Helsingin yliopisto

 

Helsingin yliopiston verkkojulkaisut

University of Helsinki, Helsinki 2006

Topographical, structural and geophysical characterization of fracture zones: implications for groundwater flow and vulnerability

Annukka Lipponen

Doctoral dissertation, September 2006.
University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Geology and Finnish Environment Institute.

Tutkimuksen päätavoite oli arvioida tiettyjä geofysikaalisia, rakenteellisia ja topografisia menetelmiä pohjavettä johtavien ruhjevyöhykkeiden ja rakojen paikantamisessa ja niiden ominaisuuksien määrittämisessä. Tutkimuksessa tarkasteltiin, miten näiden menetelmien avulla havaitut piirteet liittyvät pohjaveden virtaukseen. Tällainen tieto palvelee esimerkiksi pohjaveden etsintää vedenhankinnan tarpeisiin ja pohjavesivuotoriskien arviointia kalliorakentamisessa.

Tutkimusalueet olivat (1) Päijänne-tunneli, jossa tehdyillä havainnoilla oli mahdollista varmentaa alueellisesti tai paikallisesti tulkittuja rakenteita, (2) Oitti, jossa haitta-aineita oli todettu kulkeutuneen kallion rakoja pitkin ja jossa rakenteiden suuntauksia vertailtiin eri mittakaavoissa; ja (3) Leppävirta, jossa rakoilua ja pohjavesiympäristöä tutkittiin porakaivossa.

Tutkimus yhdisti geologista ja geoteknistä tietoa pohjaveden virtaukseen vaikuttavista tekijöistä ja rakoilun ilmenemisestä sekä ympäristötietoaineistoja paikkatietojärjestelmää hyväksi käyttäen.

Tutkimuksessa tarkasteltiin rakoilua eri mittakaavoissa: pinnanmuotojen perusteella tulkittuja kallion ruhjeita verrattiin geofysikaalisesta aineistosta tehtyyn tulkintaan ja Päijänne-tunnelissa mitattuihin rakenteisiin. Päijänne-tunnelin vyöhykkeessä rakojen suunnissa havaittiin yhtäläisyyksiä eri mittakaavoissa. Esimerkiksi alueelliset magneettiset suuntaukset korreloivat varsin hyvin pinnanmuotojen perusteella tulkittujen ruhjevyöhykkeiden kanssa. Myös tunnelissa havaittiin samoja rakenteellisia suuntauksia kuin suuremmissa rakenteissa paikallisessa tai alueellisessa mittakaavassa, vaikkakaan aina yhteyttä eri mittakaavojen välillä ei ollut mahdollista havaita.

Leppävirralla, missä kunnallinen vedenhankinta perustuu kalliopohjaveteen, vertailtiin geofysikaalisten mittauksien ja porakaivoveden ominaisuuksien antamaa välillistä tietoa rakoilusta ja muista kallion ominaisuuksista. Joidenkin geofysikaalisten reikämittausten tuloksiin vaikutti reiän suuri halkaisija tai sen epätasainen pinta. Koska rinnakkaiset menetelmät osoittivat kallion olevan rikkonaisempaa pinnasta kuin syvemmältä, voidaan todeta, että useampia menetelmiä on mahdollista käyttää rakoilun havainnointiin.

Havainnoitavan tilan (maa-alue, tunnelijakso tai porareikä) koko ja suuntaus, tutkimusmenetelmä ja sen herkkyys sekä tutkittavan kohteen ominaispiirteet vaikuttavat rakojakauman tunnistamiseen. Näin ollen voidaan todeta, että ottamalla huomioon tilan/suunnan vaikutukset ja käyttämällä toisiaan täydentäviä menetelmiä voidaan rakoilun ja pohjaveden virtauksen monimutkaisia suhteita selvittää paremmin.

Oitissa todettiin yhteys matalan pohjaveden ja Päijänne-tunnelin välillä. Näin ollen myös haitta-aineiden kulkeutuminen tunneliin on mahdollista kallion rakojen kautta, mikä korostaa tunnelin suojelun tärkeyttä.

Pohjaveden pinta laski tilapäisesti tunnelin korjauksen aikaisen paineen alentumisen seurauksena. Yleisesti ottaen suurimmat pohjaveden pinnan alenemat havaittiin lähimpänä tunnelia ja/tai lähellä topografian perusteella tulkittuja ruhjevyöhykkeitä. Näyttää siltä, että tunneliin vuotavan veden määrä korreloi jossain määrin tunnelin lujituksen kanssa, koska molemmat liittyvät kallion rakoiluun.

Seuraavat tekijät lisäsivät tunnelijaksojen herkkyyttä haitta-aineiden kulkeutumiselle erityisesti silloin, kun useampi näistä tekijöistä ilmeni samassa paikassa: (1) rakoillut kallio, erityisesti mikäli siihen liittyy pohjaveden virtausta; (2) ohut tai vettä hyvin läpäisevä maapeite kallion päällä; (3) vettäjohtava kerros pintamaan alla; ja (4) suhteellisen ohut kalliokatto tunnelin yläpuolella. Havaittu geologisen aineksen suuntautuneisuus ja pohjaveden virtauksen voimakas kanavoituminen tulisi ottaa huomioon tunnelijaksojen pilaantumisherkkyyden arvioinnissa ja suojaavien toimenpiteiden kohdentamisessa.

Julkaisun nimiösivu

This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

© University of Helsinki 2006

Last updated 06.09.2006

Yhteystiedot, Contact information E-thesis Helsingin yliopisto, University of Helsinki