Ryhmä 3: Virtaaman määrittäminen siivikoimalla ja vesinäytteiden ottaminen

 

Virtaaman määrittäminen siivikoimalla ja vesinäytteiden ottaminen

Ryhmäläiset: Anna, Henri, Kati ja Vilma EY19SP

Alkukerronta 

 

Ensimmäiset kenttätehtävämme olivat virtaaman määrittäminen siivikoimalla ja vesinäytteiden ottaminen. Ryhmäämme kuuluvat Henri Ylimartimo, Anna Raatevaara, Kati Iivanainen ja Vilma Väätäinen. Tiistaiaamuna 21.09.2021 ryhmäydyimme Pieni-Valkeisen Lampitien päässä, jossa saimme tehtäviin tarvittavat välineet ja ohjeistukset. Aamu oli pilvipoutainen, noin + 4 °C ja autonikkunoita sai aamulla raapata. Ensimmäisenä aloitimme virtaaman määrittämisestä. 

 

Siivikointi 

 

Tehtävänä oli määrittää virtaama Pieni-Valkeisen tulo- ja poistouomista. Siivikoimalla on mahdollista määrittää pienen uoman virtaama. Uoman eri kohdissa voi olla erilaisia virtausnopeuksia. Uoma kannattaa jakaa säännöllisiin ”lohkoihin” ja mitata siivikolla virtausnopeus kustakin lohkosta. Mittauksessa laskettiin, kuinka monta kertaa siivikko pyörähti ympäri 30 sekunnin aikana. 

Kuva 1. Siivikointikohdan määritys (Räsänen 2021) 

Välineet 

 

Tehtävästä suoriuduttiin kolmella välineellä: siivikointilaitteella SEBA Mini Current Meter M1, sekuntikellolla ja rullamitalla. Lisäksi tiedot kerättiin havaintolomakkeeseen ja mittauspaikan koordinaatit otettiin ylös 112-sovelluksella.  

 

Työn suorittaminen 

 

Työn suorittamisen aluksi täytyi selvittää Pieni-Valkeisen tulo- ja poistouomien sijainnit, jotka saatiin tietoon kartasta. Koordinaatit kerättiin 112-sovelluksella, joka toimi maantieteellisellä koordinaattijärjestelmällä: ETRS89 - WGS84. Mittausajankohtana virtaus uomissa oli hyvin kevyttä, ja oikean kohdan löytämiseen täytyi käyttää aikaa. Lisäksi uomaa tarvitsi hiukan siistiä oksista ja lehdistä, jotta mittaukselle saatiin hyvät paikat.  

Kuvat 3 ja 4. Pieni-Valkeisen tulouoma (vas.) ja sen poistouoma (oik.) (Raatevaara 2021) 

Mittauskohdan leveys mitattiin rullamitalla. Lisäksi veden syvyys mitattiin säännöllisin lohkoin, ja uomasta piirrettiin havainnekuva. 

Havainnekuvien (kuva 5) piirtäminen kentällä osoittautui haastavaksi tehtäväksi hanskat kädessä. Havainnekuvissa esiintyvät pisteet esittävät siivikointikohtia. Niitä oli poistouomassa kaksi kappaletta, ja tulouomassa yksi kappale. Uomissa täytyi siivikoinnin onnistumiseksi valita mittauskohdaksi kapea kohta, jossa virtaus olisi nopeampaa ja siivikko pyörisi. Tällaiset löytyivät poistouomasta tien ali menevän rumpuputken suulta, ja tulouomassa piti itse muokata hyvä mittauskohta. 

Kuva 5. Havainnekuvat Pieni-Valkeisen poisto- ja tulouomista (Raatevaara 2021) 

Siirsimme siivikointikohteet myös kartalle QGIS-paikkatietojärjestelmällä (kuva 6). Hyödynsimme Maanmittauslaitoksen karttapaikka -ohjelmaa, jolla saimme muunnettua WGS84 (62°xx.xx; 27°xx.xx) → TM35FIN (53xxx; 69xxx). Kartasta (kuva 6) on nähtävissä myös koordinaatit (EPSG 3067) ~ ETRS-TM35FIN-järjestelmässä.

Kuva 6. Maastokarttaan on merkitty siivikolla mitatut kohdat (Ylimartimo 2021) 

Tulokset

 

Virtausnopeuden määrittämisessä käytettiin yhtälöä 1

jossa V = virtausnopeus (m/s), k = siiven hydraulinen nousu (m), n = siiven kierrosmäärä (krt/s) ja D = siivikkovakio. Virtauksen yhtälö on mittalaitekohtainen ja sen kertoimet (k = 0,2591 m) ja (D = 0,005) on määritetty siivikon kalibrointikäyrän avulla.

