Ryhmä 5: Vedenlaadun mittaukset kenttämittalaitteilla ja virtaaman määrittäminen siivikoimalla

Vedenlaadun mittaukset kenttämittalaitteilla

Toisella kenttätyökerralla tehtiin ensin vedenlaadun mittaukset kenttämittalaitteilla, jonka jälkeen määritettiin Pikku Valkeisen tulo- ja poistouoman virtaamat siivikoimalla. Kenttämittalaitteena oli Hach Multimeter -mittari, joka mahdollistaa kaksi eri mittausta yhtä aikaa. Mitattavat vedenlaadun muuttujat olivat sähkönjohtavuus, happipitoisuus ja pH-arvo. Jokaiselle mitattavalle muuttujalle löytyi oma anturinsa (kuva 1). 

                                         KUVA 1. Kenttämittauslaitteisto (Antikainen 2022)

Mittaukset aloitettiin poistouoman loppupäästä eli kohdasta, jossa Pikku Valkeisen poistouoma laskee Isoon Valkeiseen. Hach Multimeter käynnistettiin, jonka jälkeen kytkettiin halutut mittausanturat. Ensin mitattiin kaksi vedenlaadun tekijää, tässä tapauksessa pH ja sähkönjohtavuus. Anturoiden päät upotettiin reilusti pinnan alle osumatta kuitenkaan pohjaan, ja sitten odotettiin, että Multimeterin näytöllä näkynyt stabilointi-palkki oli täyttynyt kummankin mittauksen osalta. Tämän jälkeen näytöltä luettiin mittauksen tulos ja lämpötila, ja tulokset merkittiin muistiin. Lopuksi vaihdettiin pH-anturin tilalle happipitoisuusanturi ja tehtiin kolmas mittaus edellä kuvatulla tavalla. Kaikkien kolmen mittauksen jälkeen seurasi mittauspaikan vaihtaminen.

Seuraavat mittauspaikat olivat poistouoman alkupää ja Pieni Valkeisen tulouoma. Mittauksessa ei ollut mitään tiettyä järjestystä, vaan kaksi ensimmäistä mittausta tehtiin niillä antureilla, mitkä olivat edelliseltä kerralta sattuneet jäämään laitteeseen kiinni. Muuten mittauksissa noudatettiin täysin samanlaista kaavaa, kuin alussakin. Kaikkien mittausten tulokset on esitetty kuvassa 2. Mittauspaikat* on esitetty kuvassa 3.

                                    KUVA 2. Vedenlaadun kenttämittauksen tulokset (Antikainen 2022)

        KUVA 3. Kenttämittauspaikat (Antikainen 2022)

Mittauspaikkojen koordinaatit:*

Pieni-Valkeinen tulouoma: 62°55'46.2"N 27°39'31.6"E

Pieni-Valkeinen poistouoma: 62°55'44.0"N 27°39'45.1"E

Iso-Valkeinen tulouoma: 62°55'43.9"N 27°39'55.5"E

Mittaustulokset

Erot tuloksissa ovat melko maltillisia lukuun ottamatta sähkönjohtokykyä, joka Pieni Valkeisen tulouoman osalta oli yli kaksi kertaa suurempi verrattuna Iso Valkeisen tulouomaan ja Pieni Valkeisen lähtöuomaan. Syynä radikaaliin eroavaisuuteen voi olla PV:n tulouoman sijainti alueella, jossa on asutusta ja tiestöä. On mahdollista, että hulevesien mukana ihmisten aktiivisesti käyttämältä alueelta huuhtoutuu suoloja tulouomaan, mikä voisi selittää korkeaa sähkönjohtokykyä. Luonnollisesti kyseessä voi myös olla kahden kokemattoman mittaajan tekemä mittausvirhe. Lisämittauksilla voisi selvittää, onko kyseessä vain yksittäinen korkeampi mittaustulos, vai toistuisivatko korkeammat sähkönjohtavuuden arvot, jos tulouomasta otettaisiin useampia mittauksia eri kohdista.

Virtaaman määrittäminen siivikoimalla

Tässä työssä tarvittiin työvälineinä siivikkoa (kuva 5), joka oli pitkän ja ohuen metallitangon päähän asennettu propelli, rullamitta sekä muistiinpanovälineet ja sekuntikello. Siivikoinnin ideana on selvittää uomassa virtaavan veden virtausnopeus ja siivikoidun alueen pinta-ala, jonka jälkeen voidaan laskea uoman virtaama Q. 

Virtausnopeus pystytään laskemaan kaavasta:

                                                    V = k * n + D,

jossa V on virtausnopeus (m/s), k siiven hydraulinen nousu (m), n siiven kierrosmäärä (krt/s) ja siivikkovakio (Räsänen julkaisuaika tuntematon). 

Hydraulinen nousu ja siivikkovakio ovat käytetyn siivikon kohdalla k = 0,2591 m ja D = 0,005 (Räsänen julkaisuaika tuntematon).

Virtaama Q (m3/s) saadaan laskettua puolestaan kaavasta:

                                                    Q = V * A,

jossa A on siivikointialueen pinta-ala (m2).

Mittaukset tehtiin sekä Pienen Valkeisen poisto- että tulouomassa**. Sopivan näköisen mittauspaikan löytyessä mitattiin rullamitalla ensin uoman pohjan leveys tulevalta siivikointipaikalta, sekä uoman syvyys kolmesta kohtaa eli molemmilta reunoilta ja keskeltä uomaa. Mittaustulokset merkittiin ylös.

Siivikointi tehtiin asettamalla kuvassa 5 näkyvällä tavalla siivikko haluttuun kohtaan propelli-puoli eteenpäin osoittaen. Ideaalitilanteessa propelli alkaisi tällöin pyöriä virtauksen vaikutuksesta, jolloin propellin pyörimät kierrokset voitaisiin laskea virtausnopeuden laskemista varten. Tässä mittauksessa propelli ei lähtenyt pyörimään odotetulla tavalla, koska virtaus ei kulkenut tasaisesti koko uoman leveydellä. Poistouomassa siivikointi tehtiin vain kahdesta kohtaa, tulouomassa jouduttiin tyytymään vain yhteen siivikointikohtaan uoman kapeuden takia. Uoman pinta-ala laskettiin uomasta otettujen mittojen perusteella karkeasti AutoCad-ohjelmalla.

        KUVA 4. Siivikointipaikat (Antikainen 2022)   

**Siivikointipaikkojen koordinaatit:

Tulouoma: 62°55'47.5"N 27°39'28.5"E

Poistouoma: 62°55'42.8"N 27°39'52.6"E

                                  KUVA 5. Siivikko osaavissa käsissä (Suutarinen 2022)

Tulokset

Tulouoma:

V = 0,2591 m * (4 krt/30 s) + 0,005 = 0,0395 m/s

A = 0,031 m2

Q = 0,0395 m/s * 0,031 m2 = 0,0012259 m3/s = 1,23 l/s

Poistouoma:

V = 0,2591 m * (8,125 krt/30 s) + 0,005 = 0,0751 m/s

A = 0,03113 m2

Q = 0,0751 m/s /* 0,03113 m2 = 0,002338 m3/s = 2,34 l/s

Lähteet

Räsänen Teemu. Julkaisuaika tuntematon. Ohjeistus kenttäharjoituksiin. Ympäristöalan kenttä- ja laboratoriotyöt. Oppimateriaali. Savonia-AMK. https://moodle.savonia.fi/pluginfile.php/1813124/mod_resource/content/2/Harjoitustoiden-Ohjeistus-kenttatyot.pdf. Viitattu 29.9.2022.