Toisella harjoituskerralla pääsimme tutkimaan Pienen Valkeisen poisto- ja tulouoman veden virtausta kolmella eri tapaa. Ensimmäisessä harjoituksessa käytimme V-patoa ja volymetrista mittausta, joilla virtauksen määrittäminen sujui varsin ongelmitta ja selkeästi. Toisen harjoituksen siivikointimenetelmällä virtaaman määrittäminen tuntui hankalammalta, joten etsimme myös tarkempaa tietoa millaisiin olosuhteisiin menetelmä yleensä soveltuu.
Paikkakoordinaattien määrittämiseen käytimme Garminin eTrex 20 gps-laitetta.
V-pato
Thompsonin V-pato-menetelmällä virtaaman määrittäminen perustuu siihen, että pressun avulla pyritään saamaan koko uoman virtaus kulkemaan V:n muotoisen virtausaukon läpi. Virtausaukossa olevan mitta-asteikon avulla voidaan lukea pinnankorkeus ja edelleen laskea uoman virtaama. Nyt sekä poisto- että tulouomasta oli varsin helppo löytää kohta, johon pressun asennus oli helppoa.
Poistouoma
Asensimme V-padon Pienen Valkeisen poistulouomaan koordinaatteihin N 6977800.897 E 533742.975 (ETRS-TM35FIN). Uoma oli tällä kohtaa sopivan kapea ja myös kallistusta oli riittävästi, jotta padotus oli helppo suorittaa. Lisäksi volymetristä mittausta ajatellen virtausaukon sai asennettua helposti niin, että vapaata pudotusta tuli sopivasti mitta-astiaa varten. Virtausaukon alapuolella oleva vedenpinta oli siis selvästi virtausaukon suuta alempana.
Kun olimme asentaneet pressun uomaan, tiivistimme sitä kivien ja hiekan avulla, jotta mahdollisimman suuri osa virtaamasta kulkisi pressun yli ja siten edelleen virtausaukon kautta. Tällöin mitta-asteikon pinnankorkeuden avulla saataisiin mahdollisimman tarkka arvio uoman virtaamasta. Käytännössä koko virtauksen saaminen kulkemaan virtausaukon läpi ei ole ihan helppoa vaikka uoma olikin sopivan muotoinen pressua varten. Pyrimme kuitenkin saamaan pressun ali kulkevan "sivuvirran" mahdollsimman pieneksi ja siinä kohtuullisen hyvin onnistuimmekin. Huomasimme myös miten pienellä tiivistämisellä saimme pinnankorkeuslukeman nousemaan, joten luotettavuuden kannalta tärkeintä on pressun asennus hyvin uomaan. Lisäksi tietysti V-padon metallilevyn on varsinkin lukuvaiheessa oltava kohtisuorassa veden pintaan nähden.
Poistouomasta saimme pinnankorkeuden lukemaksi noin 5 senttimetriä eli 0.05 metriä. Sijoittamalla lukeman alla olevaan kaavaan saadaan poistouoman virtaamaksi 0.0007659 kuutiometriä sekunnissa. Eli poistouomassa kulki vettä 0.77 litraa sekunnissa.
Videokuvaa V-padosta
Kun olimme asentaneet pressun uomaan, tiivistimme sitä kivien ja hiekan avulla, jotta mahdollisimman suuri osa virtaamasta kulkisi pressun yli ja siten edelleen virtausaukon kautta. Tällöin mitta-asteikon pinnankorkeuden avulla saataisiin mahdollisimman tarkka arvio uoman virtaamasta. Käytännössä koko virtauksen saaminen kulkemaan virtausaukon läpi ei ole ihan helppoa vaikka uoma olikin sopivan muotoinen pressua varten. Pyrimme kuitenkin saamaan pressun ali kulkevan "sivuvirran" mahdollsimman pieneksi ja siinä kohtuullisen hyvin onnistuimmekin. Huomasimme myös miten pienellä tiivistämisellä saimme pinnankorkeuslukeman nousemaan, joten luotettavuuden kannalta tärkeintä on pressun asennus hyvin uomaan. Lisäksi tietysti V-padon metallilevyn on varsinkin lukuvaiheessa oltava kohtisuorassa veden pintaan nähden.
