Ryhmä 8: Kenttämittaukset ja siivikointi

 

VEDEN LAADUN MITTAUKSET KENTTÄMITTALAITTEILLA

Tiistain 5.10.2021 ensimmäisenä harjoituksena suoritimme veden laadun mittaukset HACH Multi Meter -mittalaitteilla. Mittasimme veden lämpötilan (°C), pH:n, johtokyvyn (µS/cm) sekä happipitoisuuden (mg/l). Veden fysikaalisten ominaisuuksien lisäksi pyrimme tekemään aistinvaraisia havaintoja mittauskohteista. Mittaukset suoritettiin Pieni-Valkeisen tulo- ja poistouoman sekä Iso-Valkeisen tulouoman edustalta. Tallensimme mittauskohtien sijaintien koordinaatit ja karttakuvat ylös älypuhelimen avulla hyödyntäen 112-sovellusta. Tulokset on esitetty mittauspiste kohtaisesti taulukoissa sekä QGIS-ohjelmistoa hyödyntäen. Mittauksia tehdessä sää oli pilvinen (9°) ja enteili sadetta.

Mittauskohtien koordinaatit

Iso-Valkeisen tulouoman mittauspisteellä vesi oli kirjasta ja hiekkapohja pilkotti tippuneiden lehtien välistä. Alueella ei ollut mitään merkillisiä hajuja, maa oli kantavaa ja mittauspisteelle oli helppo päästä. 

Iso-Valkeisen tulouoman mittauspiste

Pieni-Valkeisen tulouoman ympäristö oli hyvin upottava ja soistunut, joten emme päässeet ottamaan mittauksia lammen puolelta. Yksi ryhmämme jäsenistä yritti sitkeästi päästä tulouoman edustalle huonolla menestyksellä upoten polvea myöten mutalikkoon.

Kumpparin uppoutuminen tulouoman ympäristöön

Yhteistuumin otimme näytteet uomasta niin läheltä lampea kuin pystyimme. Alueella haisi kostea muta (liekkö johtui kaverin mudalla täytetystä kumisaappaasta). Tulouoman sähkönjohtokyky oli korkeampi verraten toisiin mittauspisteisiin. Tämä johtuu todennäköisesti asutusalueelta valuvista hulevesistä, joissa on mukana erilaisia mineraaleja ja saasteita.

Pieni-Valkeisen tulouoman mittauspiste

Pieni-Valkeisen poistouoman alueella tuoksui kostea metsä. Poistouoman alueella pohja oli mutainen ja rannassa oli runsaasti puista pudonneita lehtiä. Mittauspisteellä vesi oli mutapohjasta johtuen tummaa, mutta pohjaan uponneet lehdet näkyivät silti selkeästi.

Pieni-Valkeisen poistouoman mittauspiste

Pieni-Valkeisen poistouoman sähkönjohtavuus on hieman alhaisempi kuin tulouoman. Lampeen valuva likainen vesi on ehtinyt todennäköisesti hieman laimentua ennen poistouomaan siirtymistä. Suomen sisävesissä pH on yleensä lievästi hapan vesissä luontaisesti esiintyvästä humuksesta johtuen.

Mittaustulokset taulukoituna

Pieni-Valkeisen happipitoisuus kaikilla tutkimuspisteillä oli poikkeuksellisen huono. Vesistön happipitoisuuteen voi vaikuttaa esimerkiksi sääolot, veden vaihtuvuus, rehevyys ja kerrosteisuusolot.  Pieni-Valkeisen happipitoisuus tulo- ja poistouomassa on korkeimmillaankin vain 1,79 mg/l, kun taas hyvinvoivan vesistön happipitoisuus on läpi vuoden yli 5 mg/l. Epäilemme, että mittauksessa on tapahtunut virhe tai pinnan lehdet ja pohjan sedimentti ovat vaikuttaneet mittaustuloksiin.  Iso-Valkeisen tulouoman happipitoisuus 8,9 mg/l vaikuttaa olosuhteisiin nähden realistiselta tulokselta.

Mittaustulokset QGIS-ohjelmistolla hahmotettuna

Karttakuvassa näkyvistä mittaustuloksista voidaan havaita Pieni-Valkeisen olevan selkeästi huonommassa kunnossa kuin Iso-Valkeisen. Vedenlaatueroihin vaikuttaa varmasti vesistöjen kokoerot sekä valuma-alueiden eroavaisuudet. 

Virtaaman määrittäminen siivikoimalla

Toisena harjoituksena teimme virtaaman määrityksen siivikointi-menetelmällä Pieni-Valkeisen tulo- ja poistouomasta. Siivikoinnissa käytimme SEBA Mini Current Meter M1- mittalaitetta, sekuntikelloa ja rullamittaa. Aloitimme harjoituksen kokoamalla mittalaitteen, joka koostui pohjalatasta sekä varsiosasta. Tämän jälkeen etsimme sopivan mittauspaikan poistouomasta, jossa virtaus oli tarpeeksi voimakas mittalaitteen toimimiseen. Uomien syvyys ja leveys mitattiin virtauskohdasta. Mittausten aikaan molemmat uomat olivat täyttyneet lehdistä ja virtaus oli melko heikkoa. Molemmissa uomissa oli myös melko vähän vettä, jonka vuoksi sopivaa mittauspaikkaa piti hieman etsiä. Virtauksen heikkouden vuoksi mittalaitetta oli pidettävä juuri oikeassa kohdassa, jotta se toimisi oikealla tavalla. Jouduimme muutaman kerran aloittamaan mittauksen uudelleen, koska mittalaite lopetti pyörimisen juurikin heikon virtauksen takia. Huomattiin myös, että mittalaitteen siipien saaminen oikeaan kulmaan virtausta kohden vaikutti merkittävästi sen toimintaan. Siivet saattoivat lopettaa pyörimisen täysin, jos kulma muuttui hieman kesken mittauksen.

