Ryhmä 4: Veden laadun mittaukset ja Virtaaman määrittäminen v-padon avulla

Ryhmämme 4. koostuu viidestä innokkaasta ympäristötekniikan opiskelijasta: Anne, Henri, Julia, Lasse ja Saimi. Teimme kenttätöitä Pieni-Valkeisella keskiviikkona 24.9.2025 aikavälillä 12.30–15.00. Tämän ensimmäisen kenttätyökerran tehtävinä ryhmällämme olivat vedenlaadun mittaukset kenttämittalaitteilla (harjoitus 4) ja virtaaman määrittäminen V-padon avulla (harjoitus 5). Keskiviikkona 24.9. sää oli aurinkoinen, lämpötila noin 8 °C ja tuulta 7 m/s.

Ryhmätyönjako ryhmässämme oli seuraava: Julia ja Anne toimivat mittaajina, koska heillä oli pitkävartiset kumisaappaat. Lasse toimi laitteiston virittäjänä ja kantajana. Henri vastasi mittauspakkojen koordinaateista ja Saimi toimi meillä kirjurina. Ryhmä toimi hyvin keskenään ja työ sujui tehokkaasti. V-padon asentamisesta vastasivat Lasse ja Henri, ja valokuvista vastasivat Anne ja Julia. 

Vedenlaadun mittaukset

Tehtävässä 4. suoritimme vedenlaadun mittauksia HACH Multi Meter -mittalaitteella. Määritimme Pieni-Valkeisen tulo- ja poistouomasta yhteensä neljästä kohtaa (kuva 1) veden sähkönjohtavuuden (µS/cm), happipitoisuuden (mg/l), pH-arvon sekä lämpötilan.  Mittausten tarkoituksena oli saada käsitys Pieni-Valkeisen tilasta ja veden laadun muutoksista edettäessä tulouoman alkupäästä aina Iso-Valkeiseen laskevan poistouomaan saakka.

Kuva 1. Mittauspisteiden sijainnit 

Veden määrä uomissa oli kokonaisuudessaan vähäinen. Pieni-Valkeisen tulouoman alkupäässä (kuva 2) vedessä oli paljon kuolleita lehtiä sekä koivun siemeniä. Uomaan oli myös heitetty polkupyörä. Mittauskohdan haju oli muista mittauspisteistä poiketen varsin epämiellyttävä, joka voi johtua veden vähäisestä määrästä ja virtaaman heikkoudesta. Muissa mittauspisteissä virtaus oli silmämääräisesti suurempaa ja vesi kirkkaampaa.

Kuva 2. Vedenlaadun mittaus kenttämittarilla tulouoman alkupäästä

Suorittamamme mittaukset osoittavat muutokset veden laadussa, kun vesi virtaa tulouomasta Pieni-Valkeiseen ja sen poistouomaan. Sähkönjohtavuus tulouoman alkupäässä (kuva 2) oli 421 µS/cm ja poistouomassa 88 µS/cm (taulukko 1). Sähkönjohtavuuden väheneminen johtuu Pieni-Valkeisessa tapahtuvasta sedimentaatioista, jossa tulouoman veteen asutuksen hulevesistä kulkeutuneet suolat vajoavat lammen pohjaan. Kaikissa mittauspisteissä pH-arvot olivat välillä 6–6,5, kun Suomen luonnonvesien pH on keskimäärin 6,5–6,8. Happipitoisuus oli suurin Iso-Valkeisen tulouomassa (10,63 mg/l), joka selittyy uoman suuremmalla virtausnopeudella sekä parin metrin päässä olevalla rumpuputkella, josta vesi valuu uomaan, jolloin siihen sitoutuu happea ilmasta. Lämpötila oli kaikissa mittauspisteissä välillä noin 11 °C.

Taulukko 1. Vedenlaadun mittaustulokset.

Mittaustulosten epävarmuuteen voi vaikuttaa milloin laitteisto on kalibroitu viimeksi ja ovatko käytettävät mittausanturit puhtaat. Jos arvo muuttuu jatkuvasti, onko valittu keskiarvotulos kuitenkaan oikea keskiarvo. Luotettavuuteen vaikuttaa myös, että onko mittauskohta edustava.

V-pato mittaus (Thompson Weir)

V-pato mittauksessa määritettiin uoman virtaama väliaikaisesti asennetulla pressu V-padolla. V-pato asennettiin uomaan siten, että koko uoman vesimäärä virtasi V-padon kautta. Metallinen purkausaukko asennettiin siten, että se oli suorassa kulmassa veden pintaan nähden. Mittauspato alkoi padottamaan vettä, jolloin vesi alkoi purkautumaan vapaasti purkausaukosta. (Kuva 3.)

V-padon lisäksi suoritettiin virtaaman mittaus volymetrisesti suurehkon mitta-astian ja sekuntikellon avulla. Volymetriset mittaukset tehtiin V-patojen avulla ja ne suoritettiin viisi kertaa. 

