TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL MÄEINSTITUUT. Alo Adamson TEADUSTÖÖ ARUANNE. Teema 416L

Transcription

1 TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL MÄEINSTITUUT Teadussuund 2.4 KINNITAN Instituudi direktor Alo Adamson TEADUSTÖÖ ARUANNE Teema 416L PÕLEVKIVI KAEVANDAMISE AS ETTEVÕTETE TÖÖST TULENEVATE HÜDROGEOLOOGILISTE MUUTUSTE PROGNOOS 416L.5.1. LÕPPARUANNE Vastutav täitja Enno Reinsalu emeriitprofessor erakorraline vanemteadur Oktoober 2004

2 SISUKORD EESSÕNA 3 PEAMISED TULEMUSED JA SOOVITUSED 4 1. SISSEJUHATUS Eesmärk Tagapõhi ja aktuaalsus Töö korraldus 9 2. MÄETÖÖDE ARENG JA KESKKONNAMÕJU Arengu suunad Keskkonnamõjurid ja toime Geoloogiline ehitus ja hüdrogeoloogiline ning hüdroloogiline 15 situatsioon 2.4. Mäetööde mõju kaitsealadele Mõju Vasavere veehaardele KAEVANDUSTE VEEÄRASTUS JA VEEREŽIIM Välja pumbatava vee koguse analüüs Pumbatud vee päritolu SULETUD KAEVANDUSED Suletud kaevanduste vee tase Suletud kaevanduste vee kvaliteet Suletud kaevanduste vee vastavus normidele PROGNOOSID Hüdrogeoloogiliste arvutuste metodoloogilised probleemid Aidu prognoos Estonia prognoos Mõju veekogudele SOOVITUSED SEIREKS Seire olukord Soovitused 50 KASUTATUD KIRJANDUS JA VIITEMATERJAL 50 LISAD: Keila-Kukruse veetasemete kaart ja lõiked 55 ERALDI: LÄHTE- JA TUGIMATERJALID VAHEARUANDED 416L.1.1 Viivikonna jaoskonna laiendamise (Sirgala II jaoskonna avamise) mõju prognoos. Vahearuanne 416L.1.2 Viivikonna jaoskonna laiendamise (Sirgala II jaoskonna avamise) mõju prognoos. Lühiaruanne 416L.1.3 Viivikonna jaoskonna laiendamise (Sirgala II jaoskonna avamise) mõju prognoos. Lisaaruanne 4011 Viivikonna laiendamise (Sirgala II) mõju Kurtna järvede veetasemele. AS Maves modelleerimistööde aruanne 416L.2.1 Narva Karjäär AS mäetööde mõjust tulenevate hüdrogeoloogiliste muutuste prognoos. Vahearuanne 416L.3.1 Aidu Karjäär AS mäetööde mõjust tulenevate hüdrogeoloogiliste muutuste prognoos. Vahearuanne 416L.4.1 Allmaamäetööde mõjust tulenevate hüdrogeoloogiliste muutuste prognoos. Vahearuanne Aprill 2004 Mai 2004 Juuni 2004 Mai 2004 Mai 2004 Juuni 2004 Sept TTÜ mäeinstituut, / 53

3 EESSÕNA Uuringu tellis AS Eesti Põlevkivi selleks, et saada teaduslik alus mäetööde arendamisele ja koondamisele kaasneva keskkonnamõju hindamiseks hüdrogeoloogia ja hüdroloogia seisukohalt. Uuring toimus neljas jaos. Jagude vahearuanded (vt sisukord) on lisatud. Käesolev aruanne üldistab kõiki tulemusi. Töös on kasutatud piiratud levitamisõigusega materjale Eesti Geoloogiakeskuselt, AS Eesti Põlevkivilt, Jõhvi linnavalitsuselt, AS Mavesilt ja TTÜ mäeinstituudi arhiivist. Aruandes esitatud andmestiku kasutamine ilma töö teostaja ja tellija kompetentsete isikutega konsulteerimata võib viia ebaõigetele järeldustele. Piirang ei puuduta peamisi tulemusi (lk 5...6) Töö kattub osaliselt TTÜ mäeinstituudi uuringuga ETF 5913 Kaevandatud alade kasutamine. Töö teostasid: TTÜ mäeinstituut Enno Reinsalu Teostaja esindaja, töö juht Katrin Erg Geoloogia, hüdrogeoloogia ja vee kvaliteet Helena Lind Digitaalkartograafia ja -modelleerimine, vormistamine Elo Rannik Digitaalkartograafia ja -modelleerimine, vormistamine Ingo Valgma Mäetööde areng, digitaalkartograafia ja modelleerimine Lembit Uibopuu Andmetöötlus AS Eesti Põlevkivi Kalmer Sokman Tellija esindaja, lähteandmed, vee kvaliteedi analüüsid Ljudmilla Kolotõgina Lähteandmed, digitaalkaardid AS Maves Indrek Tamm 416L.1. Mäetööde mõju Kurtna järvedele modelleerimine EPMÜ Zooloogia ja Botaanika Instituut Arvo Reet Tuvike Laugaste 416L.1. Arvamus Viivikonna karjääri laienemisest tuleneva veerežiimi muutuse mõju Kurtna maastikukaitseala järvedele. Ekspertiis AS Geotehnika Inseneribüroo G.I.B. Hardi Torn 416L.1. Veetõkke ehituslik osa TTÜ mäeinstituut, / 53

4 PEAMISED TULEMUSED JA SOOVITUSED Narva karjääri Sirgala II laiendamise ja sellest tuleneva mõju osas:! Viivikonna ja Kurtna maastikukaitseala vaheline ala ning osa kaitsealast on Eesti põlevkivimaardla osa, kus põlevkivi on kõrge energiatootlusega ja kihindi lasumissügavus on madal; ülimalt heade mäendustingimuste tõttu on varu majanduslik tähtsus suur ning kaevandamisõiguse taotlemine sellele alale on põhjendatud.! Vaatlused, arvutused ja modelleerimine näitavad, et Viivikonna katsejaoskonnas on esinenud kõrvalekaldumisi projektikohasest tehnoloogiast, kuid tänu sellele, et mäetöö on toimunud keskkonnakoormust hästi taluval alal, ei ole see tekitanud olulisi mõjutusi veerežiimis.! Mäetööde mõju ei muutu oluliseks ka siis kui saadakse Sirgala II laiend, kuid seda tingimustel, et: moodustatava veetõkke filtratsioonitegur jääb 0,1...0,2 m/d piiridesse imbkraavi antakse vett orienteeruvalt 7000 m 3 ööpäevas ning seatakse sisse kontroll imb- ja ärastusvee koguste ning suunamise üle korraldatakse keskkonnakaitseliste tehnoloogiliste võtete, esmajoones veetõkke moodustamise projektikohase täitmise kontroll (mõõdistamine, akteerimine, pildistamine jms).! Põlevkivi kaevandamine Sirgala II mäeeraldise laiendil parandab keskkonna seisundit Kurtna maastikukaitseala vahetus naabruses korrastatakse endise Oru turbatööstuse hüljatud turbaväljad, likvideeritakse nende põlemisoht ja nii ka oht, et järvede vett tuleb kasutada kustutustöödel! Taotletava mäeeraldise ja järvede vahelisse infiltratsioonibasseini suunatav Vasavere jõe vesi (sulfaatide sisaldus 44 mg/l) ei mõjuta käesoleval ajal Kurtna järvede vee kvaliteeti, kuna Kurtna järvede veetase on kõrgem kui infiltratsioonivarjes oleval veel.! Valgjärve loodusliku ja tulekustutusveevõtu tagajärjel tekkinud veetaseme kõikumise andmed ei näita mõju vesilobeelia asurkonnale selles järves TTÜ mäeinstituut, / 53

5 Narva karjääri mõju osas:! Ordoviitsiumi (Keila-Kukruse) veekihi taseme käitumine Narva karjääri ümbruses ei erine oluliselt analoogilisest protsessist põlevkivimaardla teistes osades. Põhjavee taseme käitumine vaatluskaevudes annab tunnistust maapõue kivimite anisotroopia ja Kvaternaari ning Devoni setete tugevast mõjust.! Puhatu ala veerežiimi ja ilmselt ka retsirkuleeriva Narva karjäärist pumbatava vee oluline mõjutaja on Puhatu turbatootmisala! Narva karjääri mäetööd ei mõjuta Puhatu looduskaitseala veerežiimi ei praegu ega prognoositavas tulevikus, sest karjääri lõunaosas lasuvad Kvaternaari ja Devoni hästi vett pidavad kihid tagavad, et Ordoviitsiumi põhjavee taseme tavapärane alanemine ei avalda märgatavat mõju pinna- ja pinnasevee tasemele.! Mäetööd Narva karjääri piirkonnas alandavad pinna- ja pinnasevee taset Puhatu alal ainult seal, kus tehakse eelkuivendust AS Puhatu Turvas väljadel ja põlevkivikarjääris vahetult enne paljandatavat ala; mõju piirdub paarisaja meetriga, mis tähendab, et mäeeraldise ja kaitseala vahele jääv 400 m laiune puhverala on piisav.! Looduslikud protsessid töötavad Puhatu ala veerežiimi taastumise kasuks Aidu karjääri mõju osas:! Aidu karjääri veeärastussüsteem toimib edukalt, arvestab looduslikku ja tehnogeenset hüdrogeoloogilist ja hüdroloogilist situatsiooni! Savala mattunud ürgorg ja veega täitunud Kohtla kaevanduse õõned moodustavad veetõkke, mistõttu Aidu mäetööd ei mõjuta kohalikku veevarustust! Aidu kaevanduse mäetööd ei avalda olulist mõju piirkonnas välja kujunenud keskkonnaseisundile TTÜ mäeinstituut, / 53

