Upload
liisa-koivulehto
View
27
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
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.