Grupp 1 Virtaaman määrittäminen V-padon ja volymetrisen mittauksen avulla sekä siivikointi

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

Mittauspäivänä 2.10 aamu alkoi vesisateen merkeissä mutta sää kuitenkin selkeni päivää kohti. Sään lämpötila oli + 6 ⁰C. 

Ensimmäisenä tehtävä ryhmällämme oli määrittää lammen tulo- ja poistouoman virtaama V-padon ja volyrimetrisen mittauksen avulla. Väliaikaisesti asennettava pressu, asennetaan uomaan niin että koko vesimäärä virtaa padon läpi. Pressun sivuilla olevat reunat nostetaan uoman reunoille ja päätyreuna asetetaan mukailemaan uoman pohjaa. Käytimme kiviä painoina pitämään pressua uoman pohjalla. 

Kuva asennetusta V-padosta poistouomalla

Kuva asennetusta V-padosta tulouomalla

Asensimme metallisen purkausaukon olemaan suorassa kulmassa veden pintaa nähden. Tarkoituksena oli saada mittapato padottamaan vettä siten että se purkautuu vapaasti purkausaukosta. V-padon purkausaukossa on pinnankorkeutta osoittava mitta-asteikko, josta luimme pinnankorkeuden lukeman. 

Kuva poistouoman lukemasta

Kuva tulouoman lukemasta

Mittasimme virtaaman ensiksi Pieni-Valkeisen poistouomasta. Tarkastelimme ympäristöstä sopivaa paikkaa V-padolle. Löydettyämme sopivan paikan, asensimme pressun niin että ohivirtaama olisi mahdollisimman pieni. Poistouoman pinnankorkeudeksi saimme 6,5 cm = 0,065 m.

Tulouomassa ohivirtaamaa oli noin 8 %, kuitenkin alle 10 %. Tulouoman pinnankorkeudeksi saimme 7 cm = 0,07 m. 

Volymetrinen mittaus

Määritimme lammen tulo- ja poistouoman virtaaman suuren mitta-astian ja sekuntikellon avulla. Volymetriset mittaukset teimme samoissa paikoissa uomilla kuin V-padon mittaukset. Mittauksen tarkoituksena oli saada kerättyä vettä tietyssä ajassa tietty määrä astiaan. Teimme mittauksia 6 kappaletta, joista otetaan keskiarvo. Tulokset alla.

Keskimäärin 4335 ml eli 4,335 l ajassa 3,54 s. Tällöin virtaamaksi poistouomasta saadaan 1,225 l/s.

Tulouoman virtaamaksi saadaan 0,778 l/s.

Laskennallisissa tuloksissa virtaama on suurempi molemmissa virtaamissa (poistouoma 1,8 l/s ja tulouoma 1,5 l/s ennen ohivirtaamaa).
Mahdollisia syitä virtaamaeroille ovat esimerkiksi inhimilliset virheet, kuten sekuntikellon ajan aloittamisen ja lopettamisen ajankohdat, veden läikkyminen ja virheet silmämääräisessä mittauksessa.

Tulo- ja poistouoman virtaaman määrittäminen siivikoimalla

Kuvassa siivikoinnissa käytettävä mittalaite SEBA Mini Current Meter M1

Aloitimme harjoituksen ohjaavan opettajan pitämällä lyhyellä ja ytimekkäällä teoriapläjäyksellä, jossa kertasimme siivikoinnissa käytettävät välineet sekä siivikon käyttöä. Saimme vinkin poistouoman virtaaman mittauspaikasta, jossa todennäköisesti saisi siivikon propellin pyörimään. Aikaisempina viikkoina on ollut hieman hankaluuksia saada siivikoinnista tuloksia heikon virtaaman vuoksi.

Menimme poistouomalle ja aloimme tarkastelemaan mihin siivikon saisi asetettua. Hetken aikaa puljaillessa päädyimme suorittamaan siivikointia ojarumpuun. Mittauspiakan koordinaatit ovat 62,9288° N, 27,6629° E. Otimme ojarummusta strategiset mitat virtaamaan laskentaa varten, jonka jälkeen aloimme etsimään ojarummun suulta oikeaa mittauskohtaa. Siivikon propellin tulisi olla 2/3 syvyydellä vedenpinnasta, jolloin virtaama olisi suurimmillaan vähäisen kitkan takia. Uoman reunoilla ja veden pinnalla kitka on suurimmillaan. Saimme vain vaivoin propellin pyörimään, mutta sekin riittää virtaaman laskentaan. Otimme mittausajaksi 30s ja saimme propellin pyörähtämään tänä aikana 5 kertaa. Toistimme mittauksen vielä varmistuaksemme mittauksen oikeellisuudesta ja toistettavuudesta. Yritimme myös siivikointia uoman reunoilta, mutta propelli ei enää liikahtanutkaan. Tästä siirryimme leuka rinnassa kohti uusia pettymyksiä, joka tässä tapauksessa oli siivikointia tulouomassa.

Tulouoman siivikointi

Päästyämme tulouoman läheisyyteen aloimme jälleen etsiä sopivaa mittauspaikkaa. Mittauspaikan koordinaatit 62,9297° N, 27,6582° E. Edellisen mittauksen tuomalla rutiinilla mittauspaikka löytyi nopeasti ja tarvittavat sirkustemput (uoman ja vedensyvyyden mittaaminen) kävivät käden käänteessä. Tulouoman virtaaman mittaamisessa koimme pienen deja vu:n, kun siivikon propellin pyörintä oli jälleen kerran vähintäänkin hankalaa ja millilleen oikean mittauspaikan löytäminen vaati muutamia "pistoja". Otimme mittausajaksi edellisen mittauksen tapaan 30s ja saimme propellin pyörähtämään 4 kertaa. Tämän jälkeen pakkasimme kaluston ja kiikutimme ne opettajan autoon. Näin mittaustehtävä sai onnellisen lopun ja pääsimme jatkamaan päiväämme koulun tai vapaa-ajan parissa. Loppuun vielä laskelmia ja pohdintaa siivikoimalla saavuttamistamme tuloksista:

Siivikoimalla saavutimme tulouoman osalta lähes samanlaisia tuloksia, kuin V-padolla, josta voisimmekin päätellä mittauksen olleen suhteellisen onnistunut tai sitten molemmissa epäonnistunut, koska tulos heittää kuitenkin reilusti volymetrisellä menetelmällä saadusta. 

Poistouoman osalta tulokset ovat moninkertaiset verrattuna muihin mittauksiimme, yhtenä syynä virtaaman suuruudelle voidaan selittää, että virtaama on laskettu heikon virtausnopeuden vuoksi ainoastaan voimakkaimman virtauspisteen kohdalta. Poistouoman mittaukset ovat selvästikin ylimitoitettuja ja jatkossa mittausta varten voisi harkita kevyempää propellia, jolloin propellin liikkumiseen vaadittavaa voimaa saataisiin pienennettyä tai eri muotoista propellia, jolla voimaa saataisiin hyödynnettyä paremmin pyörivään liikkeeseen.