Poistouomasta saimme pinnankorkeuden lukemaksi noin 5 senttimetriä eli 0.05 metriä. Sijoittamalla lukeman alla olevaan kaavaan saadaan poistouoman virtaamaksi 0.0007659 kuutiometriä sekunnissa. Eli poistouomassa kulki vettä 0.77 litraa sekunnissa.
 |
| Uoman virtaaman Q laskeminen pinnankorkeuden h avulla (putoamiskiihtyvyys g=9.81 m/s^2) |
Tulouoma
Tulouomasta löysimme sopivan kohdan V-padolle koordinaateista N 6977923.711 E 533405.727 (ETRS-TM35FIN). Kallistusta ei ollut kovin paljon, mutta muuten kohta oli sopiva V-padon asennukseen. Virtaama oli myös heti silmin nähden pienempää kuin poistouomassa, mutta saimme kuitenkin lopulta määritettyä virtaaman hyvin.
Kun pato oli tiivistetty hyvin ja virtaama tasaantunut, saimme V-padon mitta-asteikolla pinnankorkeudeksi 3.5 senttimetriä (0.035 m). Sijoittamalla pinnankorkeuden h ylläolevaan virtaaman Q laskukaavaan saimme virtaamaksi 0.000314 kuutiometriä sekunnissa. Eli tulouoman virtaama oli 0.31 litraa sekunnissa.
Volymetrinen mittaus
Volymetrinen mittaus toteutettiin mittausastialla, johon kerättiin v-padon virtausaukosta läpi vapaasti pudonnut vesi. Ideana on siis kaapata yhdestä kohtaa kaikki uomassa virtaava vesi, jotta voimme yksinkertaisesti mitata astialla miten paljon vettä virtaa uomassa.
Mitta-ajaksi valitsimme 3 sekuntia, koska pidemmillä ajoilla mitta-astiamme olisi täyttynyt liikaa ja läikkynyt yli. Toisaalta isomman mitta-astian käyttäminen ei onnistunut tilanpuutteen vuoksi. Mittaus toteutettiin yhden ryhmän jäsenen toimiessa ajanottajana samalla kun toinen käytti mittausastiaa. Toistimme mittauksen viisi kertaa ja tulokset litroina olivat:
Poistouoma
Mitta-ajaksi valitsimme 3 sekuntia, koska pidemmillä ajoilla mitta-astiamme olisi täyttynyt liikaa ja läikkynyt yli. Toisaalta isomman mitta-astian käyttäminen ei onnistunut tilanpuutteen vuoksi. Mittaus toteutettiin yhden ryhmän jäsenen toimiessa ajanottajana samalla kun toinen käytti mittausastiaa. Toistimme mittauksen viisi kertaa ja tulokset litroina olivat:
3.5, 3.45, 3.55, 3.6, 3.85 (litraa per 3 sekuntia).
Kun tulokset jaetaan kolmella niin saadaan tulokset:
1.17, 1.15, 1.18, 1.20, 1.28 (litraa sekunnissa).
Tulosten keskiarvo on 1.20 litraa sekunnissa. Tuloksissa ei suurta heittoa keskenään. Toisaalta kun mittaus toteutettiin käsipelillä, niin virtaavan veden ottaminen mittausastiaan tasan kolmen sekunnin ajalta ei voi olla kovin tarkkaa. Mutta muuten menetelmä on yksinkertainen ja hyvä virtaamien ollessa pieniä.
 |
| V-patojen ja siivikoinnin sijainnit |
Tulouoma
Tulouomassa suoritimme volymetrisen mittauksen vastaavasti. Kolmen sekunnin ajan otimme virtausaukosta läpi tulevan veden mittausastiaan, ja toistimme mittauksen viisi kertaa.