6 Allmaakaevandamise osas:! Suletud kaevanduste väljadel seisab põhjavee tase stabiilsel tasemel tänu loomulikule väljavoolule Ubjas, Küttejõus, Kävas ja Kosel, samuti vee imbumisele naabruses olevatesse suletud ja/või töötavatesse kaevandustesse/(karjääri.! Kui enne naaberkaevanduste sulgemist kasvas Viru kaevandusest ärastatava vee maht, sõltuvalt mäetööde arengust, umbes 0,5 mln m 3 aastas, siis naaberkaevanduste sulgemine lisas sellele üle 1,5 mln m 3 aastas.! Keila-Kukruse veekihi tase võib Ahtme väljal stabiliseeruda a kevadeks m vahemikus. Pärast kaeveõõnte täielikust täitumisest võivad tekkida, kuigi äärmiselt väikese tõenäosusega, kambriplokkide varingutest tekkivad veelöögid.! Kuni aastani moodustus Estonia kaevandusest välja pumbatav vesi peamiselt põhjaveest. Ahtme täitudes lisandub juurdevool kirde poolt, ligikaudselt hinnatuna m 3 /h (lisaks senisele). Üldse muutub vee sissevool Estonia kaevandusse sesoonsemaks.! Klassikalisel meetodil tehtavad arvutused ei ole usaldusväärsed suletud kaevandustest töötavatesse lisanduva vee koguse hindamiseks, kui nad ei arvesta kivimite veejuhtivuse ebaühtlust ja anisotroopiat ning kaevandatud ala äärmiselt ebaühtlast tehnogeenset struktuuri! Kvaternaari suhteline veepide on oluline pinna- ja pinnasevee hoidja nii altkaevandatud alal kui ka sellest kaugemal, mistõttu allmaakaevandamine ei kuivenda märgalasid; väljaspool märgalasid ei ole vajumislohud märgatavad, s.t nad ei tekita olulisi muutusi maakattes.! Kui allmaakaevandamisel kasutatakse kamberkaevandamist, on kaevandamine kaitsealade alla lubatav! Peale kaevanduse sulgemist tõuseb sulfaatide sisaldus kaevanduse mäeeraldise põhjavees rohkem kui kaks korda ja seejärel paari aasta jooksul langeb kuni joogiveele lubatud piirnormi lähedale! Kuigi suletud kaevanduste vee kvaliteet on lähedane joogiveele esitatavatele nõuetele, sobib ta esialgu kasutamiseks tehnilises veevarustuses; vee kvaliteet paraneb ajas; proovides esinev piirmäära ületav, sageli analüüside mõõtemääramatuse piires esineva õli- ja fenoolinähtude päritolu pole selge. TTÜ mäeinstituut, / 53

7 ! AS Eesti Põlevkivi poolt teostatav veeseire on andnud küllaldasi lähteandmeid selleks, et hinnata kaevandusvee seisund normaalseks ja pidada keskkonnamõju ebaoluliseks kuid vaatluskaevude lisandumine ja sagedasem vee proovimine muudaks hinnangud üldsuse jaoks usaldusväärsemaks SOOVITUSED! Veetaseme ja kvaliteedi muutuste operatiivseks jälgimiseks tuleb paigutada reeperlatt Valgejärve, samuti tuleb teha hüdrokeemilist ja bioloogilist seiret Valge- ja Aknajärves, vähemalt kaks korda aastas.! Viivikonna katsejaoskonna ja Kurtna maastikukaitseala vahelisel alal, veetõkke ehitamiseks ja käitamiseks: 1) Jätkata tõkke ehitamist vastavalt a. projektis ette nähtud tehnoloogiale 2) Tagada saviliiva kihi paigutamine vastu paekivi tervikut ja väikese filtratsiooniteguriga materjali paigutamine kaeviku alumisse ossa 3) Esitada filtratsioonitõkke etappide aktid koos fotode ja probleemikirjeldustega.! Jätkata Ida-Virumaa Ordoviitsiumi põhjaveekogumi (vanad kaevandused, Kohtla- Järve ja Kiviõli poolkoksimägede ümbrus) fenoolide, bensopüreeni ja sulfaatide sisalduse määramist, soovitavalt 4 korda aastas! Keemilise seisundi seire raames tuleb tingimata võtta aastas vähemalt kaks proovi, üks kevadel ja teine suvi-sügisesel veetasemete miinimumperioodil; soovitav oleks 4 korda aastas, 2 veeproovi miinimum- ja 2 maksimumperioodil. TTÜ mäeinstituut, / 53

8 1. SISSEJUHATUS 1.1. Eesmärk Töö eesmärk oli anda prognoos, mis juhtub põlevkivi kaevandamise mäetööde arenedes kaevandamisala põhja-, pinna- ja pinnaseveega. Eesti Geoloogiakeskuse (EGK) mäetööde arengu ja kaevanduste sulgemisele kaasnevate hüdrogeoloogiliste muutuste prognoosid [Savitski, Savva, 2001] on andnud piisavaid eelteadmisi põhjavee oodatavast seisundist, samuti kaevandustesse ja karjääridesse sisse voolava vee koguste hindamiseks. Käesoleva uuringu peamiseks suunaks on nende ja hiljem tekkinud teadmiste kasutamine ning arendamine mäetehnilisest ja keskkonnakaitselisest küljest, et luua alus vete seisundi muutuste keskkonnamõju hindamiseks. Peamised aspektid seejuures on mäetööde arengu mõju, kaevandamise mõju maakattele ja eriti märgaladele, suletud kaevanduste mõju töötavatele ettevõtetele, olmele, veekogudele ja muu sellega haakuv.. Käesolevas aruandes käsitletakse ainult Eesti Põlevkivi Kaevandused AS ettevõtteid, kuigi teiste kaevandavate ettevõtete mäeeraldistel toimuv moodustab osa meie käsitluses oleva alast ja andmestikust Tagapõhi ja aktuaalsus Mäetööde keskkonnamõju problemaatika aktualiseerub iga uue kaevandamisloa taotlemisel. Käesoleva uuringu raames on see tekkinud AS Narva Karjäär Sirgala II laiendi taotlemisega Kurtna maastikukaitsealast idas. Eelduste kohaselt kasvab huvi kui taotletakse maad Aidu karjääri mäeeraldise täielikumaks kasutamiseks. Kaevandavate ettevõtete seisukohalt on aktuaalne naabruses paiknevatest suletud kaevandustest sisse voolava täiendava veehulgaga toimetulek. Elanikkond peab aktuaalseks veevarustuse problemaatikat. Kuigi AS Eesti Põlevkivi on korraldanud kõigi kaevandamise mõju piirkonda sattunud majapidamiste veevarustuse, võib ette tulla lahendamata üksikjuhtumeid. Märkimist väärivaks tuleb pidada kaevandamisele ja kaevandamise lõpetamisele kaasnevat võimalikku vee kvaliteedi muutumist. TTÜ mäeinstituut, / 53

9 Eriküsimus on Kohtla kaevandusmuuseumi allmaakaeveõõntes paikneva ekspositsiooni saatus. Veetaseme tõustes tungib vesi muuseumi käikusesse. Sagedasi küsimusi tekitab kaitsealade, peamiselt märgalade vee seisund kaevandatavatel aladel ja nende läheduses. Kuigi tegelikkuses leiab aset pinna- ja pinnasevee taseme stabiliseerumine, mõnikord isegi märgalade kasv, jätkub teadmatuspõhine polemiseerimine märgalade võimaliku kuivenemise, veeressursi vähenemise, põhjavee saastumise ja teistel paljus aegunud teemadel. Seoses a suurvihmaga Jõhvi piirkonnas tekkis üldsuses huvi, kuivõrd mõjutab pinnasevee taset suletud kaevanduse täitumine veega. Järgmise probleemina tõusis Kohtla jõe kuivamine seoses muudatustega kaevanduste veeärastuses ja uute põhjavee voolusuundadega läbi kaevandatud alade Töö korraldus Suurem osa uuringu lähteandmestikust on saadud AS Eesti Põlevkivi ja tema tütarettevõtete teenistustelt. Osa andmestikku pärineb TTÜ mäeinstituudi ja tegijate varasemate tööde materjalidest. Mäetööde arengu, eriti taotletava Sirgala II laiendi mõju Kurtna järvede veetasemele uuriti hüdrogeoloogilise modelleerimise abil, mis telliti AS Mavesilt. Viivikonna karjääri arendamisest tuleneva veerežiimi muutuse mõju Kurtna maastikukaitseala järvedele eksperthinnang telliti EPMÜ Zooloogia ja Botaanika Instituudi Hüdrobioloogia osakonnalt. Keskkonnaohutu kaevandamistehnoloogia põhielemendi veetõkke konstruktsiooni ja parameetrite määramisel kasutati TTÜ doktorandi, AS GIB inseneri Hardi Torni abi. Iga etapp algas ala vaatluse ja hindamisega GPS-mõõdistamise abil. Kõik vahetulemused arutati läbi TTÜ mäeinstituudi seminaridel ja tellija poolt korraldatud töönõupidamistel. TTÜ mäeinstituut, / 53

