Pohjaveden muodostumisen edellytyksenä on, että maaperä on riittävän karkearakeista ja huo-koista, jotta sade- ja sulamisvedet pääsevät imeytymään siihen. Vain osa sade- ja sulamisvesistä imeytyy maaperään valtaosan kulkeutuessa pintavaluntana läheisiin vesistöihin ja osan haihtu-essa takaisin ilmakehään joko suoraan tai kasvillisuuden välityksellä. Maaperän kerrosraken-teilla ja tiivistyneisyydellä sekä kasvillisuudella ja maanpinnanmuodoilla on siten vaikutusta imeytyvän vajoveden määrään. Runsaimmin vajovettä imeytyy alueilla, joissa maaperä on ta-saista ja koostuu hyvin vettä läpäisevistä maalajeista. Harjuissa ja muissa sora- ja hiekkaker-rostumissa esiintyy karkearakeisia lajittuneita maalajeja, joiden vedenjohtavuus on hyvä ja huo-kostilavuus suuri. Antoisuudeltaan suurimmat määrät pohjavettä onkin varastoituneena harju-jen hiekka- ja sorakerrostumiin, karkearakeisiin moreenikerrostumiin ja kallioperän rikkonai-suusvyöhykkeisiin. (GTK 2005; Kinnunen 2005; Isomäki ym. 2006; Hatva ym. 2008; GTK 2019a; Ympäristöhallinto 2019a.)
Vajoveden suotautuessa maa-aineksen läpi vedessä esiintyviä epäpuhtauksia, kuten mikrobeja sitoutuu maaperään ja samalla siihen liukenee maaperän hivenaineita. Yleensä vedenlaatu pa-ranee veden suotautuessa maakerrosten läpi. Vajoveden suotautumisnopeuteen maaperässä vai-kuttavat vajovesikerroksen paksuus ja rakenne sekä sen huokos- ja raekoostumusominaisuudet.
Runsaiden sateiden ja lumien sulamisen seurauksena maanpinnan ja pohjavedenpinnan välinen maavesivyöhyke kyllästyy vedellä, jolloin ylimääräinen vesi valuu pohjavesivyöhykkeeseen tai pintavaluntana ympäristöön. (Kinnunen 2005; Hatva ym. 2008.) Pohjavesivyöhyke käsittää pohjavedenpinnan ja vettä läpäisemättömän kerroksen välisen vyöhykkeen, jossa maaperän huokoset ja kallioperän raot ovat vedellä kyllästyneitä ja toisiinsa yhteydessä (Isomäki ym.
2006). Pohjaveden viipymä pohjavesimuodostumassa riippuu vajoveden suotautumisnopeu-desta ja pohjaveden virtausnopeusuotautumisnopeu-desta pohjavesivyöhykkeessä (Kinnunen 2005).
Kallioperässä pohjavesi virtaa ruhjeiden, siirrosten ja rakojen muodostamia reittejä pitkin, minkä vuoksi kallioperän rikkonaisuus vaikuttaa merkittävästi kalliopohjaveden määrään. Kal-lioperän rikkonaisuus on yleensä suurinta kallion pintaosissa heikkousvyöhykkeessä (ruhje-vyöhykkeessä), missä rikkonaisuus riippuu voimakkaasti kivilajin rakoiluominaisuuksista. Kal-lion heikkousvyöhykkeet sijaitsevat yleensä maaston painanteissa ja laaksoissa. Vettä hyvin
johtavia kallioruhjeita ja -rakoja on kallioperässä yleensä 50-100 metrin syvyydelle saakka, mutta hydrologisessa kierrossa olevan kalliopohjaveden syvyys voi olla satojakin metrejä. Kal-liopohjaveden antoisuus vaihtelee jo hyvin lyhyelläkin matkalla, minkä vuoksi valtaosa kallio-porakaivoista tehdään yksittäisten kotitalouksien vedenhankintaa varten. Porakaivoissa oleva pohjaveden pinnantaso ei välttämättä kuvaa maapohjaveden pinnantasoa, minkä lisäksi veden-pinnantaso voi vaihdella porakaivoissa kulutuksen mukaan huomattavasti enemmän kuin maa-perän pohjavesikaivoissa. (GTK 2005; Kinnunen 2005; Hatva ym. 2008.)