1.8, 1.95, 2.1 1.8, 1.9 (litraa per 3 sekuntia)
0.60, 0.65, 0.70, 0.60, 0.63 (litraa sekunnissa)
Keskiarvoksi tulouoman virtaamalle saadaan 0.64 litraa sekunnissa volymetrisella menetelmällä.
V-padon ja volymetrisen mittauksen tulokset
Harjoituksessa mitattiin uomien virtaamia kahdella eri menetelmällä, joiden tulokset on koottu tässä yhteen. Toisaalta tulokset on tällä kertaa mitattu molemmilla menetelmillä V-padon virtausaukosta, joten molempien tuloksien luotettavuus riippuu miten hyvin V-padon pressu on asetettu uomaan. Eli onko uoman koko virtaama saatu kulkemaan virtausaukon kautta vai onko osa virtaamasta kulkenut pressun alta tai sivuilta.
Poistouoma (N 6977800.897 E 533742.975)
- Thompsonin V-pato-menetelmä: 0.77 litraa sekunnissa
- Volymetrinen menetelmä: 1.20 litraa sekunnissa
- Thompsonin V-pato-menetelmä: 0.31 litraa sekunnissa
- Volymetrinen menetelmä: 0.64 litraa sekunnissa
Molemmissa uomissa volymetrisella mittauksella saatiin selvästi suurempi virtaama verrattuna V-padon asteikon lukeman perusteella laskettuun arvoon.
Siivikointi
Siivikointimenetelmällä voidaan määrittää pienen uoman virtaama. Siivikon kierrosnopeuden avulla määritetään virtausnopeus uomassa. Kun lisäksi määritetään uoman poikkileikkauspinta-ala, voidaan määrittää uoman virtaama Q.
 |
| Laskukaavat virtaaman määrittelyyn kierrosmäärän ja pinta-alan avulla (lähde: luontomateriaalit) |
Poistouoma
Poistouoman alkupäässä lähellä Pikku-Valkeista löytyi riittävän syviä ja virtaavan näköisiä uomia, jotta siivikointia oli mielekästä tehdä. Uoman leveys oli 80 cm ja syvyys 9-12 cm. Mittasimme virtaamaa kahdesta kohdasta, uoman keskikohdan molemmin puolin.
Siivikointikohta A:
7 krs/30s
0.233 krs/s
virtausnopeus V = 0.065 m/s
pinta-ala A = 0.088 + 0.096 = 0.184 neliömetriä
virtaama Q = 0.01196 kuutiometriä sekunnissa
Siivikointikohta B:
2 krs/30s
0.066 krs/s
virtausnopeus V= 0.022 m/s
pinta-ala A = 0.096 + 0.072 = 0.168 neliömetriä
virtaama Q = 0.003696 kuutiometriä sekunnissa
Uoman virtaama koko uoman leveydeltä on summa virtaamista siivikointikohdissa. Virtaama on siis yhteensä .01566 kuutiometriä sekunnissa eli 15.7 litraa sekunnissa.
 |
| Poistouoman muoto ja syvyydet, siivikointi tehty pisteissä A ja B |
7 krs/30s
0.233 krs/s
virtausnopeus V = 0.065 m/s
pinta-ala A = 0.088 + 0.096 = 0.184 neliömetriä
virtaama Q = 0.01196 kuutiometriä sekunnissa
Siivikointikohta B:
2 krs/30s
0.066 krs/s
virtausnopeus V= 0.022 m/s
pinta-ala A = 0.096 + 0.072 = 0.168 neliömetriä
virtaama Q = 0.003696 kuutiometriä sekunnissa
Uoman virtaama koko uoman leveydeltä on summa virtaamista siivikointikohdissa. Virtaama on siis yhteensä .01566 kuutiometriä sekunnissa eli 15.7 litraa sekunnissa.
