Ryhmä 3: V-pato ja volymetri sekä veden laadun mittaus

Virtaaman mittaaminen v-padon ja volymetrisen menetelmän avulla

Ryhmäläiset: Anna, Henri, Kati ja Vilma EY19SP

Alkukerronta

Kyseinen kenttäharjoitus pidettiin viikolla 41 eli viikkoa ennen syyslomaa. Päivälle oli luvattu ajoittaisia sadekuuroja kuten huomattiinkin, niin aamupäivästä klo 10.00 jälkeen alkoi tulemaan sadekuuroja.

V-pato

Viimeisellä kenttäharjoitus kerralla suoritimme virtaaman määrityksen väliaikaisesti asennettavalla pressu -v-padon avulla. Määritimme kahdesta paikkaa virtaamat eli Pieni-Valkeisen poisto- ja tulouomista. Mittauksia ei voitu suorittaa heti uomien aukoilta vaan etsittiin sopiva virtaama kohta, joka soveltuisi v-padolle. V-padolla määrittämiseen hyvän mallinen uoma on suhteellisen kapea (n. 50 cm), suora ja muodoltaan kalteva. Uoman pohjaa muotoiltiin lapiolla siten, että pressu olisi uoman muotojen mukainen eikä virtaava vesi menisi pressun ohitse mistään kohtaa. Hyödynsimme pressun muotoilussa ja painona luonnon antimia kuten kiviä ja hiekkaa. Täytyi muistaa asettaa v-kuvio siten, että se on 5 cm purkausaukon pohjan alapuolella ja pysyy kohtisuorassa uomaan nähden.

Kuvat 1 ja 2. Poistouoman (ylh.) ja tulouoman (alh.) v-pato mittaukset (Raatevaara, 2021)

Tulokset

Ensimmäisenä määritettiin Pieni-Valkeisen poistouoman virtaama. Sijainti ei ollut poistoaukon kohdalla vaan lähempänä Iso-Valkeista, arviolta puolen välin uomaa löytyi sopiva kohta mittauksen suorittamiselle. Mittauksessa v-padon aukon vedenpinnan korkeus oli 6,5 cm luokkaa. Myös Tulouoma mittauksessa ei mitattu uoman suulta vaan etsittiin, käypä uomapaikka, josta saadaan relevantti mittaus tehtyä. Saatiin vedenpinnan korkeudeksi 3,5 cm.

Yhtälöllä 1 määritetään uoman virtaamat:

jossa virtaama Q (m³/s) → l/s, vakio arvo c = 0,58 ja veden pinnankorkeus purkautumisaukossa h (m) sekä painovoima g (m/s²)

Poistouoman virtaama:

Tulouoman virtaama:

Volymetrinen mittaus

Määritettiin Pieni-Valkeisen lammen tulo- ja poistouomista virtaamat volymetrisesti. Vesi kaapattiin v-padon purkautumisaukosta. Työhön tarvittiin vain mitta-astia ja sekuntikello. Mittaus pitää toistaa ainakin 5 kertaa parhaan tuloksen saamiseksi. Tässä tapauksessa mittaus suoritettiin tasan viidesti.

Poistouoman ensimmäiset 3 mittausta: (3,1 – 3,3 – 3,2) l/ 2 s ja jälkimmäiset 2 mittausta: (4,2 – 4,4) l/ 2 s. Mittausten ajat olivat vain 2 sekuntia johtuen astian nopeasta täyttymisestä. Syynsä tälle eroavuudelle on, että mittaajia oli kaksi.

Tulouoman mittaus oli helpompaa, josta saatiin: (2,2 – 2,4 – 2,3 – 2,3 – 2,2) l/ 5 s. Virtaus oli pienempää, joten otettiin pidempi aika.

Kuva 3.  Volymetri mittauksessa käytetty astia (Raatevaara 2021)

Tulokset 

Poistouoman virtaaman keskiarvo:

Tulouoman virtaaman keskiarvo:

Johtopäätökset

Poistouoman että tulouoman v-pato mittauksissa todettiin olevan selvää ohi vuotoa. Emme saaneet millään täysin uoman muotojen mukaan tasoiteltua. Poistouomassa uoman reunat olivat juurakkoisia ja epätasaiset, jonka takia tapahtui pientä ohi virtaamaa toiselta puolen pressua. Arviolta padon ohi virtasi noin 5 % vedestä. Tällä on todennäköisesti jotain vaikutusta virtaamalaskennan tuloksiin.

Harjoituksen v-padon virtaama mittaustuloksia on hyvä verrata muulla tavalla mitattujen virtaamien kanssa kuten siivikko ja volymetri mittauksiin. Taulukossa 1 on koottuna edellisten kenttäharjoitusten virtaamamittaukset.

