Ryhmä 1. Lammen tulo- ja poistouoman virtaaman määrittäminen V-padon ja volymetrisen mittauksen avulla sekä siivikoimalla

Lammen tulo- ja poistouoman virtaaman määrittäminen V-padon ja volymetrisen mittauksen avulla

V- pato tulo- ja poistouomassa

Sää mittauspäivänä 10.10.2017 oli sateinen mukaan lukien muutama sitä edellinen päivä. Aiemmalla viikolla 3.10.2017 mittauspäivän sää oli ollut poutainen, mistä syystä oletimme ennen mittauksien aloitusta tuloksiemme olevan virtaamille suurempia verrattuna aimmalla viikolla tehtyihin virtaamamittauksiin.

V-pato poistouomassa

Aloitimme kenttämittausten tekemisen asettamalla V-padon Pieni-valkeisen poistouomaan sekä sen jälkeen tulouomaan.  Tehtävän tarkoituksena oli määrittää uomien virtaama asettamalla uoman pohjalle väliaikainen pressu, jossa on V-pato. V-padon tarkoituksena on padota uomassa liikkuva vesimäärä, jolloin virtaama Q voidaan määrittää V-padossa olevan asteikon avulla. Asteikosta saatiin virtaamalaskuja varten pinnankorkeus h. Poistouomassa se oli noin 10,25 cm eli 0,1025 m.

Kaava 1. Virtaama

c = 0,58 (vakio)
g= 9,81


Yllä olevan kaavan mukaisesti saimme poistouoman virtaamaksi 0,004609 m3/s eli 4,6 l/s .

Tulouomassa pinnankorkeus h oli noin 8 cm eli 0,08 m. Täten virtaamaksi saimme 0,00248 m3/s eli noin 2,5 l/s .

V-padon asennus tulouomaan 

Lähikuvaa V-padosta tulouomassa 

Tärkeitä huomioita patoa asennettaessa oli saada asennus sellaiseen kohtaan, missä vesi menee padon läpi, eikä sivuilta. Vuotokohtien paikkaamiseen sekä muutoin pressun pysymiseen uoman pohjalla käytimme kiviä ja hiekkaa.  Hyväksyttävissä oleva padon ohittavan veden määrä on n.10% virtaamasta. Lisäksi padon tulisi olla viettävässä kohdassa sekä 5 cm uoman pohjasta. Oikeanlainen paikka uomassa oli ratkaiseva tekijä tuloksien kannalta.

Eniten vaikeuksia mittauspaikan suhteen aiheutti poistouoma. Jouduimme vaihtamaan paikkaa useaan otteeseen, koska vesi karkasi toistuvasti padon sivuilta. Lopulta saimme hyvän paikan ja siten luotettavia tuloksia. 

Tulouomaan asennuksessa ongelmaksi muodostui tarpeeksi kapean paikan  löytäminen. Alkupää tulouomasta oli hyvin leveä ja maa ympärillä upottavaa, tästä syystä seurasimme tulouomaa ylemmäksi ja löysimme sopivan paikan. Saimme hyviä tuloksia aikaiseksi ja paikka oli ihanteellinen mittausten suorittamiseksi. 

Koordinaatit V-pato - mittauksille: 

      Pieni-Valkeisen poistouoma:

• Lat/P: 62,92853, Lon/I: 27,663918 eli 62°55’42.7’’N 27°39’50.1’’E

V-pato Pieni-Valkeisen poistouomasta

     Pieni-Valkeisen tulouoma:

• Lat/P: 62,929676  Lon/I: 27,65783 eli 62°55’46.8’’N 27°39’28.2’’E

V-pato Pieni-Valkeisen tulouomasta

Volymetrinen mittaus tulo-ja poistouomasta

Volymetrisen mittauksen tarkoitus on saada kerättyä vettä tietyssä ajassa tietty määrä astiaan. Volymetrinen mittaus on melko luotettava ja yksinkertainen tapa selvittää virtaama. Tarkkuuteen vaikuttavat kohta mistä mitataan sekä mittaajan ja ajan ottajan yhteistyö. Tarvittavia välineitä ovat sekuntikello, riittävän iso sanko sekä mitta-astia. Mittauksia tehdään 5 kappaletta, joista otetaan huomioon mittausten keskiarvo.