10 2. MÄETÖÖDE ARENG JA KESKKONNAMÕJU 2.1. Arengu suunad Mistahes prognoos eeldab tulevikustsenaariumite teadmist. Hüdrogeoloogiliste muutuste prognoosimisel tuleb mäetööde kohta teada nende arengut ajas ja ruumis. Kütuse- ja energiamajanduse pikaajaline riiklik arengukava aastani 2015 (visiooniga 2030) näeb ette põlevkivi tarbimise vähemalt lähemaks paarikümneks aastaks. Lähtuvalt arengukavast tehakse põlevkivielektrijaamadesse olulisi investeeringuid, moderniseeritakse põletamise tehnoloogiat ja kütuse ettevalmistamist. Moderniseerimise tulemusel alaneb põlevkivienergeetika keskkonnaohtlikkuse tase. Riigi maavarade registris arvel olev põlevkivi varu üldkogus ei vastunäidusta põlevkivi kasutamist Eesti energiamajanduse arengukavades. Probleemi käsitlus on esitatud meie vahearuandes 416L.1.1. Põlevkivi kaevandamine jätkub seni töötavates kaevandustes ja karjäärides, kus peamised alad mäetööde arendamiseks on: Narva karjääri Sirgala II laiend Viivikonna osas Narva karjääri lõunaosa Aidu karjääri lääneosa Estonia kaevanduse mõlemad tiivad Viru kaevanduse läänetiib Seejuures: Estonia kaevanduse mäetööde areng ei ole probleemivaba. Ida suunas on oodata maapõue häirituse mõju tugevnemist, samuti kasvab ida suunas mõju Vasavere veehaardele. Lääne suunas minek tähendab mäetööde lähenemist Muraka kaitsealale Aidu karjääri mäetööde areng lääne suunas on peatatud lahendamata maaküsimuste tõttu Viru kaevanduse varu on suhteliselt väike TTÜ mäeinstituut, / 53

11 Sirgala karjääri mäeeraldise edelaosal paikneb turbatootmisettevõtte AS Puhatu mäeeraldis Narva karjääri mäeeraldise lõunapiiri lähedal paikneb Puhatu kaitseala Narva karjääri mäeeraldise kaguosas katuvad AS Eesti Põlevkivi Kaevandused ja AS Merko Kaevandused huvid. Peamine argument Viivikonna mäetööde jätkamiseks Kurtna maastikukaitseala suunas on kõnealuse kaevandamisala varu kõrge väärtus. Sirgala mäeeraldisel, Puhatu turbaväljal kaevandab AS Tootsi Turvas. Kuna turba kaevandamine toimub Soome kontserni Vapo Oy raames, on tekitatud rahvusväline piirang põlevkivi kui Eesti olulise kütuse- ja energiaressursi kasutamisele Keskkonnamõjurid ja toime Mäetööde mõju Lõhketööde keskkonnamõju avaldub kaheti plahvatustest tekkivad maavõnked ja helilained mõjuvad ärritajana ning lõhketöödel laiali paiskuvad kivimitükid risustavad nii lähiala maastikku ja kõlvikuid, ka turbavälju. Mõlema mõjuri toime on ohjatav ja ei ole käesoleva uuringu objektiks. Mõju veele avaldub põhjavee kihtide, s.h põhjavee varu ja pinnavee veekogude vee koguse, taseme ning kvaliteedi (mineralisatsioon, sulfaatidega rikastumine) muutustes. Mäetööde mõju on tinginud piirkonna mõnevõrra detailsema ja erialasema põhjaveeseire. Mitmesuguste geoloogilis-hüdrogeoloogiliste tööde käigus on rajatud alale uuringu- ja vaatluskaevude võrk. Vee taseme muutumine avaldub erinevalt. Kaevandamise algusperioodil alandavad mäetööd vee taset, mis kohaliku veevarustuse halvamise kõrval mõjub paljuski ka positiivselt. Kaevandamise lõpetamisel mäetööde kuivendav mõju väheneb ja võib aja jooksul hoopis kaduda. Samuti väheneb kaevandamise lõpetamisel vee hulk pumplate eesvooludes. Veekogudest on põlevkivimaardla alal kõige suurema tähelepanu all olnud Kurtna maastikukaitseala järved, mille veetase on langenud Vasavere veehaarde TTÜ mäeinstituut, / 53

12 ja Puhatu turbamaardla ekspluateerimise tagajärjel. Ekslikult ja tihti ka ümber adresseerivalt on veetaseme muutusi seostatud põlevkivi kaevandamisega. Siiski on põlevkivi kaevandamine põhjustanud mitme Kurtna maastikukaitseala veekogu kvaliteedimuutusi. Probleemi käsitlus on esitatud meie aruannetes 416L.1.1., 416L.1.2., 416L.1.3. ja AS Maves aruandes Järvede veetasemete muutumine aja jooksul on kujutatud joonistel 2.1 ja 2.2. Tundlikud järved Vee tase, m Kuradi Mätas Liiv Konna Kast Martiska Valge Joonis 2.1. Veetaseme muutus tundlikes järvedes Vähetundlikud järved Vee tase, m Jaala Akna Noot Virtsiku Kihl Joonis 2.2. Veetaseme muutus vähetundlikes järvedes TTÜ mäeinstituut, / 53

13 Mineralisatsioon on üks olulisemaid tunnuseid vee kvaliteedi hindamisel. Kõrge mineralisatsiooniga on järved, kuhu jõuab kaevanduste vesi. Vee mineraalainete sisaldus sõltub oluliselt läbivoolutingimustest. Hüdroloogiliste perioodide vahetumisel ei asendu aeglustunud veevahetuse tõttu järvede nõgudes ühe geneetilise kategooria vesi teisega, vaid need segunevad. Sulfaatidesisaldus. Kaevandusvetes on püriitide oksüdeerimise tulemusel sulfaatide kontsentratsioon kui pinnavees. Kaevandusvetest mõjutamata järvedes ei ületa sulfaatidesisaldus mg/l. Läbivoolujärvedes, kuhu jõuab kaevandustest välja pumbatud vesi on sulfaatidesisaldus on looduslikust tasemest mitu korda kõrgem. Järvede sulfaatidesisalduse tõusu peamiseks kahjulikuks tagajärjeks on võimalik väävelvesiniku tekkimise suurenemine. Kui sobivamad hapnikuallikad on ära kulutatud, hakkavad mikroorganismid orgaanilise aine lagundamiseks hapnikuallikana kasutama sulfaate, tekitades toksilist väävelvesinikku. Probleemi käsitlus on esitatud meie vahearuandes 416L.4.1. Turba kaevandamise mõju. Sirgala mäeeraldisel toimuv turba kaevandamine on peamine Narva karjääri edelaosa veerežiimi mõjutaja. Kaevandamise kestus Puhatu väljal ei ole üheselt määratav, sest turba toodang sõltub ilmast, turust, konkurentsist, turba kaevandamiskvootidest ja veo võimalustest. On eeldatav, et Puhatu turbavälja ammendamine ja selle üle andmine põlevkivi kaevandamiseks ei saa toimuda käesoleva uuringu raames prognoositaval ajal. Muutused maakattes. Maakatte all mõistetakse pinnase, taimkatte, veekogude ja infrastruktuuri sünergeetilist kooslust. Muutused kaevandamisest mõjutatud ala maakatte hüdrogeoloogilises ja hüdroloogilises olekus sõltuvad kaevandamise moodusest (ava- või allmaakaevandamine), kaevandamisviisist, kvaternaarisetete tüübist ja paksusest ning pinnasevee tasemest. Avakaevandmise alal tekib uus maakate. Altkaevandatud alal, kus kasutati lae langetamist, tekivad vajumid. Vähem olulised on muudatused alal, mille all kaevandati kambritega isegi siis, kui on ilmnenud vajumid. Vajumitest tekkinud muutused maakattes, eriti vee tasemes avalduvad soisel alal selgelt, kuid võivad jääda täiesti märkamatuks reljeefsel kultuurmaastikul. Probleemi käsitlus on esitatud meie vahearuandes 416L.4.1. TTÜ mäeinstituut, / 53

