Environmental Hydraulics Lab

Ekohydrauliikka on monitieteinen ala, joka tutkii veden fysikaalisten prosessien ja ekologisten vaikutusten välisiä kytköksiä muuttuvassa ympäristössä. Pyrimme parantamaan ymmärrystä, miten veden virtauksen, sedimentin, kasvillisuuden, jään, ravinteiden ja haitallisten aineiden dynaamiset prosessit toimivat. Tutkimme sekä luonnonvesiä että rakennettuja ympäristöjä, erityisesti jokia, kosteikkoja ja kaupunkien vesikohteita. Nämä monimutkaisissa vuorovaikutussuhteissa toimivat järjestelmät tarjoavat tutkijoille merkittäviä ja mielenkiintoisia haasteita.

Tutkimuksen perusteella kehitämme ratkaisuja, joilla pyritään sovittamaan yhteen vesivarojen hyödyntäminen ja ekologiset näkökohdat. Uusilla luontopohjaisilla ratkaisuilla (nature-based solutions, NBS) on tavoitteena parantaa vesiensuojelua ja tulvien hallintaa kestävästi ja alhaisemmin kustannuksin. 

Virtauskourun tekninen kuvaus

Jokiuomaa jäljittelevä kouru on tarkoitettu veden virtauksen tutkimusta varten. Pääasiassa laitteistoa käytetään virtausopin alan tutkimukseen ja opetukseen, jolloin siinä kierrätetään puhdasta vettä. Lisäksi siinä voidaan myös tehdä kokeita, joissa käytetään myös sedimenttejä, veteen liuenneita aineita tai aallonmuodostusta. Järjestelmässä voi kierrättää vettä kahdella eri tavalla.

Käyttötapa A: Virtaama voi olla enintään 0,120 m³/s. Järjestelmä on erillinen kokonaisuus, ja siinä on sisäinen vesikierto. Käyttötapa A:ssa veden virtausta säädellään pumpuilla, joissa on sähkömagneettiseen virtausmittaukseen yhdistetty säätöjärjestelmä (hienon sedimentin tai muiden aineiden käyttö mahdollista).

Käyttötapa B: Virtaama voi olla enintään 0,300 m³/s. Käytetään yhdistettynä laboratorion vesikiertojärjestelmään. Virtauskourun yläpuolella olevaa vakiopaineistettua allasta (~100 m³) käytetään tuomaan vettä kouruun sähkömagneettisen virtausmittauksen avulla säädellyn venttiilin kautta (kierrätetty puhdas vesi).

Kourussa on sähköisesti säädettävä kallistusjärjestelmä, jonka avulla kaltevuutta voi muuttaa välillä -0,75 % ja +2,1 %. Mekanismi koostuu moottoroidusta mekaanisesta vaihdejärjestelmästä, joiden avulla kolmea maata vasten tulevaa tukijalkaa säädetään suhteessa toisiinsa.

Virtauskourussa on kaksi syvempää, valepohjalla varustettua osiota (pituus 950 mm, leveys 230 mm, korkeus 407 mm). Tämän rakenteen avulla kourun pohjan alla olevaan tilaan voi sijoittaa mittausinstrumentteja, kuten virtausvastusvoiman mittauslaitteita, häiritsemättä veden virtausta.

Kourun pohjan keskilinjalle on sijoitettu putkitukset vedenpaineen mittausta varten pituussuunnassa 0,25 metrin välein. Lisäksi pohjassa on myös kierrereikiä, joiden avulla kouruun on helppo asentaa erilaisia rakenteita ja elementtejä.

Sisäisen kierron ollessa käytössä järjestelmässä voi käyttää hienoa sedimenttiä ja liuenneita aineita (hiukkaset virtaavat enimmäkseen veden mukana). Kourun rakenne mahdollistaa hienon sedimenttimateriaalin kierrättämisen vesikiertojärjestelmän kautta. Kouru sekä sen vesisäiliöt ja putkistot on suunniteltu siten, että hieno sedimentti ja epäpuhtaudet voidaan huuhtoa pois ja purkaa jätevedenpuhdistukseen. Vuosina 2026-2027 kouruinfrastruktuuri modifioidaan niin, että myös karkean materiaalin kuten hiekan syöttö ja kierto pumppausjärjestelmässä tulee mahdolliseksi. 

Ilman vesikiertoa kourua voi käyttää myös aaltokoealtaana, kun sinne sijoitetaan läppäkäyttöinen aaltokone. Kun vesikierto ei ole käytössä, kourua voi käyttää myös eräisiin hydrologisiin tutkimuksiin. Tällaisia tutkimuksia varten kourun voi täyttää luonnon maa-aineksilla tai teollisilla materiaaleilla, jotta voidaan tutkia veden virtausta huokoisessa väliaineessa, aineiden suodattumista vaakasuoralla alustalla tai lievästi kaltevalla pinnalla jne.

Tutkimusvirtauskourun teknisiä detaljeja 

Instrumentointi, ohjaus ja rajapinnat

Kourun laitteiston ja tiedonkeruun ohjaus tapahtuu tietokoneavusteisesti, ja siihen voidaan joustavasti liittää uusia sensoreita ja mittalaitteita kulloisenkin käyttäjän tarpeiden mukaisesti. Järjestelmää ohjaavan ohjelmiston avulla on mahdollista säätää kourun toimintaa ja visualisoida tärkeimpiä parametriarvoja reaaliaikaisesti sekä tallentaa ne. Ohjauspaneelissa on ohjelmistosta riippumattomia reaaliaikaisia ulostuloja (näytteenottotaajuus >20 Hz), jotka mahdollistavat alalla yleisesti käytettyjen tiedonkeruulaitteiden ja -ohjelmistojen käytön mittaustiedon tallentamiseen.

Perusjärjestelmään kuuluu seuraavien laitteiden seuranta

• Sähkömagneettinen virtausmittari (virtaaman mittaus)
• Elektroninen kaltevuusmittari kourun pohjan kaltevuuden mittaamiseen
• Mittauskelkan sijainnin määritys
• Elektroninen painemittari paineen mittaamiseen (tällä hetkellä 10 paineanturia, mutta niitä on helppo kiinnittää lisää)
• Elektroninen paine-eroanturi
• Termistorianturi veden lämpötilan mittaamiseen
• Virtauskourun yläpuolella olevan vesialtaan vedenpinta käyttötavalla B

Muita arvoja, kuten lämmönjohtokykyä, sameutta, virtausvoimaa jne. voi tallentaa saman tallennusjärjestelmän avulla. Jotkut laitteista, kuten akustinen virtausmittari (ADV, ADCP), on yhdistetty laitekohtaisiin ohjelmiin/tallennusjärjestelmiin.