Suurin osa Suomessa muodostuvasta pohjavedestä on maa- ja kallioperässä esiintyvää vapaata pohjavettä. Esiintymispaikan ja -tavan mukaan pohjavesi voidaan luokitella myös orsi- ja sal-pavedeksi (kuva 1). Yleensä harjujen liepeillä esiintyvä erillinen pohjavesiesiintymä, joka on kertynyt tiiviin, eristävän maakerroksen päälle, on orsivettä. Orsivesikerroksen alapuolella on varsinainen pohjavesimuodostuma. Puolestaan tiiviin, vettä läpäisemättömän maakerroksen, kuten savikerroksen alapuolella esiintyvä pohjavesi on ns. salpavettä. Salpavettä kutsutaan myös paineelliseksi eli arteesiseksi pohjavedeksi, sillä vettä läpäisemättömään maakerrokseen rajautuvassa salpaveden pinnassa paine on usein ilmakehän painetta korkeampi. Tällaisen eris-tävän maakerroksen läpi tehty aukko saa veden pulppuamaan voimakkaasti maanpinnalle.
(GTK 2005; Isomäki ym. 2006.) Luonnontilaisen pohjavesiesiintymän antoisuutta voidaan myös lisätä keinotekoisesti imeyttämällä pintavettä pohjavesimuodostumaan, jolloin puhutaan tekopohjavedestä. Toisaalta pintavettä voi imeytyä pohjavesimuodostumaan myös luonnolli-sesti, mikäli hyvin vettä läpäisevä maaperä rajoittuu vesistöön ja olosuhteet, esimerkiksi veden-oton seurauksena ovat suotuisat rantaimeytymiselle. Vastaavasti pohjavettä voi myös purkautua pintaveteen vuodenajoittaisen pohjavesitilanteen vaihtelun seurauksena. (Isomäki ym. 2006;
Britschgi ym. 2018.)
Kuva 1. Pohjaveden muodostuminen ja kiertokulku maa- ja kallioperässä (Isomäki ym. 2006).
Useimmat Suomen harjut ja reunamuodostumat sisältävät runsaasti vapaata pohjavettä ollen merkittäviä akviferejä (Ympäristöhallinto 2019a). Akviferillä tarkoitetaan pohjaveden kylläs-tämää ja vettä hyvin johtavaa maa- tai kallioperän vyöhykettä, josta pohjavettä voidaan pum-pata käytettäväksi talousvetenä (GTK 2019a). Tällaisissa hyvin vettä johtavissa hiekka- ja so-ramuodostumissa keskimäärin 30-60 % sadannasta suotautuu pohjavedeksi. Moreenikerrostu-missa suotautuminen on vähäisempää ollen noin 10-30 % sadannasta, sillä moreenin sisältämä hienoaines vähentää suotautuvan pohjaveden määrää. Laajoilla maa-ainesten ottoalueilla, joissa ei ole kasvillisuuden aiheuttamaa haihduntaa, pohjavettä muodostuu jopa 60-80 % sadannasta.
Hienorakeisimmilla alueilla, kuten savi- ja hiesumailla, maaperä on heikosti vettä läpäisevää, eivätkä sade- ja sulamisvedet pääse kunnolla imeytymään maaperään, jolloin merkittävä osa niistä valuu pintavaluntana suoraan vesistöihin. Paljaalla, hyvin tiheärakoisella kalliolla pohja-vettä voi sitä vastoin muodostua jopa kymmeniä prosentteja sadannasta. (GTK 2005; Hatva ym.
