Pro gradu -tutkielma

Geologia

Hydrogeologia ja ympäristögeologia

3D-MAAPERÄMALLINNUS HYDROGEOLOGISESSA

TUTKIMUKSESSA – ESIMERKKINÄ KULOPALOKANKAAN

POHJAVESIALUE ÄÄNEKOSKELLA

Liisa Koivulehto

2016

Ohjaajat: Veli-Pekka Salonen, Kirsti Korkka-Niemi ja Maija Jylhä-Ollila

HELSINGIN YLIOPISTO

MATEMAATTIS-LUONNONTIETEELLINEN TIEDEKUNTA

GEOTIETEIDEN JA MAANTIETEEN LAITOS

Tiedekunta/Osasto Fakultet/Sektion – Faculty

Matemaattis-luonnontieteellinen

Laitos/Institution– Department

Geotieteiden ja maantieteen laitos

Tekijä/Författare – Author

Liisa Koivulehto

Työn nimi / Arbetets titel – Title

3D-maaperämallinnus hydrogeologisessa tutkimuksessa – esimerkkinä Kulopalokankaan pohjavesialue Äänekoskella

Oppiaine /Läroämne – Subject

geologia

Työn laji/Arbetets art – Level

Pro gradu -tutkielma

Aika/Datum – Month and year

11.11.2016

Sivumäärä/ Sidoantal – Number of pages

62 s + 3 liitettä

Tiivistelmä/Referat – Abstract

Äänekosken seudun vedenjakelusta vastaava Äänekosken Energia Oy suunnittelee tekopohjavesilaitosta Keski-Suomen maakuntaan, Äänekoskelle. Suunnittelu- ja konsulttitoimisto Ramboll tekee vedenhankintatutkimuksia Kulopalokankaan tärkeällä pohjavesialueella. Tämän tutkimuksen tavoitteena on koota yhteen alueella tehdyt tutkimukset, ja tuottaa tutkimusaineistoa havainnollistava kolmiulotteinen rakennemalli pohjavesialueen kallionpinnasta ja maaperäkerroksista sekä tutkia mahdolliset pohjaveden kulkua ohjaavat, hidastavat tai estävät tekijät. Lisäksi tavoitteena on testata uuden Leapfrog Geo -mallinnusohjelmapaketin soveltuvuutta.

Harjumuodostuma, jonka alueelle vedenhankintatutkimukset sijoittuvat, on syntynyt mannerjäätikön vetäytyessä. Se saa alkunsa Sisä-Suomen reunamuodostumalta, joka osoittaa jäätikön reunan sijainnin noin 11 000 vuotta sitten. Alueen kallioperä on suhteellisen homogeeninen, eikä merkittäviä siirroksia löydy. Tutkimusalueen maaperää luonnehtivat runsaat kalliopaljastumat, keskiosan karkeampi hiekka- ja soravaltainen harjuytimen alue sekä sitä ympäröivät hienommat hiekka- ja silttikerrokset. Alueella on tehty runsaasti geologisia ja geofysikaalisia tutkimuksia vedenhankintatutkimusten yhteydessä.

Mallinnusaineisto koottiin seismisten luotausten linjatulkinnoista, maaperäkairausten tuloksista sekä pohjaveden pinnan mittaustuloksista. Aineisto syötettiin mallinnusohjelmaan pistedatana, josta muodostettiin kolmiulotteisia pintoja sekä lopuksi tilavuusmalli. Mallista tehtiin poikkileikkauksia tulosten visualisointia varten. Mallinnuksen tuloksena saatiin kallionpinnan syvyyden topografiakartta, pohjavesikartta sekä havainnollistavia kuvia ja poikkileikkauksia maaperän rakenteesta. Maaperämallista havaitaan maaperän rakennekerrosten alueellinen jakautuminen ja saadaan tietoa tekopohjaveden imeytykseen soveltuvista alueista, virtausta mahdollisesti hidastavista tai estävistä kalliokynnyksistä sekä hienolajitteisista maalajiyksiköistä. Kallionpinta muodostaa alueelle kaakko-luoteissuuntaisen, maalajeilla täyttyneen painauman. Kallionpinnan yläpuolella on noin kahden metrin moreenikerros ja pohjaveden virtausta ohjaava harjuydin erottuu selkeänä pitkänomaisena kupolimaisena rakenteena. Harjuytimen länsipuolella sekä alueen eteläosassa pintamaalajina on hieno hiekka ja siltti, itäpuolella hiekka ja karkea hiekka. Havainnot ovat yhteneviä aiempien tutkimusten tulosten kanssa sekä tukevat tämän työn tavoitteita. Kolmiulotteista maaperämallia käytetään virtausmallin pohjana tekopohjavesiprojektin seuraavassa vaiheessa. Malli on yksinkertaistettu kuvaus alueesta, ja sitä voi pitää absoluuttisena vain kairauspisteiden ja havaintopisteiden kohdalla. Kolmiulotteinen rakennemalli tarjoaa lisätarkkuutta ja -informaatiota hydrogeologiseen tutkimukseen sekä auttaa kommunikoinnissa eri toimijoiden välillä.

Avainsanat – Nyckelord – Keywords 3D-mallinnus, rakennemalli, Kulopalokangas, Äänekoski, pohjavesialue, hydrogeologia

Säilytyspaikka – Förvaringställe – Where deposited

Muita tietoja – Övriga uppgifter – Additional information 23 kuvaa, 1 taulukko, 3 liitettä

Tiedekunta/Osasto Fakultet/Sektion – Faculty

Faculty of Scienve

Laitos/Institution– Department

Department of Geosciences and Geography

Tekijä/Författare – Author

Liisa Koivulehto

Työn nimi / Arbetets titel – Title

3D geologic modelling in hydrogeology – case study at Kulopalokangas groundwater area in Äänekoski

Oppiaine /Läroämne – Subject

Geology

Työn laji/Arbetets art – Level

MSc thesis

Aika/Datum – Month and year

11.11.2016

Sivumäärä/ Sidoantal – Number of pages

62 pp + 3 appendices

Tiivistelmä/Referat – Abstract

Äänekosken Energia Oy is planning an artificial groundwater recharge plant in Äänekoski Central Finland. Consulting company Ramboll is in charge of the water intake project that is situated at an important groundwater recharge area, Kulopalokangas. The aim of this study is to collect data from previous studies in the area, create a three-dimensional geological model of the study area’s bedrock surface and sediments as well as discuss their effect on groundwater flow. Further objective is to test modelling software Leapfrog Geo and its suitability in this type of study. The study area is characterized by an esker formation that was deposited during the deglaciation of the Weichselian glaciation. This esker originates from a end moraine formation in Central Finland that formed at the rim of the continental ice sheet about 11 000 years ago. The bedrock is relatively homogenous and there are no faults. The bedrock is considerably exposed in the area and the sediment package consists of coarse sand and gravel units in the central part of the study area, whereas finer material is located at the rims and on the outside of the esker. Geological and geophysical investigations have been conducted previously within the water intake project. The data used in this study was gathered from seismic refraction surveys, drilling data and groundwater table measurements. The input data was in point data and drill hole format, and the surfaces and volumes of soil units were created subsequently. Cross sections were created to illustrate inner structures of the sediments throughout the area. The results are presented as a digital elevation map of bedrock, a groundwater map, images and cross sections of the model. They show the distribution of soil units. In addition, they provide information of the areas for artificial recharge as well as factors effecting the groundwater flow. The bedrock surface forms a NW-SE oriented depression valley that is filled with soil units. A two-meter thick unit of till is located above the bedrock and the innermost coarse gravel unit of the esker shows an elongated dome-like structure. The topmost unit is fine sand or silt at the western side of the esker, whereas the eastern side top unit is mostly composed of sand and coarse sand. Results of this study correspond with the previous studies. The three-dimensional soil model is used as a basis for a numerical groundwater flow model in the next stage of the project. The model is a simplified representation of the area and the results are absolute only at the vicinity of the observation points. The three-dimensional geological model offers more accuracy and information about subsurface geological conditions and furthermore helps to communicate between different stakeholders.

Avainsanat – Nyckelord – Keywords 3D geologic modeling, structural model, Kulopalokangas, Äänekoski, groundwater area, hydrogeology

Säilytyspaikka – Förvaringställe – Where deposited

Muita tietoja – Övriga uppgifter – Additional information

23 images, 1 table, 3 appendices

SISÄLLYSLUETTELO

1. JOHDANTO .............................................................................................................5

1.1. Tekopohjavesihanke ...........................................................................................9

1.2. Tutkimusalue .................................................................................................... 10

2. GEOLOGINEN TAUSTA ....................................................................................... 13

2.1. Kallioperä ......................................................................................................... 13

2.2. Maaperä ............................................................................................................ 14

2.3. Tutkimusalueen maaperägeologinen kehitys ..................................................... 17

2.3.1. Muinaisrannat ja Muinais-Päijänne ............................................................ 19

2.3.2. Kulopalokankaan maaperägeologinen historia ............................................ 21

2.4. Hydrogeologiset olosuhteet ............................................................................... 23

3. AINEISTOT JA TUTKIMUSMENETELMÄT ....................................................... 24

3.1. Aineistot ........................................................................................................... 24

3.1.1. Tausta-aineisto ........................................................................................... 26

3.1.2. Seisminen luotausaineisto .......................................................................... 26

3.1.3. Maaperäkairaukset ja pohjaveden havaintoputket ....................................... 27

3.2. Ohjelmisto ja interpolointi ................................................................................ 28

4. 3D-MAAPERÄMALLIN LAATIMINEN ............................................................... 30

4.1. Aineiston kokoaminen ...................................................................................... 31

4.2. Alueen rajaus .................................................................................................... 31

4.3. Mallinnuksen työnkulku ................................................................................... 32

4.3.1. Kallionpinta ............................................................................................... 32

4.3.2. Maaperähavainnot ja tilavuusmalli ............................................................. 33

5. MALLINNUKSEN TULOKSET ............................................................................ 36

5.1. Pohjaveden pinta............................................................................................... 36

5.2. Kallionpinnan korkeusmalli .............................................................................. 38

5.3. Rakennemalli .................................................................................................... 39

5.4. Poikkileikkaukset.............................................................................................. 41

6. TULOSTEN TARKASTELU .................................................................................. 45

6.1. Kallionpinta ...................................................................................................... 45

6.2. Rakennetulkinta ................................................................................................ 46

6.3. Pohjavesiolosuhteet .......................................................................................... 48

6.4. Epävarmuusarviointi ......................................................................................... 50

7. MENETELMÄN ARVIOINTI HYDROGEOLOGISESSA TUTKIMUKSESSA .... 52

7.1. Tutkimusmenetelmien ja aineiston arviointi ...................................................... 54

7.2. Virhelähteet ...................................................................................................... 56

8. JOHTOPÄÄTÖKSET ............................................................................................. 57

9. SUOSITUKSET ...................................................................................................... 58

10. KIITOKSET .......................................................................................................... 59

11. LÄHDELUETTELO ............................................................................................. 60

12. LIITTEET ............................................................................................................. 63

5

1. JOHDANTO

Pohjavesi on strategisesti merkittävä luonnonvara, ja sen käyttö Suomessa on jatkuvasti

lisääntynyt. Erityisesti suurten asutuskeskusten asukasmäärän nousun vuoksi

vesilaitosten toimittaman veden kulutus kasvaa ja pohjavesivarojen vastuulliseen

käyttöön ja pohjaveden laadun ylläpitoon on yhä tärkeämpää kiinnittää huomiota.

Yhdyskuntien vedenhankinta nojautuu pintavesien lisäksi pohjavesien, sekä nykyään

myös tekopohjaveden hyödyntämiseen, ja niiden suhteelliset osuudet vedenhankinnassa

tulevat muuttumaan. Pohjaveden osuus vesilaitosten jakamasta vedestä on kasvanut

tasaisesti 1970-luvulta lähtien. Tällä hetkellä pohjaveden osuus on noin 60 %, josta

tekopohjavettä on 12 %. Esimerkiksi Lounais-Suomessa vesihuollon

kehittämisstrategian tavoitteena on, että vuoteen 2020 mennessä 95 % jaettavasta

vedestä olisi pohjavettä tai tekopohjavettä. (Isomäki et al. 2007).

Vuonna 2000 voimaan tullut vesipolitiikan puitedirektiivi (2000/60/EY) asettaa

tavoitteet vesien suojelulle ja niiden kestävälle käytölle. Vesipuitedirektiivi tuo pinta- ja

pohjavedet yhdenmukaisen tarkastelun piiriin ja pohjavedet sisällytetään vesienhoidon

suunnittelujärjestelmään. Direktiivin tavoitteena on saavuttaa pohjavesimuodostumien

ja -muodostumaryhmien hyvä määrällinen ja kemiallinen tila vuoteen 2015 mennessä.

Euroopan unionin jäsenvaltioita ohjataan panemaan täytäntöön tarvittavat toimenpiteet,

jotta pilaavien aineiden pääsyä pohjavesiin saadaan ehkäistyä ja rajoitettua.

Vesipolitiikan puitedirektiivin keskeisiä osia pannaan Suomessa täytäntöön

vesienhoidon järjestämisestä 2004 säädetyllä vesienhoitolailla (1299/2004) sekä

täsmentävillä asetuksilla. Pohjavesien käyttöä ja tarkastelua ohjaa myös pohjaveden

suojelusta säädetty tarkentava johdannaisdirektiivi (2006/118/EY).

Pohjavesitietojärjestelmä (POVET) kattaa tiedot pääasiassa vuosina 1988–1996

kartoitetuista ja luokitelluista Suomen pohjavesialueista, joita järjestelmässä on noin

6020. POVET on osa ympäristöhallinnon ympäristötiedon hallintajärjestelmää, Hertta-

tietokantaa, johon kootaan ympäristöhallinnon ympäristötutkimustietoa. Pohjavesialueet

rajataan kahdella tavalla. Pohjavesialeen raja määrittää alueen, jolla on vaikutusta

6

pohjavesiesiintymän veden laatuun tai sen muodostumiseen. Pohjaveden

muodostumisalueella tarkoitetaan pohjavesialueen hyvin vettä läpäisevää osaa, jossa

maaperän vertikaalinen vedenläpäisevyys pohjavedellä kyllästymättömässä kerroksessa

vastaa vähintään hienohiekan läpäisevyyttä (Britschgi et al. 2009).

Vuoteen 2014 saakka pohjavesialueet on jaettu kolmeen luokkaan vedenhankinnallisista

lähtökohdista tärkeytensä ja käyttökelpoisuutensa perusteella. Luokkaan I kuuluvat

vedenhankintaa varten tärkeät, luokkaan II vedenhankintaan soveltuvat ja luokkaan III

muut pohjavesialueet. Tärkeäksi luokiteltujen pohjavesialueiden osuus on noin 34

prosenttia, vedenhankintaan soveltuvien 22 ja muiden pohjavesialueiden 44 prosenttia

(Britschgi et al. 2009). Pohjavesialueiden luokittelusta säädettiin kuitenkin uudelleen

vuonna 2014 vesienhoidon ja merenhoidon järjestämisestä annetun lain muutoslaissa

(1263/2014) ja parhaillaan siirrytäänkin uuteen luokkajakoon. Uudessa luokkajaossa I ja

II luokka korvataan uusilla 1- ja 2-luokilla, jotka määritellään vedenhankinnan ja

suojelutarpeen perusteella. Lisäksi luokasta III luovutaan kokonaan, ja käyttöön otetaan

uusi E-luokka, johon sisällytetään pohjavesialueet, joista pintavesi- ja maaekosysteemit

ovat suoraan riippuvaisia. Uuden luokittelun tavoitteena on sekä yhtenäistää ja

tasapuolistaa pohjavesien suojelua, että suojella nykyistä paremmin pohjavedestä

riippuvaisia ekosysteemejä. Uudelleenluokitustyö on meneillään ympäristöhallinnossa,

ja vuonna 2016 valtaosa Suomen pohjavesialueista oli edelleen luokiteltu vanhan

järjestelmän mukaisesti.

