ISO/TR 9123:1986
(Main)Liquid flow measurements in open channels — Stage-fall-discharge relations
Liquid flow measurements in open channels — Stage-fall-discharge relations
Specifies methods for determining stage-fall-discharge relations for a stream reach where variable backwater occurs either intermittently or continuously. Two gauging stations, a base reference gauge and an auxiliary gauge are required for stage measurements. A number of discharge measurements are required in order to calibrate the rating to the accuracy required by this Technical Report.
Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts — Relations hauteur-chute-débit
General Information
Relations
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TECHNICAL REPORT 9123
Published 1986-12-01
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDlZATlON~ME~~YHAPO@-lAFI OPTAHl43A~Wl l-l0 CTAHflAPTM3A~MM. ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALlSATlON
Liquid flow measurements in open channels -
Stage-fall-discharge relations
Mesure de d&bit des liquides dans les canaux dhcouverts - Relations hau teur- chu te- d&bit
IS0 (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (IS0 member bodies).
The work of preparing International Standards is normally carried out through IS0 technical committees. Each member body
interested in a subject for which a technical committee has been established has the right to be represented on that committee.
International organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
The main task of IS0 technical committees is to prepare International Standards. In exceptional circumstances a technical committee
may propose the publication of a technical report of one of the following types :
- type 1, when the necessary support within the technical committee cannot be obtained for the publication of an International
Standard, despite repeated efforts;
- type 2, when the subject is still under technical development requiring wider exposure;
-
type 3, when a technical committee has collected data of a different kind from that which is normally published as an
International Standard (“state of the art”, for example).
Technical reports are accepted for publication directly by IS0 Council. Technical reports types 1 and 2 are subject to review within
three years of publication, to decide if they can be transformed into International Standards. Technical reports type 3 do not
necessarily have to be reviewed until the data they provide is considered no longer valid or useful.
ISO/TR 9123 was prepared by Technical Committee ISO/TC 113, Measurement of liquid flow in open channels.
The reasons which led to the decision to publish this document in the form of a technical report type 2 are explained in the
Introduction.
Ref. No. ISO/TR 91234986 (E)
UDC 532.53
: liquid flow, open channel flow, flow measurement, flow rate.
Descriptors
0 International Organization for Standardization, 1986 l
Price based on 10 pages
Printed in Switzerland
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ISO/TR 9123-1986 E)
Introduction
During the study of this document, ISO/TC 113 was unable to come to agreement as to whether the document belonged to a specific
measuring technique. At its meeting held in 1983 in The Hague (Netherlands), ISO/TC 113 decided that the document should be
published first as a Technical Report and thereafter it could be considered for publication as an International Standard in its own right
or as an annex to an existing International Standard.
1 Scope and field of application
This Technical Report specifies methods for determining stage-fall-discharge relations for a stream reach where variable backwater
occurs either intermittently or continuously. Two gauging stations, a base reference gauge and an auxiliary gauge are required for
stage measurements. A number of discharge measurements are required in order to calibrate the rating to the accuracy required by
this Technical Report.
2 Reference
IS0 772, Liquid flow measurement in open channels - Vocabulary and symbols.
3 Definitions and symbols
For the purposes of this Technical Report, the definitions and symbols given in IS0 772 and the following definitions apply.
l rating : The relation between discharge and other variables.
31
32 l unit-fall rating : The relation between stage and discharge when the fall is equal to 1 m.
4 General considerations
lVlost programmes for collecting records of discharge of streams are based on the fact that a relatively simple relation exists between
stage and discharge so that by simply recording stage and developing the stage-discharge relation, a continuous record of discharge
can be computed. Several factors, however, can cause scatter of discharge measurements about the stage-discharge relation at some
stations; backwater is one of these factors and is defined as a condition whereby the flow is retarded so that a higher stage is
necessary to maintain a given discharge than would be necessary if the backwater were not present.
Constant backwater, as caused by section controls for instance, will not adversely affect the stage-discharge relation. The presence of
variable backwater, on the other hand, does not allow the use of simple stage-discharge relations for accurate determination of
while other streams will have only occasional
discharge. Regulated streams may have variable backwater virtually all of the time,
backwater from downstream tributaries, vegetal growth, or from the return of overbank flow. Many of these sites can be operated as
slope stations by using a reference gauge at which stage is measured continuously and current-meter measurements of discharge are
made occasionally. An auxiliary gauge some distance downstream from the reference gauge is operated to measure stage con-
tinuously. When the two gauges are set to the same datum, the difference between the two stage records is the water-surface fall and
the closer the relation between measured fall and water-
provides a measure of water-surface slope. The shorter the slope reach,
surface slope. On the other hand, the longer the slope reach, the smaller the percentage of error in the recorded fall. Precise time syn-
chronization between reference and auxiliary gauges is very important when stage changes rapidly, or when fall is small. Reliable
discharge records can usually be computed when fall exceeds about 0,l m. Timing and gauge-height errors that are trivial at high
discharges become significant at very low flow.
