Ryhmä1. Lammen tulo- ja poistouoman virtaaman määrittäminen siivikoimalla ja Lammen tulo- ja poistouoman määrittäminen V-padon ja volymetrisen mittauksen avulla(Tehtävät 4 ja 5)

Johdanto

Kolmas maasto kerta vuorossa,ja tällä kertaa ryhmällämme oli tehtävänään määrittää Pieni-Valkeisen tulo- ja poistouoman virtaamia siivikoinnin, V-padon ja volymetrisen mittauksen avulla. Lämpömittari oli laskenut hieman pakkasen puolelle ja posket punaisena ryhmämme lähti kohti ensimmäistä mittauspaikkaa.

Lammen tulo-ja poistouoman virtaaman määrittäminen siivikoimalla

Pieni-Valkeisen tulo- ja poistouoman virtaama määritettiin siivikoimalla. Tässä menetelmässä tarkastelun kohteena oleva uoma jaetaan yhtä leveisiin sektoreihin, joista jokaisesta määritetään virtaama siivikointilaitteen avulla. Mittauksissa käytimme SEBA Mini Current Meter M1 siivikointilaitetta, sekä sekuntikelloa ja mittanauhaa. 

Siivikointia

 Kasasimme laitteen valmiiksi lähtöpaikalla ja lähdimme etsimään tulo- ja poistouomista sopivia paikkoja virtauksen mittaamiseksi. Tämä olikin yllättävän hankalaa, sillä uomissa oli paikoitellen hyvin vähän vettä, sekä pieni ja epätasainen virtaus. Tulouoman luona kokeilimme mitata virtaamaa useammastakin kohdasta, mutta koska virtaus oli hyvin epätasainen, sopivan mittauspaikan löytäminen tuotti hieman hankaluuksia. Löysimme kuitenkin kohdan uomasta, josta saimme mitattua virtaaman kahdesta eri sektorista. Veden syvyys mittauskohdassa oli keskimäärin noin 5 cm. Asetimme mittalaitteen siivikko-osan niin matalalle kuin saimme ja aloitimme mittauksen. Mittasimme virtausta yhden minuutin ajan, jonka aikana laskimme siivikon jokaisen kierroksen. Mittasimme myös rullamitalla uoman leveyden ja veden syvyyden.  

Tulouoman virtauksen mitattuamme, siirryimme poistouomalle, jossa mittauksen suorittaminen olikin huomattavasti helpompaa. Löysimme sopivan mittauspaikan aivan Iso-Valkeisen rannasta, jossa virtasi vettä tarpeeksi mittausta varten. Suoritimme mittauksen kolmesta sektorista, jokaisesta minuutin ajan ja laskimme siivikon kierrokset. 

Virtausnopeus voidaan laskea alla olevalla kaavalla: 

Virtauksen yhtälö on mittalaitekohtainen ja sen kertoimet (k = 0,2591 m) ja (D = 0,005) on määritetty siivikon kalibrointikäyrän avulla.  

Virtaama (m3/s) lasketaan kutakin siivikointialuetta kohden kaavalla: 

Tulouoman kokonaisvirtaamaksi saimme 1,16 l/s laskemalla yhteen eri mittauskohdista määritetyt virtaamat.  

Poistouoman kokonaisvirtaamaksi saimme 3,98 l/s. 

Virtaaman mittaamiseen aiheutti epävarmuutta jo aiemmin mainittu tulouoman virtauksen epätasaisuus. Siivikkolaite pyöri hyvin uoman keskellä, mutta siirrettäessä mittalaitetta uoman reunoille, siivikko lopetti käytännössä kokonaan pyörimisen. Saimme kuitenkin mitattua virtauksen kahdesta eri kohdasta, joten olemme tyytyväisiä lopputulokseen.  