2008; Ympäristöhallinto 2019a.)
2.1.1 Pohjaveden pinnankorkeus
Pohjavedenpinta noudattaa pääpiirteittäin maanpinnan korkokuvaa. Pohjavesi virtaa maa- ja kallioperässä painovoiman ja paineen vaikutuksesta. Soihin, lähteisiin ja vesistöihin purkautuva pohjavesi yhtyy maanpinnan tasoon, mutta esimerkiksi harjuissa tai kallioperässä sen etäisyys maanpinnasta voi olla yli 50 metriäkin. Keskimäärin pohjavedenpinta on Suomessa vain 2-4 metrin syvyydellä maanpinnan alapuolella. Pohjaveden pinnankorkeus vaihtelee kuitenkin luontaisesti myös vuodenaikojen mukaan ollen korkeimmillaan lumien sulamisen ja
syyssateiden aikaan ja alhaisimmillaan loppukesästä. Pysyvän talven alkaessa muodostuva routa estää luonnollisesti pohjavesivarantojen täydentymisen. (GTK 2005; Isomäki ym. 2006;
Britschgi ym. 2018; Ympäristöhallinto 2019a.)
Pohjaveden muodostumisen ja purkautumisen välisten vuorovaikutusten lisäksi myös mm. poh-javesimuodostuman koko ja maaperän laatu vaikuttavat pohjaveden pinnankorkeuden muutok-siin. Erityisesti pienissä ja keskisuurissa pohjavesimuodostumissa pohjaveden pinnankorkeu-den vuopinnankorkeu-denaikaisvaihtelu on suhteellisen nopeaa, minkä vuoksi vähäsateisina vuosina näillä alueilla voi olla ajoittain ongelmia pohjaveden riittävyyden kanssa. Myös pohjaveden runsas kulutus tai voimakas maaperän muokkaus vaikuttavat pohjaveden määrään. Kuitenkin mitä suurempi tilavuus pohjavesimuodostumalla on, sitä vähäisempää ja hitaampaa on pohjaveden pinnankorkeuden reagointi olosuhteiden muutoksiin. Muita pohjaveden pinnankorkeuteen vai-kuttavia tekijöitä ovat muun muassa asfaltoitujen alueiden määrä pohjaveden muodostumisalu-eella, roudan syvyys ja sulaminen sekä lumen määrä ja vesiarvo. Näiden tekijöiden vaikutuk-sesta pohjaveden vuotuinen pinnankorkeus vaihtelee yleensä välillä 0,1-1,0 metriä mutta myös useiden metrien poikkeavuuksia voi esiintyä. (GTK 2005; Vienonen ym. 2012; Ympäristöhal-linto 2019a.) Erityisesti rinnemaastossa sijaitsevissa moreenikerrostumissa pohjaveden pinnan-vaihtelu voi olla voimakasta (Hatva ym. 2008).
Toisaalta myös maantieteellisellä sijainnilla ja ilmasto-olosuhteilla on oma vaikutuksensa poh-javeden pinnankorkeuksiin. Valtakunnallisen pohjavesiseurannan perusteella Suomi on jaettu neljään eri pohjaveden käyttäytymistä kuvaavaan vyöhykkeeseen eli regiimiin, jotka kuvaavat kullekin vyöhykkeelle ominaista vedenkorkeuden vaihtelua. Ilmastonmuutoksen seurauksena regiimien on havaittu siirtyvän etelästä pohjoiseen, ja tulevaisuudessa niiden ennustetaan siir-tyvän yhä pohjoisemmaksi (kuva 2). (Ympäristöhallinto 2019a.)
Kuva 2. Pohjaveden pinnankorkeuden vuodenaikaisvaihtelu vyöhykkeittäin, ja vyöhykkeiden siirtyminen etelästä pohjoiseen ilmastonmuutoksen seurauksena (mukaillen Ympäris-töhallinto 2019a).