Virtaaman määrittämisessä käytettiin yhtälöä 2

jossa Q = virtaama (m³/s → l/s), V = virtausnopeus (m/s) ja A = pinta-ala (”siivikointialueen pinta-ala”).

 

Poistouoman virtausnopeus yhtälöllä 1:

Poistouoman virtaama yhtälöllä 2:

Tulouoman virtausnopeus yhtälöllä 1:

Tulouoman virtaama yhtälöllä 2:

Epävarmuustekijät

 

Tehtävässä haasteellisinta oli löytää hyvä mittauskohta, sillä vesi oli melko matalalla ja kovin näkyvää virtaamaa ei saattanut paikoin olla ollenkaan. Uomat ovat myös mataluuden lisäksi melko kapeita sekä roskaisia, jolloin mittauspaikkaa täytyi muokata lehdistä ja kivistä, jotta pohja olisi symmetrisempi.

Tuloksista sen verran, että tulo- ja poistouoman virtausnopeudet mukailevat toisiaan melko hyvin. Eroa muodostuu noin 0,0135 l/s. Virtaamien välillä on isompi poikkeama, jossa eroa on 0,86 l/s. Tuloksiin todennäköisimmin vaikutti tulouomassa tehty siivikkomittaus. Kuten edellä mainittiin uoman epätasaisesta pohjasta, jota täytyi itse muovata uuteen uskoon. Siltikään ei saatu tehtyä kovin symmetristä ja tasaista uomaa, lisäksi voitiin vain määrittää yhdestä siivikointialueesta sen virtaus.

Vesinäytteen ottaminen

oisena tehtävänä oli edustavan vesinäytteen ottaminen Pieni-Valkeisen tulo- ja poistouoman edustalta sekä Iso-Valkeisen tulouoman edustalta. Näytteiden analysointi jatkuu myöhemmin syksyllä koulun vesilaboratoriossa, jossa määritetään fosfori, typpi, kiintoainepitoisuus ja pH.

Kuva 7. Maastokarttaan on merkitty vesinäytteenottokohdat (Ylimartimo 2021)

 

Välineet

 

Tehtävässä käytettiin jatkovartista näytteenotinta sekä kolmea muovista näytepulloa. Näytepullot merkattiin teipillä ja vedenkestävällä tussilla sekä kuljetettiin laboratorioon kylmälaukussa. Koordinaattitiedot otettiin puhelimen 112-sovelluksella.

Työn suorittaminen

 

Tehtiin aistinvaraiset havainnot ja näytteenottopaikka valittiin niin, että näyte saatiin pintavedestä niin pitkältä kuin turvallisesti oli mahdollista. Näytteenottimeen kiinnitettiin näytepullo ja näytepullo upotettiin veteen välttäen vedenpinnan roskia. Näytepulloja ei täytetty aivan täyteen huomioiden mahdollinen näytteiden pakastus. Korkki suljettiin välttäen kontaminaatio ja pullo irrotettiin näytteenottimesta sekä pullon kylkeen merkittiin teipillä näytteenoton päivämäärä, kellonaika, paikka sekä ryhmätunnus. Näytepullot kuljetettiin kylmälaukussa laboratorioon.

Kuvat 8 ja 9. Olosuhdetiedot (vas.) ja Pieni-Valkeisen poistouomasta vesinäyte (oik.) (Raatevaara 2021, kuva: Väätäinen 2021)

Johtopäätös

Kohdevesistön uoman pohjan muoto ei ollut symmetrinen, jotta voitaisiin määrittää laadukkaat virtaaman arvot. Uomassa esiintyvä virtaus oli paikoin melko heikko, joten olihaastellista saada siivikon propelli pyörimään. Uoman pohjan ja reunoje kivet, hietikkoa ja kasvillisuus haittoi mittausta, joilla on myös vaikutusta virtaaman arvoihin. Todettakoon, että yleisimmät virheet ovat kuitenkin käyttäjälähtöisiä.

Vesinäytteiden ottaminen onnistui kokonaisuudessaan hyvin. Saatiin kerättyä mahdollisimman "puhdasta" pintavettä. Ei siis maa-aines höttöä ja kasvillisuutta mukaan. Työskentelyssä korostui myös työturvallisuus. Muutamaan kertaan jalka upposi kosteikkoon. Kyseessä siis soinen reuna-alue, joka oli paikoin upottava.