V=k∗n+D

Lammen tulo-ja poistouoman virtaaman määrittäminen V-padolla ja volymetrisen mittauksen avullla

V-pato

V-padon asettelua

Pieni-Valkeisen tulouoman virtaaman määrittäminen V-padon avulla aloitettiin tarkastelemalla tulouomaa ja sitä ympäröivää maastoa. Uomasta valittiin kohta, joka on tarpeeksi kapea pressun mittoihin nähden ja jonka pohja on mahdollisimman tasainen. Kun sopiva mittauspaikka löytyi, aseteltiin pressu tiiviisti uoman pohjalle. Pressun päälle lapioitiin maata ja reunat tuettiin hyödyntäen kiviä ja keppejä. Lopuksi metallinen purkausaukko aseteltiin uoman pohjalle tukevasti suoraan kulmaan veden pintaan nähden. Kun V-pato oli mielestämme asennettu asianmukaisesti, odotimme, että se alkoi padottaa uomassa virtaavaa vettä. 

Tulouoman mittauspaikan sijainti kartalla 

• Kun aikaa oli kulunut 12 minuuttia, pinnankorkeus V-padolla oli 4,5 cm 
• Kun aikaa oli kulunut 15 minuuttia, pinnankorkeus V-padolla oli 4,0 cm 
• Laskuissa käytämme pinnankorkeutena näiden keskiarvoa, h = 4,25 cm = 0,0425 m 

Havannointikuva V-padosta

V-pato asetettuna poistouomalle

Pieni-Valkeisen poistouomasta valitsimme V-padolle paikan samoin perustein kuin tulouomallakin. Sopivan levyinen ja tasainen kohta löytyi juuri ennen kuin uoma purkautuu Iso-Valkeiseen. Pato aseteltiin jälleen tiiviisti uoman pohjaa mukaillen. Purkautumisaukon annettiin padottaa vettä 8 minuuttia, jolloin pinnankorkeus aukolla tasaantui 5,5 senttimetriin.  

Poistouoman mittauspaikka kartalla.

Virtaama uomassa lasketaan kaavalla: 

Q= 815∗c∗2∗g‾‾‾‾‾√∗h52

Missä 

c = 0,58 (vakio) 

g = 9,81 m/s2 (putoamiskiihtyvyys) 

h = veden pinnankorkeus purkautusmisaukossa (m) 

V-padon mittaustulokset on esitetty taulukossa 1. 

Taulukko 1.

V-padon mittaustuloksiin aiheuttaa epävarmuutta padon tiiviys. Arvioimme, että padon ohittanut virtaus jäi alle 10 prosenttiin.

Volymetrinen mittaus

Volymetrista mittausta aikaa vastaan

Samalla, kun ryhmämme suoritti V-padon mittauksia, mittasimme uomien virtaamat myös volymetrisen mittauksen avulla. Pieni-Valkeisen tulouomalla suoritimme volymetrisen mittauksen V-padon purkautumisaukolta ja poistouomalla hieman ennen V-patoa sijainneen rummun suulta. Toistimme mittauksen kummassakin tapauksessa 5 kertaa. Kellotimme sekuntikellolla kaunko kuluu, että saamme astian täytettyä. Tulouomalla käytimme 5 litran astiaa. Poistouomalla virtaus rummulta oli niin suuri, että jouduimme käyttämään 10 litran ämpäriä. Tarkistimme lopuksi tarkan kertyneen vesimäärän 5 litran astian avulla. Mittausten tulokset on esitetty taulukossa 2.  

Taulukko 2

Yhteenveto

V-padon ja volymetrisen mittauksen tulokset tulouomalta ovat erittäin lähellä toisiaan, joten volymetrinen mittaus on onnistunut hyvin ja olemme saaneet mitattua koko virtauksen purkautumisaukolta. Epävarmuutta ja heittoa tuloksiin aiheuttaa esimerkiksi reaktionopeus kellotettaessa aikaa.  

Poistouoman tuloksissa on V-padon ja volymetrisen mittauksen välillä huomattava ero. Ryhmämme tuli siihen tulokseen, että vesi pääsi kiertmään rummun ja V-padon välillä. Tällöin volymetrinen mittaustulos on varmempi. 

Siivikoinnin tulokset tulouomalta ovat hieman epäluotettavia heikon ja matalan virtauksen vuoksi. Poistouoman mittauskohta soveltui paremmin siivikointiin. Uskomme että poistouoman todellinen virtaus on siivikoinnin ja volymetrisen mittauksen väliltä. 

Maastonmuodot ja virtauksen kovuus määrittävät mitä mittaustapoja voi luotettavasti käyttää.