14 Muud mõjurid Kaevanduspiirkonna põhjavee ja suletud kaevanduste vee kvaliteedi oluline mõjutaja on põlevkivi kasutav tööstus. Peamine on põlevkivikeemiatööstus, mingil määral on mõjutanud vee kvaliteeti elektrijaamade lendtuhk ja kõrvale ei saa jätta ka olmejäätmetest tekkivat saastet. Aastakümneid on põlevkivikeemmiatööstuse jäägid ladestatud Kohtla-Järvel ja Kiviõlis tööstusjäätmete prügilasse. Põhilise massi ladestatud põlevkivikeemia tööstuse jäätmetest moodustab poolkoks, millele on lisandunud väiksemas mahus muud põlevkivitöötlemise jäätmed. Poolkoksi ladestamist suurimasse Kohtla-Järve prügilasse alustati a. Põlevkivitööstuse poolt. Käesolevaks ajaks on Kohtla-Järvel ladestatud üle 100 m kõrgusetele poolkoksimägedele (pindalaga 200 hektarit) ligikaudu miljonit tonni jäätmeid. Seejuures Kiviõlis on kolm poolkoksi mäge. Ladestamine on lõpetatud kahel vanal mäel (mahuga vastavalt 0,7 ja 6 miljonit tonni). Tegutseva jäätmemäe maht on ligi 10 miljonit tonni. Iga aasta tekib põlevkivi poolkoksi ca 0,5 miljonit tonni. Lasnamäe-kunda veekihi põhjavesi on Kohtla-Järve poolkoksi prügila lähiümbruses reostunud. Üle põhjavee piirarvude on enamasti naftasaaduste ja fenoolide ning pidevalt aromaatsetest süsivesinikest benseeni sisaldused. Joogivee piirsisaldust ületab ohtlike ainete nimistusse kuuluv benseen ja ajuti arseeni ning PAH ühendite sisaldus. Reostuse levik ulatub pindalaliselt ca 300 m kaugusele poolkoksimäest (seirevõrgu vaatlusprofiilide suundadel). Reostunud ala areaali suurenemist võrreldes 2002 aastaga pole märgata. Lasnamäe-kunda veekihi vees Kohtla-Järve poolkoksi prügila lähiümbruses on naftasaaduste ja fenoolide sisaldused jätkuvalt kõrged, nende vähenemist on märgata vaid puuraugus Aromaatsete süsivesinike (benseeni, tolueeni, etüülbenseeni ja ksüleeni) sisaldused selles piirkonnas on isegi 2002 aastaga võrreldes veidi suurenenud. TTÜ mäeinstituut, / 53

15 2.3. Geoloogiline ehitus ja hüdrogeoloogiline ning hüdroloogiline situatsioon Aluspõhi on kahekorruselise ehitusega: alumise struktuurse korruse moodustavad kristalse aluskorra kivimid ning ülemise hilisproterosoilistest ja varapaleosoilistest settekivimitest kate. Alampaleosoikumi settekivimite kompleksis esinevad kirdeedelasuunalised joonelised rikkevööndid (Viivikonna, Ahtme jt) ja lokaalsed struktuurid nn plakantiklinaalid ja alangud [Puura jt, 1986; Puura, Vaher, 1997]. Peale eelnimetatute on olulisemateks geoloogilisteks nähtusteks kivimite lõhelisus ja karst. Kaevandustes on jälgitavad nii vertikaalsed kui ka horisontaalsed lõhed, mis esinevad erinevatel tasemetel põlevkivi ja lubjakivi kihtides. Praktiliselt kogu on ordoviitsiumi kihtkond põlevkivimaardlas esindatud karstunud karbonaatsete kivimitega. Kuna karbonaatsete kivimite koostis läbilõikes on erinev, siis on ka nende karstumuse intensiivsus erinev Põhjavesi on seotud Pandivere kõrgustiku põhja- ja idanõlva geoloogilise ehitusega. Alal on Ordoviitsiumi veeladestu, mis koosneb kolmest suhteliselt iseseisvast Nabala Rakvere, Keila Kukruse ja Lasnamäe Kunda veekihist. Põhiline vee sissevool kaevandustesse moodustubki Ordoviitsiumi veeladestus. Käesolevaks ajaks on kõikides veekihtides arenenud alanduslehtrid. Osaliselt tungib põhjaveevool kaevandustesse ka Kvaternaari põhjaveekihist. Kvaternaarisetted on erineva geneesiga, nende paksus ja levik on muutlikud, vesi on vabapinnaline ja veetaseme muutused on mõjutatud ilmastikutingimustest. Kvaternaarisetted ei moodusta väljapeetud veeladet, vaid on transiitkeskkonnaks, millest sademevesi infiltreerub alumisse veeladestusse. Põhiliseks kaevandusi täitva vee allikaks on Keila-Kukruse veelade. Veelademe paksus ulatub 4 40 meetrini. Nabala-Rakvere veekihist jõuab põhjavesi kaevandustesse läbi suhtelise veepideme, lokaalsete rikete või tehniliste puuraukude kaudu. Lamavast Lasnamäe-Kunda survelisest veekihist liigub põhjavesi tektooniliste lõhede kaudu kaevanduse veekraavidesse, mis on rajatud Uhaku lademe suhtelisesse veepidemesse. Lasnamäe-Kunda veelade on väiketarbijate peamine veevarustusallikas. TTÜ mäeinstituut, / 53

16 Pinnavesi Jõed. Kaevandusvee eelvooluna on ja on olnud kasutuses Purtse jõgi ja tema lisajõed Kohtla ning Ojamaa, Pühajõgi ja selle või Sõtke oja lisajõena käsitletav Vasavere jõgi, Narva jõkke suubuv Mustajõgi ning Rannapungerja jõgi. Viru-Peipsi veemajanduskava [2004] andmeil on neist keemiline ja ökoloogiline seisund halb ainult Pühajõel, rahuldav Purtse ja Kohtla jõel (viimasel ökoloogiline seisund halb) ning hea Narva, Rannapungerja (viimase ökoloogiline seisund valdavalt rahuldav), Ojamaa jõel ja Mustajõel. Vasavere ja Sõtke kohta andmeid ei ole esitatud. Rahuldava ja halva keemilise seisundi peamiseks põhjustajaks on asulate ebapiisavalt puhastatud heitveed, halva ökoloogilise seisundi põhjuseks on eelkõige halb veekvaliteet. Kaevandustest ja karjääridest välja pumbatud vesi, arvestades kesvandusvee osalist retsirkulatsiooni, moodustab Rannapungerja jõe äravoolust alla poole, Purtse äravoolust kuni viiendiku ja Narva jõe vooluhulgast alla 0,3 %. Teiste jõgede kohta puuduvad usaldusväärsed andmed. Järved, mida kaevandamine mõjutab paiknevad peamiselt Kurtna maastikukaitsealal. Nende käsitlus on esitatud meie aruannetes 416L.1.1., 416L.1.2., 416L.1.3. ja AS Maves aruandes Altkaevandatud ala asub Kalina järv, mille veetaseme sõltumatus all toimuvast kaevandamisest peaks olema veenev näide pinnasevee püsimisest vett pidavate Kvaternaari setete peal Maapõue veejuhtivusomadused Geoloogilisest ehitusest tingituna on maapõue veejuhtivusomadusi ebaühtlused ja anisotroopsed. Ebaühtlus väljendub omaduste juhusliku muutlikkusena, varieeruvusena nii rõht- kui püstsuunas. Anisotroopia väljendub omaduste mingil määral süstemaatilise, orienteeritud erinevusega, samuti nii rõht- kui püstsuunas. Ebaühtluse mõju, mis avaldub vaatlus- ja arvutustulemustes seda enam, mida suuremat ala või mahtu käsitletakse, saab küll vähendada vaatluste ja mõõtmiste mahu suurendamisega ning kordamisega, erinevate arvutusmeetodite rakendamisega, kuid lõppkokkuvõttes jätab tulemuse ikkagi tõenäosuslikuks. Anisotroopiat on kergem arvestada, kuid kahjuks on ka anisotroopia suurel määral ebaühtlane. TTÜ mäeinstituut, / 53

17 Maapõue (geoloogilise keskkonna) ebaühtluse peamised tekitajad käesoleva uuringu mõistes on kvaternaarisetete ehitus, kaevandatud alal erinevate laekäitlusviiside kasutamisest tingitud tehnogeene lõhelisus, orienteerimata geoloogilised struktuurid. Peamised ja käesolevas uuringus arvestamist nõudvad anisotroopia avaldumisvormid on eelpoolmainitud lõhed, karstirikked ja mingil määral ka mattunud orud Tehnogeenne ala Allmaakaevanduste ala hõlmab Eesti põlevkivimaardla keskosa. Läänepiir kulgeb läbi Sonda asula (Kiviõli kaevandus) ning idapiir piki Vasavere mattunud orgu (Tammiku ja Ahtme kaevandus). Suletud ja veega täituvate kaevanduste pindala on üle 220 km 2 ning nende mõjupiirkonda jäävad Kiviõli, Kohtla-Järve, Kohtla-Nõmme, Jõhvi ning mitmed külad ja üksiktalud. Karjäärid on maardla tiibadel: idaosas Vasavere mattunud orust Narva jõeni (AS Narva Karjäär mäeeraldis) ja lääneosas (AS Aidu Karjäär mäeeraldis Kohtla vana karjääriga ning suletud Küttejõu karjäär). Eesti põlevkivimaardlas on kaks suletud (Küttejõu, Vana Kohtla) ja kaks töötavat karjääri (Aidu, Narva) ning kümmekond suletud (Tabel??) ja kaks tegutsevat kaevandust (Estonia ja Viru). Tegutsevate ettevõtete mäeeraldiste pindala on umbes 150 km 2, suletud kaevandustel üle 200 km 2 TTÜ mäeinstituut, / 53

