Virumudel kui hüdrogeoloogi töövahend

Virumudeli 3D vaade
Seda teavad kõik, kust lapsed tulevad: kui ranitsaga, siis koolist, kui ilma ranitsata, siis lasteaiast. Aga kust põhjavesi tuleb? Või kuhu see edasi voolab? Seda näiteks koos reostusega? Hüdrogeoloog tahaks kindlasti täpsemalt vastata, kui et puurkaevust tuleb ja allavoolu läheb. Õigupoolest küsitakse hüdrogeoloogilt päris keerulisi küsimusi põhjavee liikumise kohta. Näiteks olevikku käsitlev „kes mõjutab rohkem?“ ja tulevikku vaatav „mis juhtub siis, kui …?“. Mõne geoloogiliselt lihtsama situatsiooni puhul saab vastata kogemuse ja Exceli arvutuste abiga, aga sageli on põhjavee mudel see, mis aitab natukenegi vastust konkreetsemaks muuta.

Põhjavee voolamise modelleerimise juures on üks aeganõudvamaid lõike mudeli koostamine ja kalibreerimine. See sisaldab rohke info, sealhulgas geoloogilise andmestiku, veetarbimise ja survetasemete info kokku koondamist ja töötlemist. Eesti põhjavee mõistes ühe probleemsema piirkonna kohta sai suur osa andmestikust kokku kogutud Virumudelisse. See on nagu andmebaas, mis võimaldab meil suhteliselt kiiresti luua uusi mudeleid, et küsimustele vastata.

Virumudeli loomist ajendasid kolm aastat tagasi ühiskonnas laiemalt ja geoloogide kogukonnas kitsamalt toimunud vaidlused fosforiidi kaevandamise võimalikkusest ja seniste uuringute piisavusest. Selleks et modelleerida võimalike fosforiidikaevandustega seotud keskkonnamõjusid, eriti mõjusid põhjaveele, oli vaja regionaalset hüdrogeoloogilist mudelit.

Oluline on eristada, kas mõju avaldatakse maapinnalähedasele vabapinnalisele veekihile või sügavamal asuvale survelisele veekihile.

Mida uut siis Virumudel räägib fosforiidi kaevandamisest tulenevate keskkonnamõjude kohta? Kahtlemata mõjutab täna igasugune allmaakaevandamine põhjaveetasemeid, sest ega kaevur pole kala, ta tahab kopsudega hingata. Aga milliseid veekihte ja kui suurel alal mõjutatakse, see sõltub kaevandaja kasutatavatest tehnoloogilistest lahendustest. Oluline on eristada, kas mõju avaldatakse maapinnalähedasele vabapinnalisele veekihile või sügavamal asuvale survelisele veekihile. Kui ülemises veekihis veetaset alandatakse, siis jäävad pealpool veepeeglit poorid ja lõhed kuivaks ning vabalt võivad kuivaks jääda ka allikad. Kui me läheme sügavamate veekihtide juurde, siis on survetaseme alanemisest tuleneva mõju (olulisuse) hindamine juba keerulisem. Arvutused näitavad, et Ordoviitsiumi-Kambriumi ja Alam-Ordoviitsiumi veekihtides võivad kujuneda depressioonilehtrid, mis ulatuvad kümnete kilomeetrite kaugusele. Veekiht jääb osaliselt kuivaks ainult kaevandusalal ja vähem kui kilomeetri kaugusel on veekihid täielikult küllastunud ja survelised.

Põhjavee vooluteekonnad markerpunktidest Q ja Raikküla veekihtides. Jooned sinisest punaseni markeerivad vooluteekondi 1000 aasta jooksul (näiteks kui jooned kulgevad sinisest roheliseni, siis vesi jõudis maapinnale ~500 aasta pärast). Taustal on sinisest hallini tähistatud põhjavee survetase vastavas veekihis või veekihi puudumisel maapinnalt esimeses kihis. Paremal asuva läbilõike asukoht on markeeritud siniste püstjoontega.

Ennustatav depressioonilehtri suur ulatus ei ole teab mis uudis. Oli see ju omal ajal „fosforiidisõja“ ajendiks. Aga natuke tahaks lahtimõtestamist, et kui suur probleem on survetaseme alanemine näiteks 5 m võrra veekihis, mis paikneb kümnete meetrite sügavusel? Üldjuhul tähendab see seda, et Oru Pearu satub samasse olukorda, kus seni oli Mäe Andres.