Kuva 3. V-pato tulouomassa

Thompsonin V-padon purkausaukossa on pinnankorkeutta osoittava mitta-asteikko. Mitä korkeammalle pinnankorkeus nousee, sitä kovempi virtaus uomassa on. Pinnankorkeuden lukema (cm) luettiin mitta-asteikolta ja uoman virtaama laskettiin alla olevalla kaavalla.

Missä:

Q = virtaama (m^3/s)
c = 0,58 (oletetaan vakioksi)
g = putoamiskiihtyvyys (9,81 m/s^2)
h= veden pinnakorkeus purkautumisaukossa (m) Mittaukset V-padolla tehtiin Pieni-Valkeisen tulouomasta ja lähtöuomasta (kuva 4).

Kuva 4. V-patojen sijainnit.

Pieni-Valkeisen tulouomassa pinnankorkeudeksi purkautumisaukossa saatiin 2 cm (kuva 5).

Kuva 5. V-pato tulouomassa

    = 7,75 * 10^-5 m^3/s = 0,0775 l/s

Pieni-Valkeisen tulouoman virtaamaksi saatiin 7,75 * 10^-5 m^3/s. Tulos muunnettiin litroiksi sekunnissa (l/s), jolloin virtaamaksi saatiin noin 0,078 l/s. V-pato 2 virtamaa oli todella pieni verrattuna v-pato 1:een. Hyvänä esimerkkinä ovat kuvat padoista. V-pato 2 vesi oli likasta ja syvyydeltään noin 7 cm. Uoman pohja oli mutaista hiekkaa.  Aluksi meillä oli hankaluuksia saada estettyä ohivirtaamat pressun sivuilta, mutta lopulta saimme ohjattua koko virtaaman pressun sisään käyttämällä uoman kiviä ja hiekkaa.

Pieni-Valkeisen lähtöuomassa pinnankorkeudeksi purkautumisaukossa saatiin 8 cm (kuva 6).

Kuva 6. V-pato lähtöuomassa 

= 2,4810⁻³ m³ l/s = 2,48 l/s

Pieni-Valkeisen lähtöuoman virtaamaksi saatiin 2,48 * 10^-3 m^3/s. Tulos muunnettiin litroiksi sekunnissa (l/s), jolloin virtaamaksi saatiin 2,48 l/s. V-pato 1 ympäristö oli rauhallinen ja siisti. Veden virtaama oli nopeaa, verrattuna myöhemmin V-pato 2:een. Vesi oli läpinäkyvää, mutta kun nostimme maata puron pohjalta vesi likaantui maa-aineksen takia. Veden syvyys oli noin 10 – 15 cm ja uoman pohja oli hiekkaista.

Vertailu V-padon ja volymetrisen mittauksen virtaamien välillä

V-padon avulla Pieni-Valkeisen tulouoman virtaamaksi saatiin 0,078 l/s ja lähtöuoman virtaamaksi 2,48 l/s. Volymetrisellä mittauksella (kuva 7) Pieni-Valkeisen tulouoman virtaamaksi saatiin 0,42 l/s ja lähtöuoman virtaamaksi 1,69 l/s

Kuva 7. Volymetrinen mittaus

Saaduista tuloksista huomataan, että V-padon avulla saatu virtaama tulouomassa on huomattavasti pienempi kuin volymetrisellä mittauksella saatu virtaama. Suurta eroa voi selittää se, että onko laskussa käytetty oikeita arvoja ja muunnokset tehty oikein. Eroa tuloksissa selittää myös se, että uoman pohjaa kaivettiin lapiolla syvemmäksi ennen kuin astiaan otettiin vettä volymetrisessä mittauksessa. Koeasetelma ei ollut enää sama kuin V-pato mittauksessa.Lähtöuomassa V-padon avulla saatu virtaama on suurempi kuin volymetrisellä mittauksella saatu virtaama. Tulos vaikuttaa kuitenkin järkevältä verrattuna volymetriseen mittaukseen. Eroa saatujen tulosten välillä voi selittää volymetrisen mittauksen ajanotossa tapahtuvat virheet ja se, että pysyykö astiaan saatu vesi täydellisesti astiassa.

Mittaustuloksiin voi vaikuttaa monta eri tekijää

Epävarmuutta V-pato mittauksissa voi aiheuttaa mahdolliset padon ohivirtaukset, joko alapuolelta tai sivusta. Lisäksi V-padon aukon sijoitus, onko se suorassa kulmassa vai ei. Volymetriseen mittaukseen voi vaikuttaa ajan mittauksen epävarmuus ja kerätyn veden määrän arvioimisen epävarmuus, pääseekö mittauksen aikana mitta astian ohi vettä ja loiskahtaako vettä pois nostettaessa astiaa. Myös laskuissa mahdollisesti tapahtuvat virheet voivat vaikuttaa tuloksiin.