Ryhmä 5: Virtaaman määrittäminen siivikoimalla ja vesinäytteiden otto

 Tiistaina 28.9 ryhmämme tehtävänä oli määrittää virtaama siivikointia apuna käyttämällä ja ottaa vesinäytteet pulloihin tulevia laboratoriokertoja varten.

Aloitimme kenttätyöt Pieni-Valkeisen poistouomalta. Siivikointikohdan valitsimme melko läheltä poistouoman alkukohtaa, jossa kaltevuus oli pieni ja virtausnopeus silmänmääräisesti arvioituna kohtuullisen hidas.

Mittasimme rullamitalla poistouoman kokonaisleveydeksi noin 114 cm. Vedenpinnan syvyys uoman keskikohdasta mitattuna oli noin 13 cm. Asetimme siivikon ’’potkurin’’ 5 cm korkeuteen siivikointilaitteen pohjalatasta katsottuna, jotta kaikki siivekkeet olisivat selkeästi veden alla (kuva 1). Asetimme siivikointilaitteen keskelle uomaa samaan kohtaan, josta uoman syvyys mitattiin, ja katsoimme, että siivekkeet pyörivät tasaisesti, ennen kuin aloimme laskemaan kierroksia. Lohko, josta otimme lukeman, oli 20 cm leveä. Uoman molemmille puolille jäi 47 leveät lohkot, joissa virtausta ei ollut kasvillisuuden ja heikon kaltevuuden vuoksi. Käytännössä siis uomakohdan kaikki virtaus tapahtui keskikohdan lohkon kautta. Laskimme kierrosten määrän 30 sekunnin ajalta, ja tulokseksi saimme 12 kierrosta 30 sekunnissa.

Kuva 1: Siivikointi

Poistouoman siivikoinnin jälkeen suuntasimme Pieni-Valkeisen tulouomalle suorittamaan saman tehtävän. Poistouomasta sopivaa mittauskohtaa oli hieman haastavampi valita, sillä uoma mutkittelee, on paikoin erittäin loiva ja pohja epätasainen. Siitä huolimatta löysimme kohdan, jossa vesi virtasi riittävästi mittauksen suorittamiseen. Tulouoman mittauskohta oli 98 cm leveä, ja keskeltä uomaa eli siivikointikohdasta 15 cm syvä. Reunoja kohden uoman syvyys pieneni, ja oli keskimäärin 9 cm molemmissa reunalohkoissa. Samoin kuin poistouomassa, mittauskohdassa vesi virtasi ainoastaan keskikohdan lohkossa, ja reunoilla vesi käytännössä seisoi paikallaan.

Laskut

 

Virtausnopeus V (m/s) lasketaan kaavalla

                          V = kn + D

jossa k on siiven hydraulinen nousu 0,2591 metriä, n (krt/s) on siiven kierrosmäärä ja D on siivikkovakio 0,005.

Virtausnopeudessa haluttu kierrosmäärä saadaan jakamalla siivikoinnissa saatu kierrokset mitatulla sekunneilla.

Poistouoman kierrosmäärä: n = 12 kierrosta / 30 s = 0,4 krt/s

Tulouoman kierrosmäärä: n = 5 kierrosta / 30 s = 0,1666 krt/s

Kierrosmäärien avulla voidaan laskea virtausnopeudet V:

Poistouoma: V = 0,2591 m * 0,4 krt/s + 0,005 = 0,10864 m/s

Tulouoma: V = 0,2591 m * 0,1666 krt/s + 0,005 = 0,048166 m/s

 

Virtaama Q (m³/s) lasketaan kaavalla

                          Q = V * A

jossa V (m/s) on aikaisemmin laskettu virtausnopeus ja A (m²) on tutkitun siivikointialueen pinta-ala.

Poistouoman pinta-ala, kun leveys on 0,2 m ja syvyys 0,13 m: A = 0,2 m * 0,13 m = 0,026 m²

jolloin saadaan poistouoman virtaama

                          Q_poisto = 0,10864 m/s * 0,026 m² = 0,002825 m³/s = 2,825 l/s = 2,8 l/s

Tulouoman pinta-ala, kun leveys on 0,2 m ja syvyys 0,15 m: A = 0,2 m * 0,15 m = 0,03 m²

jolloin saadaan tulouoman virtaama

                          Q_tulo = 0,048166 m/s * 0,03 m² = 0,001445 m³/s = 1,445 l/s = 1,5 l/s

Tulokset ovat hieman poikkeavia V-padolla ja volymetrisellä mittauksella saatuihin tuloksiin. Poistouomasta saatu tulos 2,8 l/s oli pienempi kuin V-padolla saatu tulos, joka 4,3 l/s. Mittauskohta oli kuitenkin eri ja paikat melko kaukana toisistaan, jolloin esimerkiksi mittauskohtien kaltevuudessa oli merkittävä ero. Pidämme kuitenkin siivikoinnista saatua tulosta luotettavampana kuin V-padon, sillä siivikoinnissa virhelähteitä oli mielestämme vähemmän V-patoon verrattuna. Volymetrisesta tavasta ei voi tässä edes puhua, sillä siitä saatu tulos oli ainakin meidän ryhmämme kohdalla niin epäluotettava. Tulo-uoman kohdalla ero oli myös aika suuri, sillä V-padolla mitattuna tuolauoman virtaamaksi saimme 0,8 l/s. Mittauskohta oli kuitenkin tässäkin hieman eri ja edelleen ryhmämme pitää siivikoinnilla saatua tulosta luotettavampana.

Vesinäytteitä otettiin kolmesta eri kohdasta, Pieni-Valkeisen tulo- ja poistouomasta sekä Iso-Valkeisen tulouomasta. Paikat olivat samat kuin kohdat joista teimme kenttämittaukset viikko sitten (kuva 2). Jokaisesta kohdasta otettiin noin yksi litra vesinäytettä. Vesinäytteistä määritetään myöhemmin Savonian ympäristötekniikan laboratoriossa typpi, fosfori, kiintoaines ja pH.

Kuva 2: Vesinäytteiden ottopaikat

Vesinäytteet otettiin jatkovartisella näytteenottimella, johon oli kiinnitetty näytepullo (kuva 3). Ensin näytepullo täytettiin vedellä pullon huuhtelua varten ja huuhteluvesi laskettiin rannalle. Varsinainen vesinäyte otettiin pintavedestä ja vesinäytteet kuljetettiin kylmälaukussa Savonialle, jossa ne pakastetaan. Näytepulloa ei saanut täyttää vedellä kokonaan pakastamisen takia. Näytteet pyrittiin ottamaan sellaisista kohdista, joissa oli mahdollisimman vähän kasvillisuutta ja muita roskia, jotta näytteet olisivat mahdollisimman edustavia. Näytteitä ottaessa tuli välttää koskemasta korkin tai pullonsuun sisäpuolelle. Pulloihin merkattiin teipillä ja tussilla ryhmän numero, näytteenottopaikka, näytteenottoaika ja päivämäärä.

Kuva 3: Vesinäytteiden ottoa

Jokaisesta näytteenottopaikasta tehtiin samanlaisia aistinvaraisia havaintoja kuin veden laadun mittauksessa kenttämittalaitteilla. Edellisten havaintojen mukaan huonoin vedenlaatu oli Pieni-Valkeisen tulouoman edustalla, kasvillisuuden ja mutaisen hajun takia. Poistouomassa oli myös aika paljon kasvillisuutta. Iso-Valkeisen vesi vaikutti parhaimmalta. Aistinvaraisissa havainnoinnissa ei ollut muutoksia.