Virtaaman määrittäminen siivikoimalla, ryhmä 6

 

Tiistaina 10.10.2023 olimme ryhmäni kanssa Pieni-Valkeisella tekemässä kenttäharjoitusta, jossa aiheena oli virtaaman määrittäminen siivikoimalla. Virtaama tarkoittaa vesimäärää, joka kulkee esimerkiksi uoman poikkileikkauksen tai jonkin vesistöalueen läpi tietyssä aikayksikössä. Virtaama määritettiin Pieni-Valkeisen lammen tulo- ja poistouomasta SEBA Mini Current Meter M1 -mittalaitteella, joka on nähtävillä kuvasta 1. Virtaaman määrittämisessä tarvittiin myös sekuntikello, rullamitta ja muistiinpanovälineet.

Kuva 1. SEBA Mini Current Meter M1

Mittaukset aloitettiin lammen poistouomasta valitsemalla kohta, josta mittaus olisi mahdollisimman helppo suorittaa. Sopivan kohdan löytämiseksi jouduttiin kokeilemaan muutamaa eri kohtaa, koska joissain kohti uomaa virtaus oli niin hidasta, ettei mittalaitteen siivekkeet pyörineet. Sopivan kohdan löydyttyä mitattiin uoman leveys ja syvyydet kahdesta eri kohtaa. Virtaamat eivät ole uoman joka kohdissa samanlaiset, joten jakamalla uoma osiin, saadaan tarkempaa ja luotettavampaa tietoa virtaamasta. Kohdat, joissa mittaukset suoritettiin, eivät olleet tarkasti määriteltyjä tai mittanauhalla mitattuja, joten laskuissa on käytetty arviota mittausalueiden pinta-alasta.  Kuvassa 2 näkyy havainnekuva uomasta ja mittoja.

Poistouoman ensimmäisestä kohdasta (8 cm) mitattuna siivikon pyörimisnopeus oli 9,5 krt/30 s ja toisesta kohtaa (9 cm) 2,5 krt/30 s. Luvut poikkeavat toisistaan melko paljon, koska virtaus oli voimakkaampaa toisella puolen uomaa. Tämä johtunee osittain siitä, että hitaamman virtaaman puolella oli juurakkoa, lehtiä ja oksia hidastamassa virtausta. Näitä yritettiin poistaa, muttei kaikkea saatu pois. 

Tulouoman virtauksen mittaus suoritettiin vain yhdestä kohtaa, koska uoman virtaus oli niin hidasta, että siivikko pyöri vain ollessaan keskellä uomaa. Siivikon pyörimisnopeudeksi saatiin 7,5 krt/30 s. Tulouoman leveys ja pohjanmuoto nähtävillä kuvassa 2. Pohja oli hieman kalteva toiseen suuntaan. Laskuissa on käytetty mitatun osion leveytenä 25 cm, koska virtausta ei juurikaan ollut uoman reunoilla ja tulos olisi ollut vääristynyt, jos leveytenä olisi käyttänyt koko uoman leveyttä (50 cm).

Kuva 2. Tulo- ja poistouoman havainnekuvat.

Kuva 3. Siivikointia uomassa.

Virtaama lasketaan kutakin siivikointialuetta kohden kaavalla Q = V*A. Kaavassa Q on virtaama, V virtausnopeus ja A pinta-ala. Jotta saadaan tietoon kaavassa tarvittava virtausnopeus, on se laskettava ensiksi kaavalla V=k*n+D. Kaavassa V on virtausnopeus, k siiven hydraulinen nousu, n siiven kierrosmäärä ja D siivikkovakio. Virtauksen yhtälö on mittalaitekohtainen ja sen kertoimet (k = 0,2591 m) ja (D = 0,005) on määritetty siivikon kalibrointikäyrän avulla.

Kuva 4. Virtaaman laskenta.

Kuvan 4 mukaisesti tulouoman virtaamaksi saatiin noin 1,4 l/s ja poistouoman virtaaman keskiarvoksi noin 1,17 l/s. 

Virheitä voi ilmetä johtuen siitä, että unohdimme mitata uoman osioiden leveydet, joten laskuissa käytetyt pinta-alat olivat vain arvioita. Vähensimme laskuissa uoman reunoilta poistouomassa 10 cm ja tulouomassa 12,5 cm. Epävarmuustekijöitä aiheuttaa myös se, että siivikko ei aina pyörinyt tasaisesti. Myöskään siivikon sijainti ei aina ollut täysin ihanteellinen, eli 2/3 pohjasta, joten se vaikuttanee tuloksiin myös.