Ryhmä 7. Virtaaman mittaus siivikoimalla ja vesinäytteenotto

Kuva 1. Vesinäytteenottoa Pieni-Valkeisen poistouomalta (Kivimäki, 2021-10-05)

 

Mittaukset suoritettiin 5.10.2021 klo 8:15-11:00 Pieni-Valkeisella ja paikalla olivat kaikki ryhmän jäsenet eli Piela Harlin-Venäläinen, Anna Kivimäki, Kaisa Kolkka ja Venla Tuomikoski. Sää oli + 9 °C pilvinen ja mittausten loppuvaiheessa alkoi satamaan. Päivä alkoi siivikointiharjoituksella, jonka jälkeen suoritettiin vesinäytteenotto.

 

Kuva 2. siivikointilaitteen siipiosa (Harlin-Venäläinen 2021-10-05) 

Siivikointiin tarvittiin mittalaite SEBA Mini Current Meter M1, rullamitta, muistiinpanovälineet ja sekuntikello. Toteutimme virtaaman määrityksen Pieni-Valkeisen poisto- (koordinaatti WGS84: 62° 55,731 ; 27° 39,772)  sekä tulouomalta (koordinaatti WGS84: 62° 55,785 ; 27° 39,491) aloittaen poistouomalta. Aloitimme siivikoinnin mittaamalla ensin 2 kertaa uoman syvyydet ja leveyden turhaan, koska asettaessamme mittalaitteen uomaan, virtaus ei ollut riittävä pyörittämään siipeä.  

 

Kuva 3. Mittauspisteiden sijainnit QGIS:iin vietynä (Kivimäki 2021-10-08)

 

Virheistä oppineena kolmannessa uoman kohdassa testasimme ensin, pyöriikö laite tasaisesti n. 2/3 veden kokonaissyvyydestä. Saatuamme laitteen sopivaan kohtaan, ajastimme 30 sekuntia, jonka aikana laskimme siipien pyörähdykset. Toistimme mittauksen 3 kertaa uoman eri kohdissa, minkä jälkeen vielä mittasimme uoman leveyden ja syvyydet eri kohdissa. Uoman leveys oli n. 61 cm ja syvyydet kolmessa eri mittauspisteessä 8,5 cm; 9,0 cm ja 8,0 cm (Ks. Kuva 4.). Poistouoman kokonaisvirtaama oli 1,9 l/s.

 

Kuva 4. Pieni-Valkeisen poistouoman muoto ja mittauspisteet hahmoteltuna muistiinpanoihin (Kivimäki, 2021-10-05)

 

Kuva 5. Mittalaitteen siipiosan pyörinnän laskentaa Pieni-Valkeisen tulouomalla (Harlin-Venäläinen 2021-10-05)  

 

Pieni-Valkeisen tulouomalla onnistuimme mittaamaan siipien pyörähdykset kahdesta eri kohtaa ja löysimme optimaalisen mittauskohdan huomattavasti helpommin, kuin poistouomalla. Uoman leveys oli 53 cm ja syvyydet kolmesta eri kohdasta mitattuna 6,0 cm; 6,5 cm ja 5,0 cm (Ks. Kuva 6.). Tulouoman kokonaisvirtaama oli 2,7 l/s.

 

Kuva 6. Pieni-Valkeisen tulouoman muoto hahmoteltuna muistiinpanoihin (Kivimäki, 2021-10-05)

Tulosten laskentaan käytettiin seuraavia kaavoja:

Kaava 1. Virtausnopeus

$$V=k\bullet n+D$$ 

, jossa 

V = virtausnopeus (m/s) 

k = siiven hydraulinen nousu (m) 

n = siiven kierrosmäärä (krt/s) 

D = siivikkovakio 

 

k = 0,2591 m 

D= 0,005 

 

Kaava 2. Virtaama 

$$Q=V \bullet A$$ 

, jossa 

Q = virtaama (m3/s) 

V = virtausnopeus (m/s) 

A = pinta-ala

 

Poistouoman virtaaman laskenta tapahtui seuraavasti: 

Poistouoman virtausnopeudet: 

n1 = 3,5 krt / 30 s = 0,1166 krt/s 

n2 = 4 krt / 30 s = 0,1333 

n3 = 3,5 krt / 30 s = 0,1166 krt/s

$$V_1=0,2591 m \bullet 0,1166\frac{krt}{s}+0,005=$$0,0352ms 

$$V_2=0,2591 m \bullet 0,1333\frac{krt}{s}+0,005=$$0,0395ms 

$$V_3=0,2591 m \bullet 0,1166\frac{krt}{s}+0,005=$$0,0352ms 

 

