Vaikutukset pohjaveteen

Tähän hankkeeseen kuuluvia sivuja	Hankkeen etusivu · Sisällysluettelo · Ohjeita kirjoittajille · Hyviä käytäntöjä kaivoshankkeiden ympäristövaikutusten arvioinnissa (tämän hankkeen tuottama lopullinen opas)
Muita kaivostoimintaan liittyviä sivuja	Minera-malli · Hyvä kaivos pohjoisessa · Metallimalmikaivostoiminnan parhaat ympäristökäytännöt · Ympäristövaikutusten arviointimenettely kaivoshankkeissa · Teemasivu:Kaivostoiminta
Sivun aiheeseen liittyviä muita sivuja

Vaikutukset pohjaveteen

Kaivostoiminnalla on sekä määrällisiä että laadullisia vaikutuksia alueen pohjavesiin. Louhoksen kuivanapitopumppaus alentaa pohjaveden pintaa ja muuttaa pohjaveden virtaussuuntia, ja louhinta muuttaa kallioperän hydrogeologisia ominaisuuksia. Maanpoistot, rakentaminen ja kaivannaisjätteiden läjittäminen vaikuttavat pohjaveden muodostumiseen alueella. Lisäksi vesipäästöt (valuma-, hule- ja suotovedet) kaivannaisjätteiden läjittämisestä, louhosvesistä ja teollisuusalueelta vaikuttavat pohjaveden laatuun. Myös kaivosalueella tapahtuva pölyäminen vaikuttaa teollisuusalueen maaperään ja valumavesien laatuun.

Arvioitavat asiat

Ympäristövaikutusten arviointimenettelyssä on keskeistä arvioida toiminnan vaikutusta pohjaveden laatuun ja määriin, ja siten sen käyttömahdollisuuksiin ja vaikutukseen pintavesien laatuun.

Arviointiin sisällytettäviä asioita ovat:

• Pohjaveden vesitaseet ja virtaussuunnat
  • Kaivoksen kuivanapitopumppauksen vaikutus pohjavedenpintoihin (kuivatuskartion laajuus ja syvyys), virtaussuuntiin ja pohjaveden käytölle (pohjavesialueet, vedenottamot, kaivot)
  • Maankäytön muuttumisen vaikutus pohjavesitaseisiin ja pohjaveden virtaussuuntiin ja -reitteihin (maanpoistot, rakennetut alueet yms.)
• Pohjaveden laatu
  • Kaivannaisjätealueilta pohjaveteen suotautuvien vesien vaikutus pohjaveden laatuun
  • Kaivosalueen valumavesien vaikutus pohjaveden laatuun
  • Kaivosalueen maaperän laadun muutosten vaikutus pohjaveden laatuun
  • Kemikaalien ja polttoaineiden varastoinnista vuotojen tms. vahinkojen aiheuttamat muutokset pohjaveden laatuun
  • Pohjaveteen pääsevien haitta-aineiden kulkeutuminen laajemmalle alueelle
    • Vaikutukset mahdollisten vedenottamoiden ja kaivojen veden laatuun
  • Louhosvesien (ml. räjäytykset ja räjähdysaineiden käyttö; mahdollinen kaivostäyttö) vaikutukset kalliopohjaveden laatuun toiminnan päättymisen ja kuivanapitopumppauksen päätyttyä

Vaikutusten arvioinnin tulisi kattaa koko toiminnan elinkaaren aikaisten vaikutusten arvioiminen (ml. kaivoksen sulkeminen ja jälkihoito).

Vaikutuksien arvioiminen

Muutokset pohjaveden määrässä ja virtaussuunnissa

Kaivostoiminta aiheuttaa väistämättä muutoksia pohjaveden määrässä ja virtaussuunnissa. Suurimmat muutokset aiheutuvat louhosten kuivanapidosta ja niistä pois pumpattavista vesistä, mutta myös maanpäälliset rakennelmat ja kasat saattavat aiheuttaa muutoksia.