Under conditions of variable backwater, the fall as measured between the reference gauge and the auxiliary gauge is used as a third
Stage-fall-discharge ratings fall into the following two broad
parameter, and the rating becomes a stage-fall-discharge relation.
categories :
constant-fall ratings of which the unit-fall method is a special case;
al
variable-fall ratings.
The unit-fall rating should be used as a starting
Unit-fall ratings are the simplest and require the least amount of data for calibration.
point before attempting more complex ratings. Variable-fall ratings are the most complex and require the most data for calibration.
The applicable type of rating for a stream reach depends to a large degree on whether the backwater is intermittent or always present.
but can sometimes be adapted to intermittent
Constant-fall ratings work best when backwater is always present at all stages,
backwater conditions.
Variable-fall ratings work best for the intermittent backwater condition.
2
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ISO/TR 91234986 (E)
5 Unit-fall method
The unit-fall method is used with the assumption that the relation between the discharge ratio IQ/Q,) and the fall ratio (F/F,) is
exactly a square root relation, as given by the following formulae :
F F
Q
-C F
J-
Q n f F,= i- Y-=
Q
1
Q Qn fi or Qn =
F
d--
where
is the measured discharge, in cubic metres per second;
Q
F is the measured fall, in metres;
is the discharge from the rating curve corresponding to the constant fall and the reference gauge height, in cubic metres per
Q
seiond;
is the constant fall (1 m for the unit-fall method), in metres.
4-l
each measured discharge divided by the square root of the measured fall
The unit-fall rating shall be developed by plotting against the
reference gauge height for the discharge measu rement. The rating curve shall then be fitted to these plotted points
The rating shall be used to compute discharge by determining the value of Qn from the rating for a given reference gauge height, and
multiplying this discharge by the square root of the measured fall. This type of rating will usually be satisfactory when backwater is
always present, fall is greater than about 0,l m, and the datums of the two gauges are within about 0,Ol m.
illustrate the unit-fall rating for a site with high backwater from a power dam. The backwater at all
Figure 1 and table exists stages
and at all times.
If backwater is intermittent, it is also necessary to develop a non-backwater, or free-fall, rating. The free-fall rating shall be used at all
times except during periods when backwater is suspected, during which times discharge should be computed from both the free-fall
and unit-fall ratings. The lower of the two discharges shall be considered to be the true value.
6 Constant-fall method
A constant-fall method requires the use of the following two curves :
the relation between stage and discharge for a constant fall of some specified value;
a)
the relation between measured fall, F, and the discharge ratio, QIQn.
b)
A unique feature of the constant-fall method is that the reference gauge and auxiliary gauge need not be at the same datum.
One method of developing a constant-fall rating is to compute first a unit-fall rating. This relation of stage to discharge can then be
used to compute discharge ratios, Q/Q,, for each discharge measurement. These ratios shall be plotted against the measured fall, or
gauge differences, to define the relation between fall and the discharge ratio. This curve shall then be used to refine the stage-
discharge relation. Alternate refinements of the two curves shall be continued until little or no improvement occurs. This usually takes
only two or three trials. The resultant stage-fall-discharge relation is similar to a unit-fall rating but without the assumption that the
ratio curve varies as a square root function.
Another method of developing a constant-fall rating is to develop a stage-discharge relation corresponding to the average fall in the
slope reach. This will result in a stage-discharge rating corresponding more closely to average conditions. The average fall is com-
puted by arithmetically averaging the measured falls occurring under various conditions of backwater. This number may be rounded
to a convenient value and is designated as the constant fall, Fn. To define the rating, first each measured discharge divided by the
square root of F/F,, shall be plotted against the corresponding stage at the reference gauge. The square root shall only be used to
start with, but it shall be later adjusted. A curve shall be fitted to the plotted points and the curve value of discharge, Q,,, shall be
determined for each discharge measurement. The ratio of Q/Q, shall be plotted against the measured fall, F, for each discharge
measurement and a curve shall be fitted to these points.
3
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ISO/TR 9123-1986 (E)
1
Discharge, Qn, m%
(Fall, & = 1 .rn)
NOTE - The numbers
...
RAPPORT TECHNIQUE 9123
Publié 1986-12-01
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION. MEXJJYHAPOjJHAR OPf-AHM3AuMf7 Il0 CTAH~APTM3AL&lM~ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Mesure de débit des liquides dans les canaux
découverts - Relations hauteur-chute-débit
Liquid flow measurements in open channels - Stage- fall- discharge relations
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités
membres de I’ISO). L’élaboration des Normes internationales est confiée aux comités techniques de I’ISO. Chaque comité membre
intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux.
