Ryhmä 1 Virtaaman määrittäminen siivikoimalla

 

Pienen uoman virtaama (Q) voidaan määrittää siivikoimalla. Siivikoinnissa käytettiin mittalaitteena SEBA Mini Current Meter M1:stä, jonka lisäksi sekuntikelloa ja rullamittaa ja tulosten kirjaamiseen muistiinpanovälineitä. Tavoitteena on saada uomasta useampi rinnakkaispiste siivikoitua kuvan 1 mukaisesti. Mittaus suoritetaan sekä tulo- että poistouomaan.

Kuva 1: Optimaalinen siivikointitoteutus

 

Virtausnopeus (V, m/s) saadaan laskettua kutakin pistettä kohden kaavalla

V = k * n + D

V = virtausnopeus (m/s)

k = siiven hydraulinen nousu (m)

n = siiven kierrosmäärä (krt/s)

D = siivikkovakio.

Kertoimet (k = 0,2591 m) ja (D = 0,005) ovat mittalaitekohtaisia ja määritetty siivikon kalibroinnin perusteella.

 Virtaama (Q, m3/s) lasketaan siivikointialuetta kohden kaavalla 

Q = V * A

Q = virtaama (m3/s)

V = virtausnopeus (m/s) 

A = siivikointialueen pinta-ala

Pieni-Valkeisen uomien siivikointi suoritettiin vain yhdestä siivikointipisteestä uomien kapeuden ja hitaan virtauksen takia (kuvat 2 ja 3). Mittauksessa siivikointilaite asetettiin virtaukseen kuvien 4 ja 5 mukaisesti, ja otettiin sekuntikellolla aikaa 30 sekuntia, jonka aikana laskettiin kierrosmäärät. 

Kuva 2. Tulouoman havainnollinen piirros

Tulouoman pinta-ala laskettiin kolmion pinta-alan laskukaavalla mahdollisimman todellisen virtaamatuloksen saavuttamiseksi. Uoman pinta-ala A = (0,2 m * 0,055 m) /2 = 0,0055 m2

Kuva 3. Poistouoman havainnollinen piirros 

Poistouoman pinta-ala laskettiin suorakaiteen laskukaavalla, kivien muotojen tehdessä uomasta lähes suorakulmaisen. Uoman pinta-ala A = 0,2 m * 0,06 m = 0,0120 m2

Kuva 4. Tulouoma

Tulouomassa kierroksia kertyi 10 kierrosta / 30 s, jolloin n = 10 krt/30 s = 0,333.. krt/s

Tulouoman virtausnopeus V = 0,2591 m * 0,333 krt/s + 0,005 = 0,0914 m/s 

Tulouoman virtaama Q = 0,0914 m/s * 0,0055 m2 =  0,0005 m3/s = 0,5 l/s 

Kuva 5. Poistouoma

Poistouomassa kierroksia saatiin 20 kierrosta /30 s, jolloin n = 20 krt/30 s = 0,667.. krt/s

Poistouoman virtausnopeus V = 0,2591 m * 0,667 krt/s + 0,005 = 0,1777 m/s 

Poistouoman virtaama Q = 0,1777 m/s * 0,012 m2 = 0,0021 m3/s = 2,1 l/s 

 Lopputulokset

Tulouoman virtaamaksi saatiin 0,5 l/s ja poistouoman virtaamaksi 2,1 l/s. 

Suurimmat epävarmuustekijät laskuissa aiheuttavat luonnonuoman pohjamuotojen epätasaisuus ja sitä kautta pinta-alan laskennan hankaluus. Lisäksi uomien ollessa niin pienet rinnakkaisia siivikointeja ei saatu tehtyä, sillä yhdenkin siivikoinnin tekemiseen oli hankalaa löytää sopivaa kohtaa. Yhdellä siivikointiarvolla saadaan vain pistemäinen tulos, joka kertoo kyseisen kohdan arvon, eikä koko virtauksen suuruutta. Pienet virtaukset ja laitteen herkkyys tuovat lisävirheen riskin, sillä laitteita operoidaan kuitenkin ihmisvoimin eikä mittauksia voida suorittaa identtisesti.