 m 1E1 Time [s] 0 200 400 600 800 1000 1E0 h/h0 1E-1 1E-2 1E-3 Calculation after Bouwer && Rice Observation well K [m/s] Well P10 5.38 10-6

Geologian tutkimuskeskus Betonimiehenkuja 4 02150 ESPOO Slug Test Analysis Report Project: RAJAMÄKI Number: Client: Location: Rajamäki Slug Test: Slug Test P10-koe1-2 Test Well: Well P10 Test conducted by: AP Test date: 18.2.2008 Analysis performed by: AP Date: 18.2.2008 Aquifer Thickness: 3.80 m 1E1 Time [s] 0 140 280 420 560 700 1E0 h/h0 1E-1 1E-2 1E-3 Calculation after Bouwer && Rice Observation well K [m/s] Well P10 9.31 10-6

Geologian tutkimuskeskus Betonimiehenkuja 4 02150 ESPOO Slug Test Analysis Report Project: RAJAMÄKI Number: Client: Location: Rajamäki Slug Test: Slug Test P1-koe1 Test Well: Well P1 Test conducted by: AP Test date: 29.1.2008 Analysis performed by: AP P1-koe1-B&R Date: 11.2.2008 Aquifer Thickness: 3.30 m 1E2 Time [s] 0 100 200 300 400 500 1E1 1E0 h/h0 1E-1 1E-2 1E-3 1E-4 Calculation after Bouwer && Rice Observation well K [m/s] Well P1 1.39 10-5

Geologian tutkimuskeskus Betonimiehenkuja 4 02150 ESPOO Slug Test Analysis Report Project: RAJAMÄKI Number: Client: Location: Rajamäki Slug Test: Slug-P1-koe2 Test Well: Well P1 Test conducted by: AP Test date: 11.2.2008 Analysis performed by: AP P1-koe2-B&H Date: 11.2.2008 Aquifer Thickness: 3.30 m 1E2 Time [s] 0 60 120 180 240 300 1E1 h/h0 1E0 1E-1 1E-2 Calculation after Bouwer && Rice Observation well K [m/s] Well P1 1.06 10-5

Geologian tutkimuskeskus Betonimiehenkuja 4 02150 ESPOO Slug Test Analysis Report Project: RAJAMÄKI Number: Client: Location: Rajamäki Slug Test: Slug Test P1-koe3-1 Test Well: Well P1 Test conducted by: AP Test date: 11.2.2008 Analysis performed by: AP P1-koe3-1-B&R Date: 11.2.2008 Aquifer Thickness: 3.30 m 1E2 Time [s] 0 40 80 120 160 200 1E1 1E0 h/h0 1E-1 1E-2 1E-3 Calculation after Bouwer && Rice Observation well K [m/s] Well P1 3.61 10-5

Geologian tutkimuskeskus Betonimiehenkuja 4 02150 ESPOO Slug Test Analysis Report Project: RAJAMÄKI Number: Client: Location: Rajamäki Slug Test: Slug Test P1-koe3-2 Test Well: Well P1 Test conducted by: AP Test date: 11.2.2008 Analysis performed by: AP P1-koe3-2-BR Date: 11.2.2008 Aquifer Thickness: 3.30 m 1E2 Time [s] 0 100 200 300 400 500 1E1 1E0 h/h0 1E-1 1E-2 1E-3 Calculation after Bouwer && Rice Observation well K [m/s] Well P1 1.57 10-5

Geologian tutkimuskeskus Betonimiehenkuja 4 02150 ESPOO Slug Test Analysis Report Project: RAJAMÄKI Number: Client: Location: Rajamäki Slug Test: Slug Test P1-koe3-3 Test Well: Well P1 Test conducted by: AP Test date: 11.2.2008 Analysis performed by: New analysis 1 Date: 11.2.2008 Aquifer Thickness: 3.30 m 1E2 Time [s] 0 60 120 180 240 300 1E1 1E0 h/h0 1E-1 1E-2 1E-3 Calculation after Bouwer && Rice Observation well K [m/s] Well P1 2.13 10-5