2.1.2 Ilmastonmuutoksen vaikutus pohjaveden pinnankorkeuteen
Keskilämpötilan kohoaminen ilmasto-olosuhteiden muuttumisen seurauksena aiheuttaa pohja-vedenpintojen laskua. Merkittävintä pohjapohja-vedenpintojen laskun arvioidaan olevan etenkin lop-pukesällä ja alkusyksyllä, sillä ilmastoskenaarioiden mukaan keväät aikaistuvat ja kesien kui-vuusjaksot pidentyvät. Haihdunnan lisääntymisen ja kasvukauden pidentymisen seurauksena sade- ja sulamisvesien pohjavesivarastoja täydentävä vaikutus vähenee. Toisaalta syyssateiden ennustetaan lisääntyvän ja talvien lauhtuvan ja lyhenevän, jolloin pysyvän routakerroksen muo-dostumisen hidastuminen, lumen toistuva sulaminen ja yleistyvät talviaikaiset vesisateet edes-auttavat pohjavesivarastojen täydentymistä talvella ja alkukeväällä varsinkin Etelä- ja Keski-Suomessa. Ilmastoskenaarioiden mukaan myös Pohjois-Suomessa pohjavedenkorkeuden mi-nimi muuttuu talvesta kesään vuosisadan loppuun mennessä. (Isomäki ym. 2007; Veijalainen ym. 2012; Vienonen ym. 2012; Ympäristöhallinto 2019a.)
Ilmastonmuutoksen aiheuttamia hydrologisia muutoksia on jo havaittu Suomessa. Tulevaisuu-dessa muuttuvien ilmasto-olosuhteiden vaikutukset pinnankorkeuksiin näkyvät etenkin muu-toksina sade- ja sulamisvesien vuodenaikaisrytmissä, kuten talvenaikaisten virtaamien kasvuna, vähälumisten talvien aiheuttamina kevättulvien pienenemisenä ja kesien kuivuuskausien yleis-tymisenä. Vaikutukset tulviin, kuivuuteen ja vesivaroihin vaihtelevat kuitenkin merkittävästi eri puolilla Suomea riippuen mm. alueellisista ilmasto-olosuhteista ja vesistöjen hydrologisista ominaisuuksista. Kesien kuivuuskausien vaikutusten arvioidaan olevan merkittävimpiä etenkin
©SYKE
1985 2003
Etelä- ja Lounais-Suomen pienissä pohjavesimuodostumissa, joissa pohjavedenpintojen ennus-tetaan laskevan pitkällä ajanjaksolla tarkasteltuna entisestään. Kuivuuskausien yleistyminen li-sää etenkin antoisuudeltaan vähätuottoisten pohjavesimuodostumien varassa olevan vesihuol-lon riskejä. Laajoissa pohjavesimuodostumissa pohjavedenpintojen minimien arvioidaan esiin-tyvän etenkin ylivuotisten kuivakausien seurauksena. Muutoinkaan kesäsateet eivät useinkaan ole yhtä merkittäviä pohjaveden muodostumisen kannalta kuin syksyn vesisateet ja lumien su-lamisvedet kevättalvella. Kesien kuivuusjaksojen pitkittyminen voi täten lisätä riskiä pohjave-denpintojen merkittävään laskuun myös suurien pohjavesimuodostumien osalta. (Isomäki ym.
2007; Veijalainen ym. 2012; Vienonen ym. 2012; Veijalainen ym. 2019.)