18 Tabel 2.1. Suletud kaevandused ja karjäärid Eesti põlevkivimaardlas Kaevandus Sulgemisaeg Ammendatud ala, km 2 Ubja Kukruse Jõhvi (Kaevandus nr 2) Käva Kaevandus nr Kiviõli Tammiku Sompa Kohtla Ahtme Tehnogeenne ala ja maapõu on äärmiselt mitmekesise struktuuri ja geotehniliste omadustega, mistõttu nende suhtes ei ole võimalik kasutada geotehnika ja hüdrogeoloogia klassikalisi arvutusmetoodikaid Mäetööde mõju kaitsealadele Kurtna kaitseala Probleemi käsitlus on esitatud meie aruannetes 416L.1.1., 416L.1.2., 416L.1.3. ja AS Maves aruandes Kurtna maastikukaitseala objekt on mõhnastik ja järved. Kui Sirgala karjäär a avati, jäid idapoolsed Kurtna järved: Kihl-, Noot-, Virtsiku-, Akna-, Valge-, Jaala-, Saarja mõlemad Kirjakjärved kaevandatavale alale. Maastikukaitseala idaosa põlevkivi varu on käesoleva ajani riigi maavarade registris a avati Kurtna praeguse maastikukaitsealal Pannjärve liivakarjäär aastal alustati põhjavee võtmist Vasavere veehaardest. Alates aastast tekkis loodusressursse kasutava tööstuse ümber terav, politiseeritud vastuseis aasta kevadel peatati Sirgala karjääri Viivikonna TTÜ mäeinstituut, / 53

19 jaoskonna liikumine lääne suunas. Seejärel muutus Kurtna maastikukaitseala ja sellega piirnevate looduskoosluste problemaatika, eriti veeküsimused aktuaalseks uuringu, diskussiooni ja poleemika teemaks. Seni suurimaks ja mahukamaks uuringuks on AS IDEON & KO poolt tehtud uuring Kurtna piirkonna tootmisalade mõjust järvestiku seisundile [1996] Puhatu kaitseala AS Narva Karjäär mäeeraldiste (Sirgala ja Narva) lõunapiiri ja Puhatu kaitseala vahel on jäetud kuni 400 m laiune puhvertsoon. Praegu on mäetööd oma lähimas punktis (8. jaoskonna loodenurgast 7. jaoskonda sisse tungiva kaitseala kirdenurgani) 850 m kaugusel. Valdavalt toimub kaevandamine siiski 2,2...3,5 km, kaugusel Puhatu looduskaitseala põhjapiirist. Narva karjääri mäetööd ei mõjuta Puhatu looduskaitseala veerežiimi ei praegu ega prognoositavas tulevikus, sest karjääri lõunaosas lasuvad Kvaternaari ja Devoni hästi vett pidavad kihid tagavad, et Ordoviitsiumi põhjavee taseme tavapärane alanemine ei avalda märgatavat mõju pinna- ja pinnasevee tasemele (joonised 2.3 ja 2.4). Joonis Tüüpilised vettpidavad setted katendis. Visuaalse vaatluse punkt 018 TTÜ mäeinstituut, / 53

20 Joonis 2.4. Väljavõte peenliiva all lasuva savi ja savika dolomiidi kaardist. Joonisel 2.3 pildistatud kohas. Punkt 018. l - Vaatluspunktid Mõju Vasavere veehaardele aastal alustati põhjavee võtmist Vasavere veehaardest. Põhjavee varu oli a kinnitatud 25 tuh m 2 /d. Veehaarde ekspluateerimise käigus selgus, et põhjavee varu kogus oli kuni kolm korda üle hinnatud. Samuti osutus võimatuks tagada mäetööde poolt ümbritsetud alal vee kvaliteeti. Olukorra parandamise ühe meetmena tehti ettepanek viia Sirgala karjääri läänepiir 2 km ida poole projekteeritust [Kivit, 1977]. Praegu koosneb Vasavere veehaare 14-st 60 m sügavusest puurkaevust, millest 13 töötab pidevrežiimil. Kinnitatud põhjaveevaru kasutusaja lõpuni (2012) on m 3 /d. Veehaare on Kurtna maastikukaitseala keskosa järvede (Martiska, Kuradi) veetaseme suurim mõjutaja. Arvutuste [Savitski, 2002], kohaselt hakkab aastal põhjavesi voolama suletud Ahtme kaevandusest Vasavere põhjaveekogumisse, seega ka Vasavere veehaardesse. Kaevandusvesi võib mõjutada Vasavere põhjaveekogumi kvaliteeti - vee sulfaadisisaldus võib mõningal määral tõusta, kuid selle mõju veehaardest saadava joogivee kvaliteedile ei ole oluline. TTÜ mäeinstituut, / 53

21 3. KAEVANDUSTE VEEÄRASTUS JA VEEREŽIIM 3.1. Välja pumbatava vee koguse analüüs Analüüsi metoodika Käesoleva uuringus töötasime välja kaevandusvee koguste ja päritolu analüüsiks empiirilis-analüütilise meetodi. Vajaduse uue lähenemise järele tingis klassikaliste arvutuste, modelleerimise ja empiirilise meetodi vähene adekvaatsus tehnogeenses maapõues. Empiirilis-analüütilise meetodi aluseks on kaevandusest (karjäärist) välja pumbatava vee ja piirkonna sademete koguse vahelise seose analüüs. Sesoonse hälbimise mõju vähendamiseks kasutame veeärastuse ja sademete aastakoguseid. Usaldatavaks saab lugeda vaid viimase kümnendi veeärastuse koguseid (joonis 3.1.) Vee-eritumus, m 3 /h Sademed, mm/y Sompa Kohtla Aidu Summa Sademed Joonis 3.1. Veeärastuse maht Aidus ja naaberkaevandustes, nende summa ning aastakeskmised sademed ajavahemikus Ärastatava vee mahu oluline langus üheksakümnendate algusaastail, mis on jälgitav kõigis ettevõtetes, on tingitud mitmest asjaolust. Esiteks, sel ajal algas veeärastuse maksustamine, mistõttu hakati vee kogust täpsemalt mõõtma. Varem hinnati vee kogust peamiselt elektrienergia kulu alusel. Teiseks, samal ajal sai elektrienergia põhjendatud hinna ja kaotati elektrikulu limiteerimine, mis varem pani kaevandusi TTÜ mäeinstituut, / 53

22 veeärastusele kui vältimatule protsessile elektrienergia kulu juurde kirjutama. Kolmandana mõjus mäetööde liikumise aeglustumine seoses põlevkivi müügi vähenemisega. Kõige selle tõttu loeme kasutamiskõlbulikeks ainult viimase kümnendi ( ) veearuandlust. Meie meetodi aluseks on tööhüpotees, et mingis ajavahemikus kaevandusest välja pumbatava vee kogus koosneb kolmest osast: sama ajavahemiku sademetest maapõue imbunud, s.t kaevandusse jõudnud veest, põhjaveest ja sekundaarsest sissevoolust. Viimase moodustab veejuhtmetest (kraavid, kanalid, jõed j.t), settetiikidest jm maapõue ja sealt kaevandusse (korduvalt) tagasi jõudev vesi. Sekundaarse sissevoolu osakaaluks kogu kaevandusalal on hinnatud umbes 15 % (Savitski, jt. 2000). Meile teadaolevalt on mõnel olnud kaeveväljal sekundaarne infiltratsioon tunduvalt suurem. Seega, kui käsitleda välja pumbatava vee ja sademete vahelist seost, siis esimene osa ärastatavast veest sõltub sademete hulgast, teine ja kolmas (retsirkuleeriv) osa mitte. Sõltuva ja mittesõltuva osa saab määrata mõõtmistulemuste abil matemaatilisest statistikast teada olevate võtete abil. Seda meetodit kasutades anname endale aru käsitluse primitiivsusest, kuid, nagu edasisest selgub, on tulemused suhteliselt loogilised ja seletatavad. Paigutades sademete ja välja pumbatud vee kogused graafikule (joonis 3.2.), näeme, et mõningase mõõtemääramatuse hinnaga on võimalik nende vahel märgata lineaarset seost. TTÜ mäeinstituut, / 53

