Pinnankorkeuden määrittäminen vaaituksella
Aloitimme aamun Pieni-Valkeisen ja Iso-Valkeisen pinnankorkeuksien mittaamisella. Tämä tapahtui vaaituskoneen, latan ja kaivonkannen avulla. Tiedossamme oli siisi näiden kahden lammen välissä sijaitsevan kaivonkannen korkeus merenpinnasta.
Kaivonkannen kohta, jonka korkeus tiedettiin ja johon latta asetettiin. Kuva kurssin ohjeista.
Vaaituskone ja sen asentamista jalustaan.
Sijoitimme latan kaivonkannelle siihen kohtaan, josta sen korkeus on määritetty ja veimme vaaituskoneen tämän kaivonkannen ja Pieni-Valkeisen väliin. Tavoitteena oli sijoittaa vaaituskone sellaiseen kohtaan, josta saisimme mitattua sekä vaaituskoneen ja kaivonkannen, että vaaituskoneen ja vedenpinnan väliset korkeuserot siirtämättä vaaituskonetta.
Kun olimme löytäneet mielestämme sopivan kohdan, alkoi vaaituskoneen tasapainoittaminen, johon suurin osa ajastamme lopulta menikin. Kun vaaituskone oli tasapainoitettu, pääsimme lukemaan sen linssin läpi latan mitta-asteikolta korkeuseron. Tästä haastavaa teki yhden linssin puuttuminen, jonka takia näimme kaiken ylösalaisin. Hieman totuteltuamme alkoi lukeminen onneksi sujua. Lattaa lukiessa oli tärkeää oikean korkeuden määrittämiseksi, että lattaa pitävä henkilö heilutti lattaa hitaasti eteen ja taakse, jotta saimme luettua juuri oikean arvon. Jos lattaa olisi pidetty paikallaan ja se olisikin ollut hieman vinossa, olisi lukema ollut todellista suurempi.
Tämän jälkeen käänsimme vaaituskoneen Pieni-Valkeisen suuntaan niin, että jalusta pysyi täysin paikallaan ja pelkkä vaaituskone siinä päällä kääntyi ympäri. Siirsimme latan vedenpintaan ja luimme uuden lukeman.
Latan asettamista Pieni-Valkeisen pinnan korkeudelle.
Latan mitta-asteikon lukemista vaaituskoneen linssin läpi.
Lisäämällä kaivonkannen korkeuteen ensimmäisen lukeman ja vähentämällä siitä toisen lukeman, saimme laskettua Pieni-Valkeisien vedenpinnankorkeudeksi 97,035 m (98,965 m + 1,258 m - 3,215 m = 97,035 m).
Mitattuamme Pieni-Valkeisen pinnankorkeuden, oli Iso-Valkeisen pinnankorkeuden mittaamisen vuoro. Tämä olikin jo haastavampaa, sillä lähtöpisteeltämme (kaivonkannelta) ei päässytkään enää yhdellä vaaituskoneen sijainnilla lammen vedenpintaan. Jouduimmekin siirtämään sekä lattaa että vaaituskonetta vuorotellen useampaan kertaan päästäksemme rantaan asti. Haasteita tehtävässä lisäsi maaston jyrkkyys, jonka takia siirsimme välillä vaaituskonetta liian alas rinteessä latan ollessa ylempänä, jolloin emme edes nähneet lattaa vaaituskoneen linssin läpi. Samalla kaavalla, kuin Pieni-Valkeisenkin kohdalla, saimme laskettua Iso-Valkeisein vedenpinnankorkeudeksi 89,380 m (98,965 m + 0,060 m -3,180 m + 0,440 m - 3,910 m + 0,090 m -3,085 m = 89,380 m).
Tarkoituksena olisi ollut mitata samalla tekniikalla vielä takaisin Iso-Valkeisen pinnalta kaivonkannelle ja kokeilla kuinka tarkka mittauksemme oli, kuinka lähelle kaivonkannen oikeeaa tiedettyä korkeutta olisimme päässeet. Kylmästä ja saiteisesta säästä johtuen päätimme kuitenkin opettajan kanssa jättää mittaukset siihen.
Iso-Valkeisen pinnankorkeuden mittaamisen aloittamista kaivonkannelta.
Toinen ryhmä, joka mittasi lampien pinnankorkeudet samana päivänä kanssamme saivat Pieni-Valkeisen korkeudeksi 96,977 m ja Iso-Valkeisen korkeudeksi 89,180 m. Meidän tuloksemme poikkesivat näistä Pieni-Valkeisen osalta +0,058 m ja Iso-Valkeisen kohdalla +0,200 m. Iso-Valkeisen kohdalla ero on isompi, sillä mittauksia kaivon ja Iso-Valkeisen välillä oli enemmän, kuin kaivon ja Pieni-Valkeisen välillä, jolloin pienetkin mittavirheet tapahtuvat useamman kerran ja lopputulos heittää enemmän.
Mittaustarkkuuteen ja mahdollisiin virheisiin vaikutti sääolosuhteet, silmän tarkkuus, mahdolliset kallistukset latan asennossa, yhden kaivonkannen ja Iso-Valkeisen välille sijoittuneen mittauksen kohdalla latan ja vaaituskoneen väliin jääneet puun oksat ja vaaituskoneen tasapainottamisen vaikeus.
