Artikkelit kirjoittajalta Martti Tiuri

Käytännön turvetuotannon piirissä on jouduttu toteamaan, että turvesaannon arvioiminen pinta-ala- ja syvyystietojen pohjalla on melkein aina hyvin epätarkkaa. Usein ja varsinkin saraturpeiden osalta eivät turpeen maatuneisuustiedotkaan juuri tuo apua ongelmaan turpeen vesipitoisuuden suunnattoman vaihtelun takia niin kuin käy ilmi useista tutkimuksista: Samsonova et al. (1954), Tolonen & Saarenmaa (1979), Mäkilä (1980), Korpijaakko et al. (1981); poikkeava käsitys kuitenkin mm. Scott'in et al. (1980) tutkimuksessa. Melkein yhtä epävarmaksi on osoittautunut turpeen energiapitoisuuden ennustaminen tavanomaisten, eri maissa käytettyjen maatumisastemenetelmien avulla (esim. Mäkilä 1980, Tolonen et al. 1982, Tolonen 1982). Siksi turvesaannon tarkempi arviointi on tehtävä joko ottamalla tilavuustarkat näytteet turvekerrostumista tai laskemalla turpeen tiheys (= ent "todellinen" tilavuuspaino) turpeen in situ kosteuspitoisuuden avulla (ks. esim. Laine & Päivänen 1982). Seurauksena kiinteästä riippuvuussuhteesta, joka luonnontilaisessa turvekerrostumassa (suopohjavesitason alapuolella) vallitsee turvekerrostuman vesipitoisuuden ja sen todellisen maatuneisuuden välillä, joka puolestaan suuresti määrää turpeen lämpöarvon, voidaan ajatella että turpeen luotettava maastokosteus saattaa olla mainituin edellytyksin myös hyvä turpeen energiapitoisuuden ennustaja. Tukea tämän periaatteen käyttökelpoisuudelle rahkasoissa on esiteltykin (Tolonen et al. 1981). Kun riittävän monien kosteus- ja/tai tilavuustarkkojen näytteiden otto nykyisten kairausvälineiden avulla on kuitenkin kovin työlästä ja kallista laajoja turveinventointeja ajatellen TKK:n radiolaboratoriossa Espoossa on kehitelty nopea ja kevyt radioaaltoanturi, joka mahdollistaa turpeen , in situ kosteusmittaukset (Tiuri & Toikka 1982). Uusi radioaaltokosteusmittari (radioaaltoanturi) perustuu dielektrisyysvakion ja tutkittavan aineen (turpeen) riippuvuussuhteeseen. Mittarin periaate ja ominaisuudet on kuvattu aiemmin (Tiuri & Toikka 1982). Anturia kokeiltiin kahdella rahkasuolla ja yhdellä sarasuolla (Taulukko 1) alkutalvesta 1981. Kaikissa tähän mennessä tutkituissa tapauksissa radioaaltoanturin taajuuslukeman (vaimennusjaksoluvun) ja samoilta syvyyksiltä mittausreiän vierestä otettujen turpeiden laboratoriossa määriteltyjen vesipitoisuuksien ja turpeen tiheysarvojen välillä oli hyvä lineaarinen korrelaatio (Kuvat 1-3, Taulukot 2-4). Selityskerroin (R2) vaihteli välillä 58-77 % kosteuspitoisuuden ja 65-76 % turpeen tiheyden (ent. tilavuuspaino) osalta tutkituissa kolmessa suossa. Vertailuun ei sisällytetty suopohjaveden pinnan yläpuolisia näytteitä. Käytännössä poisjätetty pintakerros oli 0.1-0.5 m paksuinen. Tutkimuksissa rekisteröitiin myös mittauslaitteen turpeeseen lähettämän radioaallon heijastusvaimennus, mutta sen ei voitu todeta olevan selvässä riippuvuussuhteessa edellä mainittujen turpeen ominaisuuksien kanssa. Sen sijaan heijastusvaimennusarvojen vaihtelut näyttävät kuvastavan turvelajien vaihtelua (rahkaturve, saraturve jne.). Maastohavaintojemme mukaan resonanssitaajuuslukemat vaihtelivat samassa syvyydessä suuresti aivan lähekkäisissäkin pisteissä (muutaman neliödesimetrin puitteissa), johtuen turvekerrosten pikkupiirteisestä epähomogeenisuudesta (vrt. esim. Tolonen & Ijäs 1982). Tästä syystä kenttä- ja laboratoriomittausten näytteet eivät ilmeisesti tarkalleen vastanneet toisiansa. Niinpä tuloksiamme onkin pidettävä lähinnä minimiarvioina radioaaltoanturin kykyjä puntaroitaessa. Laboratoriomittauksessa (Tiuri & Toikka 1982), missä näyteparien eksaktius oli taattu, löydettiinkin selvästi parempi riippuvuus sekä resonanssitaajuuden ja turpeen tiheyden (R2 = 81 %), että turpeen vesipitoisuuden (R2 = 88 %) välille. Näin ollen näyttää ilmeiseltä, että radioaaltoanturi mittaa varsin luotettavasti turpeen kosteuden ja tiheyden in situ turvekerrostumassa. Alustavat havainnot näyttävät osoittavan, että tätä seikkaa voitaisiin käyttää turvekerrostumien energiasisällön arvioimisen perustana (Kuvat 1 ja 5-6, Taulukko 5), varsinkin, jos lämpöarvo ilmaistaan tilavuusyksikössä turvetta.