Näitä muutoksia voidaan arvioida mm. mallintamalla tai analyyttisin menetelmin. Lähtötietojen ollessa riittävät mallinnusta varten, yksinkertainenkin mallinnus saattaa antaa hyvän kuvan pohjaveden määrän ja virtaussuuntien muuttumisesta. Usein YVA-vaiheessa, erityisesti uusilla kaivoksilla, hydrogeologiset parametrit ja niiden avaruudellinen vaihtelu ei välttämättä ole kovin hyvin tunnettu, joten analyyttisillä menetelmillä pystytään laskemaan mm. louhoksen kuivatusvesien virtaama, pohjaveden pinnan alenema ja alenemakartio. Laskennassa akviferin ominaisuudet oletetaan homogeeniseksi ja isotrooppiseksi, mikä ei luonnossa pidä paikkaansa. Näin ollen analyyttisen laskennan tueksi tarvitaan myös hydrogeologista pohdintaa tuloksen oikeellisuudesta ja avaruudellisesta sijoittumisesta. Yksinkertaisimmillaan pohjaveden virtaamaa voidaan arvioida kaavalla

Q = dh/dl*KA,

jossa,

Q on kokonaisvirtaama

K on hydraulinen johtavuus

dh/dl on hydraulinen gradientti

A on virtauksen poikkipinta-ala.

Erilaisille louhoksille ja akvifereille paremmin sopivia analyyttisia laskentakaavoja ovat tehneet mm. Theis (1935), Jacob ja Lohman (1952), Hantush ja Jacob (1955) ja Hantush (1959). Edellä mainitut kaavat tarvittavine taulukkoineen ovat koonneet Singh ja Atkins (1985), josta löytyy myös kaikki kaavoissa tarvittavat tiedot ja sovitustaulukot. Myös Airaksinen (1978), Singh ja Atkins (1984) ja Marinelli ja Niccoli (2000) ovat esittäneet analyyttisiä laskentamenetelmiä erilaisille louhoksille ja akvifereille sekä niiden pohjavedenpinnan alenemille. Uusilla kaivoksilla kaikkien laskennoissa tarvittavien parametrien määrittäminen voi olla mahdotonta tai kallista, joten osa parametreistä joudutaan arvioimaan kaivoksen suunnitelmien perusteella.

Usein mitattavat suureet louhostyypistä ja akviferista riippuen koostuvat hydraulisesta johtavuudesta, pohjavedellä kyllästyneen muodostuman paksuudesta ja varastokertoimesta kun taas louhoksessa tarvittava alenema ja sen säde sekä pohjaveden virtaama joudutaan arvioimaan suunnitelmien perusteella. Hydraulista johtavuutta voidaan mitata maastossa mm. slug-testeillä (kts. mm. Fetter, 1994), maasto- ja laboratorio-olosuhteissa vedenjohtavuusmittauksilla (mm. Guelph-permeametri, Soilmoisture Equipment Corp., 2012; Fetter, 1994), arvioida laskennallisesti mitatusta maaperän rakeisuuskäyrästä (mm. Hazen, 1892; Alyamani & Sen, 1993) tai kirjallisuuden perusteella (mm. Brown et al., 1975; Fagerström, 1972; Airaksinen, 1978; Driscoll, 1986 ja Mälkki, 1999). Maaperässä muodostuman vedellä kyllästyneen kerroksen paksuuden arviointi on yleensä yksinkertaista kairaustulosten tai geofysikaalisen tutkimuksen perusteella. Kertomalla paksuus hydraulisella johtavuudella saadaan edellä mainituissa kaavoissa tarvittava transmissiviteettiarvo. Kallioperässä veden virtaus tapahtuu kallioperän raoissa ja ruhjeissa, joiden transmissiviteetin laskeminen on huomattavasti vaikeampaa hydraulisen johtavuuden kautta. Transmissiviteettia voidaan mitata kairanreiässä esimerkiksi virtauseromittauksella (Öhberg ja Rouhiainen, 2000). Analyyttisissä kaavoissa tarvittava varastokerroin määritellään "vesitilavuudeksi, joka vapautuu pystysuorasta alkuperäiseen pohjavedenpintaan ulottuvasta pilarista, jonka pinta-ala on yksi pinta-alayksikkö, kun vapaata tai paineellista pohjavedenpintaa alennetaan yhden pituusyksikön verran" (Airaksinen, 1978). Varastokerroin on vapaassa akviferissä yleensä sama kuin ominaisantoisuus (Airaksinen, 1978). Varastokerroin voidaan määrittää esimerkiksi koepumppauksella.