Poistouoma: 

Leveys: 25 cm 

Syvyydet: vasen reuna 6 cm, keskeltä 10 cm, oikea reuna 5 cm 

30 sekunnissa virtaus oli 8 kierrosta. 

Pinta-aloiksi saadaan:

vasen reuna 0,0416 m x 0,06 m = 0,002496 m2

keskellä 0,0833 m x 0,1 m ( x 2 kpl ) = 0,00833 m2 x 2 = 0,01666 m2

oikea reuna 0,0416 m x 0,05 m = 0,00208 m2

Pieni-Valkeisen poistouoman siivikointi piste

Poistouomalle pääsy lehdistä ja muista roskista huolimatta oli kohtalaisen helppoa. Kuvassa näkyvälle mittauspisteelle kuitenkin päädyttin vasta yritettyämme mittausta useampaan kertaan muista kohdista. 

Tulouoma: 

Leveys 52 cm  

Syvyydet: vasen reuna 5,5 cm, keskeltä 7 cm, oikea reuna 6 cm 

30 sekunnissa virtaus oli 14 kierrosta 

Pinta-aloiksi saadaan:

Vasen reuna 0,0866 m x 0,055 m = 0,004763 m2

Keskellä 0,1733 m x 0,07 m ( x 2 kpl) = 0,012131 m2 x 2 = 0,024262 m2

Oikealla 0,0866 m x 0,06 m = 0,005196 m2

Pieni-Valkeisen tulouoman siivikointi piste

Tulouomalla oli huomattavasti enemmän lehtiä. Kävellessäkin piti olla varovainen minne astuu, koska itse uomakin oli lähes täysin lehtien peitossa. Kuvassa oleva paikka valikoitui meidän mittauspisteeksi, sillä se vaikutti olevan käytännössä ainut paikka missä mittauksen saisi suoritettua vedenpinnan alhaisen korkeuden vuoksi.

Kun mittaukset oli tehty, voidaan uomista laskea uomien virtaama seuraavan kaavan avulla:

V = k x n + D ,

Jossa V on virtausnopeus (m/s), k on siiven hydraulinen nousu (m), n on siiven kierrosmäärä sekunneissa (krt/s) ja D on siivikkovakio.

Siivikon hydraulinen nousu k (0,2591 m) ja siivikkovakio D (0,005) on määritelty siivikon kalibroinnin yhteydessä.

 Tästä saamme määriteltyä virtausnopeuden poistouoman sekä tulouoman kohdille, joissa siivikko ei pyörinyt:

0,2591 m x 0 krt/s + 0,005 = 0,005 m/s

 Poistouoman keskustan virtausnopeudeksi saadaan:

0,2591 m x 0,27 krt/s + 0,005 = 0,074957 m/s

Tulouoman keskustan virtausnopeudeksi saadaan:

0,2591 m x 0,47 krt/s + 0,005 = 0,126777 m/

Seuraavaksi virtaaman laskemiseen käytetään seuraavaa laskukaavaa:

Q = V x A ,

jossa Q on virtaama (m3/s , muutetaan l/s), V on virtausnopeus (m/s) ja A on pinta-ala (m2)

 

Lasketaan ensin virtaama niille kohdille, joissa siivikko ei pyörinyt, eli molempien uomien vasemmille ja oikeille reunoille, jonka jälkeen lasketaan virtaamat keskellä

Poistouoma:

Vasen reuna 0,005 m/s x 0,002496 m2 = 0,00001248 m3/s eli 0,01248 l/s

Oikea reuna 0,005 m/s x 0,00208 m2 = 0,00000104 m3/s eli 0,0104 l/s

Keskellä 0,074957 m/s x 0,01666 m2 = 0,00124878362 m3/s eli 1,248784 l/s

 

Kokonaisvirtaama poistouomassa:

0,01248 l/s + 0,0104 l/s + 1,248784 l/s = 1,271664 l/s

 

Tulouoma:

Vasen reuna 0,005 m/s x 0,004763 m2 = 0,000023815 m3/s eli 0,0023815 l/s

Oikea reuna 0,005 m/s x 0,005196 m2 = 0,00002589 m3/s eli 0,02589 l/s

Keskellä 0,126777 m/s x 0,024262 m2 = 0,00307586357 m3/s eli 3,075864 l/s

 

Kokonaisvirtaama tulouomassa:

0,0023815 l/s + 0,02589 l/s + 3,075864 l/s = 3,1041355 l/s

 

Tulokseksi saimme poistouoman virtaamaksi 1,271664 l/s eli noin 1,2 litraa sekunnissa ja tulouoman 3,075864 l/s eli 3,1 litraa sekunnissa. Tulokset vaikuttavat todenmukaisilta

Tulokset poikkesivat aiemmin v-padon ja volymetrisen mittauksen avulla tehdyistä mittauksistamme. Silloin saimme tulouoman virtaukseksi 0,47 l/s ja poistouoman virtaukseksi 1,18 l/s. Virtauserot voivat johtua eri mittaustapojen tarkkuudesta ja mittausten ajanottohetkestä.