Pohjavesimuodostuma eli akviferi on hydraulisesti yhtenäinen pohjaveden kyllästämä

maa- tai kivilajiyksikkö, joka johtaa hyvin vettä. Akvifereja ovat muun muassa hiekka-

ja sorakerrokset ja ruhjeiset kallioalueet. (Britschgi et al. 2009). Suurin osa Suomen

akvifereista sijaitsee suhteellisen lähellä maanpintaa harju- ja reunamuodostumissa

kuten Salpausselät, ja ne ovat tyypiltään paineettomia, vapaan pohjaveden

muodostumisalueita. Salpausselkien pohjoispuolella pohjavesialueet sijaitsevat yleensä

jäätikön liikkeen suuntaisissa pitkittäisharjuissa, jäätikkökielekkeiden väleihin

kerrostuneissa saumamuodostumissa tai muissa vettä läpäisevissä

maaperämuodostumissa, kuten deltoissa. Niissä on tyypillisesti hyvä vedenjohtavuus

7

hyvin vettä johtavien sora- ja karkean hiekan kerrosten johdosta (Korkka-Niemi ja

Salonen 1996). Harjujen suuremman vedenjohtavuuden kerrokset näkyvät kartoillakin

ympäristöstään kohoavina harjanteina, jotka koostuvat usein hyvin lajittuneesta sorasta

ja hiekasta sekä pyöristyneistä kivistä. Harjun reuna-alueita kohti aines useimmiten

vaihettuu hienohiekaksi ja siltiksi (Mälkki 1979). Karkeaa ja hienojakoista ainesta

erottavat kontaktipinnat ovat useimmiten terävät, mikä merkitsee myös maaperän

hydraulisten ominaisuuksien alueellista jakautuneisuutta ja vaihtelua.

Maaperän kerrosten ja kontaktipintojen tarkempi tunteminen on hydrogeologisen

tutkimuksen ja vedenhankinnan kannalta merkityksellistä. On tärkeää ymmärtää

pohjaveden virtaus ja sitä ohjaavat, estävät, tai hidastavat tekijät mahdollisimman

yksityiskohtaisesti. Korkka-Niemen ja Salosen (1996) mukaan kerrostumien

epäjatkuvuuksien ja maa-aineksen heterogeenisuuden vuoksi virtausnopeudet

maakerroksissa vaihtelevat huomattavasti: jopa saman maalajin sisällä mahdolliset

suuret erot vedenjohtavuuksissa voivat vaikuttaa virtausnopeuksiin.

Tarpeellista lisätietoa maaperän rakenteista, rakennekerroksista ja kontaktipinnoista

voidaan tuottaa hyödyntämällä kolmiulotteista maaperämallinnusta. Hydrogeologisessa

tutkimuksessa mallinnusta on sovellettu muun muassa akviferin rakenteen kuvaamiseen,

(White ja Reeves 1999, Ferrill et al. 2004), alueellisessa vedenhankintatutkimuksessa

virtausmallinnuksen lähtökohtana (Artimo et al. 2003, Robins et al. 2005, Wycisk et al.

2007), pohjavesialueiden rakenteiden visualisoinnissa (Best ja Lewis 2010, Nury et al.

2010) sekä kestävän vedenkäytön suunnittelun (Nury et al. 2010) ja ympäristöriskien

hallinnan (Artimo et al. 2004, Wycisk et al. 2009) tukena. Raiber et al. (2015) ovat

tutkineet 3D-mallinnuksen avulla akviferin eri osien kytkeytymistä toisiinsa ja niiden

välisiä suhteita sekä akviferin läpi ulottuvaa veden pilaantumista. Geologisilla

rakennemalleilla esitetään usein glasiaalisen ja glasifluviaalisen materiaalin paksuutta ja

jakautuneisuutta (Sharpe 2007, Ross et al. 2005).

Kolmiulotteinen maaperämallinnus auttaa visualisoimaan laajoja tutkimusaineistoja ja

hahmottamaan aineistoa selkeässä sekä helposti ymmärrettävässä muodossa. Mallinnus

8

mahdollistaa aineiston käsittelyn monessa ulottuvuudessa: pistekohtaisesti,

kaksiulotteisina poikkileikkauksina ja kolmiulotteisena kokonaisuutena.

Kolmiulotteinen maaperämallinnus yhdistää eri tieteenaloja, kuten geologiaa,

geofysiikkaa ja geostatistiikkaa (Güler et al. 2002). Sharpen et al. (2002) mukaan

pohjavesialueen rakennemallin tuottaminen helpottaa geotieteilijöiden, insinöörien ja

suunnittelijoiden yhteisymmärrystä. Lisäksi malli tekee geologisen aineiston

ymmärrettäväksi hankkeisiin usein liittyville sidosryhmille, kuten maanomistajille,

poliittisille päättäjille ja rahoittajille.

Hydrogeologisten olosuhteiden yksityiskohtaisempi tunteminen parantaa Sharpen et al.

(2002) mukaan myös maankäytön suunnittelun tieteellistä pohjaa. Myös

infrastruktuurihankkeissa, kuten pilaantuneen maan tutkimuksissa ja kunnostuksissa

sekä maanalaisen varastoinnin hankkeissa, kolmiulotteinen mallinnus voi tuoda

tutkimukseen tärkeää lisäarvoa. Parhaimmillaan maaperämalli voi toimia perusteena

päätöksenteossa maankäytön ja vedenhankinnan suunnittelussa,

vedenhankintaprojekteissa ja suojelusuunnitelmien rahoituksessa. Kolmiulotteinen

maaperämalli antaa paremman pohjan vedenhankintaa koskeviin jatkotutkimuksiin,

kuten numeerisen virtausmallin laatimiseen. Mallia laadittaessa on kuitenkin

huomioitava, että aineistoa on oltava tarpeeksi ja sen tulee olla täsmällistä, sillä malli on

parhaimmillaankin juuri niin hyvä kuin sen lähtöaineistokin.

Tämän tutkielman tavoitteena on koota aikaisempi tutkimusaineisto yhteen ja tuottaa

tutkimusalueesta kolmiulotteinen geologinen rakennemalli. Lisäksi tavoitteena on

hahmottaa Kulopalokankaan pohjavesialueen maaperägeologista kehityshistoriaa sekä

pohtia kolmiulotteisen mallintamisen käyttöä hydrogeologisessa tutkimuksessa.

Tavoitteena on myös testata uuden mallinnusohjelmapaketin, Leapfrog Geo:n

soveltuvuutta. Se on 3D-mallinnusohjelma, jota on käytetty muun muassa

malmiarvioinneissa ja muissa vastaavanlaisissa kallioperän rakenteiden tutkimuksissa.

Ohjelman tuottamaan maaperämalliin voidaan kytkeä myös virtausmalli, mikä

mahdollistaa kolmiulotteisen mallin hyödyntämisen myös MODFLOW-

mallinnusympäristössä.

9

1.1. Tekopohjavesihanke

Äänekosken seudun vedenjakelusta vastaava Äänekosken Energia Oy suunnittelee

tekopohjavesilaitosta vastatakseen teollisuuden ja yhdyskunnan tarpeisiin. Äänekosken

nykyiset vedenottamot toimivat ylikuormituksella, mikä näkyy heikentyneenä

raakaveden laatuna. Alueen vedenottolupa vuodelle 2016 on 900 m3/vrk ja

vedenottamon on tarkoitus laajentua tekopohjavesilaitokseksi, jonka tuottotavoite on

noin 4000–5000 m3/vrk. Tavoitteena on käynnistää tekopohjavesilaitoksen koetoiminta

vuonna 2017. Suunnittelu- ja konsulttitoimisto Ramboll on tehnyt alueella

vedenhankintatutkimuksia vuodesta 2015 lähtien tekopohjavesilaitoshankkeessa, jonka

tarkoituksena on imeyttää Ala-Keiteleen Syvälahdesta otettua raakavettä

Kulopalokankaalle suunnitelluille imeytysalueille tutkimusalueen eteläosassa.

Tekopohjavesiprosessissa on tarkoitus lisätä pohjaveden määrää keinotekoisesti

imeyttämällä pintavettä akviferiin. Imeytystapoja ovat sadetuskaivo- ja allasimeytys,

sekä vettä läpäisevän rantaviivan kautta tapahtuva rantaimeytys. Hyvin suunnitellussa

tekopohjavesilaitoksessa imeytetty vesi muuttuu laadultaan pohjaveden kaltaiseksi sinä

aikana, kun se virtaa imeytysalueelta vedenottamolle tai vedenottokaivoille (Isomäki et

al. 2007). Raakaveden orgaanisen aineen poistuminen on erityisen tärkeää

puhdistumisprosessissa tekopohjavettä muodostettaessa. Partikkelikoolla,

vedenjohtavuudella (Helmisaari et al. 2006) ja veden viipymällä on suora korrelaatio

humuksen poistumiseen raakavedestä (Kinnunen 2005). Veden puhdistuminen riippuu

imeytysveden ja maaperän laadusta, maaperän rakenteesta, imeytysveden

laimenemisesta ja viipymästä. Vajovesivyöhykkeen paksuudella ei ole käytännössä

juuri merkitystä puhdistumisprosessissa, vaan merkittävimpänä tekijänä on

imeytysveden pohjavesivyöhykkeessä kulkema matka ja sitä kautta veden viipymä

(Kinnunen 2005). Lindroosin et al. (2002) tutkimuksen mukaan imeytysalueen ja

vedenottamon välimatkalla voidaan selittää yli 90 % vähentyneestä orgaanisen aineen

määrästä.

10

Kulopalokankaalla on tehty monipuolisia geologisia ja geofysikaalisia tutkimuksia.

Keski-Suomen ympäristökeskus teki alueella vuosina 2001–2003 (Mäkelä 2003)

pohjavesitutkimuksia, joita täydennettiin seismisillä luotauksilla. Suomen

Pohjavesitekniikka Oy suoritti Kulopalokankaalla tekopohjaveden koeimeytyksiä

vuonna 2006 ja Ramboll aloitti vedenhankintatutkimukset vuonna 2015. Tutkimusten

yhteydessä on asennettu lisää pohjavesiputkia, selvitetty otollisinta paikkaa

vedenottokaivolle sekä suoritettu pohjaveden koepumppauksia.

Vedenhankintaprojektin ensimmäisenä tavoitteena on koota olemassa oleva

tutkimusaineisto yhteen ja tuottaa sen pohjalta kolmiulotteinen maaperän rakennemalli.

Rakennemallin tarkoituksena on antaa lisää tietoa maanpinnan alaisista

maaperäolosuhteista ja havainnollistaa harjualueelle tyypillisiä maalajikerroksia.

Kolmiulotteisen rakennemallin pohjalta luodaan pohjaveden virtausmalli, jonka avulla

määritellään tarkemmin pohjaveden virtaus ja sitä estävät tai hidastavat kalliorakenteet

ja hienosedimenttikerrokset, sekä paikannetaan hyvin vettä johtavat kerrokset.

Tekopohjaveden imeytysalueet määritellään tarkemmin virtausmallin tuottaman

informaation perusteella. Kolmiulotteista rakennemallia on käytetty aiemmin

menestyksekkäästi esimerkiksi Turun Seudun Veden tekopohjavesihankkeen

suunnittelussa ja toteutuksessa (Artimo et al. 2003).

1.2. Tutkimusalue

Tutkimusalue sijaitsee Keski-Suomen maakunnassa, Äänekosken kunnassa Keitele-

järven eteläpäässä (Kuva 1). Alueelta on etäisyyttä Äänekosken keskustaan noin 7

kilometriä. Mallinnettava alue sisältää Kulopalokankaan I-luokan, vedenhankintaa

varten tärkeän pohjavesialueen.

11

Kuva 1. Tutkimusalueen sijainti ja pohjavesialueiden sekä pohjaveden muodostumisalueiden rajat (Pohjakartta © Maanmittauslaitos, pohjavesialueiden rajat © SYKE).

Maaperämallinnus kattaa noin 9,5 km2 suorakaiteen muotoisen alueen (Kuva 2), jota

luonnehtii kaakko-luoteissuuntainen Keitele-järven Syvälahteen ulottuva

harjumuodostuma. Alueen kulmakoordinaatit ovat ETRS-TM35 –tasokoordinaatiston

mukaan 442950, 6945620 ja 445600, 6949130. Tutkimusalue jakautuu

peruskarttalehtien 322109 ja 322207 alueelle.

12

Kuva 2. Tutkimusalueen rajat maastokartalla (Maastokartta © Maanmittauslaitos).

Tutkimusalue on topografialtaan hyvin vaihtelevaa, korkeimmat huiput ovat

Ohralanvuorella (193 m mpy) ja Kaakkovuorella (177 m mpy). Harjuselänne on

korkeimmillaan sen eteläosassa noin 150 m mpy laskeutuen Keitele-järveen, jonka

vedenpinnan karttakorkeus on 99,5 m mpy.

13

2. GEOLOGINEN TAUSTA

Kulopalokankaan pohjavesialue sijaitsee harjumuodostumalla, joka on osa laajempaa

harjujaksoa. Harjumuodostuman ympäristössä Syvälahden maasto on pääasiassa ohuen

moreenikerroksen peittämää kalliota ja kalliopaljastumia on paljon. Tutkimusalueen

topografia ja geomorfologia ovat hyvin johdonmukaisia Suomessa tyypilliselle

harjualueelle (Rainio ja Johansson 2004). Alueella ei ole tehty aikaisemmin kohteellista

kallioperägeologista tutkimusta, eikä sieltä ole myöskään suurimittakaavaista

maaperäkartoitustietoa.

2.1. Kallioperä

Tutkimusalueen kallioperä on suhteellisen homogeenista ja se koostuu

paleoproterotsooisista plutonisista kivilajeista. Kallioperä on osa laajempaa Keski- ja

Länsi-Suomen akreetiokaarikompleksia, joka on syntynyt 1 900–1 870 miljoonaa vuotta

sitten (Geologian tutkimuskeskus 2014a).

Alueen kivilajit ovat synorogeenisia eli Svekofennisen vuorijononpoimutuksen

yhteydessä noin 1 800 miljoonaa vuotta sitten syntyneitä granitoideja ja dioriitteja

(Nironen 1998). Tutkimusalueen eteläosan kallioperää luonnehtii porfyyrinen

kvartsimontsoniitti ja pohjoisosassa kvartsidioriitti (Kuva 3, Geologian tutkimuskeskus

2014a). Äänekosken alueella kivet ovat karkeaporfyyrisiä graniitteja, joista löytyy

runsaasti 1–3 cm läpimittaisia maasälpähajarakeita (Nironen 1998).

Mäkelän (1987) mukaan alueen läpi kulkee kaakko-luodesuuntainen kallioperän

murroslinja, joka näyttäytyy karttakuvassa pitkänomaisena laaksona antaen suunnan

vesistölle (Kuva 3). Syntynyt murroslaakso mahdollistaa kerrostumisympäristön

harjumuodostumalle ja se voi mahdollisesti kerätä pohjavettä myös harjualueen

ulkopuolelta kallioperän rikkonaisuusvyöhykkeitä pitkin.

14

Kuva 3. Tutkimusalueen kallioperäkartta. Mäkelän (2003) tulkitsema kallioperän murroslinja kuvattu kaakko-luodesuuntaisella katkoviivalla (Pohjakartta © Maanmittauslaitos, Kallioperäkartta © GTK).