23 Viru kaevanduse veeärastuse sõltuvus sademetest y = 12,4x , R 2 = 0,2 Sademed Imbumine 40 % Veeärastus, Tm 3 /y y = 5,0x ,9 R 2 = 0,2 Põhjaveest Sademed, mm/y Arvutuslik sademete alusel Arvutuslik imbumise alusel kui kõik sademed jõuaksid kaevandusse annaks 1 mm sademeid aastas 5 tuh m3 kui jõuab 40 %, siis annab 1 mm 12,4 tuh m3 kaevandusvett aastas Joonis 3.2. Näide empiirilis-analüütilise meetodi kasutamisest kaevandusest välja pumbatava vee koguse ja komponentide hindamiseks Metoodika kasutamise näide - Viru kaevandus Näitena rakendame eelmises alapunktis toodud metoodikat Viru kaevanduse suhtes. Ajavahemikus välja pumbatud vee koguse ja sademete hulga vahel on seos: Q = 5,0 W tuh m 3 / y kus Q aastas välja pumbatud vee kogus, tuh m 3 / y; W sademete kogus, mm / y. Korrelatsioon ei ole kõige parem, R 2 = 0,2, täpsemalt 0,17, mis vastab korrelatsioonitegurile r = (R 2 ) 0,5 = 0,41. Korrelatsioonitegur võimaldab hinnata arvutuste usaldatavust, mida teised meetodid tavaliselt ei demonstreeri. Lähteandmete alusel saadud empiiriline tegur 5,0 tuh m 3 / mm näitaks, et Viru kaevanduses annaks 1 mm sademeid 5 tuh m 3 vett aastas. Teine empiiriline tegur 6055,9 tuh m 3 ehk 6,06 mln m 3 väljendab seda aastast vee kogust, mis ei sõltu sademetest. Seega on see veekihtidest võetava ja retsirkuleeriva vee kogus. Kahjuks ei luba meie meetod neid lahutada. Tegelikult ei imbu mitte kogu sadevesi maapõue ega jõua kaevanduse pumplatesse. Suurem osa sademetest aurub või voolab ära, eriti talviste ja varakevadiste suladega. TTÜ mäeinstituut, / 53

24 Kaevandusse imbuva vee osalust ei ole võimalik määrata. Hinnangute alusel on see % piires, sõltuvalt sademete sesoonsusest, õhutemperatuurist, kaevandamise moodusest (ava- või allmaakaevandamine) ja viisist (kamber- või lankkaevandamine allmaakaevandamisel ning vaal- või aukkaevandamine avakaevandamisel). Mitmete üldiste hinnangute alusel moodustab aurumine metsaalal %. Põldudel ja rohumaadel on aurumine väiksem kui metsas. Rekultiveerimata karjäärimaade kohta puuduvad andmed. Seepärast on kõik meie edasised arvutused tehtud kolme imbumisteguri väärtusel, vahemikus 0,3...0,5 ( %). Siin esitatud näite puhul on korratud arvutusi, kui imbumisteguri väärtus 0,4, mis tähendab, et keskmiselt ainult 40 % sadevett jõuaks pumplatesse. Sel juhul saime teise seose: Q = 12,4 W tuh m 3 / y Aproksimeerimise tulemus on matemaatiliselt triviaalne: sademetest sõltumatu komponent 6055 tuh m 3 / y ei sõltu sellest, kui palju sadevett jõudis kaevandusse ja sademetest sõltuv tegur on ümardamistäpsuse piires 5,0 / 0,4 = 12,4 tuh m 3 / mm, kus 0,4 on imbumistegur. Sademete ja kaevandusest välja pumbatava vee koguse vahelist lineaarset seost on otsitud ka varem. Kuid näiteks Leonid Savitski [1980] töös on võrrandi vabaliige kõikide kaevanduste puhul saadud negatiivne. See tähendaks, et mingi vähese sademetekoguse juures pumpamine kaevandusest lakkab. Ehk teisisõnu, väga väikese sademetekoguse muutub põhjaveekiht vettneelavaks. Ilmselt on tegu varasemate veeärastusandmete ebausaldatavusega. Negatiivne vabaliige võib tekkida, kui veeärastuse maht märgiti suuremaks just sademeterohkel aastal, samuti juhul kui mõõdeti mitte pumplas vaid mõnes kaugemas veekogus, kuhu oli liitunud juba juurde voolanud pinnasevesi. Võimalik oli ka varasemate perioodide suurem sadevee sissevool (madalamad kaevandused). Tõenäoliselt mõjusid kõik eksitavad faktorid koos. Empiirilis-analüütiline meetod võimaldab teha mitmeid järeldusi. Meie poolt kasutatav arvutusskeem on järgmises tabelis (tabel 3.1), jätkuvalt Viru kaevanduse näitel. TTÜ mäeinstituut, / 53

25 Tabel 3.1 KAEVANDUSVEE MOODUSTUMISE ANALÜÜS y = x y = x Kaevandus Viru R Trendi võrrand Q=a X + b ehk Q = a W + b = R 2 = Empiirilised tegurid a b y = 0.005x Korrelatsioonitegur R 2 mln m 3 /mm mln m R 2 = y = 0.005x Periood: "Põhjavesi" 5.00 R 2 = Sademed, mm/y "Põhjavesi" Q o Q o = R + G Retsirkulatsioon, mln m 3 Linear ( ) /y R Linear ( ) Põhjavee eritumus, mln m 3 /y G Aurumine, mm/y E E = z W Aurumistegur z Empiirilised tegurid sõltuvalt aurumisest z: a' Keskmine veeärastus, mln m 3 /y Q avg Keskmine sademete hulk, mm/y W avg Põhjaveekomponendi osalus q b / Q avg Järeldus: Enne Tammiku sulgemist moodustus Viru kaevandusest välja pumbatav vesi 64 % ulatuses põhjaveest pärast Tammiku ja Sompa sulgemist tuleb põhjaveest umbes 37 %.Ülejäänud tuleb sademetest, mille infiltratsiooniala pindala on, km 2 F F = 1000 (1-q) Q avg / (1-z) W ja selle arvutuslik raadius R = (F / π) 0, Pumpamine, Mm3/y Käsitletud on kahte ajavahemikku: ja Esimene ajavahemik iseloomustab Viru kaevanduse tööd enne ja teine pärast naabruses töötanud Tammiku ning Sompa sulgemist, vastavalt 2000 ja a. Muutus välja pumbatud vee mahus kajastub joonisel 3.3 esitatud graafikul. Analüüs näitab, et pärast põhja pool paiknevate naaberkaevanduste sulgemist kasvas veeärastuse maht Viru kaevanduses peamiselt sadevete arvel. Vee juurdevoolu kasv algas kohe peale Tammiku kaevanduse sulgemist a detsembris ja jätkus seoses Tammiku sulgemisega a jaanuaris. Mõnevõrra hoidis sissevoolu kasvu tagasi a sademetavaene suvi ja sügis, kuid selle tegi tasa aasta suvi. Nähtavalt suurenes ka sissevoolu sõltuvus sademetest. TTÜ mäeinstituut, / 53

26 Vee kogus, mln m 3 /y Viru kaevandusest välja pumbatud vesi ja sademed Aastad Sademete kogus, mm / y Mm3/y Sademed Joonis 3.3. Viru kaevandusest välja pumbatud vee koguse sõltuvus sademete kogusest ja naaberkaevanduste sulgemisest: Tammiku ja Sompa aastal. Kui enne naaberkaevanduste sulgemist kasvas ärastatava vee maht, tingituna mäetööde arengust, umbes 0,5 mln m 3 aastas, siis naaberkaevanduste sulgemine lisas sellele üle 1,5 mln m 3 aastas. Kindlasti mõjutas seda ka vihmarikas a suvi Näide - Estonia kaevandus Tabel 3.2. KAEVANDUSVEE MOODUSTUMISE ANALÜÜS Kaevandus Estonia y = x Trendi võrrand Q=a X + b ehk Q = a W + b R 2 = 1 60 Empiirilised tegurid a b Korrelatsioonitegur R 2 mln m 3 /mm mln m y = x Periood: "Põhjavesi" 30 R 2 = I poolaasta "Põhjavesi" Q o Q o = R + G Sademed, mm/y I poolaasta Retsirkulatsioon, mln m 3 Linear ( I poolaasta) /y R Linear ( ) Põhjavee eritumus, mln m 3 /y G Aurumine, mm/y E E = z W I poolaasta Aurumistegur z Empiiriline tegurid sõltuvalt aurumisest z: a' Keskmine veeärastus, mln m 3 /y Q avg Keskmine sademete hulk, mm/y W avg Põhjaveekomponendi osalus q b / Q avg Järeldus: Estonia kaevandusest välja pumbatav vesi moodustub 85 % ulatuses põhjaveest Ahtme sulgemine pole seda oluliselt mõjutanud. Sademed tulevad alalt, mille infiltratsiooniala pindala on, km 2 F F = 1000 (1-q) Q avg / (1-z) W ja selle arvutuslik raadius R = (F / #) 0, Pumpamine, Mm3/y Ka siin on käsitletud kahte ajavahemikku: ja I poolaasta. Esimene ajavahemik iseloomustab Estonia kaevanduse tööd enne ja teine pärast naabruses töötanud Ahtme sulgemist. Teine ajavahemik osutus analüüsiks liiga TTÜ mäeinstituut, / 53