Taulukko 1. Virtaamien vertailu

Vertailussa v-padon ja volymetrin tulokset ovat lähimpänä toisiaan, kun taas siivikolla suoritetut määritykset eivät ole niinkään. Kyseiseen eroon vaikuttavat vahvasti mittauksen onnistuneisuus. Siivikko mittauksessa oli erittäin haastavaa löytää sopivat kohdat siivikoinnille sekä tulo- että poistouomissa. Lisäksi samassa mittauksessa poistouoma saatiin mitattua symmetrisestä lähteestä eli vesirummun suulta ja tulouomassa yritettiin muokata pienempää vesinoroa tasaisemmaksi, jossa myös propellin pyöriminen oli vaivalloista.

Vaikka v-pato systeemissä tapahtui jonkinlaista ohi virtausta, ei se loppulukemiin vaikuttanut merkittävästi. Mielestäni nämä kaksi edellistä mittausta olivat kuitenkin onnistuneemmat, vaikka olivatkin ehkä työteliäämpää suorittaa.

Veden laadun mittaukset kenttämittalaitteella 

Veden laadun mittaus

Toinen kenttäharjoitustyö liittyi veden laadun mittaukseen, jossa määritettiin parametrit (lämpötila, pH, konduktiivisuus ja happipitoisuus). Mittaukset suoritettiin Iso-Valkeisen tulouomasta sekä Pieni-Valkeisen tulo- ja poistouomista. Kuvan 4 maastokartassa näkyy paikat, joista mittaukset otettiin. Maastokartta luotiin taas QGIS-paikkatietosovelluksella. Koordinaatit saatiin karttasovelluksesta, jossa ne olivat maantieteellisellä koordinaattijärjestelmällä: ETRS89 - WGS84. Muunsimme ne MLL Karttapaikka -ohjelmalla koordinaatistoon ETRS-TM35FIN. Mittauksissa käytimme HACH Multi Meter -mittalaitett. Näille kolmelle mitattavalle ominaisuudelle täytyi vaihtaa omat anturinsa. Työskentely oli muuten automaattista.

Kuva 4. Mittauskohdat maastokartassa (Ylimartimo 12-10-2021)

Sääolosuhteet

Forecan Täsmäsää -palvelu klo 10.30

• Ilmanpaine: 1003,2 hPa
• Suht. Kosteus: 88 %
• Kastepiste: 6 °
• Tuulen nopeus: 3 m/s
• Lämpötila: +6 °C

Tulokset

Taulukkoon 2 on koottuna mitatut fysikaaliset ominaisuudet: lämpötila, pH-arvo, sähkönjohtavuus, happipitoisuus ja sen kyllästyneisyys sekä paine-ero. Alimpana on muistutuksena biohiilipato, josta olisi voitu myös määrittää parametrit. Tarkoituksena olisi ollut mitata ennen patoa ja sen jälkeen olevista uomakohdista. Nähtäisiin se vaikuttaako biohiilipato veden laatuun vielä parantavasti. Valitettavasti aika ja voimat eivät enää riittäneet tähän suoritukseen.

Taulukko 2. Veden laadun mittaustulokset

Johtopäätökset 

Sähkönjohtavuus eli konduktiivisuus mittaa vedessä olevien liuenneiden suolojen määrää. Suuri arvo kertoo korkeasta suolapitoisuudesta. Sisävesissä sähkönjohtavuutta lisäävät lähinnä eri suolot, jotka ovat peräisin hajonneista orgaanisista aineista, joista vapautuu suoloja veteen. Pieni-Valkeisen tapauksessa sähkönjohtavuuden korkeaan pitoisuuteen vaikuttaa lähiasuinalueelta tulevat hulevedet sekä kalliopohjainen maaperä.

Pieni-Valkeisen pH-arvo on hieman happaman puolella. Vesien eliöstö on sopeutunut elämään pH-alueella 6,0-8,0. Suomen vesistöissä pH on yleensä lievästi happamalla puolella vesien luontaisesta humuskuormituksesta johtuen (pH yleensä 6,5-6,8).

Kesällä lämpötilassa 18 - 20 °C normaali happipitoisuus on 8-9 mg/l (happi kyl. 80 - 90 %). Kesällä pintavedessä happikyllästysarvo voi myös olla yli 100 %, jos vesistössä on runsaasti kasviplanktonia tuottamassa happea. Pieni-Valkeisen poistouoman ja Iso-Valkeisen tulouoman mitatut happipitoisuudet ovat tasoa hyvä/tyydyttävä. P-Valkeisen tulouomassa on heikoin kohta. Siihen vaikuttaa myös heikompi veden virtaus sekä kasvillisuus ja johdettava hulevesi. Yleisesti happitasoihin vaikuttaa vuodenaika ja vesien kerrostuneisuus sekä ravinteista fosfori kuluttaa järvien happipitoisuuksia.

Mittauksen aikana tehdyt havainnot. Mittausten aikana yllätti sadekuurot ja ainakin happipitoisuuden määrityksessä se hidasti parametrin prosessointi. Pieni-Valkeisen tulouomalla oli mieto metaanin ja rikin haju lisäksi samassa kohtaa vedenpintaa näkyi olevan ”öljymäistä” hajoavaa harsoa. Yleensä tämä on merkki bakteeritoiminnasta.