Volymetrisen mittauksen koordinaatit:

• Pieni-Valkeisen poistouoma, tien alittavan rummun suulta: Lat/P: 62,928825, Ion/l: 27,663155 eli 62°55’43.8’’N 27°39’47.4’’E

Volymetri Pieni-Valkeisen poistouomasta

• Pieni-Valkeisen tulouoma: Lat/P: 62,929676  Lon/I: 27,65783 eli 62°55’46.8’’N 27°39’28.2’’E

Volymetri Pieni-Valkeisen tulouomasta

Ensimmäinen mittauskohtamme oli poistouomasta. Mittausta helpotti virtauksen mittaaminen vesirummun suulta. Saimme tarvittavan määrän virtaamasta helposti sekä tarkasti. 

Volymetrinen mittaus poistouomasta

Tulokset:

Otokset	Vesimäärä (ml)	Aika (s)
1	8700	2,20
2	8900	2,43
3	9400	2,58
4	9300	2,43
5	8900	2,22

Keskimäärin 9040 ml eli 9,04 l ajassa 2,372 s. Tällöin virtaamaksi volymetrisellä mittauksella poistouomasta saadaan noin 3,8 l/s.

Volymetrinen mittaus tulouomasta

Tulouoman mittaamisessa käytimme V-padon avulla saatua suoraviivaisempaa virtausta. Tehtävää hankaloitti pieni virtaaman määrä sekä pieni heitto, joka johtui V-padon sivuilta päässeen veden määrästä.

Tulokset:

Otokset	Vesimäärä (ml)	Aika (s)
1	4600	1,64
2	3700	1,06
3	3900	0,99
4	3500	0,95
5	4100	1,09

Keskimäärin 3960 ml eli 3,96 l ajassa 1,146 s.Tällöin virtaamaksi saadaan tulouomasta noin 3,5 l/s.

Johtopäätökset:

Poistouoman virtaamat olivat sekä V-padolla että Volymetrisella mittauksella mitattuna selkeästi suuremmat kuin tulouoman. Ennalta pystyi arvelemaan poistouoman virtaaman olevan kaksinkertainen verrattuna tulouoman virtaamaan, mikä piti paikkansa V-padossa, muttei Volymetrisessa mittauksessa. Tämä saattoi johtua pienestä virtaaman määrästä tulouomalla ja V-padon ohi virranneesta vedestä. Muutoin tulokset 3,8 ja 3,5 l/s sivuavat läheltä V-padon virtaamien 4,6 ja 2,5 l/s keskiarvoa. Saadut tulokset olivat myös selvästi suurempia, noin kaksinkertaisia, verrattuna vikkoa aiemmin tehtyihin virtaamamittauksiin, jolloin sää oli ollut selkeämpi.

Lammen tulo- ja poistouoman virtaaman määrittäminen siivikoimalla

Siivikointi Pieni-Valkeisen poistouomasta

Virtaus mitataan siten, että uoman leveys mitataan ja se jaetaan vähintään kolmeen osaan, mikäli uoman leveys on vähintään metri. Välineinä on metallinen tanko, jossa on siivikko.

Siivikko asennetaan oikealle korkeudelle siten, että uoman pinnankorkeus mitataan ja siivikko asetetaan 2/3 osan korkeudelle. Siivikkoa käännellään uomassa, jotta saadaan aikaan siivikon pyöriminen. Kierrosten määrän avulla voidaan määrittää uoman virtaama.

Siivikon kierrokset voidaan määrittää silmämääräisesti, mutta nopeassa virtaamassa apuna voi olla siivikkoon kiinnitettävä mittalaite, jonka avulla laskenta helpottuu sekä on tarkempaa. Siivikon kierrosten määrä lasketaan 30 sekunnin aikana. Siivikkoon on merkitty näkyvällä värillä "täppä", minkä avulla täydet kierrokset on helpompi havaita.

Aloitimme mittauksemme Pieni-Valkeisen poistouoman alusta, jonka leveys oli 130 cm leveä. Jaoimme uoman kolmeen osaan (noin 43,4 cm) ja mittasimme jokaisesta kohdasta kierrosten määrän. Mittausta häiritsi uoman pohjalla olevat lehdet. Virtaus ei ollut kovinkaan suuri, varsinkin reunoilla kierrosten määrä jäi pieneksi.

