Ryhmä 7: Pinnankorkeuden määrittäminen vaaitsemalla sekä virtaaman mittaaminen v-padon ja volymetrisen menetelmän avulla

Pinnankorkeuden määrittäminen vaaitsemalla

Viileänä aurinkoisena torstaina 3.10.2024 suuntasimme taas suorittamaan kenttätöitä Pieni-Valkeiselle. Päivän ensimmäisenä tehtävänä oli määrittää Pieni-Valkeisen ja Iso-Valkeisen pinnankorkeudet vaaitsemalla hyödyntämällä kahta ennalta mitattua korkopistettä. Työvälineitä tähän käytettiin vaaituskojetta sekä mittalattaa. Vaaituksen tarkoituksena on selvittää kahden pisteen välinen korkeusero vaakasuorin tähtäyksin pystysuoriin lattoihin. 

Vaaitusta voidaan siis käyttää, kun tiedossa on jokin kohteen lähellä oleva korkeustaso. Alkutiedoiksi saimme kaksi korkopistettä:

- Pieni-Valkeisen purku-uoman lähellä olevalla asfaltoidulla kääntöpaikalla olevan kaivonkannen korko on +99,064 m (N2000) (X: 533664,086 Y: 6977842,985)

- Iso-Valkeisen rannassa olevan kannon korko on +91,781 m (N2000) (X: 533794,868 Y: 6977814,165 )

Tehtävä aloitettiin pystyttämällä kolmijalka mahdollisimman tasaisesti kohtaan, josta oli näkymä kaivonkannelle (jossa latta pidettiin) sekä Pieni-Valkeisen rantaan. Kolmijalalle asetettiin vaaituskoje, joka tasataan sen pohjassa olevien säätimien avulla, niin että laitteessa oleva ”kupla” asettui mustan ympyrän keskelle (kuva 1) myös kojetta kääntäessä.

   KUVA 1. Vaaituskoje tasattuna (Unkuri 2024)

Pieni-Valkeisen pinnankorkeuden määrittäminen aloitettiin mittaamalla kaivonkannessa (kuva 2) olevan korkopisteen korko, josta saimme tulokseksi 1,523 metriä. Tämän jälkeen latta vietiin Pieni-Valkeisen rannan tuntumaan, josta toinen mittaus tapahtui. Tulokseksi saimme 3,375 metriä. Tulosten varmistamiseksi käänsimme vaaituskojeen vielä ja otimme toisen mittauksen tunnetusta korkopisteestä. Saimme saman tuloksen eli 1,523 metriä.

   KUVA 2. Kaivonkannen korkopisteen mittaus (Hämäläinen 2024)

Sitten lähdimme Iso-Valkeisen puolelle ja pystytimme kolmijalan sekä asetimme ja tasasimme vaaituskojeen samalla tavalla kuin ensimmäisellä kerralla. Maasto vietti rantaa kohti, joten pyrimme valitsemaan mahdollisimman tasaisen kohdan, josta oli näkymä korkopisteelle sekä Iso-Valkeisen rantaan. Tällä kertaa tunnettu korkopiste oli kanto. Latta vietiin korkopisteelle ja tulokseksi saimme 0,639 metriä. Tämän jälkeen latta vietiin vesistön rannan tuntumaan (kuva 3), tulokseksi saimme 2,91 metriä. Lopuksi teimme taas toisen mittauksen korkopisteelle tulosten varmistamiseksi ja saimme tulokseksi uudelleen 0,639 metriä.

   KUVA 3. Iso-Valkeisen rannan korkopiste (Hämäläinen 2024)

Pikku-Valkeiselta saatujen mittaustulosten perusteella sen pinnankorkeudeksi saatiin 97,212 metriä. Kyseinen pinnankorkeus saatiin seuraavia tietoja käyttämällä:

• Tunnetun korkopisteen (kaivonkansi) korko +99,064 m
• Kaivonkannen mitattu korko 1,523 m
• Lammen mitattu korko 3,375 m

Laskukaava: (+99,064 m + 1,523 m) - 3,375 m = 97,212 m

Iso-Valkeiselta saatujen mittaustulosten perusteella sen pinnankorkeudeksi taas saatiin 89,51 metriä.

Tämä tulos saatiin seuraavien tietojen avulla:

• Tunnetun korkopisteen (kanto) korko +91,781 m
• Kannon mitattu korko 0,639 m
• Järven mitattu korko 2,91 m

Laskukaava: (+91,781 m + 0,639 m) - 2,91 m = 89,51 m

Vaaitsemisessa on useita epävarmuustekijöitä. Vaaituskojeen tasaaminen vaatii tarkkuutta, eikä epätasaisessa maastossa voi olla täysin varma, että se on jokaiseen suuntaan tähdätessä tasapainossa. Latan oikeaoppinen lukeminen ei ole vielä harjaantunut, joten mittaustuloksissa voi esiintyä virheitä. Myös latan asento (latta ei täysin kohtisuorassa maahan) voi vaikuttaa tuloksiin. Tässä tilanteessa mittaustulosten lukua vaikeutti myös se, että käytetty vaaituskoje näytti kuvan väärinpäin. Ryhmän kokemattomuus voi myös vaikuttaa saatuihin tuloksiin.

