Ryhmä 3. Virtaaman määrittäminen (V-pato, volymetri ja siivikointi)

 Aloitimme mittaukset 20.10.2020 aamulla noin klo 8.30 ja mittari näytti asteita nollan pintaan, joten vedellä läträäminen ei kuulostanut houkuttavimmalta ajatukselta. Rohkea ryhmämme lähti kuitenkin kohti koitosta, tehtävänämme määrittää Pieni-Valkeisen tulo- ja poistouomien virtaamat, ensin V-padon ja volymetrisen mittauksen avulla ja lopuksi siivikoimalla.

V-pato

Uoman pohjalle asetettava pressu V-pato tuli sijoitella niin, että koko uoman vesimäärä virtaa sen läpi. Tämän varmistamiseksi pressun päälle kannatti asetella kiviä ynnä muita painavia asioita, itse päädyimme käyttämään kivien lisäksi myös omia ryhmäläisiämme kuten kuvassa 1. näkyy. Valitsimme mittauspaikan niin, että uoma vietti hieman alaspäin.
V-padon virtausaukossa on mitta-asteikko, joka osoittaa pinnankorkeuden. Tämä korkeus luetaan ja sijoitetaan seuraavaan kaavaan:

 

 

Kuva 1. Pressu V-pato Pieni-Valkeisen poistouomalla (Luukkonen 20-10-2020)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pieni-Valkeisen poistouoma (koordinaatit N 6977799,063; E 533715,412):

Poistouoman pinnankorkeus oli 0,075 m ja ohivirtaus noin 5 %. 

Virtaama:

Todellinen virtaama, kun ohivirtaus otetaan huomioon: 1,05 x 2,0 l/s= 2,2 l/s

 

Pieni-Valkeisen tulouoma (koordinaatit N 6977926,020; E 533429,144):

Tulouoman pinnankorkeus oli 0,06 m ja ohivirtaus noin 13 %.

Virtaama:

Todellinen virtaama, kun ohivirtaus otetaan huomioon: 1,13 x 1,2 l/s= 1,4 l/s

Mahdollisia virheitä on voinut aiheutua silmämääräisestä arvioinnista ohivirtaaman suhteen sekä siitä, että olemme valinneet huonon paikan mittauksen suorittamiselle.

Kuva 2. Mittauspaikkojen sijainnit (V-pato ja volymetri)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Volymetri

Seuraavana oli virtaaman määrittäminen volymetrisellä mittauksella. Tätä varten tarvitsimme ison kannun ja sekuntikellon. Ideana oli mitata aika, joka kannulla menee täyttyessä vedestä, toistaa mittaus viidesti ja laskea niiden keskiarvo. Kannu tuli sijoittaa sellaiseen kohtaan, jossa vesi virtaa vapaasti. Tähän hyödynsimme V-patoa, joten mittauspisteet ovat samat kuin V-pato mittauksessa.
 Emme saaneet kummallakaan uomalla kannuja aivan täyteen, sillä valitsemassamme kohdassa ei ollut tarpeeksi pudotusta, jotta kannu olisi mahtunut olemaan pystymmässä. Hoidimme tämän niin, että täytimme kannun niin täyteen kuin mahdollista, tarkistimme veden määrän ja veden kertymiseen kuluneen ajan. Tämän jälkeen suoritimme laskennan:

Pieni-Valkeisen poistouoma:

 

 

 

 

 

 

 

Todellinen virtaus, kun ohivirtaus otetaan huomioon: 1,78 x 1,05= 1,9 l/s

Pieni-Valkeisen tulouoma:

 

Todellinen virtaus, kun ohivirtaus otetaan huomioon: 0,92 x 1,13= 1,0 l/s

Mahdolliset virheet ovat samoja kuin V-pato mittauksessa. Myös sillä voi olla vaikutusta, että emme saaneet täytettyä kannua kokonaan ja täten mittausaika on lyhyempi eikä edusta virtaamaa täydellisesti. 

Siivikointi

Kuva 3. SEBA Mini Current Meter M1- siivikointilaite
(Lähde: http://www.allstartech.com.tw/pic_seba/umeter.pdf)

Viimeisenä pääsimme kokeilemaan siivikointia. Mittauksessa käytimme SEBA Mini Current Meter M1- mittalaitetta (kuva 3.), sekuntikelloa ja rullamittaa. Mittalaite tuli asettaa alimmainen laippa pohjaa vasten niin, että siiven nokka oli virtausta vastaan sekä etsiä oikeanlainen kulma kepin asentoa muuttamalla. Uoman leveydestä riippuen se jaetaan leveyssuunnassa saman pituisiin osioihin ja jokaisessa osiossa suoritetaan erillinen siivikointi. Itse mittaus suoritettiin laskemalla siiven tekemät kierrokset 30 sekunnin aikana.
 