Mittauspaikan koordinaatit Pieni-Valkeiseisen poistouomalla olivat
Lat/P: 62.928917 Lon/I: 27.662452 eli 62°55’44.1’’N 27°39’44.8’’E

Siivikointipaikka Pieni-Valkeisen poistouomasta

Tulouoman mittaaminen oli hieman helpompaa, sillä pohjassa ei ollut lehtiä sekä muutoinkin uoman syvyys oli matalampi. Tulouoman leveydeksi saimme 79 cm, tästä syystä mittaus suoritettiin siten että jaoimme uoman kahteen osaan eli kahteen 39,5 cm leveään osaan.. Pieni-Valkeisen tulouoman koordinaatit siivikoinnissa olivat

Lat/P: 62,929676  Lon/I: 27,65783 eli 62°55’46.8’’N 27°39’28.2’’E.

Siivikointipaikka Pieni-Valkeisen tulouomasta

Poistouoman keskikohta oli syvyydeltään 18 cm (mittauskohta 1), oikealta puolelta mitattu kohta (mittauskohta 2) 14,5 cm ja vasemmalta puolelta (3) 9,8 cm syvä. Jokainen näistä kerrottiin uoman (130cm) kolmasosa-leveydellä eli noin 43,4 cm:llä, jolloin saatiin pinta-ala A. 

Tulouoman mittauskohta siivikoinnissa oli oikealta puoleltaan 12 cm (mittauskohta 1) ja vasemmalta 14 cm (mittauskohta 2) syvä. Näistä molemmat kerrottiin uoman (79cm) puolikkaalla leveydellä eli 39,5 cm:llä, jolloin näihin kohtiin saatiin myös siivikointialueen pinta-ala A. Alla näkyvässä taulukossa jokaiselle osalle sekä poisto- että tulouomassa on laskettu virtausnopeus V, pinta-ala A ja lopuksi virtaama Q sekä uomien kokonaisvirtaamat.

Virtausnopeus lasketaan kaavalla:

Virtausnopeuden kaava

k = 0, 2591 (m)

n = siivikon siiven kierrosmäärä (krt/s) D = 0,005 (vakio)

Virtaama Q lasketaan kaavalla:

Virtaaman kaava

Poistouoma
Mittauskohta	siiven kierrosmäärä n (krt/s)	Virtausnopeus V (m/s)	Siivikointialueen A (m2)			Virtaama Q (m3/s)	Virtaama Q (l/s)	Kokonaisvirtaama (l/s)
1 (keskik.)	0,233	0,0653703	0,07812			0,00511	5,1
2 (oikea)	0,117	0,0353147	0,06293			0,00222	2,2
3 (vasen)	0,05	0,017955	0,042532			0,00076	0,8	8,1
Tulouoma
1 (oikea)	0,083	0,0265053	0,0474			0,00126	1,3
2 (vasen)	0,1	0,03091	0,0553			0,00171	1,7	3,0

Johtopäätökset:

Pieni-Valkeisen poistouoman virtaamaksi saimme siis 8,1 l/s ja tulouoman virtaamaksi 3,0 l/s. Nämä tulokset eroavat aiemmin Volymetrisellä mittauksella ja V-padolla tehdyistä mittauksista. Siivikoinnista saaduista tuloksista voi sanoa, että tulouoman virtaamaksi saatu 3,0 l/s on samaa suuruusluokkaa aiempien tulouoman virtaamamittausten kanssa. Poistouoman virtaamaksi saatu 8,1 l/s on kuitenkin noin kaksinkertainen verrattuna aiempiin mittaustuloksiin V-padolla ja Volymetrisella mittauksella.
Erot siivikoinnissa voivat esimerkiksi johtua epätarkasta siivikon pyörähdysten laskemisesta sekä vaihtelevista siivikon pyörähdysnopeuksista mittaustilanteessa, kun mittaaja yritti etsiä sopivaa kohtaa ja asentoa siivikolle uomasta, jossa sitä haittaamassa oli esimerkiksi lehtiä poistouomalla. Silmämääräisesti myös vaikutti Pieni-Valkeisen poistouomalla, että virtausnopeus vaihteli, jolloin siivikko välillä kiihdytti nopeuttaan ja välillä hidasti. Tulouomalla siivikolle löytyi nopeammin hyvä asento, jossa siivikko pyöri tasaisesti ilman häiriötekijöitä.