Ryhmä 4: V-pato ja volymetrinen mittaus

 Terve vuan!

Tällä kertaa ryhmämme tehtävänä oli harjoitella pienen uoman virtaaman mittaamiseen tarkoitetun v-padon käyttöä ja samalla saada jonkinlainen kuva Pieni-valkeisen tulo- ja poistouoman virtaamista. Teimme myös volymetrisen mittauksen v-patoa apuna käyttäen. Sää oli harjoitusten suorittamispäivänä pilvinen ja lämpötila oli +13℃.

Poistouoman virtaaman määritys

Harjoitusten suorittamiseen tarvittavia välinetitä olivat: v-pato, lapio ja muovikannu. Saatuamme välineet lähdimme etsimään Pieni-valkeisen poistouomasta sellaista kohtaa, johon v-pato olisi hyvä asettaa. Paikan tulisi olla riittävän kapea, sekä tasainen ja siinä tulisi olla tarpeeksi kaltevuutta, jotta pato toimisi oikein. Aikamme etsittyämme löysimme melko hyvä paikan, johon rupesimme sovittamaan patoa. Pato koostuu pressusta, jonka tarkoituksena on myötäillä uoman pohjaa ja kerätä uoman vesi patoon, sekä metallisesta v-kappaleesta, joka toimii padon purkuaukkona ja josta uoman virtaama mitataan. V-kappaleessa on mitta-asteikko, josta saadun lukeman ja virtaaman määrittämiseen tarkoitetun kaavan avulla saadaan uoman virtaama laskettua.

V-padon asettelu uomaan (Hoffren 2023)

Padon mitta-asteikko (Hoffren 2023)

Saimme padon aseteltua uomaan ja vesi rupesi kertymään patoon ja purkuaukosta alkoi virrata vettä. Padon alta pääsi kuitenkin vielä vettä ohi, koska pressun alla oli juurakko, eikä pressu ollut tarpeeksi tiiviisti uoman pohjaa vasten. Nostimme pressun päälle uomasta löytyneitä kiviä ja laitoimme vielä lapiolla hiekkaa pressun reunalle. Vettä tuli kuitenkin vielä vähän ohi, joten yhden meidän ryhmän jäsenistä täytyi mennä seisomaan pressun päälle. Silloin saimme padon riittävän tiiviiksi ja saimme luettua padon purkuaukon mitta-asteikosta lukeman, joka oli noin 7,5 cm. Tämän jälkeen otimme padon purkuaukosta myös volymetrisen mittauksen käyttäen 5l muovikannua ja sekuntikelloa. Mittaus suoritettiin siten, että toinen ryhmän jäsenistä otti padon purkuaukosta vettä kannuun ja toinen mittasi sekuntikellolla ajan, joka veden ottoon meni. Kannuun tulleen veden määrän ja siihen kuluneen ajan avulla pystytään määrittämään uoman virtaama. Otimme mittauksen 5 kertaa ja saatujen tulosten kesiarvo on uoman virtaama. Saimme mittauksesta seuraavanlaiset tulokset:

- 3,1l    1,94s

- 3,3l    1,68s

- 3,1l    1,57s

- 3,4l    1,66s

- 3,0l    1,57s

Muuttamalla tulokset yksikköön litraa sekunnissa (l/s) ja laskemalla saatujen tulosten keskiarvon tulokseksi tuli 1,9 l/s. 

Tulouoman virtaaman määritys

Seuraavaksi vuorossa oli tulouoman virtaaman määrittäminen samoilla menetelmillä. Lammelle tulee useampia pieniä uomia ja sitten niin sanottu päätulouoma. Otimme mittaukset pääuomasta, joka sijaitsee lammen luoteisosassa. Löysimme uomasta tasaisen kohdan, johon asetimme padon. Laitoimme vielä padon v-kappaleen alle puun palasia ja kiven, jotta padon purkuaukko olisi hieman korkeammalla.

Tulouoman padotus (Hoffren 2023)

Yllä olevassa kuvassa on v-padon purkuaukko, jonka mitta-asteikossa pienet viivat ovat 0,5 cm, pidemmät viivat 1 cm ja isoimmat viivat 5 cm välein. Asteikosta näkee, että veden pinta on noin 4,5 cm korkeudella. V-aukon tulee olla mittausvaiheessa suorassa, jotta virtaaman lukema olisi oikea. Mittaustuloksen perusteella voidaan todeta, että lammen päätulouomasta tulee huomattavasti vähemmän vettä, kuin mitä lammesta lähtee.

Volymetrinen mittaus (Hoffren 2023)

Otimme tulouomasta vielä volymetrisen mittauksen samalla tekniikalla kuin aikaisemmin poistouomasta. Viereisessä kuvassa on esitetty miten vesi otetaan padosta kannuun. Saimme mittauksessa seuraavanlaiset tulokset:

- 2,31    2,41s

- 2,1l    2,25s

- 2,0l   1,85s

- 2,2l    2,28s

- 2,2l    2,37s

Laskelmien jälkeen volymetrisen mittauksen tulokseksi tuli 0,97 l/s.

   


 

V-pato virtaaman laskenta

V-padolla saadut mittaustulokset voidaan muuttaa virtaamaksi kurssin materiaaleista löytyvällä kaavalla:

 𝑄 = 8 /15 ∙ 𝑐 ∙ √(2 ∙ 𝑔) ∙ ℎ^ 5 /2, jossa

𝑄 = virtaama (m^3/s)

𝑐 = 0,58 (vakio)

𝑔 = 9,81 (putoamiskiihtyvyys)

ℎ = veden pinnankorkeus padon purkuaukossa (m)

Kun v-padolla mitatut tulokset sijoitetaan kaavaan ja saatu tulos kerrotaan tuhannella (koska kaavan tulos on m^3/s) saadaan poistouoman virtaamaksi 2,11 l/s ja tulouoman virtaamaksi 0,59 l/s. Tulokset poikkeavat hieman volymetrisessä mittauksessa saaduista tuloksista ja ero tulo- ja poistouoman virtaamien välillä on suuri. Ero vaikuttaa todenmukaiselta, koska lampeen valuu vettä useasta uomasta ja lähteestä. 

Virheet

Mittaustuloksiin vaikuttavia virheitä v-pato mittauksessa ovat padon ohi virtaava vesi, padon purkuaukon vääränlainen asettelu ja mitta-asteikon lukuvirhe. Molemmissa patomittauksissa vettä pääsi tulemaan padon ohi, mutta määrä oli sen verran pieni, että saimme kuitenkin uomien virtaamasta tarpeeksi hyvän käsityksen.

Volymetrimittauksessa mahdollisia virheitä ovat vedenoton ja ajan mittauksen väliset virheet, vedenottopaikkaan liittyvät virheet, mittaustulosten lukuvirheet ja mittaustulosten merkkausvirheet. Volymetrimittauksen mittaustulokset poikkeavat jonkun verran patomittauksen tuloksista, mikä voi johtua mittausvirheestä, padon virtauksen muutoksesta tai patomittauksen virtaaman laskukaavassa käytetyn vakion virheellisyydestä.