2.2. Maaperä

Tutkimusalueen luoteisosan maaperää luonnehtivat kerralliset savi- ja silttikerrostumat

ja alueen keskiosan maaperää hallitsee jäätikköjokien kerrostama karkealajitteinen sora-

ja hiekkavaltainen harjumuodostuma, jota reunustavat hiekkaiset alueet. Noin viidennes

alueen maa-alasta on avokalliota tai alle metrin paksuisen moreenipeitteen peittämää

kalliota. (Geologian tutkimuskeskus 2014b, Kuva 4). Pohjamoreeni tutkimusalueella on

hiekkamoreenia. Harjun yhteyteen on muinaisen Itämeren vaiheiden aikana

15

muodostunut hienoainespitoisia rantakerrostumia sekä kerrallisia siltti- ja

savikerrostumia. Alueella on jonkin verran myös pieniä vesistöjen varrelle painanteisiin

muodostuneita suoalueita (Kukkonen et al. 1985). Alueella suoritetut

maaperäkairaukset ulottuvat paikoin jopa 50 metrin syvyyteen, joten kerrospaksuudet

ovat paikoin huomattavan suuria. Maaperän kerrostuneisuutta ja alueellista

jakautuneisuutta käsitellään tarkemmin luvussa 6, ”Tulosten tarkastelu”.

Kuva 4. Äänekosken seudun maaperäkartta (Pohjakartta © Maanmittauslaitos, Maaperäkartta © GTK).

Mäkelä (2003) on jakanut tutkimusalueen morfologisesti kolmeen osaan: pohjoisosan

matalapiirteinen, hienosedimenttien peittämä osa, keskiosan harjuselänne ja eteläosan

harjulaajentuma suppakuoppineen. Harjumuodostuman kokonaispituus on noin neljä

16

kilometriä. Harjun näkyvän osan leveys vaihtelee runsaasta sadasta metristä noin

kilometriin. Harjulaajentuman keskelle, tutkimusalueen eteläosaan on avattu maa-

ainesten ottoalue, Miljoonamonttu (Kuva 5). Alueen kaakkoisosassa harju on

laajentunut kompleksiseksi harjulaajentumaksi, jonka ympäristössä on useita suppia,

joista syvin on hieman yli 30 metriä.

Kuva 5. Glasifluviaalista ainesta harjulaajentuman maa-ainesten ottoalueella, Miljoonamontulla (Liisa Koivulehto 26.5.2016).

Harjun terävä selänneosa saa etelässä alkunsa Miljoonamontulta, josta se suuntautuu

kohti Syvälahtea. Harjuselänne nousee korkeimmillaan noin 20 metriä ympäristöään

korkeammalle ja se erottuu erityisesti toiselta laidaltaan jyrkkänä harjanteena. Harjun

selänteen laidat ovat molemmin puolin rantavoimien muokkaamia. Harjun laidoille on

syntynyt tuulitoiminnan vaikutuksesta myös muutamia matalahkoja dyynejä, jotka ovat

nykyään kasvillisuuden peitossa. (Mäkelä 2003.)

Alueen luoteisosassa harjumuodostuma on huomattavasti kapeampi, ja Syvälahtea

lähestyttäessä se peittyy vähitellen ranta-alueiden hienosedimenttien alle. Harjun

sijaintia voi kuitenkin seurata vielä Pieniharjun ja Raivion tilojen kohdalle saakka.

Tämän jälkeen harjun morfologisia merkkejä havaitaan vasta Kiviniemessä, jossa on

17

koholla oleva lohkareikko rannan tuntumassa (Hertta-tietokanta ja Mäkelä 2003.)

Miljoonamontun ympäristössä on kenttähavaintojen mukaan myös runsaasti eoliseksi

tulkittua hiekkaa.

2.3. Tutkimusalueen maaperägeologinen kehitys

Keski-Suomessa sijaitseva Äänekosken Syvälahti on saanut maaperägeologiset

piirteensä Myöhäis-Veikselin jäätiköitymisvaiheen päätyttyä mannerjäätikön reunan

perääntyessä ja oskilloidessa sekä muinaisen Itämeren vaiheiden aikana. Viimeisin, eli

Myöhäis-Veikselin jäätiköityminen alkoi 25 000 vuotta sitten ja deglasiaatio eli jäätikön

perääntyminen alkoi noin 13 000 vuotta sitten. Jäätikön perääntyminen ja eteneminen

eivät tapahtuneet suoraviivaisesti, vaan vaiheet tapahtuivat vuorotellen ilmaston

lämmetessä ja jälleen viiletessä. Varsinainen jääkausi päättyi 11 600 vuotta sitten

mannerjäätikön reunan sijaitessa Toisella Salpausselällä. Silloin Baltian jääjärvi

purkautui valtameren tasoon ja Itämeren altaan kehityksessä alkoi Yoldiameri-vaihe

(Rainio ja Johansson 2004).

Keski-Suomen suurimittaisin ja huomattavin glasiaaligeologinen muodostuma on Sisä-

Suomen reunamuodostuma. Se vastaa kooltaan ja rakenteeltaan Salpausselkiä ja on

myös syntytavaltaan samankaltainen. Se sijaitsee 80–150 kilometriä Salpausselkien

pohjoispuolella (Rainio 2004) ja ulottuu Jämsästä Jyväskylän kautta Laukaan ja

Sumiaisten rajalle päättyen Pieksämäen drumliinikenttään (Glückert 1973).

Reunamuodostuma syntyi mannerjäätikön peräytyessä 11 000 vuotta sitten veteen

päättyvän mannerjäätikön reunaan (Kuva 6) sulamisen hetkellisesti hidastuttua ja myös

osin uudelleen edettyä (Hughes et al. 2016). Mannerjään reuna pysytteli Muurame-

Jyväskylä-Laukaa-linjalla noin sadan vuoden ajan sen ensin peräännyttyä Keuruun

seudulle ja jälleen edettyä nykyisen Jyväskylän alueelle. Jäätikkö suli lopullisesti

Suomen alueelta noin 10 200 vuotta sitten (Rainio ja Johansson 2004).

18

Kuva 6. Jäätikön sijainti ja levinneisyys 11 000 vuotta sitten. Jäätikön reuna osoittaa Sisä-Suomen reunamuodostuman uloimman aseman (Hughes et al. 2016 mukaan)

Mannerjäätikön sulaessa sen pohjaosissa tapahtui edelleen liikettä leveinä

kielekevirtoina ja jäätikön sulamisvesitunnelissa oleva aines kasautui virtauksen

heiketessä harjuselänteiksi. Harjujen kulkusuunnat kuvastavat sulavan jäätikön ja sen

kielekkeiden liikkeitä. Keski-Suomen alueella vaikutti kaksi osin eri suuntiin virtaavaa

jäätikkökielekettä: Järvi-Suomen kielekevirta ja Näsijärven-Jyväskylän kielekevirta

(Taipale ja Saarnisto 2001). Ristaniemen (1987) mukaan. Järvi-Suomen kielekevirran

pääteasemat olivat Salpausselillä ja vanhemmat kallioiden pinnalla näkyvät itä-

länsisuuntaiset ja jopa lounais-koillissuuntaiset uurteet ovat Järvi-Suomen kielekevirran

aikaansaamia. Viimeinen jäätikön liike synnytti Näsijärven-Jyväskylän kielekevirran,

jonka aikaansaamat kallionpinnan uurteet (Kuva 7) ja suuntaamat harjujaksot ovat

useimmiten luode-kaakkosuuntaisia.

19

Kuva 7. Äänekosken seudun supra-akvaattiset alueet ja jäätikön liikkeiden aiheuttamat kallioperän uurteet (Peruskartta © Maanmittauslaitos, uurresuunnat ja ylimmän rannan havainnot © GTK).

Ristaniemen (1987) mukaan lähellä Syvälahtea on deglasiaation aikana sijainnut

paikallinen jääjärvi. Paikallisilla jääjärvillä voi olla vaikutus ylimpien rantojen

paikallisiin eroihin. Tämä kyseinen jääjärvi ja tutkimusalueen kaakkoispuolella sijainnut

Jämsän-Laukaan jäätikkölahti ovat mahdollisesti vaikuttaneet alueen suhteellisen

jyrkkään ylimpien rantojen gradienttiin.

2.3.1. Muinaisrannat ja Muinais-Päijänne

Keski-Suomessa erottuu kolme hyvin kehittynyttä muinaisrantatasoa: Itämeren altaan

ylin ranta, Anculysraja ja Muinais-Päijänne-taso. Keski-Suomen reunamuodostuman

deltatasanteet edustavat Yoldiameren loppuvaihetta (Ristaniemi 1987). Ylin (tai

korkein) ranta tarkoittaa sitä vedenpinnan asemaa, joka vallitsi jääkauden jälkeisen

20

Itämeren altaassa välittömästi jäätikön peräydyttyä. Tämä on Itämeren vanhimpien

vaiheiden ylin vedenpinnan taso. Kyseinen vedenpinnan asema erottaa toisistaan supra-

(vedenkoskemattomat) ja subakvaattiset (veden peittämät) alueet (Kuva 7).

Ylimmän rannan voi tunnistaa deltoista, sandurdeltoista ja huuhtoutumisrajoista (Kuva

8). Myös rantatörmä, kivivyö tai -palle voivat osoittaa ylimmän rannan sijainnin. Ylin

ranta on diakroninen, eli eri-ikäinen eri paikoissa, ja se nuortuu jäätikön

peräytymissuuntaan ollen matalimmillaan Suomen kaakkoisosissa.

Kuva 8. Ylimmän rannan tunnuspiirteitä (mukaillen Ristaniemi 1985).

Keski-Suomessa on havaittavissa myös Itämeren seuraavan kehitysvaiheen,

Ancylusjärven muinaisrantoja. Mannerjäätikön reunan ollessa Keski-Suomen

pohjoisosissa yhteys valtamereen sulkeutui maankohoamisen myötä ja Itämeri patoutui

Anculysjärveksi. Ancylusrajan ikä on noin 10 800 vuotta. Muodostunutta Anculysrajaa

osoittavat muinaisrannat ovat vertikaalisesti leveitä, ilmeisesti Ancylustransgression eli

veden pinnan nousun vuoksi. Vaikka varsinainen transgressio ei vaikuttanut enää

keskisen Suomen alueella, on vedenpinnan laskussa ja rannan siirtymisessä tapahtunut

hetkellinen hidastuminen, eivätkä muodostuneet rajat siksi ole niin teräväpiirteisiä ja

selkeitä kuin ylimmän rannan tai Muinais-Päijänteen rannat (Ristaniemi 1987). Jäätikön

lopullinen sulaminen Suomen alueella tapahtui Ancylusjärvi-vaiheen aikana (Rainio ja

Johansson 2004). Ristaniemen (1987) mukaan Keitele kuroutui Anculysjärvestä noin 8

21

300 radiohiilivuotta sitten, kun Viitasaaren Kärnänkosken kynnys kohosi vedenpinnan

yläpuolelle.

Keski-Suomessa vedenpinnan nousun johdosta syntynyttä suurjärveä kutsutaan nimellä

Muinais-Päijänne. Muinais-Päijänteen transgressio alkoi Jyväskylän alueella noin 9 000

radiohiilivuotta sitten. Transgression huippu eli ylin taso saavutettiin noin 6 000 vuotta

sitten. Ristaniemen (1985) mukaan Muinais-Päijänne -vaihe päättyi, kun Heinolan harju

murtui ja vedenpinnan taso laski nopeasti, jopa 10 metriä 500 vuodessa. Aluksi

maankohoamisen seurauksena itsenäisiksi kuroutuneet Keski-Suomen järvet (Keitele,

Päijänne ja Kolima) laskivat Etelä-Suomen nopean maankohoamisen vuoksi Kalajoen

kautta Pohjanlahteen. Vedenpinnan tason laskettua ja maankohoamisen tasauduttua

järvien vesi alkoi purkautua nykyiseen suuntaansa Suomenlahteen.

Ristaniemen (1985) mukaan Suomessa on yleisesti vallinnut negatiivinen

rannansiirtyminen maankohoamisesta johtuen. Transgressiovaiheiden aikana vedenpinta

on pysynyt pidempään samalla tasolla kuin regressiovaiheiden eli veden pinnan laskun

aikana. Tällöin rantavoimilla on enemmän aikaa rannan muokkaukseen ja

transgressiorannat ovatkin yleensä voimakkaimmin kehittyneitä. Epätasaisella

maankohoamisella saattaa olla vaikutusta tulkittaessa korkeimman rannan eroja, mutta

sen vaikutusta on vaikea havaita muinaisrantojen avulla. Maankohoamisen on tutkittu

olevan Keski-Suomen alueella noin 6–7 mm vuodessa ja se on saattanut aiheuttaa

epäjatkuvuuksia muinaisrantadiagrammeihin.

2.3.2. Kulopalokankaan maaperägeologinen historia

Tutkimusalueen harjumuodostuma on syntynyt pääpiirteittäin kolmessa vaiheessa.

Ensimmäisessä vaiheessa eli mannerjäätikön reunan jäätikköjoen tunnelivaiheessa

kerrostui harjun karkein ydinosa ja sitä ympäröivät hiekat. Toisessa vaiheessa

jäätikkötunneli avartui ja jään reunan kelluessa ja vetäytyessä syntyivät harjuytimen

ympäristön hienohiekkavaltaiset osat ja syvän veden siltti- ja savikerrostumat.

Viimeinen vaihe eli rantavaihe kulutti, tasoitti ja kerrosti uudelleen harjun osia, jotka

22

ulottuvat maanpintaan saakka. Alue sai lopullisen muotonsa Itämeren syntyvaiheiden

rantavoimien vaikutuksesta. (Johansson 2004, Putkinen et al. 2015.)

Kulopalokankaan harjumuodostuma alkaa kaakkoisosastaan Sisä-Suomen

reunamuodostumalta, joka on syntynyt deglasiaation aikana Näsijärven-Jyväskylän

kielekevirran eteen. Järvi-Suomen kielekevirran viimeisten liikkeiden aikana

muodostunut Kulopalokankaan harju kuuluu harjujaksoon, joka kulkee luoteeseen

Saarijärven ja Kivijärven kautta Sisä-Suomen maakunnan luoteispuolelle (Mäkelä

1995). Tämä Kannonkosken-Sumiaisten harjujakso on tulkittu myös

saumamuodostumaksi, joka on syntynyt kahden jäätikkökielekkeen väliin (Punkari

1979). Harjun suunta on kohtisuoraan perääntyvän jäätikön reunaa vasten, kuten

Suomen harjuille on ominaista aivan Pohjois-Suomen harjuja lukuun ottamatta

(Ristaniemi 1987).

Mäkelän (2003) mukaan Kulopalokankaan pohjavesialue oli 11 000 vuotta sitten

tapahtuneen deglasiaation jälkeen aluksi lähes kokonaan Itämeren esivaiheen,

Yoldiameren, peitossa. Mallinnetulla tutkimusalueella on vain muutama supra-

akvaattinen alue: Kaakkovuori, Pitkäsillanvuori ja Ohralanvuori, sekä Toivolan

lounaispuoliset alueet. Varsinaisen tutkimusalueen länsi- ja lounaispuolella supra-

akvaattisia alueita esiintyy huomattavasti laajemmin. Ristaniemen (1985)

muinaisrantatutkimusten mukaan Yoldiameren muinaisranta on nähtävillä

huuhtoutumisrajana Kaakkovuorella noin 157 metriä nykyisen Itämeren pinnan

yläpuolella. Hieman tutkimusalueen pohjoispuolella, Laulumäessä, on havaittavissa

myös kivipalle merkkinä muinaisrannasta. Anculysjärven muinaisranta on näkyvissä

kivivyönä Kaakkovuorella 130–132 metriä merenpinnan yläpuolella.

Keiteleen Syvälahden ranta-alueet olivat noin 5 000 vuotta sitten Muinais-Päijänteen

vedenpinnan alapuolella. Ristaniemi (1987) suoritti tutkimusalueella sijaitsevalla

Kaakkolammella stratigrafisia tutkimuksia. Muutaman metrin syvyydeltä löydettiin

Anculystransgression seurauksena muodostunutta liejua, joka sisältää runsaasti

mineraaliainesta. Liejunäytteestä tehdyn siitepölyanalyysin mukaan tutkimusalueen

23

vedenpinnan Muinais-Päijänne-taso oli 107 m mpy, eli 7,5 metriä nykyisen Ala-

Keiteleen vedenpinnan karttakorkeuden yläpuolella.