2.1.3 Pohjaveden laatu
Yleisesti ottaen pohjavesi on Suomessa hyvälaatuista: happipitoista, hieman hapanta ja sopivan määrän liuenneita suoloja sisältävää. Hyvälaatuisinta pohjavesi on lajittuneissa sora- ja hiekka-kerrostumissa, kuten harjuissa ja reunamuodostumissa, joista pääosa Suomen pohjavedestä myös pumpataan. Myös moreenikerrostumien pohjavesi on yleensä hyvälaatuista, mutta niiden antoisuuden ja laadun vaihtelut ovat suurempia kuin harjuista saatavalla pohjavedellä. Kallio-perässä pohjaveden virtaus on yleensä hidasta, minkä vuoksi kalliopohjavesi on usein vähähap-pista tai hapetonta. Lisäksi kalliopohjavesi sisältää enemmän suoloja ja on emäksisempää kuin maaperän pohjavesi, joka on luontaisesti hieman hapanta ja sisältää vain vähän suoloja. (La-hermo ym. 2002; GTK 2005; GTK 2019a; Ympäristöhallinto 2019a.) Pohjavettä voi esiintyä myös savikerrostumien alla olevissa hiekka- ja moreeniesiintymissä, mutta tällaisilla alueilla esiintyvä pohjavesi on usein vähähappista ja rauta- ja mangaanipitoista (Lahermo ym. 2002;
Hatva ym. 2008). Toisaalta runsaiden sateiden ja pitkien kuivien jaksojen jälkeen pohjaveden laatu vaihtelee myös luontaisesti (Vienonen ym. 2012).
Pohjaveden laatuun vaikuttavat valuma-alueen maa- ja kallioperän koostumuksen lisäksi myös mineraalien geokemialliset ominaisuudet ja kestävyys rapautumista vastaan. Kallioperän kivi-laji voi alueellisesti vaikuttaa kalliopohjaveteen liuenneiden aineiden määrään. Esimerkiksi ra-pakivialueilla kallioperästä voi liueta fluoridia ja mustaliuskealueilla arseenia ja muita raskas-metalleja pohjaveteen. Myös uraani- ja radonpitoisista mineraaleista voi liueta haitallisia mää-riä näitä alkuaineita pohjaveteen. Luonnontilaisissa pohjavesissä näiden terveydelle haitallisten alkuaineiden pitoisuudet kuitenkaan harvoin ylittävät annettuja enimmäispitoisuuksia. Sitä vas-toin luonnontilaiset pohjavedet voivat sisältää paikoin korkeita rauta- ja mangaanipitoisuuksia.
(GTK 2005; Ympäristöhallinto 2019a.)
Kaikkein merkittävin pohjaveden laatua heikentävä tekijä on ihmistoiminta. Useiden erilaisten ihmisen aikaansaamien toimintojen seurauksena pohjavesissä voi esiintyä terveydelle haitalli-sia epäpuhtaukhaitalli-sia, esimerkiksi kohonneita nitraatti- tai kloridipitoisuukhaitalli-sia. Näiden epäpuhtauk-sien kulkeutumiseen ja leviämiseen pohjavedessä vaikuttavat mm. kyseisten aineiden tai yhdisteiden liukoisuusominaisuudet, maaperän vedenläpäisevyys sekä veden virtausnopeus ja -suunta. Riskin pohjaveden pilaantumisesta voivat aiheuttaa mm. vaarallisia kemikaaleja käyt-tävät tehtaat, teiden liukkaudentorjunta, pilaantuneet maa-alueet, lannoitteiden ja torjunta-ai-neiden käyttö, polttonesteiden jakelu sekä jätevesivuodot. (Britschgi ym. 2018; Ympäristöhal-linto 2019a.) Pohjavesialueille tyypillistä on etenkin niiden moniongelmaisuus asutuksen, lii-kenneyhteyksien, teollisuus- ja yritystoiminnan sijaitessa pohjaveden muodostumisalueilla tai niiden välittömässä läheisyydessä (Gustafsson ym. 2006; Päätalo ym. 2007).