Pohjavesitutkimusten sijoittaminen

YVA-vaiheen pohjavesitutkimuksien sijoittamisessa on tärkeää, että tutkittavat kohteet ovat olennaisia arvioitavien vaikutusten kannalta. Maaperän pohjaveden tutkimisessa lähtökohtana tulisi olla kaivostoimintojen sijoittamisen lisäksi mahdollisesti herkät kohteet, kuten harjumuodostumat, joihin suunnitellulla kaivostoimintojen sijoittamisella on vaikutusta. Maaperän pohjavesitutkimusten sijoittamisessa geomorfologinen tulkinta sekä karttatulkinta on avainasemassa alueen hydrogeologisten vaihteluiden kartoittamisessa. Kartoitusta tulisi täsmentää soveltuvin geofysikaalisin menetelmin ja niiden tulkinnoilla ennen kairauksia ja pohjavesiputkien asentamista optimaalisiin kohtiin. Tutkimukset tulisi aina tehdä kallionpintaan saakka. Menetelmät ja niiden riittävä käyttö riippuvat aina tutkittavasta kohteesta.

Kalliopohjaveden vaikutus kaivoksen vesitaseeseen ja pohjaveden pintoihin saattaa olla merkittävä. Suomalaisessa kiteisessä kallioperässä ruhjevyöhykkeet toimivat usein veden kuljettajina, kun taas ehyen ja vähän ruhjeisen kallion vedenjohtokyky on huomattavasti sitä pienempi, mutta joissakin tapauksissa merkityksellinen. Kalliopohjaveden tutkimuksissa onkin oleellista paikallistaa ruhjevyöhykkeet lineamenttitulkinnan perusteella. Lineamenttitulkinta perustuu lentogeofysiikalisten mittauksien (usein magneettinen mittaus) ja korkeusmallin lineamenttien yhteistulkintaan. Lineamenttitulkinta on epätarkka menetelmä ja se kuvaa ainoastaa ruhjevyöhykkeiden sijaintia ja kulkua. Kalliopohjavesikairauksissa nyrkkisääntönä voi pitää, että 50% kairatuista kaivoista osottautuu hyvän antoisuuden omaaviksi (Mäkelä, 2012). YVA-vaiheessa olisikin hyvä keskittää tutkimuksia hyvän antoisuuden kohteisiin, jolloin vesitaseita ja vaikutuksia arvioidaan ennemmin yläkanttiin kuin alakanttiin. Kairausten onnistumisen varmistamiseksi ruhjeen vesipitoisuutta ja sijaintia tulisikin tutkia geofysikaalisilla menetelmillä (kts. mm. Pasanen & Backnäs, 2013) ennen kairauksia, jotta epäolennaisiin kohtiin sijoittuneita kairauksia voidaan vähentää. YVA-vaiheessa kaivosalueelle jo tehtyjä kairauksia voi käyttää hyödyksi, mutta näiden sijainti voi olla epäoptimaalinen kallioperän hydrogeologian kannalta tai niiden kaadekulma estää tai vaikeuttaa tutkimusten tekemistä.