27 lühikeseks. Pealegi oli aastast kasutada vaid esimese poolaasta sademed ja veeärastus. Kuna aasta oli veerohke ja a I poolaasta tavaline, ei ole teise perioodi analüüsi tulemus adekvaatne. Muutus välja pumbatud vee mahus kajastub joonisel 3.2 esitatud graafikul. Vee sissevool Estonia kaevandusse ei sõltu eriti palju sademetest. Kas pumpamise mahu kasv a oli tingitud suuremast sademete hulgast või Ahtme kaevanduse sulgemisest a aprillis, pole selge. Usutava, s.t a andmed näitavad, et Estonia kaevandusest välja pumbatav vesi moodustub peamiselt põhjaveest. Estonia kaevandusest välja pumbatud vesi ja sademed Vee kogus, m3/y Sademete kogus, mm/y Aastad Mm3/y Sademed Joonis 3.4. Estonia kaevandusest välja pumbatud vee koguse sõltuvus sademete kogusest. Naaberkaevanduste (Ahtme, Sompa) mõju ei ole märgata. Veeärastuse mahu kasv a, pärast Ahtme sulgemist, ei ületanud varasemate aastate mäetööde arengust tingitud vee mahu juurdekasvu. Vihmarikas a suvi võis mõjutada veeärastuse mahtu Pumbatud vee päritolu Kirjeldatud metoodika abil on analüüsitud kaevandusvee moodustumist aastal, kui töötasid veel tänaseks suletud Kohtla, Sompa ja Tammiku kaevandus. Võrdlev analüüs annab olulist teavet töösse jäänud Viru ja Estonia kaevanduse veehulga prognoosiks. Analüüsi koondandmed on tabelis 3.3. TTÜ mäeinstituut, / 53

28 Joonisel 4.4 on kujutatud kaevandustest ja karjääridest a välja pumbatud vee päritolu sademetest ja põhjaveest (millest me ei saa lahutada retsirkuleeriva vee kogust) Joonisel 4.5 on samad andmed teises kujunduses. Tabel Kaevandustest välja pumbatava vee päritolu ja muutus Kaevandus Pumbatava vee kogus, m 3 /h aasta aasta Pumbatava Sadevee Põhjavee Põhjavee Sadevee Põhjavee põhja- ja maht Pumbatava vee ja retsirkuleeriva pumba- maht ja retsirkuleerivleeriva ja retsirku- pumbatavas kogus, retsirkuleeriva vee vee tavas vee maht, m 3 vees, m 3 vee maht, kogus 2003 /h osalus /h m 3 m 3 vees, /h /h selles m 3 / 1999 (%) /h Põhjavee ja retsirkuleeriva vee osalus selles Ahtme Aidu % Estonia % Kohtla Narva % Sirgala % Sompa Tammiku Viivikonna % Viru % Kokku m 3 /h % Mm 3 /y Välja pumbatud vee kogus ja selle jaotumine, 1999.a Estonia Aidu Sompa Ahtme Kohtla Tammiku Sirgala Viivikonna Narva Viru Sadevesi Põhjavesi ja retsirkulatsioon Joonis 3.5. Kaevandustest välja pumbatud vee jaotumine otseselt sademetest pumplasse jõudva vee ja põhjavee- ning retsirkuleeriva vee vahel. Kaevandused on järjestatud välja pumbatud vee koguse alusel. TTÜ mäeinstituut, / 53

29 Välja pumbatud vee jaotumine, 1999.a 100% 80% 60% 40% 20% 0% Tammiku Kohtla Ahtme Sirgala Aidu Viivikonn Viru Narva Estonia Sompa Sadevesi Põhjavesi ja retsirkulatsioon Joonis 3.6. Kaevandustest välja pumbatud vee jaotumine otseselt sademetest pumplasse jõudva vee ja põhjavee- ning retsirkuleeriva vee vahel. Kaevandused on järjestatud sademesõltuvuse alusel a vee päriolu eri kaevandustes: Estonia kaevandus töötab Keila-Kukruse ja Nabala-Rakvere veekihtide alanduslehtri servaalal. Mäetöid arendati (1999) lõunasse, kuivendamata ala suunas. Kaevandamine toimub sügaval, mistõttu sademete osatähtsus kaevandusvee moodustumises on väikene. Aidu piirkonda iseloomustab teadaolevalt suur veejuhtivus. Ilmselt mõjutab ka karjääri paiknemine veealanduslehtri äärel. Oma osa annab ka Savala mattunud ürgorg. Sompa paikneb põhjavee veealanduslehtri keskel, mis tähendab, et sademetest mittesõltuv kaevandusvee komponent koosnes suures osas retsirkuleerivast veest. Umbkaudselt hinnatuna kuni pool väljapumbatust võis retsirkuleerida. Vesi, mis varem kaevandusse imbus ja sealt korduvalt välja pumbati, jääb nüüd maa alla. See on üks põhjus, miks Kohtla jõgi kuivaks jäi. Ahtme põhjavee osalus on vähene, sest kaevandusväli on põhja poolt kaitstud Ahtme rikkevööndiga ja lõunapoolse sissevoolu eest kaitseb Estonia. Suur sadevee mõju on seletatav sissevooluga Vasavere poolt. TTÜ mäeinstituut, / 53

30 Kohtla ja Tammiku tüüpilised madalad kaevandused alanduslehtri keskosas a suurendasid nende sadevetekomponenti suletud naaberkaevandused Käva ja nr 4. Sirgala suhteliselt suur sadevee osalus väljapumbatavas võib olla seletatav Puhatu turbaraba kuivendusvõrgu vee imbumisega karjääri. Selline sissevool on fikseeritud meie töö vahearuandes 416L.2.1. Viivikonna ja Narva väljapumbatava vee päritolu ja kooslus ei tekita kommentaare. Viru keskmise sügavusega kaevandus alanduslehtri keskel pumpasid Tammiku ja Sompa veel ise oma vett. Alates aastast hakkas sissevool Virusse suurenema. TTÜ mäeinstituut, / 53

31 4. SULETUD KAEVANDUSED 4.1. Suletud kaevanduste vee tase Kaevanduste sulgemisel põhjavee väljapumpamine kaevandusest lõpetatakse ning kaevanduse veega täitumise järel hüdrodünaamiline tasakaal taastub. Põhjavee alandus kaevanduse ümber taandub, kuid seni pole täheldatud kaevandamiseelse veetaseme taastumist. Kuigi kaevandatud ala täitev vesi kuulub hüdrogeoloogilise klassifikatsiooni kohasel Keila-Kukruse veekihti, käsitleme seda omaette, tehnogeense veekogumina. Tehnogeenne veekogum erineb oluliselt oma looduslikest filtratsiooniomadustelt ja vähemalt esialgu ka vee kvaliteedi poolest. Kaevanduste sulgemine tekitab rea küsimusi: Kuidas mõjutab suletud kaevanduste vesi töötavaid kaevandusi; eriti Ahtme Estoniat Kuidas mõjutab suletud kaevanduste vesi piirkonna olmet (vee taseme ja vee kvaliteedi seisukohalt) Kuidas mõjutab suletud kaevanduste vesi põhjavee varu Kolme varem suletud kaevanduse: Jõhvi (nr 2), Kukruse ning Käva kohta on olemas pikaajaline, suhteliselt esinduslik vaatlusandmestik. Meile esitatud andmetes on küll 10 aasta pikkune vahe, kuid mitte midagi olulist sellega ei ole kaotatud. Kahjuks puuduvad andmed kaevandus nr 4 kohta. Vaatlusandemete alusel joonistatud graafikud on joonistel 4.1 ja 4.2. Peamised järeldused vaatlustest on: Kaevandused täitusid umbes kolme aastaga Kui Kukruse ja Käva veetase stabiliseerus +50 m juures, siis Jõhvi kaevanduse veetase pulseerib sesoonselt Pikaajaline stabiilne veetase tõusis Jõhvi kaevanduses +51 m peale Kaevanduses nr 4 jäi vee tase kuni alguseni teistest madalamaks, +40 m tasemele, mis viitab põhjapoolsete Jõhvi, Kukruse ja Käva hüdraulilisele autonoomsusele TTÜ mäeinstituut, / 53

32 Vee tase põhjapoolsetes kaevandustes Vee tase, m jaan-73 jaan-78 jaan-83 jaan-88 jaan-93 jaan-98 jaan-03 Nr 2 täitumine Jõhvi Jõhvi põhja Jõhvi lõuna Kukruse Jõhvi 1974.a Käva Jõhvi 1975.a Joonis 4.1. Põhjapoolsete suletud kaevanduste: Jõhvi, Kukruse ja Käva täitumine ning veetaseme stabiliseerumine; eri vaatluste ja vaatluskaevude andmed. Vee tasakaalustunud tase põhjapoolsetes kaevandustes Vee tase, m jaan-00 jaan-01 jaan-02 jaan-03 jaan-04 jaan-05 Tehnokompleks Jõhvi põhja Jõhvi lõuna Kukruse Käva Joonis 4.2. Stabiliseerunud veetase põhjapoolsetes kaevandustes. Sesoonne pulseerimine on Jõhvis tugev, Kukrusel mõõdukas ja Kävas peaaegu olematu. Ilmne viide sellele, et Jõhvi kaevandus on hüdrauliliselt iseseisev, Kukrusel on suhteliselt hea side Kävaga ja Käva taset hoiab väljavool. TTÜ mäeinstituut, / 53