Syvälahden sedimentaatio on tapahtunut pääosin rauhallisissa oloissa

jäätikköympäristössä ja järviympäristössä. Jäätikön edustalle ja sen sulamisvesiuomiin

muodostuu glasifluviaalisia harjuja sorasta ja hiekasta. Hienompirakeista silttiä ja savea

kerrostuu ulommaksi syvemmän veden alueelle.

2.4. Hydrogeologiset olosuhteet

Kulopalokankaan pohjavesialue (tunnus 0977002) kuuluu Suomen ympäristökeskuksen

luokituksessa luokkaan I eli se on vedenhankinnan kannalta tärkeä pohjavesialue. Sen

pääsijaintikunta on Äänekoski ja pohjavesialueen kokonaispinta-ala on 3,68 km2.

Varsinaisen pohjaveden muodostumisalueen pinta-ala 2,07 km2 ja pohjavettä alueella

muodostuu arvion mukaan 1900 m3/vrk (Hertta-tietokanta). Tarkempien, Keski-Suomen

ympäristökeskuksen valuma-aluetarkastelujen mukaan pohjavettä purkautuu harjusta

Syvälahteen noin 1 430 m3/vrk (Mäkelä 2003). Pohjavesi virtaa alueella kaakosta

luoteeseen purkautuen Ala-Keiteleeseen ja yhteen alueella olevaan lähteeseen.

Tutkimusalue kuuluu Ala-Keiteleen valuma-alueeseen (N60+99,50). Miljoonamontun

havaintoputkesta mitattu pohjaveden pinta on ympäröiviä vesistöjä (Vihijärvi,

Liminganpuro) alempana, eikä pohjavesi siten purkaudu näihin. Vesipintatietojen

mukaan alueen eteläosan Kangaslampi (+136,9 m mpy) ja pohjoisosan Paskolampi

(+112,3) (Kuva 2) ovat orsivesilampia, eivätkä ole yhteydessä varsinaisen akviferin

pohjaveden tasoon. Pohjaveden havaintoputket Kaakkolammen läheisyydessä osoittavat

pohjavedenpinnan olevan noin 7 metriä Kaakkolampea alempana. Ranta-alueella

Syvälahdella on muutamia lähteitä, kuten Raivio, Kiviniemi ja Pieniharju, mutta pääosa

pohjavedestä purkautuu suoraan vesistöön. Mäkelän (2003) mukaan alueella ei ole

pohjavettä uhkaavia toimintoja vähäistä liikennettä, asutusta, maanottoa ja

maataloustoimintaa lukuun ottamatta.

24

3. AINEISTOT JA TUTKIMUSMENETELMÄT

3.1. Aineistot

Malliin syötettävä aineisto muodostui kokoamalla yhteen alueella tehtyjen tutkimusten

mallinnukseen soveltuvat tutkimustulokset (Taulukko 1, Kuva 9). Aineistoa on

aiemmissa tutkimuksissa kerätty maaperäkairauksilla, pohjavesiputkien asennusten

yhteydessä, seismisillä refraktioluotauksilla ja maastohavaintojen perusteella. Laaja

olemassa oleva tutkimusaineisto mahdollisti 3D-mallinnuksen osaksi

vedenhankintaprojektia. Maastokäynnin yhteydessä toukokuussa 2016 tehtiin havaintoja

Miljoonamontun ja pienempien maa-ainesten ottoalueiden sekä Liminganpuron

maalajeista ja yleisesti alueen geomorfologiasta ja geologista.

Taulukko 1. Maaperämallissa käytetty aineisto.

Aineisto Lähde Lisätietoja

Pohjakartta Maanmittauslaitos 1:20 000 taustakartta

Korkeusmalli (DEM) Maanmittauslaitos 2x2 m ruutukoko

Maaperäkairaukset Keski-Suomen Ympäristökeskus ja Ramboll 108 kairareikää

Seismiset luotaukset Keski-Suomen Ympäristökeskus 6925 m, joista 145 pistettä

Pohjaveden pinta Keski-Suomen Ympäristökeskus 51 havaintoputkea

(mittaus 27.8.2014)

25

Kuva 9. Kallionpinnan mallinnuksessa käytetty pisteaineisto kartalla.

26

3.1.1. Tausta-aineisto

Paikkatietoaineistoa käytettiin olennaisena osana mallinnustyötä. Mallin pohjakartaksi

tuotiin Maanmittauslaitoksen 1:20 000 taustakartta. Maanpinnan topografinen aineisto

saatiin Maanmittauslaitoksen luomasta digitaalisesta korkeusmallista (DEM, Digital

Elevation Model). Korkeusmalli perustuu LiDar-laserkeilausaineistoon, joka interpoloi

mitattujen pisteiden välisiä korkeuseroja.

GTK:n maaperä- ja kallioperäkartoituksia sekä Hakku-palvelua käytettiin taustatukena

mallinnustyön ohella. Lähikarttalehtien maaperäkartat ja niiden selitykset (Kukkonen et

al. 1985) tukivat tutkimusten havaintoja ja niistä tehtyjä tulkintoja.

3.1.2. Seisminen luotausaineisto

Reynoldsin (2011) mukaan seisminen refraktioluotaus perustuu eri maa- ja kivilajien

vaihteleviin kimmo-ominaisuuksiin. Erilaisten kimmo-ominaisuuksien vuoksi myös

seismisten aaltojen etenemisnopeudet vaihtelevat. Menetelmällä mitataan nopeinta

signaalin kulkuaikaa aallon lähteestä geofoneihin eli vastaanottimiin. Siinä

hyödynnetään kriittisesti taittuneita P-aaltoja, ja täryaallon synnyttämiseen lähteenä

käytetään esimerkiksi vasaraa, räjäytyspanosta tai painon pudotusta. Tuloksista

muodostetaan kerrosmalli, jossa seismisten aaltojen nopeuksia vastaavia suoria

sovitetaan aika-matka –kuvaajiin. Tuloksia käytetään maakerrosten paksuuden

määrittämiseen sekä pohjaveden pinnan ja kallionpinnan syvyyksien määrittämiseen.

Seismisiä luotauksia on tehty tutkimusalueella sekä vasara- että räjäytysseismisellä

laitteistolla 5 metrin geofonivälillä. Suomen Malmi Oy suoritti Keski-Suomen

ympäristökeskuksen toimeksiantona seismisiä taittumisluotauksia vuonna 2001.

Luotauksissa käytettiin ABEM:in valmistamaa täysdigitaalista 24-kanavaista

seismografia. Menetelmä oli räjäytysseisminen: täryaallon muodostamiseen käytettiin

dynamiittia ja sähkönalleja. Tutkimuksen yhteydessä luodattiin 9 luotauslinjaa, joiden

yhteispituudeksi tuli 7 840 metriä. Keski-Suomen ympäristökeskus jatkoi seismisiä

27

refraktioluotauksia vuonna 2003. Luotauslinjoja oli yhdeksän, joista neljä epäonnistui

tai ne olivat liian epävarmoja käytettäväksi kallionpinnan tulkintaan.

Vuoden 2001 luotausten tuloskäyristä tulkittiin 164 kallionpinnan syvyyspistettä 50

metrin välein. Mallinnusaineistoon valittiin 132 pistettä lähimpien kairauspisteiden ja

geologisen tulkinnan perusteella. Vuoden 2003 tutkimusten viisi luotauslinjaa

yhdistettiin kolmeksi linjaksi, joita mallissa kuvaa yhteensä 13 pistettä 25 metrin välein.

Näin ollen mallinnettavaksi vietiin 6925 metriä seismisten luotausten tuottamia

havaintoja. Luotaustulosten tarkkuus alueella vaihtelee, sillä pohjavedenpinnan alaisen

kerroksen nopeus on voitu määrittää vain osalle linjoista. Tulosten luotettavuutta

varmistettiin vertailemalla linjatulkintoja kairausaineistoon ennen datan vientiä

mallinnusohjelmaan.

3.1.3. Maaperäkairaukset ja pohjaveden havaintoputket

Tutkimusalueella on tehty suuri määrä maaperäkairauksia ja soveltuviin kairareikiin on

asennettu pohjaveden havaintoputkia. Alueelle laadittiin kairausohjelma vuoden 2001

seismisten tulkintatulosten perusteella selvittämään tarkemmin muun muassa

mahdollisten kalliokynnysten sijainteja. Myös seismisissä luotauksissa tulkitut

huomattavan paksut maakerrokset olivat syy lisätutkimuksille. Kairaukset suoritettiin

kahdessa vaiheessa: ensiksi niin, että saatiin tietoa pohjavedellä kyllästyneestä alueesta

ja kallionpinnasta ja toisessa vaiheessa lisäkairauksia tehtiin harjun reuna-alueilla ja

pohjaveden virtauksen kannalta olennaisilla alueilla.

Ensimmäisessä vaiheessa Tieliikelaitos ja Veli Reijonen Oy suoritti raskaalla

kairauskalustolla 26 kalliovarmistettua (kairaus ulotettu yli kolme metriä kallioon)

kairausta, joista 25 valittiin mallinnustyöhön. Kairaukset ulottuvat maanpinnasta 17,8–

49,0 metrin syvyyteen. Keski-Suomen ympäristökeskus kairasi toisessa

tutkimusvaiheessa kevyellä monitoimikairalla vielä 95 pisteessä harjualueen reuna-

alueilla, eikä kairauksia ulotettu kallioon. Kaivonpaikkatutkimusten ja koepumppausten

yhteydessä vuonna 2015 Ramboll asennutti alueelle viisi pohjavesiputkea raskasta

28

kairauskalustoa käyttäen, ja kolme kairausta kalliovarmistettiin. Saatavilla olevaa

kairausaineistoa oli yhteensä yli 2 400 metriä. Kairausten yhteydessä raportoitiin

maaperähavainnot, joiden perusteella voitiin laatia suhteellisen yhtenäinen

maaperäaineisto.

Pohjaveden havaintoputkia asennettiin yhteensä 63 kpl, joista 38 oli teräksisiä ja 25

muovisia putkia. Pohjaveden pinnantason viimeisimmästä mittauksesta elokuulta 2014

saatiin maaperämalliin aineisto pohjavedenpintaa varten. Mittauksista saatiin 51 validia

havaintoa pohjavedenpinnalle, sillä osa putkista oli mittaushetkellä joko kuivia,

vääntyneitä tai hävinneitä.

3.2. Ohjelmisto ja interpolointi

3D-mallinnustyökaluksi valittiin Leapfrog Geo -ohjelmistopaketti (ARANZ Geo Ltd,

Uusi-Seelanti). Tulosten visualisoinnissa käytettiin myös pintojen mallinnus- ja

visualisointiohjelmaa Surferia. Leapfrog Geo on geologiseen mallinnukseen kehitetty

helppokäyttöinen mallinnusohjelma, jota käytetään laajasti kaivosteollisuudessa,

malminetsinnässä sekä pohjaveden saastumiseen ja geotermiseen energiaan liittyvissä

tutkimuksissa (ARANZ Geo Ltd). Ohjelmisto on yhteensopiva pohjaveden

virtausmallin (MODFLOW) kanssa ja siihen voi yhdistää erilaisiin geologisiin

mallinnustarpeisiin sopivia lisämoduuleja. Mallinnustyössä voi käyttää monipuolista

aineistoa, kuten kuvia, karttoja, pistetiedostoja, pintoja sekä kairareikäaineistoa.

Leapfrog Geo käyttää kahta suhteellisen yksinkertaista perusfunktiota interpoloinnissa:

lineaarinen (linear) ja sferoidinen (spheroidal). Interpolointifunktioita, jotka kuvautuvat

näissä tapauksissa suorana tai käyränä, voidaan kutsua interpolanteiksi. Interpoloinnin

tarkoituksena on sekä täydentää mallia, että tehdä tulkintoja alueista, joista on saatavilla

hyvin vähän tai ei ollenkaan tietoa. Leapfrog Geo:n interpolointityökalu FastRBFTM

mahdollistaa aineiston muokkaamisen ja uuden aineiston lisäämisen dynaamisesti missä

tahansa mallinnusprosessin vaiheessa. Mallintaja voi kokeilla myös vaihtoehtoisia

29

skenaarioita eri hypoteesein tai olettamuksin, mikä voi auttaa riskienhallinnassa ja

päätöksenteossa. Interpolantin tarkoitus on painottaa tunnettuja arvoja niiden etäisyyden

perusteella niin, että puuttuvat arvot voidaan selvittää laskennallisesti. (Spragg 2013.)

Lineaarinen interpolantti (Kuva 10) olettaa, että lähempänä kysyttyä pistettä sijaitseva

aineisto on tärkeämpää kuin kauempana sijaitseva. Merkitys on siis käänteisesti

verrannollinen etäisyyteen kysytystä, tuntemattomasta pisteestä. Sferoidinen

interpolantti (Kuva 11) taas toimii tiettyyn, käyttäjän asettamaan pisteeseen asti samalla

tavalla kuin lineaarinen interpolantti, mutta ennalta määritetyn välimatkan jälkeen

kaikki arvot ovat lähes samanarvoisia, eikä niiden painoarvo juuri vähene välimatkan

kasvaessa.

Kuva 10. Lineaarinen interpolointifunktio (mukaillen Spragg 2013).

30

Kuva 11. Sferoidinen interpolointifunktio, jossa pisteiden C ja D välillä ei ole enää suurta muutosta painoarvossa etäisyyden kasvusta huolimatta (mukaillen Spragg 2013).

Tässä työssä käytettiin lineaarista interpolanttia, sillä se soveltuu hyvin mallinnukseen

tapauksissa, joissa kairausdata on keskittynyt suppealle alueelle tai jos aineiston

resoluutio vaihtelee huomattavasti alueen eri osien välillä (McLennan 2013).

4. 3D-MAAPERÄMALLIN LAATIMINEN

Bevenin (2007) mukaan jokainen mallinnus on oma oppimisprosessinsa ja prosessi

voidaan yleisesti kiteyttää neljään pääkohtaan, jotka ovat aineiston syöttö,

mallinnusohjelman suorittama laskenta, tulosten kuvantaminen sekä lopuksi arviointi.

Mallintaminen ei tapahdu koskaan suoraviivaisesti, vaan prosessin aikana mallia

palataan korjaamaan useaan kertaan työn edistyessä.

31

4.1. Aineiston kokoaminen

Mallintamisen ensimmäinen vaihe oli koordinaatti- ja syvyystietojen kokoaminen

aikaisempien raporttien ja tutkimusten kairausmuistiinpanoista. Osa kairauspisteiden

puuttuvista koordinaateista tuotettiin ArcGIS-paikkatieto-ohjelmiston avulla

digitoimalla ne paperikarttaan merkityistä pisteistä. Kallionpinnan kairaustiedoista

luotiin niin sanottu xyz-pistepilvi, joka syötettiin mallinnusohjelmaan csv-muodossa.

Kairausten moreenihavaintojen pohjalta luotiin samanlainen pistepilvi, jota

täydennettiin myöhemmissä mallinnuksen vaiheissa luomalla omia pisteitä (dummy

points) tulkinnan tueksi. Sora-, hiekka ja silttihavainnoista luotiin kairareikäaineisto,

jossa oli määritelty kairauskohtaisesti kunkin rakennekerroksen alku- ja loppusyvyys,

kairauksen kokonaissyvyys sekä maalaji. Aineisto koottiin pääasiassa Microsoft Excel –

ohjelmassa ja muunnettiin Leapfrog Geo:lle sopivaan xyz-muotoon.

Seismiset luotauslinjat digitoitiin käyttäen ArcGIS:n digitointityökalua, ja

luotauslinjoilta valituille pisteille haettiin koordinaatit 50 metrin välein. Pisteille lisättiin

syvyystiedot luotaustulkinnoista, ja luotauslinjaprofiileja verrattiin kairaustuloksiin.

Pohjavedenpinnan havainnoista luotiin myös xyz-pistepilvi pohjaveden pinnantason

mukaan.

4.2. Alueen rajaus

Maaperämallin leveysulottuvuudelle määritettiin kaksi rajaa: yksi, joka kattaa koko

mallinnusalueen, ja toinen määrittämään eri maalajiyksiköillä täyttynyttä ruhjelaaksoa.