Muutokset pohjaveden laadussa

Pohjaveden pinnankorkeuksien ja virtaussuuntien lisäksi kaivostoiminta voi vaikuttaa pohjaveden laatuun kaivannaisjätealuiden suotovesien, valuma ja hulevesien sekä kaivosalueelta ympäristöön johdettavien vesien kautta. Kun kaivosvesia johdetaan alapuolisiin vesistöihin pintavalutuskenttien kautta, voi johdettavilla vesillä olla vaikutusta myös pintavalutuskentän alla olevaan pohjavesivyöhykkeeseen erityisesti ohuilla turvepaksuuksilla. Toiminnan muutoksia pohjaveden laatuun arvioidaan eri kohteissa muodostuvien vesipäästöjen laadun ja määrän perusteella. Arvioinnissa tarvitaan tietoa pohjaveden laadusta alueella (havaintoputket, kaivot, vedenottamot), pohjaveden ja haitta-aineiden kulkeutumisreiteistä ja -nopeuksista (maaperän vedenjohtavuustiedot, vettä johtavien kerrosten esiintyminen ja yhtenäisyys), virtaussuunnista sekä vedenottamoiden ja kaivojen sijainnista, etäisyyksistä ja hydraulisista yhteyksistä kaivosalueelle. Arviointi ulotetaan toiminnan vaikuttaman pohjavesiesiintymän/-esiintymien alueelle/alueille ja arvioidaan myös voiko pohjaveden kautta aiheutua vaikutuksia pohjaveden purkautumisreittien kautta pintavesiin. Pohjaveden laatu tulisi määrittää edustavalla näytteenotolla sekä kemiallisilla analyyseillä ja fysikaalisten parametrien mittauksilla. Analysoitavat alkuaineet ja yhdisteet sekä mitattavat parametrit tulisi valita tarkoin kohteen luontaisten taustapitoisuuksien (kts. mm. Tapir-rekisteri), malmin geokemian ja rikastusprosessissa käytettävien kemikaalien perusteella.

Päästöjen pohjaveden laadussa aiheuttaman muutoksen arvioinnissa voidaan käyttää joko yksinkertaisia laskentatarkasteluja (esim. laimenemistarkastelu) tai monimutkaisempia malleja (esim. Backnäs ja Pasanen 2013). Laskennallisia tuloksia verrataan pohjaveden nykytilaan, alueellisiin taustapitoisuuksiin ja ympäristönlaatunormeihin (Valtioneuvoston asetus 868/2010) muutoksen merkittävyyden arvioimiseksi.

Virhetarkastelut / epävarmuustekijät

Pohjavesivaikutusten arvioinnissa epävarmuustarkastelussa kuvataan lähtöaineistossa olevat puutteet ja sen asettamat rajoitukset arvioinnille. Vastaavasti kuvataan mahdollisiin mallinnuksiin liittyvät epävarmuudet.

Pohjavesivaikutusten vähentäminen

Pohjavesivaikutuksia voidaan vähentää toiminnan aikana kaivannaisjätteiden hallitulla käsittelyllä ja ehkäisemällä ilmapäästöjen muodostumista ja leviämistä. Läjitysalueiden tiiviit pohjarakenteet estävät valumavesien suotautumisen pohjaveteen ja jätteiden kemiallista muuttumista voidaan tarvittaessa ehkäistä läjittämällä jätteet veden alle tai vesikyllästeisenä. Toiminnan päättymisen jälkeen jätealueista aiheutuvaa kuormitusta voidaan vähentää peittämällä jätteet. Peittokerroksen tiiveysvaatimuksen riippuvat jätteiden laadusta (vrt. Kauppila et al. 2011). Maaperästä pohjaveteen aiheutuvaa vaikusta voidaan ehkäistä vähentämällä ilmapäästöjä, pölyämistä ja pölyn kulkeutumista alueella mm. käyttämällä erilaisia puhdistustekniikoita, valitsemalla pienipäästöisiä laitteita ja koneita, koteloimalla tai kattamalla pölyämistä aiheuttavat toiminnot (esim. murskauksen tekeminen maan alla), peittämällä pölyn lähteet (esim. kaivannaisjätealueiden peittäminen ja kasvillistaminen sitä mukaa kuin mahdollista) ja/tai pitämällä pölyävät materiaalit riittävän kosteina (esim. pölyävien teiden kastelu) (Kauppila et al 2011).

Vaikutusten toteutumisen seuranta

Pohjavesivaikutusten toteutumista voidaan seurata pohjavesitarkkailulla alueelle asennetuista/asennettavista putkista ja mahdollisista lähialueen vedenottamoista, lähteistä ja kaivoista. Pohjaveden havaintopisteitä tulisi olla erityisesti kaivannaisjätteiden läjitysalueiden ympäristössä. Pohjavedenlaadussa ja pinnan korkeuksissa tapahtuvat muutokset voidaan havaita vertaamalla seurantatuloksia alueen nykytilaselvityksen yhteydessä määritettyihin lähtötasoihin. Tarkkailussa on tärkeää seurata niitä parametreja, joihin toiminnalla voi olla vaikutusta (ks. nykytilaselvitys), ja seurata pidemmän ajanjakson trendejä.

