Excavated rock wall in a tunnel

Hydrogeologinen malli palvelee läpi kaivoksen elinkaaren

Hydrogeologinen malli palvelee läpi kaivoksen elinkaaren

Hydrogeologinen mallinnus on tärkeä osa kaivosten riskienhallintaa. Mutta miten hydrogeologinen malli tukee parhaiten kaivoksen teknistä ja taloudellista suunnittelua ja päätöksentekoa?

Hydrogeologinen malli eli pohjavesimalli kytkee kaikki kaivosympäristössä esiintyvät luonnonvedet, kuten pohjaveden ja sadeveden. Malli kertoo, miten vesimassat kaivosalueella liikkuvat. Tästä tiedosta on monenlaista hyötyä, kun mallinnettavat luonnonvedet yhdistetään prosessivesien kierrätykseen ja kaivosalueelle muodostetaan kokonaisvaltainen vesitase.

Miten kaivos hyötyy hydrogeologisesta mallinnuksesta?

Hydrogeologisen mallin avulla suunnitellaan louhoksen tai maanalaisen kaivoksen vesienhallinnan kokonaisuus. Malli kertoo esimerkiksi kaivokseen vuotavien vesien määrän, minkä perusteella voidaan mitoittaa pumppaamot kaivoksen kuivatusta varten.

Mallinnus antaa myös tietoa kaivoksen aiheuttaman pohjaveden aleneman laajuudesta. Kun tiedetään, miten laajalla alueella ja miten paljon pohjaveden pinta ja kalliokerrosten painekorkeus laskee, voidaan luotettavasti arvioida kaivoksen vaikutuksia lähistöllä sijaitseviin kotitalouksiin, luontokohteisiin, vesistöihin ja muuhun ympäristöön.

Kaivostoiminnan edetessä kaivoksen geometria muuttuu. Hydrogeologisella mallilla pystytäänkin ennustamaan vaikutuksia eri louhintavaiheille. Kun hydrogeologista mallia päivitetään aika ajoin uudella (erityisesti tuotannon aikaisella) tiedolla, mallin tarkkuus paranee.

Hydrogeologialla on myös yhteys kalliomekaniikkaan. Useassa Suomen kaivoskohteessa maanalaisia louhintoja tullaan tekemään lähellä maanpintaa jossain vaiheessa kaivoksen elinkaarta. Kun kallio rikkoutuu maanalaisten louhintojen vuoksi, veden kulku saattaa muuttua hyvinkin kaukana kaivoksesta. Tämä lisää riskejä, jotka on syytä kartoittaa.

Kaivoksen sulkemisen jälkeen louhostilat täyttyvät vähitellen vedellä ja pohjaveden virtaussuunnat mukautuvat muutokseen. Hydrogeologista mallia hyödyntäen voidaan selvittää jo kaivoksen suunnitteluvaiheessa myös kaivoksen sulkemisen jälkeisiä haitta-aineiden kulkeutumisriskejä. Hydrogeologinen mallinnus onkin tärkeä tukijalka integroidulle suunnittelulle, jossa kaivossuunnittelu ja sulkemissuunnittelu ovat yksi yhtenäinen prosessi. Myös tulevan louhosjärven veden laadun arvioinnissa hydrogeologisesta mallinnuksesta saatava tieto on välttämätöntä.

Ympäristönsuojelulaki edellyttää toiminnan harjoittajaa tuntemaan toimintansa vaikutukset ympäristöön. Vaikka laissa ei edellytetä tiettyä tapaa vaikutusten selvittämiseen, käytännössä mallinnus on paras tapa selvittää vaikutukset luotettavasti. Hyvä hydrogeologinen malli ottaa huomioon kaiken käytettävissä olevan tiedon.

Hyvä mallinnus vaatii laajaa osaamista ja paikallisten olosuhteiden tuntemusta

Vaikka mallinnukseen käytetään AFRYlläkin aina parhaiten soveltuvia mallinnusohjelmistoja, pelkän ohjelmisto-osaamisen turvin ei luotettavaa hydrogeologista mallia synny. Mallinnus on haastavaa asiantuntijatyötä, jossa on huomioitava useat eri tekijät. Osaamista vaaditaan niin pohjaveden virtaukseen vaikuttavista tekijöistä, geotieteellisten tutkimusten laajasta ymmärryksestä kuin kaivosympäristön teknisestä toteutuksesta. Luotettavan mallin luominen vaatii teknistä kaivosprosessien tuntemusta esimerkiksi pumppausten vaikutuksesta, kaivoksen vesienhallintaprosessista, kaivannaisjätealueiden merkityksestä ja maanpäällisestä vesitaseesta. Havaintoaineistojen käsittelytaito ja laaja ymmärrys on tärkeää.

Lisäksi mallinnusta tehtäessä paikallisen kalliolaadun, ilmaston, maaperän ja muiden olosuhteiden tuntemus on elintärkeää. Kallioperä ja olosuhteet vaihtelevat suuresti eri puolilla maailmaa. Mallintajalla täytyy olla hyvä käsitys siitä, miten vesi virtaa juuri kyseisessä kalliotyypissä. On tärkeää, että mallintajalla on kokemusta geologisesti ja ilmastollisesti saman tyyppisistä alueista. AFRYllä on erityisen vahva osaaminen pohjoisista ilmasto-olosuhteista ja esimerkiksi geologiasta Fennoskandian kilven alueella.

Laadukas malli tukee kaivoksen teknis-taloudellista suunnitteluprosessia

Hydrogeologisen mallin hyödyntämisessä olennaista on, että se palvelee kaivoksen kokonaissuunnittelua ja päätöksentekoa. Mallinnustyö on tärkeää suunnitella ja ajoittaa niin, että se linkittyy sujuvasti kaivoksen teknis-taloudelliseen suunnittelujatkumoon.

AFRYn mallinnustiimin etuna on se, että mallinnusta tehdään vuorovaikutuksessa sekä louhossuunnittelun että teknisen suunnittelun kanssa. Tällöin tulokset ovat helposti hyödynnettävissä seuraavassa vaiheessa. Toisaalta pystymme mallinnuksessa hyödyntämään vaikkapa malmiesiintymän tutkimuksia kuten kairanäyteaineistoa tai muuta kannattavuusarviointia varten kerättyä tietoa, vaikka tieto olisi alun perin tuotettu muuta tarkoitusta varten. Edistyksellisillä hydrogeologisilla tutkimusmenetelmillä voidaan täydentää tarvittaessa joiltakin osin vajavaisia lähtötietoja, mikä säästää tutkimuskustannuksia.

Virtausreiteistä riippuen saman kaivoksen vesistä voi muodostua hyvin erilaatuisia vesiä. Siksi yhdistämme hydrogeologian asiantuntemukseemme myös geokemiallista osaamista. Kun hydrogeologia antaa tietoa vesien määristä ja virtaamista, geokemia tuottaa tietoa näiden vesien laadusta.

Kirjoittaja

AFRY contact person generic image

Päivi Picken

Kaivosten jätehuolto ja sulkeminen, ympäristöriskien arviointi
AFRY contact person generic image

Tiina Vaittinen

Hydrogeologiset selvitykset ja pohjaveden virtauksen numeerinen mallinnus