Tulouoma
Tulouomasta emme löytäneet järkeviä mittauspaikkoja. Pikku-Valkeisen lähellä olevassa leveämmässä (mutta hyvin matalassa) uomassa virtaamaa ei ollut. Tarkastelimme läheltä V-padon mittauspaikkaa olevaa pienempää virtausta, jossa virtausta ainakin silmämääräisesti oli hiukan. Mutta siivikkomittauksella emme saaneet lukemia eli siivikon pyörähdyksiä mitattua.Opettajamme Teemu Räsänen oli kuitenkin saanut meille mittaukset tehtyä, joten alla raportoimme hänen tuloksensa.
Siivikko on pyörähtänyt 5 kierrosta 57.9 sekunnissa eli 0.086 kierrosta sekunnissa. Virtauksen nopeudeksi V saadaan siis uomassa 0.0273 metriä sekunnissa.
 |
| Tulouoman muoto, siivikointi tehty pisteessä A |
Mittauskohta oli poikkileikkaukseltaan kolmion muotoinen, joten sen pinta-alaksi on laskettu A= (0.21m * 0.07m) / 2 = 0.00735 neliömetriä.
Virtauksen nopeuden V ja pinta-alan A avulla voidaan laskea virtaamaksi Q tulouomassa 0.63 litraa sekunnissa.
Siivikoinnin tulokset
Poistouoman virtaama Q = 15.7 litraa sekunnissa.
Tulouoman virtaama Q= 0.63 litraa sekunnissa.
Siivikoinnin tuloksiin liittyi ainakin meidän mittauksissamme melkoisesti epävarmuutta. Ajattelimme tämän johtuvan ainakin siitä että virtaamat ovat melko pieniä. Toisaalta jälkikäteen ajatellen poistouoman mittauspaikkamme sijaitsi mutkan kohdalla, mikä ei ole optimi sijainti siivikoinnille. Toisaalta myös olisimme voineet suorittaa siivikoinnin useamman kerran samasta pisteestä, jotta mahdolliset vaihtelut virtaamassa olisi saatu huomioitua. Ja toisaalta huomioitua siivikon asennosta ja kulmasta (virtaukseen nähden) aiheutuvat vaihtelut. Varsinkin poistouoman siivikoinnilla mitattu virtaama on selvästi suurempi kuin edellä mitatut lukemat V-padon avulla. Sen sijaan Teemun mittaama virtaama-arvo tulouomassa on samansuuntainen kuin tekemämme mittaukset V-padolla.
Siivikoinnin tuloksiin liittyi ainakin meidän mittauksissamme melkoisesti epävarmuutta. Ajattelimme tämän johtuvan ainakin siitä että virtaamat ovat melko pieniä. Toisaalta jälkikäteen ajatellen poistouoman mittauspaikkamme sijaitsi mutkan kohdalla, mikä ei ole optimi sijainti siivikoinnille. Toisaalta myös olisimme voineet suorittaa siivikoinnin useamman kerran samasta pisteestä, jotta mahdolliset vaihtelut virtaamassa olisi saatu huomioitua. Ja toisaalta huomioitua siivikon asennosta ja kulmasta (virtaukseen nähden) aiheutuvat vaihtelut. Varsinkin poistouoman siivikoinnilla mitattu virtaama on selvästi suurempi kuin edellä mitatut lukemat V-padon avulla. Sen sijaan Teemun mittaama virtaama-arvo tulouomassa on samansuuntainen kuin tekemämme mittaukset V-padolla.
Millaisiin kohteisiin siivikointi soveltuu?
Suomen Ympäristökeskuksen kenttätöiden toimintakäsikirjasta toimintakäsikirjasta löysimme seuraavat ohjeet millaisiin uomiin siivikointi soveltuu:
- uoma olisi suora
- poikkileikkaus olisi säännöllisen muotoinen ja varsinkin pienissä uomissa rannoiltaan selkeä
- virtaus olisi pyörteetöntä ja virtausnopeudeltaan väliltä 0.1 - 2 m/s
- vesisyvyys välillä 2-3 metriä, pienemmissä uomissa matalampi
- ei kasvillisuutta tai muita mittausta häiritseviä tekijöitä
- paikka olisi tyyni, erityisesti leveissä uomissa tuuli voi häiritä mittausta
Comments
Post a Comment