Pohjaveden virtauksen ja laadun mallinnus

Esittely

Pohjavesialueiden tutkimus on yksi keskeisimmistä GTK:n maaperätiedonhankinnan sovellutuskohteista. Viime vuosina rakenneselvityksissä on pyritty kustannustehokkuuteen suunnittelemalla toimenpiteet niin, että kairaukset ja näytteenottopisteet toimivat geofysikaalisten luotausten referenssipisteinä. Kairauksen yhteydessä kohteista kerätään maaperänäytteitä ja niihin asennetaan siiviläputki pohjavesihavainnointia ja -näytteenottoa varten. Täten tuotettava näyteaineisto mahdollistaa monitahoisen maaperän mineralogisen ja veden laadun vuorovaikutuksen tarkasteluun. Aineisto antaa hyvän lähtökohdan pohjaveden virtauksen ja laadun mallintamiseen.

Pohjavesimuodostuman antoisuuden arvioiminen ja pohjaveden kestävä käyttö vaatii myös yksityiskohtaisempaa tietoa pohjaveden liikkeistä maaperässä. Huonosti arvioitu kaivon paikka, antoisuus ja hallitsematon pohjaveden käyttö voi pahimmillaan johtaa pohjaveden virtauskentän muuttumiseen ja pinnan korkeuden selvään alentumiseen. Tämän seurauksen kaivot voivat kuivua, veden laatu voi heikentyä ja pohjavedestä riippuvat vesiekosysteemit voivat kärsiä. Perinteisen geologisen rakenteen selvittämisen lisäksi (ts. HARA tutkimukset) voitaisiin tarkemmin selvittää pohjaveden virtaukseen vaikuttavia parametrejä, kuten hydraulista johtavuutta, ominaisantoisuutta, varastokerrointa ja maankosteutta. Lisäksi näiden parametrien arviointi tuo huomattavaa lisäarvoa pohjaveden virtausmallien luotettavuudelle, joita GTK:ssa käytetään ja kehitetään ennakoimaan muutoksia pohjaveden määrässä ja laadussa.  Toistaiseksi tarkkaa tietoa siitä, missä määrin näitä mittauksia on pohjavesialueella tehtävä pohjavesien tehokkaan ja kestävän hyödyntämisen kannalta, ei ole. Tutkimuksen tarkoituksena on selvittää mm. näitä raja-arvoja.

Veden virtauksella kallionraoissa on merkitystä niin haja-asutusten veden saannin turvaamisella kuin lämmönkuljettajana energiakaivoissa. Vedenhankintaan ja lämmön talteenottoon soveltuvissa kaivoissa kallion rikkonaisuutta ja sen merkitystä esimerkiksi lämmönkuljettajana ei toistaiseksi ole selvitetty riittävällä tarkkuudella.  Tutkimuksen tarkoituksen on selvittää menetelmiä veden liikkeen seuraamiseen kallion rikkonaisuusvyöhykkeissä sekä pyrkiä mittaamaan ja mallintamaan vedenliikettä kallionraoissa.      
Esitetyssä tutkimuksessa pyritään edelleen kehittämään pohjavesialueiden rakenneselvityksessä käytettyjä menetelmiä, linkittämään 3D rakennemallinnus ja pohjaveden laadun mallinnus osaksi pohjaveden virtausmallinnusta, ja veden laadun ja mineralogisten määritysten avulla hankkimaan lisäarvoa GTK:n maaperätiedonhankinnan tuottamalle näytemateriaalille ja tietoaineistolle. Lisäksi hankkeessa pyritään mallinnuksen ja mittauksen avulla selvittämään veden virtausta kallionraoissa kaivojen antoisuuksien turvaamiseksi ja lämmönkuljettajana lämpökaivohankkeissa.  Hankkeessa pyritään kehittämään menetelmiä, joilla vastataan EU:n vesipuitedirektiivin määrittämiin tarpeisiin pohjavesialueiden ominaispiirteiden lisätarkastelussa sekä vesistöaluekohtaisissa vesienhoitosuunnitelmissa sekä niihin liittyvissä ELY-keskuskohtaisissa toimenpideohjelmissa esitettyjen toimenpiteiden toteuttamiseen. Pohjaveden rakenne- ja virtaus- ja laadun mallinnus sekä mineralogisten tutkimusmenetelmien soveltaminen perinteisissä hydrogeologisissa tutkimuksissa on Suomessa hyvin vähäistä. Tämän tutkimuksen yhtenä tavoitteena on isotooppigeologian laboratorion menetelmän kehitys vesi- ja ympäristögeologisten tutkimusten tarpeisiin. Lisäksi selvitetään ja kehitetään menetelmiä haitta-aineen kulkeuman taaksepäin-mallinnukseen (erityistarkastelussa mm. lämmönsiirtoaineet), kehitetään menetelmää ja rutiinia HaRa-selvitysten pohjalta tehtyjen 3D-sedimentologisten rakennemallien muuntamiseksi 3D hydrogeologisiin konspetulaalisiin malleihin (Hydrogeological facies model), jotka toimivat virtausmallien pohjana. Työssä selvitetään kuinka HaRa-selvityksissä käytetyn aineiston pohjalta (esim. maatutkaluotaus, seisminen taittumisluotaus, rakeisuusanalyysit) voidaan tehdä 3D hydrogeologisia malleja sekä selvitetään muiden menetelmien mahdollisuuksia tukemaan aikaisempia menetelmiä (injektio-testit, slug-testit, veden kemia). Tavoitteena on myös arvioida pohjaveden muodostumispotentiaalia koko Suomen mittakaavassa numeerisilla menetelmillä. Lähtökohdan tälle luo hydrogeologiset mallit ja GTK:n maa-asemien tulokset (maankosteus ja lämpötila), joiden aineistoa käytetään numeeristen mallien verifiointiin.

Projektilistaukseen