Mallinnusalueen uloimman rajan määrittämisessä oli tärkeää mahduttaa siihen

Kulopalokankaan pohjavesialue. Maalajeilla täyttynyt ruhjelaakso rajautuu ympäröiviin

kalliomäkiin, ja rajat sille määritettiin mallinnusohjelmassa paikkatietoviivojen (GIS-

line) avulla. Rajauksessa käytettiin apuna Geologisen tutkimuskeskuksen

maaperäkarttaa, korkeusmallia sekä maastokarttaan merkittyjä avokallioita.

Ruhjelaakson ympärillä kolmiulotteinen malli on määritetty pelkäksi kallioksi.

32

Mallille luotiin pohjataso tuomalla ohjelmaan neljä pistettä samalla syvyydellä ja alueen

kulmakoordinaateilla. Pohjataso ulottuu syvemmälle kuin yksikään kairareikä tai muu

kallionpinnan havainto, mikä mahdollistaa maaperämallin tarkastelun kerrosmallina.

Mallin ylintä pintaa eli maanpinnan topografiaa kuvaa Maanmittauslaitoksen

korkeusmalli.

4.3. Mallinnuksen työnkulku

Maaperämallin kerroksiksi valikoitui aineiston tarkastelun perusteella viisi

rakennekerrosta, jotka ovat

kallionpinta

lajittumaton moreeni

glasifluviaalinen karkea sora

glasifluviaalinen tai glasilakustrinen hiekka ja

glasilakustrinen siltti.

Hieno hiekka luokiteltiin tapauskohtaisesti siltiksi tai hiekaksi geologisen ja alueellisen

tulkinnan, sekä ympäröivien kairaushavaintojen perusteella. Karkea hiekka luokiteltiin

soraksi tai hiekaksi riippuen siitä, olivatko kairauspisteen muut rakennekerrokset

selkeästi karkeampaa vai hienompaa materiaalia. Esimerkiksi harjuytimen kohdalla

karkea hiekka määritetiin soraksi. Luokittelua järjesteltiin uudelleen, jotta voitiin

pitäytyä viidessä rakennekerroksessa ja yksinkertaisessa, mutta kuitenkin

mahdollisimman todenmukaisessa ja toimivassa mallissa.

4.3.1. Kallionpinta

Rakennemallin kallionpinta luotiin harjualueelle tuomalla ohjelmaan

kalliovarmistettujen maaperäkairausten ja seismisten luotausten pohjalta laadittu

pisteaineisto. Kalliovarmistettuja kairauspisteitä oli 25 kpl, kalliovarmistamattomia

33

kairauspisteitä 96 kpl ja seismisiä luotauksia noin kahdeksan linjakilometriä.

Varsinaisen kallionpinta-aineiston lisäksi datapisteitä luotiin myös geologisen tulkinnan

ja alueen geologisen yleiskuvan perusteella. Harjumuodostuman länsipuolella virtaavan

Liminganpuron kohdalle 0,2–17 metriä maanpinnan alapuolelle luotiin

kallionpintapisteitä lähimpien kairapisteiden ja tulkinnan perusteella. Ilman luotuja

tukipisteitä ohjelmisto interpoloi kallionpinnan nousemaan jopa maanpinnaksi

määritetyn korkeusmallin yläpuolelle. Mikäli kairauksesta oli tehty moreenihavainto,

muttei kairauksilla varmistettua kallionpintaa, asetettiin kallionpinta noin kaksi metriä

moreenihavainnon alapuolelle.

Varsinaisen harjumuodostuman ytimen ulkopuolella kallionpinnaksi tulkittiin maan

pinta, joka on valtaosin ohuen maakerroksen peittämää kalliota tai kokonaan

avokalliota. Tulkinnassa käytettiin apuna sekä GTK:n maaperäkarttaa että

maastokarttaa, johon oli merkitty avokallioiden sijainnit. Ala-Keiteleen Syvälahden

kohdalla kallionpinnalle luotiin omia tukipisteitä tulkinnanvaraisesti, jotta kallionpinnan

taso jatkuisi johdonmukaisesti kohti Ala-Keiteleen syvännettä.

4.3.2. Maaperähavainnot ja tilavuusmalli

Maaperähavainnot koottiin kairaustuloksista. Kairauspöytäkirjat perustuivat

maaperäkairaajien kairausten aikana tekemiin aistinvaraisiin maalajihavaintoihin.

Maaperäkairausten havaintoja yksinkertaistettiin jättämällä esimerkiksi hienon ja

karkean hiekan luokat pois, ja mallinnettaviksi maaperäkerroksiksi valikoitui näin

moreeni, sora, hiekka ja siltti.

Moreenihavainnot tuotiin mallinnusohjelmaan pisteaineistona, ja pisteaineistosta luotu

pinta laajennettiin koko ruhjelaakson täyttäväksi moreenipatjaksi. Ylemmät maaperän

kerrokset eli sora, hiekka ja siltti tuotiin ohjelmaan kairareikäaineistona (Kuva 12).

Kaikkia kairauspisteitä ei valittu kairareikäaineistoon epäselvien kairausmerkintöjen tai

mahdollisten virhetulkintojen vuoksi. Lopulliseen aineistoon valikoitui 108 kairausta.

Kairareikäaineisto sisältää pistekohtaiset tiedot kunkin kairareiän rakennekerroksen

34

alku- ja loppusyvyydestä ja kyseisen kerroksen maalajista sekä kairauksen

kokonaissyvyyden.

Kuva 12. Kairareikäaineisto tuotuna mallinnetun kallionpinnan (harmaa) päälle. Vihreä pylväs edustaa soraa, vaaleanruskea hiekkaa ja keltainen silttiä. Kuva Leapfrog Geo –ohjelmasta.

Jokaiselle maalajikerrokselle luotiin yläpinta kallionpinta- ja maaperähavaintojen

pistepilvistä ja kairareikien maalajien välisistä kontaktipisteistä. Geologista

tilavuusmallia rakennettaessa näistä pinnoista tuli kontaktipintoja, joiden alapuoli

kuvastaa alla olevaa maaperäkerrosta ja yläpuoli päällä olevaa kerrosta. Tilavuusmallin

resoluutio on 20x20 metriä.

Ensimmäinen luotu rakennekerros ulottui pohjatasosta kallionpintaan kuvastaen alueen

kallioperää. Toinen rakennekerros, moreeni, asettuu patjaksi kalliomäkien rajaamalle

alueelle leikkautuen kallioon. Prosessin monimutkaisimmat mallinnettavat

rakennekerrokset olivat sora-, hiekka- ja silttikerros, sillä kyseiset yksiköt eivät ole

jatkuvia, jotta niitä voisi kuvata yksinkertaisen kerrosmallin avulla. Sorayksikön

mallintamiseen tarvittiin geologista tulkintaa, ymmärrystä harjun kerrostumishistoriasta

sekä tyypillisen harjuytimen rakenteen kolmiulotteista hahmottamista. Sorayksikkö

esiintyy poikkileikkauksessa kupolimaisena rakenteena moreenipatjan päällä ja sen

35

mallintamisessa hyödynnettiin kontaktipintojen muokkaukseen soveltuvaa työkalua

(Kuva 13).

Kuva 13. Tummanvihreällä kuvattu sorakerros, jota on muokattu kirkkaanvihreillä viivoilla, "curved polyline". Kuvasta puuttuu havainnollisuuden vuoksi moreenikerros. Kuva Leapfrog Geo –ohjelmasta.

Kairaushavaintojen kontaktipinnoista muodostettiin hiekka- ja silttiyksiköt, jotka

suurimmaksi osaksi peittävät alleen sora- ja moreeniyksikön. Myös hiekka- ja

silttiyksiköiden kontaktipintoja muokattiin, jotta hiekkakerros saataisiin jatkumaan

sorayksikön päällä myös sen länsipuolella. Silttiyksikön harjunpuoleista kontaktipintaa

muutettiin jyrkemmäksi niin, että yksikkö rajautuu harjuselänteeseen sen sijaan, että se

muodostaisi kokonaan mallin ylimmän kerroksen.

Kontaktipintoja muokattiin geologisen tulkinnan perusteella vastaamaan paremmin

muodostumant todellista stratigrafiaa, sillä ohjelmiston valittu interpolointimenetelmä

tuotti paikoin liian loivia pintoja. Tilavuusmallin laatimisen yhteydessä valittiin

geologian yksinkertaistamistoiminto, jossa määriteltiin, että alle 1,5 metriä paksuja

kerroshavaintoja ei lueta tilavuusmalliin. Näin toimittiin esimerkiksi tilanteessa, jossa

36

paksun sorakerroksen välissä oli ohut hiekkakerros, jolloin maaperäkerrosten

kontaktipinnoista saatiin mahdollisimman jatkuvat.

5. MALLINNUKSEN TULOKSET

Leapfrog Geo -ohjelman tuottaman maaperämallin tulokset ovat nähtävillä Kuvissa 15–

22. Tulokset on jaettu kallionpinnan syvyyskarttaan, mallinnuskuviin sekä

poikkileikkausprofiileihin. Maaperämallin ja poikkileikkausten kuvissa z-akseli on

kolminkertainen suhteessa x- ja y- akseleihin (1:1:3) havainnollisuuden lisäämiseksi.

Surferilla tuotettu pohjavesikartta on esitetty Kuvassa 14.

5.1. Pohjaveden pinta

Pohjavesi on korkeimmillaan (N60+129,91 m) alueen eteläosassa Kangaslammen

pohjoispuolella ja matalimmillaan (+101,54 m) lähimpänä Syvälahtea olevassa

havaintoputkessa (Kuva 14). Vedellä kyllästyneen pohjavesikerroksen paksuus on

suurimmillaan (20–23 m) pohjavesialueen luoteisosassa välillä Kaakkoharju-Pieniharju,

sillä myös kallionpinta laskee voimakkaasti kaakosta luoteeseen. Lähempänä

Syvälahtea pohjavedellä kyllästyneen kerroksen paksuus vaihtelee 10–15 metrin välillä.

Harjun korkeimmalta laelta (150 m) pohjaveden pinnan tasoon tulee matkaa noin 40

metriä. Pohjavesialueen rajat on esitetty tarkemmin Liitteessä 1.

Kaakkolampi (+136,9 m) ja Paskolampi (+112,3 m) ovat orsivesilampia, eivätkä ole

yhteydessä varsinaisen akviferin pohjaveden tasoon. Orsivesitietoja ei kuitenkaan ole

esitetty rakennemallissa omina tasoinaan, vaan pohjaveden pinta on interpoloitu yhdeksi

pinnaksi.

37

Kuva 14. Pohjaveden havaintopisteet ja niistä muodostetut pohjaveden pinnan korkeuskäyrät (Maastokartta © Maanmittauslaitos).

38

5.2. Kallionpinnan korkeusmalli

Leapfrog Geo –ohjelmassa luodun kallionpinnan grid-aineisto syötettiin Surfer-

visualisointiohjelmaan, jonka avulla laadittiin kallionpinnan korkeusmalli (Kuva 15 ja

Liite 2).

Kuva 15. Mallinnetun kalliopinnan korkeuden samanarvonkäyrät (Maastokartta © Maanmittauslaitos).

39

5.3. Rakennemalli

Rakennemalli on havainnollistavimmillaan suoraan mallinnusohjelmassa, sillä

mallinnettua aluetta voidaan tarkastella halutun katselukulman mukaisesti, sekä piilottaa

kerroksia tai pintoja visualisoinnin tarkoituksen ja tavoitteiden mukaan. Maaperämalli

on esitetty kerroksittain kuvissa 15–18 samasta katselukulmasta kuvattuna. Kuva 16

esittää mallin pohjan ulottuvuuden, korkeusmallin ja siihen liitetyn 1:20 000

tutkimusalueen pohjakartan.

Kuva 16. Mallinnettu tutkimusalue kuvattuna kaakosta. Kuvassa nähtävillä rakennemallin pohja ja DEM-korkeusmalli. Kuva Leapfrog Geo –ohjelmasta (Pohjakartta © Maanmittauslaitos).

Tutkimusaineiston pohjalta interpoloitu kallionpinta on esitetty Kuvassa 17 ja sen päälle

maaperäkairaustuloksista tuodut moreeni- ja sorakerrokset näkyvät Kuvassa 18.

Maaperämallin päällimmäistä kerrosta edustavat siltti- ja hiekkakerrokset ja niiden

alueellinen jakautuminen on esitetty Kuvassa 19.

40

Kuva 17. Maaperämallin pohjakerrosta kuvaava kallionpinta. Kuvassa etualalla Ohralanvuori ja taka-alalla Syvälahti. Kuvassa erottuu kaakko-luoteissuuntainen pitkänomainen murroslaakso. Kuva Leapfrog Geo –ohjelmasta.

Kuva 18. Kallionpinnan (harmaa) päällä ruskea moreenikerros ja vihreä sorakerros. Kuva Leapfrog Geo –ohjelmasta.

41

Kuva 19. Maaperämallin päällimmäistä kerrosta kuvaavat siltti (keltainen) ja hiekka (vaaleanruskea). Kuva Leapfrog Geo –ohjelmasta.

5.4. Poikkileikkaukset

Kolmiulotteisesta rakennemallista tehtiin varsinaiselta pohjaveden muodostumisalueelta

seitsemän poikkileikkausprofiilia (Kuvat 21 ja 22), joista ensimmäinen kulkee

pituussuunnassa läpi harjumuodostuman ja murroslaakson, ja loput kuusi ovat

poikittaisia leikkauksia kohtisuoraan ensimmäistä kuvaten harjumuodostuman

maalajeja, kallionpintaa ja suuntaa antavaa pohjaveden pinnantasoa. Poikkileikkausten

sijainnit on osoitettu kuvassa 20.

42

Kuva 20. Kolmiulotteisesta maaperämallista luotujen poikkileikkausten sijainti kartalla (Maastokartta © Maanmittauslaitos).

43

Kuva 21. Maaperämallin poikkileikkaukset 1–4. Pohjavesipinta on yksinkertaistettu mallissa yhdeksi tasoksi, eikä todellisuudessa esiinny esitetyn kaltaisena yhtenäisenä tasona. Kuvat Leapfrog Geo-mallinnusohjelmasta, mitta-asteikot luotu AutoCAD-ohjelmalla.

44

Kuva 22. Maaperämallin poikkileikkaukset 5–7. Pohjavesipinta on yksinkertaistettu mallissa yhdeksi tasoksi, eikä todellisuudessa esiinny esitetyn kaltaisena yhtenäisenä tasona. Kuvat Leapfrog Geo -mallinnusohjelmasta, mitta-asteikot luotu AutoCAD-ohjelmistolla.

45

6. TULOSTEN TARKASTELU

Maaperämalli havainnollistaa Vihijärven ja Syvälahden välillä olevan kaakko-

luoteissuuntaisen ruhjelaakson, johon on viimeisen jääkauden loppuvaiheessa

kerrostunut harjualueelle tyypillisiä maalajeja. Mallinnuksen tavoitteena oli selvittää

rakennekerrosten lisäksi pohjavesiolosuhteita ja yksiköiden stratigrafista asemaa.

6.1. Kallionpinta

Kallionpinnan korkeusmallissa on näkyvissä kaakko-luoteissuuntainen murroslaakso ja

sitä ympäröivät korkeammat kalliomäet. Kallionpinta laskee mallin mukaan syvimmälle

Syvälahden rannan tuntumassa Pieniharjun kohdalla. Kallionpinta on absoluuttisesti

syvimmillään varmistettujen kairausten kohdalla, missä syvyys on 78,3 m mpy. Tämä

kohta on havaittavissa myös kallionpinnan korkeusmallissa (Kuva 15) 80 metrin

samanarvonviivan sisällä. Kallionpinta nousee suhteellisen tasaisesti luoteesta

Kaakkolammen kohdalle laskien jälleen Kaakkovuoren ja Lammaskorvenvuoren välillä

hieman syvemmälle. Suppien ympäröimän maa-ainesten ottoalueen ympäristössä

kallionpinta on pääasiassa tasolla 100 m mpy ja se on suhteellisen tasainen muutamaa

syvempää kohtaa lukuun ottamatta. Vihijärven luoteispuolella kallionpinnassa on

havaittavissa muutama painauma. Selkeitä tai jyrkkäpiirteisiä kalliokynnyksiä tai

siirroksia syvyyskartalla tai koko mallissa ei ole havaittavissa. Mäntylän tilan kohdalla

kallionpinta nousee kuitenkin loivasti ja paikallisesti luoteen suuntaan, muodostaen

laakean kalliokynnykseksi tulkitun kohouman (poikkileikkaus 1, Kuva 21).