Pinta-alat poistouoma: 

A1 = 0,2 m * 0,089 m = 0,0178 m2 

A2 = 0,2 * 0,09 m = 0,018 m2 

A3 = 0,2 * 0,08 m = 0,016 m2 

 

Virtaama poistouoma: 

Q1 = 0,0352 m/s * 0,0178 m2 = 0,00062656 m3/s = 0,6266 l/s 

Q2 = 0,0395 m/s * 0,018 m2 = 0,000711 m3/s = 0,711 l/s 

Q3 = 0,0352 m/s * 0,016 m2 = 0,000563 m3/s = 0,563 l/s 

 

Kokonaisvirtaama = K 

K = 1,9006 l/s ≈ 1,9 l/s

 

Tulouoman virtaaman laskenta tapahtui seuraavasti: 

Tulouoman virtausnopeudet: 

n1 = 20 krt / 30 s = 0,6667 krt/s 

n2 = 9 krt / 30 s = 0,3 krt/s 

$$V_1=0,2591 m \bullet 0,6667\frac{krt}{s}+0,005=$$0,1777ms 

$$V_2=0,2591 m \bullet 0,3 \frac{krt}{s}+ 0,005=$$0,0827ms

 

Tulouoman pinta-alat: 

A1 = 0,2 m * 0,06 m =0,012 m2 

A2 = 0,1 m * 0,065 m = 0,0065 m2 

 

Virtaama tulouoma:  

Q1 = 0,1777 m/s * 0,012 m2 = 0,00213 m3/s = 2,1324 l/s 

Q2 = 0,0827 m/s * 0,0065 m2 = 0,00053755 m3/s = 0,53755 l/s 

Kokonaisvirtaama = K

K = 2,66995 l/s ≈ 2,7 l/s 

 

Sateisen tiistaipäivän toisen kenttäharjoituksen aiheena oli vesinäytteiden ottaminen. Ottamistamme näytteistä tullaan myöhemmin määrittämään laboratoriossa fosfori, typpi, kiintoainepitoisuus ja pH. Vesinäytteet otettiin Pieni-Valkeisen tulo- ja poistouoman sekä Iso-Valkeisen tulouoman edustalta. Näytteenottopisteet on esitetty oheisessa kuvassa.

 

Kuva 7. Näytteenottopisteet kartalla.

Vesinäytteiden ottamisen yhteydessä teimme aistinvaraisia havaintoja. Havaitsimme, että Pieni-Valkeisen tulouoman edustalla, missä maasto oli hyvin soistunutta, oli havaittavissa myös hieman tympeä kenties rikkiin viittaava haju. Muilla näytteenottopaikoilla emme havainneet mitään hajuja. Kaikilla havaintopaikoilla vesi oli silmämääräisesti arvioituna tummaa, mutta suhteellisen kirkasta.

Vesinäytteiden ottaminen vaatii tekijältään huolellisuutta ja näytteenoton periaatteiden tuntemista, jotta näyte on luotettava ja edustava.

Kuva 8. Näytteenottoa varten pullo kiinnitettiin jatkovartiseen näytteenottimeen. (Kivimäki, 2021-10-05)

Näytteenottoa varten tarvitsimme kolme litran vetoista näytepulloa sekä jatkovartisen näytteenottimen, teippiä ja tussin pullojen merkitsemistä varten sekä muistiinpanovälineet. Näytteiden kuljetusta varten oli varattu kylmälaukku. Vesinäyte otettiin pintavedestä mahdollisimman pitkälle kurottaen. Ennen jokaisen näytteen ottamista huuhtelimme näytepullon lampivedellä. Vasta tämän jälkeen otimme varsinaiset näytteet. Koska näytteet tultaisiin pakastamaan, jätettiin näytepullot hieman vajaiksi. Näytettä ottaessa ja näytepulloja käsitellessä tuli huolehtia, ettei näyte pääse kontaminoitumaan. Lopuksi näytepulloihin merkittiin ryhmän numero, päivämäärä, kellonaika ja sijainti.

Kuva 9. Näytteenottoa Iso-Valkeisen tulouoman edustalta.