• Tolonen, Sähköposti: ei.tietoa@nn.oo
• Tiuri, Sähköposti: ei.tietoa@nn.oo
• Toikka, Sähköposti: ei.tietoa@nn.oo
• Saarilahti, Sähköposti: ei.tietoa@nn.oo

Turvesaanto voidaan laskea varsin luotettavasti turpeen maastokosteuden avulla (esim. Korpijaakko ym., 1981; Tolonen ja Ijäs, 1982; Laine ja Päivänen, 1982). Tässä kirjoituksessa esitetään sähköinen menetelmä turpeen maastokosteuden nopeaan mittaamiseen. Mittaus perustuu turpeen dielektrisyysvakion kosteusriippuvuuteen. Veden diel. vakio on n. 80, ilman 1 ja turpeessa olevan kuiva-aineen diel. vakio on noin 3. Seoksen diel. vakio riippuu sekoitettavien aineiden diel. vakioista ja sekoitussuhteista. Lisäksi sekoitettavat aineet voivat vaikuttaa toisiinsa esim. sitomalla vettä. Turpeen dielektrisyysvakion riippuvuutta kosteudesta tutkittiin mittaamalla suosta kairattuja turvenäytteitä laboratoriossa. Sähköiset ominaisuudet mitattiin koaksiaalisessa resonaattorissa (kuva 1.). Näytteitä oli kolmelta suolta, kaikkiaan 49 kappaletta (taulukot 1-4). Näytteistä määrättiin seuraavat ominaisuudet: - dielektrisyysvakio - kosteus tilavuusprosentteina (vesisadannes mittaustilavuudesta) - kosteus painoprosentteina (vesisadannes märkäpainosta) - kuivan turpeen tiheys (105oC) Kairaamisen jälkeen näytteet puolitettiin. Toisesta puolikkaasta, A, määrättiin heti turpeen tiheys ja toisesta puolikkaasta, B, määrättiin turpeen tiheys sähköisten mittausten jälkeen. Vertaamalla näitä tiheyksiä saadaan käsitys siitä, miten paljon turve näyteastiassa erosi luonnontilaisesta turpeesta. Kahden tiheyden välinen riippuvuus Viheriäisennevan näytteille on kuvassa 2. Dielektrisyysvakion ja muitten suureitten välistä riippuvuutta tutkittiin korrelaatio- ja regressioanalyysillä. Tulokset on esitetty taulukossa 5. Paras korrelaatio on dielektrisyysvakion ja tilavuusprosentteina lasketun kosteuden välillä, kuten on teorian mukaan odotettavissakin. Kuvassa 3 on esitetty vesipitoisuus tilavuusprosentteina dielektrisyysvakion funktiona. Useita mahdollisia menetelmiä maastossa tapahtuvaan kosteuden mittaamiseen on tutkittu. Sopivaksi anturiksi on osoittautunut rakoantenniresonaattori, joka on tehty teräsputkeen (kuva 4.). Putken aukkokohta on täytetty sähköisesti sopivalla aineella, ettei turve tunkeudu putken sisään. Antenni on kytketty kytkentäsilmukalla ja koaksiaalikaapelilla elektroniikkayksikköön (kuva 5.). Elektroniikkayksikkö määrittää antennin resonanssitaajuuden ja sitä vastaavan heijastusvaimennuksen. Näistä voidaan laskea turpeen dielektrisyysvakio. Syvyysanturista saadaan mittaussyvyyteen verrannollinen signaali. Tuloksia voidaan seurata välittömästi numeronäytöltä tai ne voidaan nauhoittaa myöhempää tulostusta varten. Lisäksi voidaan samanaikaisesti nauhoittaa puhetta. Kuvassa 6. esimerkki maastossa tehdystä mittauksesta. Nauhoitus on tulostettu x-y -piirturilla.

• Tiuri, Sähköposti: ei.tietoa@nn.oo
• Toikka, Sähköposti: ei.tietoa@nn.oo