Surferilla tuotettua, Leapfrog Geo –ohjelmiston tuloksiin pohjautuvaa kallionpinnan

korkeusmallia verrattiin Keski-Suomen ympäristökeskuksen luomaan tulkintaan (Kuva

23). Mallinnuksen tulokset tukevat Mäkelän (2003) esittämiä aikaisempia

tutkimustuloksia. Kallionpinnan yleispiirteet toistuvat verrattain yhdenmukaisina

kummassakin esityksessä. Ruhjelaakson reuna-alueet eroavat toisistaan eri

interpolointimenetelmistä johtuen. Tämän tutkimuksen tuottama kallionpinnan on

46

tuotettu käyttämällä mallinnusohjelman omaa lineaarista interpolanttia, kun taas

Mäkelän vastaavissa tuloksissa pinnan interpolointi on tehty Surfer-ohjelmistossa.

Pienipiirteisiä eroavaisuuksia tuloksista on vaikeaa erottaa tutkimusten erilaisten

resoluutioiden vuoksi.

Kuva 23. Mallinnetun kallionpinnan syvyyskartta (a) visualisoituna mahdollisimman yhteneväiseksi aikaisemman tutkimuksen (b, Mäkelä 2003) kanssa.

6.2. Rakennetulkinta

Maapeitteen kokonaispaksuus vaihtelee alueella nollasta (mallin reunojen

kalliopaljastumat) harjun ydinosan jopa yli 50 metriin. Tutkimusalueen syvin kairaus

harjuselänteen päällä ulottuu 49 metriin ja myös Miljoonamontun itäpuolelle kairatuissa

tutkimuspisteissä maapeitteen paksuus yltää jopa 45 metriin. Muuten harjun reuna-

alueilla maapeitteen keskipaksuus on noin 15 metriä ja harjun karkearakeisessa osassa

noin 30 metriä.

a

r

a

s

k

a

s

t

a

k

a

i

r

a

u

s

k

a

l

u

s

t

o

a

k

ä

y

t

t

ä

b

47

Murroslaakson kallionpintaa peittää noin kahden metrin paksuinen lajittumaton

moreenikerros, joka rajautuu sitä ympäröiviin kalliomäkiin. Kairausten

moreenitulkintoja täydensivät maastohavainnot Liminganpuron varrelta, missä puron

pohja on kulunut moreeniin saakka. Moreenin päällä on pääosin karkeaa hiekkaa ja

soraa oleva harjuselänne, joka laajentuu Miljoonamontun kohdalla harjulaajentumaksi.

Harjualue rajautuu selkeästi sitä ympäröiviin kalliomäkiin. Mallin ylintä kerrosta

edustavat siltti ja harjusharjuytimen peittävä hiekka. Harjuselänteen länsipuolella

maalaji on pääasiassa silttiä ja itäpuolella hiekkaa. Hiekkakerros ulottuu kuitenkin myös

silttikerroksen alle jatkuen myös harjun soraytimen länsipuolelle. Miljoonamontun maa-

ainesten ottoalueen kaakkoispuolella ylimmäinen kerros vaihettuu jälleen hienommaksi

hiekaksi ja siltiksi (Kuva 19).

Harjuytimen muodostava, hyvin vettä johtava, karkeampi sorakerros sijoittuu hyvin

rajatulle alueelle kaakko-luode-suunnassa (Kuva 18). Sorayksikön kerrospaksuus

vaihtelee noin viidestä metristä yli 40 metriin. Kaakkovuoren ja Mäntylän (Kuva 18)

jälkeen harjuydin suuntautuu jyrkemmin luoteeseen, ja peittyy vähitellen 5-20 metrin

paksuisen hienosedimenttikerroksen alle. Harjuselänteen länsipuolella

moreenikerroksen päällä on monin paikoin yli 15 metrin silttikerros maan pintaan

saakka. Harjuselänteen itäpuolella pintakerroksen maalajina on hiekka. Hiekkakerros

asettuu soramuodostuman päälle loivarinteisenä patjana kuten poikkileikkauksesta 4

(Kuva 21) nähdään.

Harju on syntynyt syvän veden alueelle perääntyvän jäätikön alla sekä

reunavyöhykkeellä. Monivaiheisen kerrostumisen jälkeen harjun maalajiyksiköt ovat

vielä muokkautuneet rantatoiminnan vaikutuksesta. Näiden tapahtumasarjojen vuoksi

maalajit ovat jakautuneet heterogeenisesti, mikä on nähtävillä etenkin harjun

poikkileikkausprofiilien maalajiyksiköissä.

48

6.3. Pohjavesiolosuhteet

Tutkimusalueen pohjaveden pinnantaso laskee kaakosta luoteeseen kohti Syvälahtea.

Pisimmillään pohjavesi virtaa vajaan neljän kilometrin matkan Kaakkolammelta

Syvälahteen. Alueella on yksi yhtenäinen akviferi, josta vesi purkautuu Syvälahteen.

Pohjavesi on korkeimmillaan (+129,91 m) mallin eteläosassa Kangaslammen

pohjoispuolella ja matalimmillaan (+101,54 m) lähimpänä Syvälahtea olevassa

havaintoputkessa.

Vedellä kyllästyneen pohjavesikerroksen paksuus on suurimmillaan (20–23 m)

pohjavesialueen luoteisosassa Kaakkoharjun ja Pieniharjun välillä poikkileikkausten 2

ja 3 kohdalla, sillä myös kallionpinta laskee voimakkaasti kaakosta luoteeseen.

Poikkileikkausten 4–7 kohdalla pohjavedellä kyllästyneen kerroksen paksuus vaihtelee

10–15 metrin välillä. Mäntylän tilan loiva kalliokynnykseksi tulkittu kohouma vaikuttaa

hyvin todennäköisesti pohjaveden pinnan tason äkilliseen laskuun (noin 4,5 metriä 200

metrin matkalla) siirryttäessä kynnyksen yli kaakosta luoteeseen. Kynnyksen kohdalla

ja sen ympäristössä pohjavedellä kyllästynyt kerros on hyvin ohut, nollasta kahteen

metriä. Kallionpinta nousee paikoin lähelle pohjaveden pintaa tai jopa sen yläpuolelle

(poikkileikkaus 1, Kuva 21).

Pohjavedenpinta on lähimpänä maanpintaa Liminganpuron kohdalla, sekä ranta-alueilla.

Harjualueen suppakuopissa ja Miljoonamontulla pohjavedenpinta on 5–11 metriä

maanpinnan alapuolella. Keskimäärin maanpinnan ja pohjavedenpinnan välinen

etäisyys tutkimusalueella on noin 12 metriä. Huomattava osa karkeasta harjuaineksesta

on pohjavedenpinnan yläpuolella mahdollisesti kallionpinnan painaumamuodon vuoksi,

vaikka maakerrosten paksuudet ovatkin suuria. Maaperämallin poikkileikkauskuviin

visualisoitu pohjaveden pinta on voimakkaasti ekstrapoloitu yhteneväiseksi pinnaksi. Se

havainnollistaa kuitenkin suuntaa antavasti pohjaveden pinnantasoa ja vedellä

kyllästyneen kerroksen paksuutta harjualueella. Malli on laadittu kuvaamaan

pohjavesiolosuhteita Kulopalokankaan pohjavesialueella, eikä se esitä luotettavasti

pohjaveden pinnan tasoa Kulopalokangasta ympäröivillä kallioalueilla.

49

Mallin pohjavesipinta kuvastaa varsinaisen pohjavesimuodostuman yhtenäistä pintaa.

Harjumuodostumaa ympäröivillä silttialueilla on kaksi orsivesilampea, Kaakkolampi ja

Paskolampi. Lammet sijaitsevat vettä pidättävien maakerrosten päällä yli 10 metriä

pohjaveden pinnantason yläpuolella. Orsivesitasoja ei ole esitetty mallissa, eikä niitä ole

tutkittu tarkemmin. Alueella tehdyllä koepumppauksella (Ramboll 2015) todettiin, että

pohjaveden pinnan alenema ei vaikuttanut orsivesilampiin, eivätkä ne siten ole

hydraulisessa yhteydessä pohjavesimuodostumaan. Orsivedellä ei ole myöskään

merkitystä alueen vedenhankinnassa. Kukkonen et al. (1985) on olettanut

Kulopalokankaan pohjavesialtaan purkautuvan Kaakkolampeen, mikä voidaan

kuitenkin tuoreempien pohjavesitutkimusten ja maaperämallin perusteella osoittaa

virheelliseksi tulkinnaksi.

Harjumuodostuman vedenjohtavuus on suurimmillaan harjuytimen karkeimmassa

maaperäkerroksessa eli sorassa. Vedenjohtavuus heikkenee maaperähavaintojen

perusteella harjun ydinalueelta sekä länteen että itään siirryttäessä. Miljoonamontun

maa-ainesten ottoalueen ympäristössä ja etenkin sen pohjoispuolella, harjuselänteen

itäpuolella maalajina on pääasiassa heikosti tai tyydyttävästi vettä johtavaa hiekkaa.

Harjun länsipuolella maa-aines muuttuu vielä hienompilajitteiseksi hienoksi hiekaksi ja

siltiksi. Silttihavaintoja on myös Miljoonamontun maa-ainesten ottoalueen

kaakkoispuolelta. Myös harjuselänteen pohjois- ja luoteispuolella, lähellä Syvälahtea,

maa-aines on hienojakoisempaa sedimenttiä. Orsivesipinnat sijoittuvat hienomman

hiekan ja siltin alueelle.

Kulopalokankaan maalajiyksiköiden vedenjohtavuudesta ei ole tehty yksityiskohtaisia,

edustavia määrityksiä. Vedellä kyllästyneen akviferin vedenjohtavuutta on tutkittu 11

tutkimuspisteellä ja laskettu keskiarvo kullakin tutkimuspisteellä (Liite 3).

Vedenjohtavuusarvot tutkimuspisteillä vaihtelevat välillä 9 x 10-4 - 3,6 x 10-3 m/s ja

keskiarvo koko alueella on 1,8 x 10-3 m/s. Vedenjohtavuuksien tunteminen myös harjun

reuna-alueilla olisi tärkeää. Maalajiyksiköiden todellisten vedenjohtavuuksien

selvittäminen mahdollistaisi hydrostratigrafisen mallin muodostamisen ja antaisi

paremman kuvan pohjaveden virtauksesta eri yksiköissä, sillä veden virtaukseen

50

vaikuttavat vedenjohtavuudet voivat vaihdella maalajien välillä useita kertaluokkia

(Freeze ja Cherry 1997). Vedenjohtavuustiedot tukisivat mallinnukseen eroteltavien,

vedenjohtavuuksien kannalta keskeisten yksiköiden valintaa ja lisäksi kiinnittäisivät

maalajihavainnot paremmin alueen muodostumishistorian kanssa.

Howettin et al. (2015) tutkimuksessa muodostettiin hydrostratigrafinen malli, jossa

yksiköiden vedenjohtavuudet määriteltiin maanäytteiden raekokomääritysten ja

havaintokaivoista tehtyjen slug-testien avulla. Tutkimuksessa pystyttiin määrittelemään

maalajiyksiköiden kerrostumistapahtumat ja arvioimaan kaivoksen rikastusalueen

mahdollisesti pilaavaa vaikutusta. Artimon et al. (2003) tutkimuksessa

hydrostratigrafisten yksiköiden vedenjohtavuudet määriteltiin osin mittausten

perusteella ja osin kirjallisuuteen perustuen. Kyseisen tutkimuksen

vedenjohtavuusarvoja voidaan kuitenkin käyttää vain suuntaa antavina virtausmallin

luonnissa ja myös Hill et al. (1997) toteavat, että kenttämittauksilla saadut

vedenjohtavuusarvot eivät välttämättä sellaisinaan ole käyttökelpoisia virtausmallin

käyttöön.

6.4. Epävarmuusarviointi

Malli antaa suhteellisen luotettavan yleiskuvan alueen kallionpinnan muodoista ja

pääasiallisista maakerroksista. Mallin kallionpinnan muodot voidaan tulkita

luotettavimmaksi kalliovarmistettujen kairausten kohdalla sekä pohjavesialuetta

ympäröivillä kalliomäillä, joissa kalliopaljastumat ovat yleisiä. Näillä alueilla

maanpinta on tulkittu kallionpinnaksi. Myös Liminganpuron ja moreenihavaintojen

alapuolella olevat kallionpinnan pisteet ovat hyvin todennäköisesti lähellä todellista

kallionpintaa. Järven alle luotuihin kallion pinnan korkeustasoihin liittyy

epävarmuuksia: Keitele-järven Syvälahden pohjan topografiasta on olemassa

tutkimuksia, jotka eivät kuitenkaan anna tietoa kallionpinnasta tai pohjan laadusta.

Alueen muista pienemmistä järvistä ja lammista ei ole saatavilla syvyystietoja.

Huomattava osa kallionpinnan aineistosta on peräisin seismisestä luotauksesta, mikä

51

menetelmänä ei ole riittävän tarkka ilman luotausaineistoa tukevia kairaushavaintoja.

Suomen Malmi Oy:n seismisissä luotauksissa kallionpinnalle oli usein kaksi tulkintaa

pohjavedellä kyllästyneen kerroksen aiheuttaman piilokerrosongelman vuoksi. Näissä

tapauksissa malliin valittiin todennäköisempi tulkinta perustuen lähimpiin

kairaushavaintoihin.

Moreenikerros levittyy kalliomäkien rajaamalle alueelle suhteellisen tasaisena

kerroksena, mikä vastaa hyvin oletusta harjumuodostuman pohjakerroksesta. Mallissa

järvet ovat täyttyneet pääasiassa moreenilla, mikä ei vastaa todellista tilannetta, vaan

liittyy mallinnusohjelman rajoitteisiin. Soravaltainen harjuydin erottuu mallissa

selkeänä ja johdonmukaisena kerroksena ja se on yhdenmukainen

kairareikähavaintoihin ja harjumuodostumien yleisen luonteen suhteen.

Maaperäkairausten silttihavainnot ovat selkeästi rajautuneet harjuselänteen länsipuolelle

ja Miljoonamontun kaakkoispuolelle. Pintamaakerroksen todellinen vaihettuminen

siltistä hiekaksi on kuitenkin hieman epävarmaa harjuselänteen ympäristössä, ja

mallissa kyseiset maalajikontaktit on luotu yhden mahdollisen tulkinnan mukaan.

Glasifluviaalisissa olosuhteissa muodostuneet maalajiyksiköt ovat heterogeenisiä

eivätkä esiinny yleisesti levinneinä, jatkuvina kerroksina, mikä on havaittavissa myös

mallissa ja leikkausprofiileissa. Mallinnettu ruhjelaakso on syntynyt

deglasiaatiovaiheessa ja mallinnuksen tulokset osoittavat synty-ympäristölle tyypillisen

kaakko-luode-suuntauksen. Suurin osa akfiverin materiaalista on kerrostunut jäätikön

sulamisvesitunnelissa, mikä täsmää mallissa esitetyn harjuytimen sorakerroksen

esiintymiseen ja muotoon.