Geologian tutkimuskeskus Betonimiehenkuja 4 02150 ESPOO Slug Test Analysis Report Project: RAJAMÄKI Number: Client: Location: Rajamäki Slug Test: Slug Test P1-koe3-4 Test Well: Well P1 Test conducted by: AP Test date: 11.2.2008 Analysis performed by: AP P1-koe3-4-BR Date: 11.2.2008 Aquifer Thickness: 3.30 m 1E2 Time [s] 0 60 120 180 240 300 1E1 1E0 h/h0 1E-1 1E-2 1E-3 Calculation after Hvorslev Observation well K [m/s] Well P1 3.64 10-5

Geologian tutkimuskeskus Betonimiehenkuja 4 02150 ESPOO Slug Test Analysis Report Project: RAJAMÄKI Number: Client: Location: Rajamäki Slug Test: Slug Test P2-koe1-1 Test Well: Well P2 Test conducted by: AP Test date: 31.1.2008 Analysis performed by: AP Date: 11.2.2008 Aquifer Thickness: 30.00 m 1E1 Time [s] 0 14 28 42 56 70 1E0 h/h0 1E-1 1E-2 1E-3 Calculation after Bouwer && Rice Observation well K [m/s] Well P2 6.03 10-5

Geologian tutkimuskeskus Betonimiehenkuja 4 02150 ESPOO Slug Test Analysis Report Project: RAJAMÄKI Number: Client: Location: Rajamäki Slug Test: Slug Test P2-koe-1-2 Test Well: Well P2 Test conducted by: AP Test date: 31.1.2008 Analysis performed by: AP Date: 11.2.2008 Aquifer Thickness: 30.00 m 1E1 Time [s] 0 60 120 180 240 300 1E0 h/h0 1E-1 1E-2 1E-3 Calculation after Bouwer && Rice Observation well K [m/s] Well P2 1.18 10-5

Geologian tutkimuskeskus Betonimiehenkuja 4 02150 ESPOO Slug Test Analysis Report Project: RAJAMÄKI Number: Client: Location: Rajamäki Slug Test: Slug Test P2-koe2-1 Test Well: Well P2 Test conducted by: AP Test date: 18.2.2008 Analysis performed by: AP P2-koe2-1-slug Date: 18.2.2008 Aquifer Thickness: 30.70 m 1E1 Time [s] 0 100 200 300 400 500 h/h0 1E0 1E-1 Calculation after Bouwer && Rice Observation well K [m/s] Well P2 2.08 10-6

Geologian tutkimuskeskus Betonimiehenkuja 4 02150 ESPOO Slug Test Analysis Report Project: RAJAMÄKI Number: Client: Location: Rajamäki Slug Test: Slug Test P2-koe2-2 Test Well: Well P2 Test conducted by: AP Test date: 18.2.2008 Analysis performed by: AP Date: 18.2.2008 Aquifer Thickness: 30.70 m 1E1 Time [s] 0 60 120 180 240 300 h/h0 1E0 1E-1 Calculation after Bouwer && Rice Observation well K [m/s] Well P2 3.05 10-6

Geologian tutkimuskeskus Betonimiehenkuja 4 02150 ESPOO Slug Test Analysis Report Project: RAJAMÄKI Number: Client: Location: Rajamäki Slug Test: Slug Test P2-tanko-S1 Test Well: Well P2 Test conducted by: AP Test date: 30.1.2008 Analysis performed by: AP Date: 11.2.2008 Aquifer Thickness: 30.80 m 1E0 Time [s] 0 40 80 120 160 200 1E-1 h/h0 1E-2 1E-3 Calculation after Bouwer && Rice Observation well K [m/s] Well P2 3.24 10-5

Geologian tutkimuskeskus Betonimiehenkuja 4 02150 ESPOO Slug Test Analysis Report Project: RAJAMÄKI Number: Client: Location: Rajamäki Slug Test: Slug Test P2-tanko-S2 Test Well: Well P2 Test conducted by: AP Test date: 31.1.2008 Analysis performed by: AP Date: 11.2.2008 Aquifer Thickness: 30.70 m 1E0 Time [s] 0 14 28 42 56 70 h/h0 1E-1 1E-2 Calculation after Bouwer && Rice Observation well K [m/s] Well P2 3.66 10-5