Kirjallisuutta

Airaksinen, J.U. 1978. Maa- ja pohjavesihydrologia. Kustannusosakeyhtiö Pohjoinen, Oulu, 248 s.

Alyamani, M.S. & Sen, Z. 1993. Determination of hydraulic conductivity from complete grain-size dis-tribution curves. Ground Water 31. s. 551-555

Backnäs, S., & Pasanen, A. 2013. Veden ja aineiden kulkeutuminen. Teoksessa: Kauppila, T., Komulainen, H., Makkonen, S & Tuomisto, J. 2013. Metallikaivosalueiden ympäristöriskinarviointiosaamisen kehittäminen: MINERA-hankkeen loppuraportti.

Brown, R.H., Konoplyantsev, A.A., Ineson, J. & Kovalevsky, V.S. (toim.) 1975. Groundwater studies. An international guide for research and practise. Studies and report in hydrology 7. The Unesco Press, Paris, 1975.

Driscoll, F.G. 1986. Groundwater and wells. Johnson Division, St. Paul Minnesota, 1089 s.

Fagerström, H. & Wiesel, C.-E. Permeabilitet ach kapillaritet. Byggforskningens informationsblad B7, Stockholm.

Fetter, C.W. 1994. Applied hydrogeology. Prentice Hall, New Jersey, 691 s.

Hantusch, M.S. 1959. Non-steady flow to flowing wells in leaky aquifers, Journal of Geophysical Research 64, s. 1043-1052.

Hantush, M.S. & Jacob, C.E. 1955. Non-steady radial flow in an infinite leaky aquifer. American Geophysical Unions Transactions 36, s. 95-100.

Hazen, A. 1892. Some physical properties of sands and gravels, with special reference to their use in fil-tration. 24th Annual Rep., Massachusetts State Board of Health, Pub. Doc. No. 34, s. 539–556

Jacob, C.E. & Lohman, S.W. 1952. Non-steady flow to a well of constant draw down in an extensive aquifer. American Geophysical Unions Transactions 33, s. 559-569.

Kauppila, P., Räisänen, M.L., Myllyoja, S. (Toim.) 2011. Metallikaivostoiminnan parhaat ympäristökäytännöt. Suomen ympäristö 29. Helsinki, Suomen ympäristökeskus. 213 s.

Marinelli, F. & Niccoli, W.L. 2000. Simple analytical equations for estimating ground water inflow to a mine pit. Ground Water 38, s. 311-314.

Mäkelä, J. 2012. Drilled well yield and hydraulic properties in the Precambrian crystalline bedrock of Central Finland. Annales Universitatis Turkuensis, AII Biologica - Geographica - Geologica, 267, 356 s. (Väitöskirja)

Mälkki, E. 1999. Pohjavesi ja pohjaveden ympäristö. Kustannusosakeyhtiö Tammi, Helsinki, 304 s.

Pasanen A. & Backnäs, S. (toim.) 2013. MINERA-hankkeen tapaustutkimus: Riskinarviointimenetelmien testaaminen Luikonlahden ja Kylylahden kaivosalueella. Arkistoraportti 125/2013. Geologian tutkimuskeskus, Kuopio, 243 s.

Singh, R.N. & Atkins, A.S. 1984. Application of analytical solutions to simulate some mine inflow problems in underground coal mining. International Journal of Mine Water 3, s. 1-27.

Singh, R.N. & Atkins, A.S. 1985. Analytical techniques for the estimation of mine water inflow. International Journal of Mining Engineering 3, s. 65-77.

Theis, C.V. 1935. The relationship between the lowering of the piezometric surface and the rate and duration of discharge of a well using ground water storage. American Geophysical Unions Transactions 16, s. 519-524.

Öhberg, A. & Rouhiainen, P. 2000. Posiva groundwater flow measuring techniques. Posiva-raportti 2000-12. Posiva Oy, Helsinki. 83 s.