Mallinnusohjelman interpolointimenetelmät tuottavat ongelmia pintojen jatkuvuuksien

kanssa. Erityisesti mallinnetun kallionpinnan kohdalla havaintopisteet ovat selvästi

erottuvissa, eivätkä ne sulaudu tasaisesti niin, että ne muodostaisivat yhtenäisen ja

jatkuvan interpoloidun pinnan. Tämä on nähtävillä pinnan pienimuotoisena kumpuiluna

Kuvassa 17. Varsinainen harjumuodostuma rajattiin mallinnusprosessin alussa sitä

reunustaviin kalliomäkiin. Hiekka- ja silttiyksiköt eivät mallissa rajaudu kuitenkaan

niihin, vaan jatkuvat harjumuodostuman reuna-alueille kalliopaljastumien päälle, mikä

52

näkyy Kuvassa 19. Tämä on mallinnusohjelmasta aiheutuva virhe, sillä interpoloidun

kallionpinnan ja ylimmäksi tasoksi asetetun korkeusmallin väliin jää paikoin tyhjää

tilaa, vaikka kallionpinta onkin asetettu korkeusmalliin yhteneväksi määrätyillä alueilla.

Tilavuusmallia laadittaessa mallia yksinkertaistettiin niin, että ohuimpia

maalajikerroksia ei luettu itsenäisiksi yksiköiksi, vaan ympäröivä, laajempi yksikkö

dominoi kokonaisuutta. Koko mallin kannalta tällaisella yksinkertaistamisella ei

välttämättä ole suurta vaikutusta, mutta useissa tapauksissa harjumuodostumiin

liittyvillä pienilläkin välikerroksilla voi olla suuri merkitys pohjaveden virtaamisen

kannalta, mikäli vedenjohtavuudet eroavat ohuen välikerroksen ja laajemman yksikön

välillä. Mallin yksinkertaistamisesta ja lähtöaineiston epätasaisesta jakautumisesta

johtuen maaperämallista ei saada yksityiskohtaista tietoa. Esimerkiksi

vedenottokaivojen tutkimukset ja muut detaljitietoa vaativat tutkimukset on tehtävä

kairauksilla ja muilla pistekohtaisilla menetelmillä. Myöskään virtausmallinnuksen

kannalta rakennemalli ei ole paras mahdollinen puuttuvien vedenjohtavuustietojen

vuoksi.

7. MENETELMÄN ARVIOINTI HYDROGEOLOGISESSA TUTKIMUKSESSA

Geologinen kolmiulotteinen mallinnus on työkalu, jolla saadaan havainnollisessa

muodossa tietoa maanpinnan alaisista maalajiyksiköistä ja niiden

heterogeenisyydestä. Geologinen rakennemalli on toimiva työkalu silloin, kun

lähtöaineisto on luotettavaa ja tarpeeksi tiheää, sillä malli on riippuvainen

tutkimusaineiston tarkkuudesta ja edustavuudesta. Aineiston jatkuva analysointi ja

tarpeen vaatiessa myös korjaaminen on tärkeää mallinnusprosessin aikana. Myös

kerrostumisympäristöjen tunteminen, karttojen tulkitseminen sekä geologinen

tulkinta on olennaista maaperämallinnuksen tukena.

Bevenin (2007) mukaan malliin perustuvat arviot ja ennusteet sisältävät aina

epävarmuustekijöitä, sillä mallin rooli on ekstrapoloida ja interpoloida aineistoa. Oikean

53

tyyppisen aineiston käyttäminen ja sen arviointi on ensisijaisen tärkeää. On myös

pohdittava mallin roolia päätöksenteon tukena, sillä joissain tapauksissa malli voi myös

johtaa harhaan. Joskus myös mallin hylkääminen voi olla toimiva ratkaisu ja johtaa

paremman mallin kehittämiseen.

Tässä tutkimuksessa esitetyn kaltainen harjualue on parhaimmillaan johdonmukainen ja

suhteellisen yksinkertainen kerrostumisympäristö, mutta siihen voi liittyä myös

salpaavia välikerroksia ja pohjaveden virtausta estäviä kalliokynnyksiä. Alueilla

esiintyy usein myös paineellista pohjavettä ja orsivesiä, jotka voivat aiheuttaa

epävarmuutta pohjavesihavaintoihin ja niiden käyttöön mallinnuksessa.

Geologian tutkimuskeskus on laatinut useita hieman vastaavia pohjavesialueiden

rakenneselvityksiä muun muassa vesihuollon turvaamisen, riskitekijöiden

kartoittamisen sekä maankäytön suunnittelun ja toteuttamisen tukena. Putkinen et al.

(2015) ovat tehneet pohjavesialueen rakenneselvityksen Pohjanmaalle. Pohjavesialueen

rakennetta tarkastellaan pohjavesialuerajojen kannalta ja selvitetään

yksityiskohtaisemmin myös orsivesien esiintymistä. Rakenneselvityksen tulokset

osoittavat, että harjun ydinalueella esiintyy heikomman vedenjohtavuuden vyöhykkeitä,

mikä ilmenee pohjaveden pinnan ja maanpinnan gradientteja tarkastellessa. Väänänen et

al. (2015) laativat Mikkelin alueella sijaitsevasta Hanhikankaan pohjavesialueesta

virtausmallin rakennetutkimusten perusteella. Selvityksessä todettiin lisäkairausten

tarve ja rakennemallin pohjalta havaittiin pohjaveden virtausta mahdollisesti hidastavan

moreeniselänteen vaikutus. Tutkimuksessa selvisi myös rantaimeytymisenä ilmenevä

hydraulinen yhteys pintaveden ja pohjaveden välillä. Pintavesi-

pohjavesivuorovaikutuksen mahdollisuus todettiin rakenneselvityksen avulla myös

Paalijärven ja Valjuksen (2014) tutkimuksessa.

Kolmiulotteisen rakennemallin antamat tiedot voivat palvella myös pohjavettä

uhkaavissa onnettomuustilanteissa ja auttavat tarvittavien toimenpiteiden suunnittelussa.

Kolmiulotteisesta mallinnuksesta voi olla apua myös pohjavesialueiden rajauksia

tarkasteltaessa ja uusittaessa.

54

Resurssien salliessa rakennemalli ja virtausmalli toimivat kierros kierrokselta toisiaan

parantavana prosessijatkumona. Kolmiulotteista mallintamista käytetään

hydrogeologisessa tutkimuksessa vielä kuitenkin suhteellisen vähän öljy- ja

kaivosteollisuuteen verrattuna (Raiber et al. 2012). Käytön vähäisyys ja hidas kasvu voi

johtua monesta tekijästä, kuten mallinnusohjelmistojen huonosta saatavuudesta ja

lisenssikustannuksista (Wycisk et al. 2009). Nykypäivänä laitteistojen kehittymisen

myötä teknologian rajoitukset eivät ole enää ratkaisevassa roolissa (Jones et al. 2009).

Rosenbaumin (2003) mukaan haasteena voi olla myös tutkimusalueiden riittämätön

kairausaineisto. Hydrogeologisessa tutkimuksessa aineiston on oltava resoluutioltaan

parempaa ja tarkempaa suhteessa öljy- ja kaivosteollisuuden tarpeisiin.

Luoma ja Backman (2015) ovat pohtineet pohjavesialueiden rakenneselvitysten

visualisoinnin kehityssuuntia ja todenneet, että tulosten esitystavoissa toivotaan

helppolukuisuutta ja visuaalisuutta. Pohjavesimuodostumien ja pohjaveden virtaukseen

vaikuttavien tekijöiden esittäminen karttakuvana on haasteellista, sillä muodostumat

ovat moniulotteisia kokonaisuuksia. Kolmiulotteinen esitystapa on visuaalisesti

edustava ja antaa paljon informaatiota lyhyessä ajassa. Malli on edustavimmillaan

videon avulla esitettynä tai mallinnusohjelmassa tarkasteltuna, sillä silloin esitystä voi

tarkastella mistä vaan kulmasta, eikä vain ennalta määritellyistä leikkauksista.

7.1. Tutkimusmenetelmien ja aineiston arviointi

Havaintojen pistetiheys vaikuttaa merkittävästi mallinnukseen. Muutaman

kairauspisteen perusteella laajemmasta alueesta on mahdotonta tehdä luotettavaa mallia.

Myös aineiston tarkkuudella on vaikutusta lopputulokseen. Vaikka tiheä aineisto onkin

erityisen tärkeää kolmiulotteisen rakennemallin teossa, voi malli toisaalta tuoda apua

tulkintaan ja interpolointiin harvemman tutkimusaineiston alueilla (Logan et al. 2001).

Kolmiulotteisen maaperämallinnuksen käyttö Kulopalokankaan pohjavesialueella oli

perusteltua, sillä tutkimusaineistoa oli tuotettu aikaisempien tutkimusten pohjalta

55

runsaasti ja virtausmallin pohjaksi tarvittiin tarkempaa tietoa alueen

maaperägeologisista olosuhteista.

Seismisiä menetelmiä voidaan käyttää maanpinnan alaisen geologian tutkimukseen

luotettavasti vain silloin, kun tutkimusalueella tehdään myös kairauksia seismisten

linjatulkintojen varrelta tai läheisyydestä. Seisminen taittumisluotaus on toimiva

menetelmä alueilla, joilla kerrosten seismiset nopeudet kasvavat syvemmälle mentäessä.

Suuremman seismisen nopeuden vyöhykkeen (savi) esiintyminen alemman nopeuden

vyöhykkeen (hiekka tai sora) päällä voi tuottaa vääristymiä tuloksiin (Reynolds 2011).

Wallacen (1970) mukaan seismisillä menetelmillä ei aina voida selvittää pohjaveden

pinnantasoa, mikäli suuremman nopeuden vyöhyke on välittömästi veden pinnan

alapuolella. Kairauksilla saadaan absoluuttinen tieto kallionpinnasta, mikäli kairaus

kalliovarmistetaan ulottamalla se yli kolme metriä kallioon. Maapeitteen paksuudesta

saadaan kairauksilla vähintään suuntaa antavia tuloksia silloinkin, kun kalliovarmistusta

ei tehdä. Rakennekerrosten maalajien määrittämisen tarkkuus riippuu siitä,

suoritetaanko maalajitunnistus kentällä vai laboratoriossa.

Tämän tutkimuksen kannalta aineiston määrä ja laatu oli pääasiassa riittävä. Kairausten

lisäksi sekä maastohavainnot, että peruskartalta tulkitut maaperätiedot täydensivät

merkittävästi kairaustuloksia ja helpottivat mallin laatimista. Muutamat

lisäkairauspisteet etenkin harjun reuna-alueilla olisivat olleet hyödyllisiä, mutta toisaalta

mallin avulla tehtiin tärkeitä havaintoja aineiston puutteista ja alueiden

lisätutkimustarpeista. Yksinkertaistettua rakennemallia tarkasteltaessa kairaustuntuman

perusteella tehdyt havainnot ovat riittäviä. Laboratoriossa suoritettu maalajiyksiköiden

raekokoanalyysi toisi tulkinnalle kuitenkin entistä vahvemman perustan.

Maalajiyksiköiden vedenjohtavuusarvojen selvittäminen voisi auttaa paremman

pohjaveden virtauskuvan määrittämisen lisäksi myös mallin rakennekerrosten

erottelussa.

Mallinnusohjelmana Leapfrog Geo on helppokäyttöinen ja johdonmukainen, ja

mahdollistaa usean eri skenaarion samanaikaisen tarkastelun. Lisäksi aineistoa, kuten

56

omia tukipisteitä, oli mahdollista lisätä mallinnusprosessin kaikissa vaiheissa tarpeen

niin vaatiessa. Mallinnusohjelman interpolointimenetelmät eivät kuitenkaan tuota

tasaisia pintoja, vaan tutkimuspisteet erottuvat pinnoilta pieninä kohoumina. Tulosten

esittämiseen ja visualisointiin tarvitaan lisäksi muiden ohjelmien, kuten Surferin ja

AutoCAD:n tukea.

7.2. Virhelähteet

Mallinnuprosessissa voi ilmetä virheitä monessa vaiheessa heti suunnitteluvaiheesta

alkaen. Huono tai puutteellinen kairauspisteiden suunnittelu voi hidastaa tutkimuksen

etenemistä ja tuottaa lisäkustannuksia myöhemmissä tutkimusvaiheissa. Myös kairaajan

ammattitaidolla on merkitystä sekä maalajien tunnistamisen että kairaustulosten

johdonmukaisen merkinnän kannalta. Maalajien tunnistaminen voidaan tehdä

kairaustuntuman perusteella, silmämääräisesti kentällä tai laboratorio-olosuhteissa

raekokoanalyysillä, joista jälkimmäisellä saadaan luotettavimmat tulokset.

Maanäytteenotto on kuitenkin merkittävästi kairausta kalliimpaa.

Mallinnusaineiston kokoaminen vaatii tarkkuutta, ja malliin syötettävä aineisto tulee

olla täsmällistä. Aineistoa koottaessa ja syötettäessä voi tapahtua virheitä – usein ne

tosin huomataan mallinnuksen jossakin vaiheessa huomattavasti selkeästi muusta

aineistosta poikkeavana arvona. Virheitä tuottaa myös puutteellinen tai olematon

karttatarkasteluun perustuva geologinen tulkinta. Tällainen tulkinta on merkittävää

etenkin mallin reuna-alueilla, joissa kairausaineistosta saatavaa tarkkaa aineistoa on

harvoin saatavilla. Mallintajan on tunnettava myös tutkimuksen tieteellinen viitekehys

ja ymmärtää tutkimusalueen geologista historiaa ja kerrostumisympäristöä sekä -

olosuhteita. Interpolointimenetelmän valinnalla voi olla suuri merkitys tulosten ja

mahdollisten virheiden kannalta, sillä kukin menetelmä tekee oletuksia ja yleistyksiä eri

perustein.

57

8. JOHTOPÄÄTÖKSET

Hydrogeologisen tutkimuksen, pohjavesien suojelun ja vedenhankinnan kannalta

uusien, toimivien tutkimusmenetelmien kehittämisestä ja testaamisesta on hyötyä eri

toimijoille. Suurten aineistojen ja informaatiomäärien visualisointi sekä tiedon

saattaminen helposti ymmärrettävään muotoon helpottaa kommunikaatiota

sidosryhmien välillä. Havainnollistavat visualisointimenetelmät mahdollistavat sen,

myös geologiyhteisön ulkopuolella olevat ryhmät, kuten viranomaiset ja kansalaiset,

ymmärtävät paremmin tutkimusalueen geologisia piirteitä. Kolmiulotteinen mallinnus

voi tuoda tukea muun muassa alueellisiin vedenhankintatutkimuksiin, hydrogeologisiin

tutkimuksiin sekä maankäytön suunnitteluun.

Suomessa vedenhankinnan kannalta tärkeät pohjavesimuodostumat ovat pääosin

hiekka- ja soramuodostumissa, joiden yhteydessä on heikommin vettä johtavia

hienorakeisia maalajeja ja usein myös salpaavia välikerroksia tai kalliokynnyksiä.

Tutkimusaineiston perusteella luotu kolmiulotteisen maaperämalli voi tuoda apua

näiden rakenteiden – tai vähintään lisätutkimustarpeen selvittämiseen.

Tutkimuksen tuloksena saadut kartat kallioperästä ja pohjavedestä sekä kuvat ja

leikkausprofiilit mallista antavat selkeän kuvan alueen kallionpinnan muodoista,

pohjavesiolosuhteista ja harjumuodostuman maalajeista. Mallissa esitetyt

rakennekerrokset ja niiden alueellinen jakautuminen tukevat myös alueen monivaiheista

maaperägeologista kehityshistoriaa. Maaperämalli kokoaa yhteen alueen aikaisemmat

tutkimustulokset havainnollistavalla ja visuaalisesti toimivalla tavalla. Mallinnuksen

tulokset sekä lisäävät koko pohjavesisysteemin ymmärtämistä että tarjoavat paremman

pohjan tekopohjavesihankkeen suunnittelun jatkamiselle mahdollistaen pohjaveden

virtausmallin luomisen. Leapfrog Geo -mallinnusohjelma soveltuu hyvin tämän

kaltaiseen projektiin ja yksinkertaistetun maaperämallin luomiseen.