2.1.4 Ilmastonmuutoksen vaikutus pohjaveden laatuun
Kuten pohjaveden pinnankorkeuksiin, myös pohjaveden laatuun on muuttuvilla ilmasto-olo-suhteilla oma vaikutuksena. Vedenlaatu voi heiketä etenkin pienissä pohjavesimuodostumissa poikkeuksellisen pitkään jatkuneen kuivuuden seurauksena, kun vähähappisissa olosuhteissa veden rauta- ja mangaanipitoisuudet nousevat. Kuivuuden seurauksena myös pohjaveden vir-tausolosuhteet voivat muuttua ja saada aikaan ympäristössä esiintyvien haitallisten aineiden kulkeutumisen kohti pohjavedenottamoa. Lisäksi pintavesien imeytyminen pohjavesimuodos-tumaan voi lisääntyä pohjavedenpinnan ollessa alhaalla ja aiheuttaa pohjaveden hygieenisiä laatuongelmia, etenkin mikäli imeytyvän pintaveden viipymä maaperässä on lyhyt. Samoin tul-vat, voimakkaat yksittäiset rankkasateet sekä lauhat ja sateiset talvet lisäävät riskiä vedenlaadun heikkenemisestä. Näiden tekijöiden vaikutuksesta tarve vedenkäsittelylle voi kasvaa, tai ne voi-vat rajoittaa vedenottoa. (Isomäki ym. 2006; Veijalainen ym. 2012; Vienonen ym. 2012; Ym-päristöhallinto 2019a.)
Sateiden lisääntymisen ja voimistumisen sekä lumettomien kausien pidentymisen seurauksena pintavalunnat kasvavat, mikä voi muuttaa raakavesilähteiden ravinne-, kiintoaine- ja humuspi-toisuuksia. Ravinnehuuhtoumien lisääntymisen seurauksena vesistöjen rehevöityminen ja levä-kukinnat voivat voimistua, millä voi olla vaikutusta myös pohjaveden laatuun mm. mahdollisen rantaimeytymisen seurauksena. Pohjavesimuodostumien osalta vedenlaatua voivat heikentää etenkin runsassateiset talvet ja suuret lumen sulamismäärät sekä syyssateiden pidentyminen.
Pohjaveden likaantumisriski kasvaa, mikäli pohjavedenpinta nousee hyvin korkealle ja veden
suotautumisaika maaperässä lyhenee merkittävästi. Talvella maaperän mikrobiologinen puh-distuskyky on hidasta, mikä lisää pohjaveden pilaantumisriskiä etenkin alueilla, joissa pohja-vesivyöhykkeen yläpuoliset maakerrokset ovat ohuita. Myös pohjaveden lämpötilan nousemi-nen ilmastonmuutoksen seurauksena voi lisätä pohjaveden käsittelytarvetta. (Vienonousemi-nen ym.
2012; Tuomenvirta ym. 2018.)
Ilmastonmuutoksella on suorien vaikutusten lisäksi myös välillisiä vaikutuksia. Lisääntyvät myrskyt, rankkasateet ja esimerkiksi tykkylumen määrä voivat osaltaan lisätä pitkäaikaisten ja laaja-alaisten sähkökatkosten määrää ja tätä kautta vaikeuttaa vedenkäsittelyä ja -jakelua. Myös torjunta- ja kasvinsuojeluaineiden käyttö voi lisääntyä lisäten pohjaveden pilaantumisriskiä.
Samoin liikennemäärien kasvu ja muuttuvat ilmasto-olosuhteet vaikuttavat teiden liukkaudtorjuntaan, mikä lisää osaltaan pohjaveden pilaantumisriskiä. Lisäksi mm. taajamatulvien en-nustetaan lisääntyvän aiheuttaen toisaalta hygieenisiä laatuongelmia raakavesilähteille, toi-saalta liiallisella hulevesien poisjohtamisella asfaltoiduilta taajama-alueilta on vaikutusta muo-dostuvan pohjaveden määrää. (Vienonen ym. 2012; Tuomenvirta ym. 2018.)
2.2 POHJAVESIALUEET – MÄÄRITTÄMINEN JA LUOKITTELU