V-Pato ja volymetrinen mittaus
Seuraavaksi lähdimme selvittämään Pieni-Valkeisen tulo- ja poistouomien virtaamaa. Käytimme kahta eri menetelmää, V-Patoa ja volymeristä mittausta.
V-Patomittauksessa käytimme Thompson weir -mittapatoa, jossa on yhteen pressun reunoista kiinnitetty metallinen, v-muotoinen, suorakulmainen mitta. Asetimme pressun uoman pohjalle virtauksen suuntaisesti niin, että mitta oli alavirran puolella kohtisuorassa vedenpintaan nähden. Pyrimme asettamaan pressun niin, että kaikki vesi kulkisi mittapadon kautta, mutta tämä osoittautui käytännössä mahdottomaksi. Tämän jälkeen odotimme, että virtaus tasaantuu ja luimme mitta-asteikolta padon läpi virtaavan veden pinnankorkeuden, jonka avulla saimme laskettua virtaaman seuraavaa kaavaa käyttäen,
jossa c = 0,58 (oletetaan vakioksi), g = 9,81 m/s2 ja h = mittaamamme pinnankorkeus.
Vedenpinnankorkeus oli tulouomassa 35 mm ja poistouomassa 45 mm.
Näillä arvoilla saimme kaavan avulla laskettua tulouoman virtaamaksi (Q) 0,000314 m3/s = 0,31 l/s.
Poistouoman virtaamaksi (Q) laskimme 0,000589 m3/s = 0,59 l/s.
V-Pato ja sen asettelua uomaan.
V-Padon mitta-asteikossa mitta-viivoja oli 5 mm:n välein.
Volymetrinen mittaus suoritettiin sekuntikellon ja mitta-astian avulla. Tarkoitus oli mitata kuinka monta litraa vettä virtaa tietyssä ajassa keräämällä mitta-astiaan uomassa virtaava vesi ennalta määritetyn ajan ajan. Ajattelimme hyödyntää V-Patoa mittauksessa sen luoman pienen putouksen takia ja padon kerätessä virtauksen keskelle uomaa. Tämä osoittautui käytännössä hieman haastavammaksi, kuin mitä toivoimme putouksen ollessa mitta-astiaamme matalampi, mutta saimme mittaukset tehtyä. Suoritimme mittauksen kummassakin uomassa viisi kertaa, joista laskimme keskiarvon.
Volymetrisella mittauksella saimme virtaaman keskiarvoksi tulouomassa 0,43 l/s ja poistouomassa 0,59 l/s.
Kummassakin uomassa mittasimme virtaaman kolmen sekunnin ajalta, joten virtaaman saimme laskettua jakamalla viiden mittauksen keskiarvon kolmella.
Tulouoman mittauksissa saimme kolmessa sekunnissa kerättyä vettä
1,3 l
1,3 l
1,4 l
1,1 l
1,4 l
joiden keskiarvo on 1,3 l (6,5 l / 5). Saadaksemme virtaaman muotoon l/s jaoimme tämän vielä kolmella: 1,3 l / 3 s = 0,43 l/s.
Arvioimme padon ohi valuvan noin 10 % uomassa virtaavasta vedestä. Tämän perusteella saamamme virtaama olisi vain 90 % todellisesta virtaamsta, joka olisi todellisuudessa noin 0,48 l/s (0,43 l/s / 90 * 100).
Poistouoman mittauksissa saimme kolmessa sekunnissa kerättyä vettä
1,7 l
1,65 l
1,8 l
1,8 l
1,9 l
joiden keskiarvo on 1,77 l (8,85 l / 5). Saadaksemme virtaaman muotoon l/s jaoimme tämän vielä kolmella: 1,77 l / 3 s = 0,59 l/s.
Arvioime padon ohi valuvan noin 20 % uomassa virtaavasta vedestä. Tämän perusteella saamamme virtaama olisi vain 80 % todellisesta virtaamasta, joka olisi todellisuudessa noin 0,74 l / s (0,59 l/s / 80 * 100).
Volymetrisen mittauksen tuloksien kirjaamista ja mitta-astiat vasemmalla taustalla.
Pieni-Valkeisen kannalta saamamme tulokset ovat aika huonot lampeen virtaavan veden määrän ollessa vähemmän, kuin pois virtaavan. Pidemmän päälle, jos nämä olisivat ainoat lammen veden tulo- ja poistumislähteet, kuivuisi se ennemmin tai myöhemmin.
Volymetrisella mittauksella ja V-Padon kaavalla laskettuna tulouoman virtaaman tulokset eroavat toisistaan jonkin verran, mutta poistouoman kohdalla saimme kaavalla laskettuna ja volymetrisella mittauksella ennen ohivirtauksen arvion lisäystä virtaamaksi saman arvon.
Mittauksissa oli useita epävarmuustekijöitä, kuten veden määrän arviointi silmämääräisesti, ajanmittauksen heitot ovat prosentuaalisesti aika isoja kolmen sekunnin kohdalla, mitta-astiankin ohi virtasi varmasti osa vedestä emmekä tosiaan saaneet kaikkea vettä virtaamaan padon läpi.
Comments
Post a Comment