 

Mittauksen jälkeen selvitetään virtausnopeus kutakin siivikointialuetta kohti seuraavalla kaavalla:

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

 

Virtausnopeuden laskemisen jälkeen voidaan laskea itse virtaama (myös jokaista siivikointialuetta kohti) seuraavalla kaavalla:

 

Kuva 4. Mittauspaikkojen sijainnit (siivikointi)

Pieni-Valkeisen poistouoma (koordinaatit N 6977945,003; E 533400,454):

Uoman leveys: 56 cm

Lohkojen määrä ja leveys: 2 kpl, 28 cm/lohko

Lohko 1: leveys 0,28 m, syvyys 0,08 m, kierroksien määrä 7/30 (=0,233)

Virtausnopeus: 0,2591 x 0,233 + 0,005= 0,0653703 m/s

Virtaama: 0,0653703 x (0,28 x 0,08)= 0,00146429 m3/s= 1,5 l/s

Lohko 2: leveys 0,28 m, syvyys 0,10 m, kierroksien määrä 6/30 (=0,2)

Virtausnopeus: 0,2591 x 0,2 + 0,005= 0,05682 m/s

Virtaama: 0,05682 x (0,10 x 0,28)= 0,001590 m3/s= 1,6 l/s

Lohkojen 1 ja 2 virtaamien keskiarvo= 1,5 l/s

 

Pieni-Valkeisen tulouoma (koordinaatit N 6977832,003; E 533654,454):

Uoman leveys: 20 cm 

Pinta-ala: 0,03 x (0,20/2) + 0,07 x (0,20/2)= 

Lohkojen määrä ja leveys: 1 kpl, 20 cm/lohko

Lohko 1: leveys 0,20 m, syvyys 0,10 m, kierroksien määrä 19/30 (=0,633)

Uoman pinta-ala: A= (a+b)/2 x h
A1= (7+10)/ 2 x 10 = 85 cm2
A2= (10+3)/ 2 x 10= 65 cm2
A1+A2= 85 cm2 + 65 cm2= 150 cm2= 0,0150 m2

Virtausnopeus: 0,2591 x 0,633 + 0,005= 0,16909 m/s

Virtaama: 0,16909 x 0,0150= 0,002536 m3/s= 2,5 l/s

Kuva 5. Tulouoman mitat ja pinta-alan laskenta 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kuva 6. Piritta suorittamassa siivikointia

 

 Virheitä mittauksessamme on voinut aiheutua joen  patoutumisesta mittauspaikan lähellä (esim roskista, lehdistä), jolloin vesi ei pääse virtaamaan vapaasti. Myös mittauspaikan valinnalla ja mittauslaskujen onnistumisella on vaikutuksensa. Tulouoman virtaaman tulos ei varmastikaan ole todenmukainen.

V-padon, volymetrin ja siivikoinnin tulosten vertailu

 

Kuten yllä olevasta taulukosta näkee, on V-padon ja volymetrin tulokset melko yhtenevät. Tähän vaikuttaa varmasti se, että niiden mittauspaikat olivat samat. Siivikoinnin tulouoman tulos poikkeaa selkeästi muista tulouomalla tehdyistä mittauksista. Uoma oli mittauskohdasta melko kapea (20 cm), joten päätimme olla jakamatta sitä useampaan lohkoon. Voisiko tulos johtua vertailumittausten puutteesta?

Päätelmiä Pieni-Valkeisen kunnosta sekä kurssin arvostelu

Lampi ei luultavasti ole kovin hyvässä kunnossa, sillä sinne laskee mm. ympäröivän asuinalueen ja läheisten teiden hulevedet. Tulouoma on melko rehevöitynyt sekä sen vesi seisoo, haisee ja on huonolaatuista. Poistouoman vesi taas on kirkasta eikä seiso, johtuen luultavasti kovemmasta virtauksesta, joka taas on tulosta suuremmista korkeusvaihteluista tulouomaan verrattuna. 

Yleisesti ryhmämme tykkäsi viettää aikaa maastossa ja suorittaa mittauksia, mutta jokin toinen vesialue olisi saattanut olla hieman mielenkiintoisempi. Lisäksi olisi ollut kiva oppia käyttämään useampia mittausvälineitä.