Kui veetase langeb veidi, tuleb lihtsalt puurkaevus pump sügavamale lasta. Kui pump on nigelam ja juba töötab piiri peal, siis tuleb pump vahetada sellise vastu, millel on suurem tõstekõrgus. Veekihi puhul, kus survetase on kümneid meetreid üle kihi pealispinna, ei oma mõnemeetrine survetaseme muutus praktilist tähtsust. Kriitilisem on olukord põhjaveekihi avamuse lähedal või seal, kus on palju suuri veetarbijaid koos. Kindlasti on see oluline teema ja vajab tõsist käsitlemist, enne kui kaevandamishuvilisele rohelist tuld näidata.

Mudel aitab mõista, miks siis ikkagi tekib sügavamates kihtides suur depressioonilehter ja kas see tähendab allikate ja jõgede kuivamist Pandiverel.

Mudel aitab mõista, miks siis ikkagi tekib sügavamates kihtides suur depressioonilehter ja kas see tähendab allikate ja jõgede kuivamist Pandiverel. See on omamoodi paradoksaalne, et ulatusliku depressioonilehtri teke sügavamates veekihtides tuleneb sellest, et need kihid on pealt suhteliselt hästi isoleeritud ja seetõttu ulatuslikul alal ülemiste veekihtide dreenimist ei toimu. Kui lasuvad kihid lekiksid oluliselt, st nii palju, et allikad hakkaksid lausaliselt kuivama, siis ülemistest põhjaveekihtidest lekkiv vesi hakkab kiiresti asendama väljapumbatavat vett sügavamas kihis ega lase seega alanduslehtril kuigi kaugele levida. Kirjeldatud situatsiooni näeme praegu põlevkivi kaevanduste ümbruses – kaevandustest pumbatakse välja oluliselt (võib-olla isegi suurusjärgu võrra) rohkem vett, aga alanduslehtrid on mõõdetavad kilomeetrites, mitte kümnetes kilomeetrites kaevanduse piirist.

Ilmselt ei õnnestu lokaalseid mõjusid pinnalähedastes veekihtides fosforiiti kaevandades vältida, aga see sõltub ikkagi kaevandustehnoloogiast.

Ilmselt ei õnnestu lokaalseid mõjusid pinnalähedastes veekihtides fosforiiti kaevandades vältida, aga see sõltub ikkagi kaevandustehnoloogiast. Muidugi kui kaevandaja ei pööra üldse tähelepanu ülemiste veekihtide läbindamisel nende isoleerimisele, st mööda tuulutus- jm šahte saab vesi vabalt allapoole liikuda, siis suudab ta suure jama kokku keerata kaevanduse peal paiknevates veekihtides. Kui maapinna lähedal liikuv hapnikurikkam vesi hakkab sügavamalt ringlema, kaasnevad sellega kivimites leiduva püriidi oksüdeerumine ja põhjavee sulfaatsemaks muutumine.

Põhjavee vooluteekonnad Ordoviitsiumi-Kambriumi veekihis on oluliselt lühemad kui maapinnale lähemal asuvates veekihtides. Iga vooluteekondade tsükkel sinisest punaseni markeerib tuhande aastast lõiku.

Pandivere on omapärase veerežiimiga ala. Karstumusele alluvate lubjakivi veekihtide ja savikamate veepidemete vaheldumine on aja jooksul viinud selleni, et vesi voolab valdavalt pindmises mõnekümne meetri paksuses kihis. Sügavat veevahetust ei teki, sest selleks peaks sügavates veekihtides asuv vesi eest ära voolama, aga kivimite veejuhtivus ega ka survetaseme gradient ei ole piisavad kiireks voolamiseks.

Kes soovib Virumudelit ise kasutada, see peaks pöörduma Eesti Geoloogiateenistuse poole, mis tegeleb mudeli arendamisega. Mudel elab edasi ja täieneb kogu aeg.

Autorid

Argo Jõeleht (PhD geoloogia), vanemteadur ˗ Tartu Ülikooli geoloogia osakond
Maile Polikarpus (MSc geoloogia), peaspetsialist ˗ Tartu Ülikooli geoloogia osakond 

Toimetas 
Hardi Aosaar


Eelmine
Digipööre mäetööstuses

1 vastus

Email again:
Viktor Undusk 15. mai 2019
"... aga see sõltub ikkagi kaevandustehnoloogiast...."