Malli on kuitenkin yksinkertaistettu tulkinta kairaushavaintojen pohjalta ja jokainen

kerros edustaa keskimääräistä maalajia. Mallin tarkkuus ei riitä yksityiskohtaisiin

58

tulkintoihin. Kolmiulotteinen mallinnus vaatii tutkimusmenetelmänä suuren määrän

luotettavaa aineistoa, ja aineiston laatua tulee arvioida läpi koko mallinnusprosessin

ja tulosten tarkastelun.

Tutkimuksessa avoimeksi jää tarkempi pistekohtainen maaperätieto sekä maaperän

vedenjohtavuuden määritys keskeisillä alueilla, kuten tekopohjaveden imeytykseen

suunnitelluilla alueilla. Vedenjohtavuusominaisuuksien tutkiminen toisi tukea myös

vedenjohtavuuden kannalta keskeisten yksikköjen erotteluun ja mallinnettavien

kerrosten valintaan.

9. SUOSITUKSET

Vedenjohtavuusarvojen selvittäminen tutkimuksen kannalta keskeisiltä alueilta, kuten

imeytysalueelta ja pohjaveden virtausta ohjaavan harjuytimen alueelta olisi

suositeltavaa. Tällä tavoin virtausnopeuksia ja maalajiyksiköiden välisiä eroja

vedenjohtavuuden suhteen voitaisiin selvittää tarkemmin. Se edesauttaisi myös

hydrostratigrafisen mallin laatimista ja sen myötä luotettavamman virtausmallin ja

viipymän määrittämisen tarkkuutta.

Jatkossa samankaltaisten tutkimusten yhteydessä voitaisiin tarkastella myös pohjaveden

kemiallista koostumusta pohjavesimuodostuman eri osissa ja näin varmistaa

muodostuman yhtenäisyys sekä poissulkea orsivesipintojen mahdollisuus.

59

10. KIITOKSET

Haluan kiittää suuresti ohjaajiani professori FT Veli-Pekka Salosta (Helsingin

yliopisto), FT Kirsti Korkka-Niemeä (Helsingin yliopisto) ja FM Maija Jylhä-Ollilaa

(Ramboll) arvokkaista neuvoista gradun suhteen.

Kiitos Ramboll mielenkiintoisesta graduaiheesta, työtilojen järjestämisestä ja työn

rahoittamisesta. Kiitos Niklas Sääv (ARANZ Geo Ltd) teknisestä tuesta Leapfrog Geo -

mallinnusohjelman parissa. Kiitos tuesta ja gradun oikoluvusta Esa, Henna ja Jaakko.

60

11. LÄHDELUETTELO

ARANZ Geo Limited. Leapfrog - industry solutions. Sivulla vierailtu 20.10.2016. http://www.leapfrog3d.com/industry-solutions.

Artimo, A, Salonen, V-P., Pietilä, S. ja Saraperä, S. 2004. Three-dimensional geologic modeling and

groundwater flow modeling of the Töllinperä aquifer in the Hitura nickel mine area, Finland – providing the framework for restoration and protection of the aquifer. Bulletin of the Geological Society of

Finland, 76. 5–17.

Artimo, A., Mäkinen, J., Berg, R.C., Abert, C.C. ja Salonen, V.-P. 2003. Three-dimensional geologic

modeling and visualization of the Virttaankangas aquifer, southwestern Finland. Hydrology Journal 11, 378–386

Best, D.M. ja Lewis, R.R. 2010. GWVis: A tool for comparative ground-water data visualization.

Computers & Geosciences 36, 1436–1442. Beven, K. 2007. Towards integrated environmental models of everywhere: uncertainty, data and modeling

as a learning process. Hydrology and Earth System Sciences 11, 460–467.

Britschgi, R., Antikainen, M., Ekholm-Peltonen, M., Hyvärinen, V., Nylander, E., Siiro, P. ja Suomela, T.

2009. Pohjavesialueiden kartoitus ja luokitus. Ympäristöopas. Suomen ympäristökeskus, Sastamala, 78 s.

Euroopan parlamentin ja neuvoston direktiivi 2006/118/EY pohjaveden suojelusta pilaantumiselta ja

huononemiselta. 2006. Euroopan parlamentin ja neuvoston direktiivi 2000/60/EY yhteisön vesipolitiikan puitteista. 2000.

Ferrill, D.A., Sims, D.W., Waiting, D.J., Morris, A.P., Franklin, N.M. ja Schultz, A.L. 2004. Structural

framework of the Edwards Aquifer recharge zone in south-central Texas. GSA Bulletin 116, 407–418. Fetter, C.W. 2001. Applied hydrogeology, neljäs painos. Prentice Hall, New Jersey, 598 s.

Freeze, A.R. ja Cherry, J.A. 1979. Groundwater. Prentice Hall, Alankomaat, 604 s

Geologian tutkimuskeskus. 2016a. Kallioperäkartta.

Geologian tutkimuskeskus. 2016b. Maaperäkartta. Geologian tutkimuskeskus. 2016c. Uurrekartta.

Geologian tutkimuskeskus. 2016d. Muinaisrantojen havainnot.

Glückert, G. 1973. Two large drumlin fields in central Finland. Fennia 120, 1–37. Güler, C., Thyne, G.D., McCray, J.E. ja Turner, A.K., 2002. Evaluation of graphical and multivariate

statistical methods for classification of water chemistry data. Journal of Hydrology 10, 455–474.

Helmisaari, H.-S., Derome, J., Hatva, T., Illmer, K., Kitunen, V., Lindroos, A.-J., Miettinen, I., Pääkkönen,

J. ja Reijonen, R. 2006. Artificial recharge in Finland through basin and sprinkling infiltration: soil processes, retention time and water quality. UNESCO IHP-VI Series on Groundwater 13, 280–285.

Hertta-tietokanta. Suomen ympäristökeskus, Keski-Suomen ympäristökeskus. 2016. Pohjavesialuekortti.

Kulopalokangas. Howett, P.J., Salonen, V-P., Hyttinen, O., Korkka-Niemi, K. ja Moreau, J. 2015. A hydrostratigraphical

approach to support environmentally safe siting of a mining waste facility at Rautuvaara, Finland.

Bulletin of the Geological Society of Finland 87, 51–66. Hughes, A.L.C., Gyllencreutz, R, Lohne, Ø.S., Mangerud, J ja Svendsen, J.I. 2016. The last Eurasian ice

sheets – a chronological database and time-slice reconstruction, DATED-1. Boreas 45, 1–45.

Isomäki, E., Britschgi, R., Gustafsson, J., Kuusisto, E., Munsterhjelm, K., Santala, K., Suokko, T. ja Valve.

M. 2007. Yhdyskuntien vedenhankinnan tulevaisuuden vaihtoehdot. Suomen Ympäristö 27. Suomen Ympäristökeskus, Helsinki, 83 s.

Johansson, P. 2004. Jäätikköjokimuodostumat. Teoksessa: Koivisto, M. (toim.) Jääkaudet. WSOY, Porvoo,

139–151.

61

Jones, R., McCaffrey, K., Clegg, P., Wilson, R., Holliman, N., Holdsworth R., Imber, J. ja Waggott, S.

Integration of regional to outcrop digital data: 3D visualization of multi-scale geological models.

Computers & Geosciences 35, 4–18. Keski-Suomen ympäristökeskus. 2001. Syvälahden tekopohjavesitutkimus, Seisminen luotaus.

Tutkimusraportti, 4 s.

Kinnunen, T. (toim.) 2005. Pohjavesitutkimusopas – käytännön ohjeita. Suomen Vesiyhdistys ry. Vammalan Kirjapaino Oy, 163 s.

Korkka-Niemi, K. ja Salonen, V-P. 1996. Maanalaiset vedet. Pohjavesigeologian perusteet. Turun

yliopiston täydennyskoulutuskeskuksen julkaisuja A:50, Turun yliopisto, Turku, 181 s.

Kukkonen, E., Leino, J. ja Taka, M. 1985. Suolahti. Maaperäkartan 322109 selitys. Maaperäkartan selitys 1:20 000. Geologian tutkimuskeskus, Espoo.

Lindroos, A.-J., Kitunen, V., Derome, J. ja Helmisaari, H.-S. 2002. Changes in dissolved organic carbon

during artificial recharge of groundwater in a forested esker in Southern Finland. Water Research 36, 4951–4958.

Logan, C., Russell, H.A.J. ja Sharpe, D.R 2001. Regional three-dimensional stratigraphic modelling of the

Oak Ridges Moraine area, southern Ontario. Current Research – Geological Survey of Canada, 30 s. Luoma, S. ja Backman, B. 2015. Rakenneselvityskarttojen visualisoinnin kehittäminen. Geologian

tutkimuskeskus, arkistoraportti, 19 s.

Maanmittauslaitos. 2016a. 1:20 000 taustakartta, lehti N4424.

Maanmittauslaitos. 2016b. 1:40 000 taustakartta, lehti N44L. Maanmittauslaitos. 2016c. 1:50 000 maastokarttarasteri, lehti N442.

Maanmittauslaitos. 2016d. Korkeusmalli 2 m, lehdet N4424F ja N4424E.

McLennan, T. 2013. Interpolant function in Leapfrog Geo. Sivulla vierailtu 20.10.2016. http://blog.leapfrog3d.com/2013/07/26/interpolant-functions-in-leapfrog-geo/.

Mäkelä, J. 1995. Keski-Suomen maaperämuodostumat. Kartta 1:200 000. Keski-Suomen ympäristökeskus.

Painopaikka Karttakeskus Oy, Helsinki. Mäkelä, J. 2003. Syvälahden tekopohjavesitutkimus, Hydrogeologiset tutkimukset. Tutkimusraportti.

Keski-Suomen ympäristökeskus, 49 s.

Mälkki, E. 1979. Ground-water flow velocity as an indicator of permeability and internal structure of eskers.

Pohjaveden virtausnopeus ja sen kuvastama harjujen vedenläpäisevyys ja sisäinen rakenne. Vesientutkimuslaitoksen julkaisuja 32. Vesihallitus. Valtion painatuskeskus, Helsinki, 42 s.

Nironen, M. 1998. Proterotsooiset orogeeniset syväkivet. Teoksessa Lehtinen, M., Nurmi, P. ja Rämö, T.

(toim.). 1998. Suomen Kallioperä: 3000 vuosimiljoonaa. Suomen Geologinen Seura, 229–255. Nury, S.N., Zhu, X., Cartwright, I. ja Ailleres, L. 2010. Aquifer visualization for

sustainable water management. Management of Environmental Quality: An international journal 21, 253–

274.

Paalijärvi, M. ja Valjus, T. 2014. Karhinkankaan ja Sivakkokankaan pohjavesialueiden geologinen rakenneselvitys 2009–2013. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti 66/2014, 37 s.

Punkari, M. 1979. Skandinavian jäätikön deglasiaatiovaiheen kielekevirrat Etelä-Suomessa. Geologi 31,

22–28. Putkinen, N., Lindsberg, E., Putkinen, S., Valjus, T. ja Davidila, J. 2015. Alajärven Saukonkylän

pohjavesialueen geologinen rakenneselvitys 2015. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti 30/2015,

27 s. Raiber, M., Webb, J.A., Cendón, D.I., White, P.A. ja Jacobsen, G.E. 2015. Environmental isotopes meet 3D

geological modelling: Conceptualising recharge and structurally-controlled aquifer connectivity in the

basalt plains of south-western Victoria, Australia. Journal of Hydrology 527, 262–280.

Raiber, M., White, P.A., Daughney, C.J., Tshritter, C., Davidson, P. ja Bainbridge, S.E. 2012. Three-dimensional geological modelling and multivariate statistical analysis of water chemistry data to analyse

and visualise aquifer structure and groundwater composition in the Wairau Plain, Marlborough District,

New Zealand. Journal of Hydrology 436–437, 13–34.

62

Rainio, H. 2004. Mahtavat Salpausselät. Teoksessa: Koivisto, M. (toim.) Jääkaudet. WSOY, Porvoo, 87–

105.

Rainio, H ja Johansson P. 2004. Jäätikkö sulaa. Teoksessa: Koivisto, M. (toim.) Jääkaudet. WSOY, Porvoo, 69–86.

Ramboll. 2015. Syvälahden vedenhankintatutkimukset, koepumppaus 2015. Tutkimusraportti, 7 s.

Reynolds, J. M. 2011. An Introduction to Applied and Environmental Geophysics, toinen painos, 710 s. Ristaniemi, O. 1985. Keski-Suomen muinaisrannat. Keski-Suomen Seutukaavaliitto, 38 s.

Ristaniemi, O. 1987. Itämeren korkein ranta ja Ancylusraja sekä Muinais-Päijänne Keski-Suomessa. Turun

yliopiston julkaisuja 59, sarja C, 102 s.

Robins, N.S., Rutter, H.K., Dumpleton, S. ja Peach, D.W. 2005. The role of 3D visualisation as an analytical tool preparatory to numerical modelling. Journal of Hydrology 301, 287–295.

Rosenbaum, M.S. 2003. Characterisation of the shallow subsurface: implications for urban infrastructure

and environmental assessment. In: Rosenbaum, M.S., Turner, A.K. (toim.) New paradigms in Sub Surface Prediction. Lecture Note in Earth Sciences 99, Springer-Verlag, Berlin, 397 s.

Ross, M., Parent, M. ja Lefebvre, R. 2005. 3D geological framework models for regional hydrogeology and

land-use management: a case study from a Quaternary basin of southwestern Quebec, Canada. Hydrology Journal 13, 690–707.

Sharpe, D.R., Hinton, M.J., Russell, H.A.J. ja Desbarats, A.J. 2002. The need for basin analysis in regional

hydrogeological studies, Oak Ridges Moraine, Southern Ontario. Geoscience Canada 29, 3–20.

Sharpe, D.R., Russel, H.A. ja Logan, C. 2007. A 3-dimensional geological model of the Oak Ridges Moraine area, Ontario, Canada. Journal of Maps 4, 239–253.

Spragg, K. 2013. Leapfrog interpolation basics. Sivulla vierailtu 20.10.2013.

http://blog.leapfrog3d.com/2013/05/08/leapfrog-interpolation-basics/. Suomen Pohjavesitekniikka Oy. 2006. Syvälahden tekopohjavesitutkimus, Koeimeytykset.

Tutkimusraportti, 21 s.

Suomen ympäristökeskus. 2016. Pohjavesialueet. Ladattavat paikkatietoaineistot. Taipale, K., ja Saarnisto, M. 1991. Tulivuorista jääkausiin. WSOY, Porvoo, 416 s.

Väänänen, T., Hyvönen, A., Mursu, J. ja Hyvärinen, J. 2015. Hanhikankaan rakennetutkimus ja

virtausmallinnus. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti 2/2016, 55 s.

Wallace, D.E. 1970. Some limitations of seismic refraction methods in geohydrological surveys of deep alluvial basins. Ground Water 8, 8–13.

White, P.A. ja Reeves, R.R., 1999. Waimea Plains aquifer structure as determined by three-dimensional

computer modelling. Journal of Hydrology (NZ) 38 (1), 49–75. Wycisk, P., Gossel, W., Schlesier, D. ja Neumann, C. 2007. Integrated 3D modelling of subsurface geology

and hydrogeology for urban groundwater management - Digital geological 3D structure models provide

capable and forward looking management tools. International symposium on new directions in urban

water management, UNESCO Paris, 8 s. Wycisk, P., Hubert, T., Gossel, W. ja Neumann, C. 2009. High-resolution 3D spatial modeling of complex

geological structures for an environmental risk assessment of abundant mining and industrial megasites.

Computers & Geosciences 35, 165–182.

63

12. LIITTEET

Liite 1. Pohjavesialueen ja pohjaveden muodostumisalueen rajat.

64

Liite 2. Kallionpinnan syvyyskartta värein visualisoituna.

65

Liite 3. Akviferin vedenjohtavuus tutkimuspisteillä.