33 Ahtme kaevandus suleti Vaatlused näitasid, et vähem kui aasta jooksul tõusis veetase 2,5 meetrit. Sama oli toimunud ka Kohtla kaevanduse puuraugus 0705, kus veetase pärast pumpade seiskumist tõusis kohe ligikaudu 2 meetrit. Käesolevaks ajaks on vesi katnud kogu põranda, mis kaevanduse kirdenurgas on +27 m. Seega tõusta on jääud veel umbes 3 m, misjärel algab lasumib täitumine ja vee taseme tõus võib kiireneda. Vee tase, m Vee tase Ahtme kaevanduses ja Keila-Kukruse veekihis Puru küla Tarakuse Pagari Kose Tarakuse tervik Tarakuse tervik 10 jaan-02 jaan-03 jaan-04 Joonis 4.3. Ahtme kaevanduse täitumine ja vee tase Keila-Kukruse veekihis kaevanduse lähialal Suletud kaevanduste vee kvaliteet Seda probleemi käsitlus on esitatud meie vahearuandes 416L.4.1. Põhjavee taseme tõusuga muutub ka põhjavee keemiline koostis. Käsitlesime peamise kvaliteediindikaatorina sulfaatide sisaldust ja selle levikut Keila-Kukruse ja Lasnamäe- Kunda põhjaveekihis. Kaevandusveega saastumist kinnitavad nii vee sulfaatide sisaldus (150 mg/l) kui ka karedus (8,82 mg ekv/l). Võttes arvesse, et mõnel üksikul pistelisel proovimisel on leitud suletud kaevanduste vees benso(a)püreeni, tuleks Lasnamäe Kunda veekihi põhjavee kasutamise seisukohalt selle saasteaine esinemist kontrollida ja kui benso(a)püreeni esinemine on tõestatud, siis selgitada selle tekkepõhjused. TTÜ mäeinstituut, / 53

34 Vahetult peale kaevanduse sulgemist sulfaatide sisalduse tõuseb hüppeliselt (Joonis 4.4). Paari aastaga pärast kaevanduse sulgemist sulfaatide sisaldus saavutab esialgse taseme. Samasugune sulfaatide sisalduse hüppeline tõus esines ka peale Ahtme kaevanduse sulgemist. Sama nähtust võib oletada kõigis käesolevaks ajaks suletud kaevandustes. Põhjuseks on vee tõusmisel kaevandusekäikudes kivimitest püriidi oksüdeerumisproduktide väljapesemine dets-98 dets-97 dets-96 jaan-96 dets-94 dets-93 dets-92 jaan-92 dets-90 dets-89 dets-88 jaan-88 dets-86 dets-85 dets-84 jaan-84 Tammiku kaevandus Suleti jaan-04 dets-02 dets-01 dets-00 jaan-00 Joonis 4.4. Sulfaatide sisaldus Tammiku kaevanduse vees enne ja pärast sulgemist. Tammiku kaevandus suleti aastal. Enne sulgemist oli sulfaatide maksimaalne sisaldus Lasnamäe-Kunda veelademes 470 mg/l, kuid enamus proove jäid alla 300 mg/l. Peale kaevanduse sulgemist tõusis sulfaatide sisaldus põhjavees rohkem kui kaks korda, kuni 790 mg/l. Seega toimus ülemisest Keila-Kukruse veelademest suure sulfaatide sisaldusega põhjavee filtratsioon alumisse Lasnamäe-Kunda veelademesse ja a tehtud proovid näitasid sulfaatide sisalduse langust põhjavees Suletud kaevanduste vee koostise vastavus normidele Probleemi käsitlus on esitatud meie vahearuandes 416L.4.1. Vastavus kontrolli teostas Kalmer Sokman. Normatiivdokumendiks, millele vastavust kontrolliti, on sotsiaalministri määrus 31.juuli 2001 määrus nr 82, mis jõustus 1. juunil 2002 ja EL joogiveedirektiiv 98/83/EC (novembrist 1987). Joonistel 4.5 ja 4.6 on käsitletud Eesti Põlevkivilt saadud seireandmeid, mille tegid: TTÜ mäeinstituut, / 53

35 Eesti Geoloogiakeskus Eesti Geoloogiakeskus OÜ Tartu Keskkonnauuringud Eesti Põlevkivi kesklabor Vee kvaliteeditunnused Sompa vees Võrdlus lubatavaga a a a a. ph NH4+ NO2- NO3- Kloor Sulfaadid Raud Na+ naftaproduktid fenoolid elektrijuhtivus benzo(a)püreen Joonis 4.5. Sompa kaevanduse vees mõõdetud saasteainete vastavus normidele. Siin ja järgneval joonisel on näidatud, mitu korda saastaaine sisaldus kaevandusvees ületab temale lubatud piirväärtust. Tase 1 tähistab lubatud piiri. Kõik, mis on alla taset 1 või sellega võrdne, on lubatavates piirides. Kui mõne saastaine sisaldus on tasemel 1, siis võib see tähistada ka seda, et laboratooriumis ei saadud mõõdetavat tulemust, kuid saastaine sisaldus on alla lubatava piiri. Näiteks fenoolidel 2001.a ja benso(a)büreenil a. Võrdlus lubatavaga Vee kvaliteeditunnused Tammiku vees a a a a. ph NH4+ NO2- NO3- Kloor Sulfaadid Raud Na+ naftaproduktid fenoolid elektrijuhtivus benzo(a)püreen Joonis Tammiku kaevanduse vees mõõdetud saasteainete vastavus normidele. TTÜ mäeinstituut, / 53

36 5. PROGNOOSID 5.1. Hüdrogeoloogiliste arvutuste metodoloogilised probleemid Klassikalised arvutusvalemid Neid kasutab Eesti Geoloogiakeskus [Savitski j.t, 2001 (Kohtla, Aidu, Ahtme)]. Näiteks kaevanduse (karjääri) veerohkuse aluseks oleva üldistatud veejuhtivuse hindamise aluseks on võetud valem [Botšever, 1968] S = (Q / 4 π km) ln (2,25 a t / R 2 o ) (1) kus: S alandus, vee tase, m; Q veeärastuse maht m 3 /d; km (kihi) veejuhtivusmoodul, m 2 /d; a tasemejuhtivusmoodul, m 2 /d, näiteks 3x10 4 [Savitski, 2001, Aidu], 10 5 [Savitski, 2001,Kohtla]; t aeg, 365 d; R 2 o kaevandi raadius, m. Valemist (1) avaldatakse nn üldistatud veejuhtivus: km = (Q / 4 π S) ln (2,25 a t / R o 2 ), mis tähendab, et kaevanduse üldistatud veejuhtivus on võrdeline kaevandusest väljapumbatud vee mahu ja alanduse (vee taseme) suhtega ning pöördvõrdeline kaevandi tingliku raadiusega. Tõepoolest, mida suurem on kaevandist välja pumbatud vee kogus (konstantse alanduse puhul), seda suurem peab olema veejuhtivus. Iseasi on raadius, mis arvutatakse kaevandi pindala alusel: R o = (S / π) 0,5 Kuna valem (1) on loodud ringikujulise kaevandi (kaevu) jaoks (joonis 5.1), kuhu vesi tuleb perimeetrilt, siis välja venitatud kujuga kaevandite puhul tekkiv moonutus (perimeetri erinevus ringist ja vastavalt ka toitva ala erinevus rõngast) on seda suurem, mida piklikum on kaevand. Näiteks Aidut toitva Kohtla kaevandatud ala pole mitte ainult piklik vaid ka väljasopistusega. Ka mistahes põlevkivikarjääri koristuskaevik, mis külgnev kaevandamata alaga, on alati piklik (joonis 5.2). Arvutades vee sissevoolu töötavasse kaevandusse uppunud kaevanduse poolt peab eriti arvestama et kaevandamata ala veejuhtivus on sõltuvalt varem kasutatud kaevandamisviisist väga ebaühtlane (joonised ). Seejuures oluliselt erineva suurusega on juhtivus vee TTÜ mäeinstituut, / 53

37 R r 416L. PÕLEVKIVI KAEVANDAMISE AS ETTEVÕTETE TÖÖST TULENEVATE HÜDROGEOLOOGILISTE MUUTUSTE PROGNOOS eri tasemetel. Ka on kaevandatud ala valdavalt anisotroopne. Seega meetod, mis on välja töötatud veehaarde jaoks ja mis võib anda usutavaid tulemusi aukkaevandamisel, ei saa olla piisavalt täpne vaalkaevandamisel. Q = 1,36 K S (2H - S) / (lg Ro - lg r) S K H Ro Joonis 5.1. Klassikaline vee sissevoolu arvutamise skeem nn suure kaevu meetodil π Ro = (S / p)0,5 Ro S Joonis 5.2. Tegelik, eelmisel pildil esitatatust oluliselt erinev vee sissevoolu skeem. TTÜ mäeinstituut, / 53

38 Joonis 5.3. Veetaseme skeem suletud kaevanduses juhul, kui lagi (lasum) oleks mõjutamata. Joonis 5.4. Veetaseme skeem suletud kaevanduses juhul kui lae käitlemisel kasutati hoidmist tervikutel. Joonis 5.5. Veetaseme skeem suletud kaevanduses juhul kui kasutati lae käitlemisel kasutati langetamist TTÜ mäeinstituut, / 53