3D-maaperämallinnus hydrogeologisessa tutkimuksessa : esimerkkinä Kulopalokankaan pohjavesialue Äänekoskella
| Title: | 3D-maaperämallinnus hydrogeologisessa tutkimuksessa : esimerkkinä Kulopalokankaan pohjavesialue Äänekoskella |
| Author(s): | Koivulehto, Liisa |
| Contributor: | University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Geosciences and Geography |
| Discipline: | Geology |
| Language: | Finnish |
| Acceptance year: | 2016 |
| 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.
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.
|
Files in this item
| Files | Size | Format | View |
|---|---|---|---|
| Gradu_Koivulehto1.pdf | 4.908Mb |
This item appears in the following Collection(s)
-
Faculty of Science [4000]