Virtaaman mittaaminen v-padon ja volymetrisen menetelmän avulla

Päivän toisena tehtävänä oli mitata Pieni-Valkeisen tulo- ja poistouomien virtaukset v-padon sekä volymetrisen mittauksen avulla.

V-pato: 

Ensimmäisenä lähdimme kohti poistouomaa, joka yhdistyy Iso-Valkeisen tulouomaksi. 

V-pato oli tarkoitus asennetaan uomaan siten, että koko uoman vesimäärä virtaa padon metallisen suuaukon läpi. Tämä osoittautui luultua hankalammaksi, mutta pyrimme hiekan, kivien sekä muiden maastosta löytyneiden kappaleiden avulla tukkimaan aukot sekä saamaan pressun tiiviisti myötäilemään uoman pohjaa sekä reunoja. Padon purkausaukko tuli olla kohtisuorassa virtaamaan nähden.

Padon asennuksen jälkeen oli mahdollista lukea veden pinnankorkeus mitta-asteikolta. Poistouoman pinnankorkeudeksi saimme 3,5 cm. Harmillisesti v-pato oli mittauksessa hieman vinossa, mikä vaikuttaa tulosten varmuuteen.

   KUVA 4. Pinnankorkeuden mittaus v-padolla poistouomalla (Hämäläinen 2024)

Sitten siirryimme Pieni-Valkeisen tulouomalle. Ensimmäisestä mittauksesta oppineena pyrimme asettamaan v-padon mahdollisimman kohtisuoraan veden pintaan nähden. Tulouomalla vettä oli hyvin vähän ja v-padon asentaminen sekä tulosten saaminen oli aikaavievää ja hankalaa. Tulouoman pinnankorkeudeksi saimme 2 cm. Ohivirtaamaa tuli huomattavasti vähemmän veden vähyyden ja heikon virtauksen takia. 

    KUVA 5. Pinnankorkeuden mittaus v-padolla tulouomalla (Hyvättinen 2024)

Saatujen pinnankorkeuksien avulla saatiin laskettua uomien virtaamat alla olevaa kaavaa käyttäen: 

      KUVA 6. Virtaaman laskukaava (Harjoitustöiden ohjeistus pdf)

      KUVA 7. Poistouoman virtaus laskettuna l/s

     KUVA 8. Tulouoman virtaus laskettuna l/s

Laskuissa ei ole otettu huomioon ohivirtaamaa, koska sen määrää on lähes mahdotonta lähteä arvioimaan.

Volymetrinen mittaus:

Volymetrinen mittaus tapahtui mitta-astian ja sekuntikellon avulla. Tunnetun tilavuuden ja täyttymisajan perusteella on mahdollista laskea virtaama.

Mittaus suoritettiin v-patoa apuna käyttäen, sillä uomissa ei ollut kohtia joissa vettä olisi syöksynyt vapaasti. 

Mitta-astia asetettiin v-padon purkausaukon suulle (kuva 6) sekuntikellon käynnistyessä. Astian ollessa sovittuun merkkiin asti täynnä se poistettiin purkautuvan veden alta ja kello pysäytettiin. Sekuntikellon lukema sekä astiaan kertynyt vesimäärä kirjattiin ylös. Mittaus toistettiin viisi kertaa sekä tulo- että poistouomalla. 

   KUVA 9. Volymetrinen mittaus (Hämäläinen 2024)

Tulosten ottoa vaikeutti se, että mitta-astiaa ei saanut suorassa purkautuvan veden alle purkausaukon ollessa niin matala, joten mitta-astiaa tuli pitää vinossa (kuva 7) ja näin ollen mitta-asteikkoa oli hankala lukea. Onnistuimme kuitenkin saamaan samansuuruisia tuloksia.

Molemmissa mittauksissa ohivirtaamaa syntyi myös astian reunoilta, sillä astia oli pyöreäreunainen ja sitä piti pitää lähes vaakatasossa vedenottohetkellä. 

   KUVA 10. Ohivirtausta volymetrisessä mittauksessa (Lindholm 2024)

Tulokset on koottuna taulukkoon, jossa virtaaman Q lopputulos on esitettynä mittausten keskiarvona yksikössä l/s.

   TAULUKKO 1. Pieni-Valkeisen poistouoma/Iso-Valkeisen tulouoman tulokset ja virtaama

    TAULUKKO 2. Pieni-Valkeisen tulouoman tulokset ja virtaama

Mittaustuloksia vertaillessa näiden kahden menetelmän välillä voidaan huomata, että saadut tulokset ovat samankaltaisia. Erityisesti tulouoman virtaamatulokset ovat hyvin lähellä toisiaan. Poistouomalta saaduissa tuloksissa voi nähdä suurempaa eroa. Muun muassa ohivirtaamat, mittausvirheet sekä mitta-asteikon lukuvirheet vaikuttavat tuloksiin. Tulosten perusteella voisi päätellä, että molemmilla menetelmillä saisi samankaltaisia mahdollisesti luotettavia tuloksia, mutta tämän vahvistamiseksi mittauksia olisi tullut ottaa enemmän.