La tâche principale des comités techniques de I’ISO est d’élaborer les Normes internationales. Exceptionnellement, un comité
technique peut proposer la publication d’un rapport technique de l’un des types suivants:
- type 1: lorsque, en dépit de maints efforts au sein d’un comité technique, l’accord requis ne peut être réalisé en faveur de la
publication d’une Norme internationale;
- type 2: lorsque le sujet en question est encore en cours de développement technique et requiert une plus grande expérience;
-
type 3: lorsqu’un comité technique a réuni des données de nature différente de celles qui sont normalement publiées comme
Normes internationales (ceci pouvant comprendre des informations sur l’état de la technique, par exemple).
La publication des rapports techniques dépend directement de l’acceptation du Conseil de I’ISO. Les rapports techniques des types 1
et 2 font l’objet d’un nouvel examen trois ans au plus tard aprés leur publication afin de décider éventuellement de leur transformation
en Normes internationales. Les rapports techniques du type 3 ne doivent pas nécessairement être’ révisés avant que les données
fournies ne soient plus jugées valables ou utiles.
L’ISO/TR 9123 a été préparé par le comité technique ISO/TC 113, Mesure de d&bit des liquides dans les canaux découverts.
Les raisons justifiant la décision de publier le présent document sous forme de rapport technique du type 2 sont exposées dans
l’introduction.
Réf. no : ISO/TR 91234986 (FI
CDU 532.53
Descripteurs : écoulement de liquide, écoulement en canal découvert, mesurage de débit, débit. s
0 Organisation internationale de normalisation, 1986 0
imprimé en Suisse Prix basé sur 10 pages
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ISO/TR 9123-1986 (F)
0 Introduction
Lors des travaux d’étude du présent document, I’ISO/TC 113 n’a pas été à même de parvenir à un accord en ce qui concerne I’appar-
tenante du document à une technique de mesure déterminée. Lors de la réunion tenue en 1983 à La Haye (Pays-Bas), I’ISO/TC 113 a
décidé que le document devrait d’abord être publié en tant que Rapport technique et ensuite sa publication en tant que Norme inter-
nationale séparée ou comme annexe à une Norme internationale existante pourrait être envisagée.
1 Objet et domaine d’application
Le présent Rapport technique spécifie des méthodes de détermination des relations hauteur-chute-débit dans le cas d’un bief où des
eaux de retenue variables se présentent d’une manière intermittente ou continue. Deux stations de jaugeage, un limnimètre de réfé-
rence et un limnimètre auxiliaire sont nécessaires pour les mesures de la hauteur. II faut plusieurs mesures de débit pour effectuer le
tarage avec le degré d’exactitude requis par le présent Rapport technique.
2 Référence
ISO 772, Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts - Vocabulaire et symboles.
3 Définitions et symboles
Dans le cadre du présent Rapport technique, les définitions et symboles donnés dans I’ISO 772 ainsi que les définitions suivantes sont
applicables.
. tarage : Relation entre le débit et les autres variables.
31
tarage à chute unitaire : Relation entre la hauteur et le débit lorsque la chute est égale à 1 m.
32 .
4 Considérations générales
La plupart des programmes de recueil de renseignements sur le débit des cours d’eau sont basés sur le fait qu’une relation relative-
ment simple existe entre la hauteur et le débit de sorte qu’en notant simplement la hauteur et en développant la relation hauteur-débit,
un relevé continu des débits peut être obtenu. Plusieurs facteurs, toutefois, peuvent causer une dispersion des mesures de débit
autour de la relation hauteur-débit à certaines stations; l’eau de retenue est un de ces facteurs et elle est définie comme une condition
par laquelle l’écoulement est retardé afin qu’une hauteur plus grande soit nécessaire pour maintenir un débit donné qu’il n’aurait été
nécessaire si l’eau de retenue n’était pas présente.
L’eau de retenue constante, telle qu’elle est causée par des sections de contrôle par exemple, n’exercera pas d’influente défavorable
sur la relation hauteur-débit. La présence d’une eau de retenue variable, par contre, ne permet pas l’utilisation de relations hauteur-
débit simples pour une détermination précise du débit. Les cours d’eau réglés peuvent avoir une eau de retenue variable pratiquement
tout le temps, alors que les autres cours d’eau auront simplement une eau de retenue de temps en temps due aux affluents, à la crois-
sance de la végétation ou au retour de l’écoulement inondable. Plusieurs de ces sites peuvent être mis en fonctionnement comme des
stations de la pente de la ligne d’eau en utilisant un limnimètre de référence où la hauteur est mesurée sans interruption et où les
mesures de débit avec un moulinet sont effectuées de temps en temps. Un limnimètre auxiliaire à une certaine distance en aval du lim-
nimetre de référence est mis en fonctionnement en vue de mesurer la hauteur sans interruption. Lorsque les deux limnimétres sont
réglés par rapport à la même ligne de référence, la différence entre les deux relevés de la hauteur est la chute de la ligne d’eau et elle
fournit une mesure de la pente de la ligne d’eau. Plus le bief de la pente de la ligne d’eau est petit, plus rapprochée est la relation entre
la chute mesurée et la pente de la ligne d’eau. Par contre, plus le bief est long, plus faible est le pourcentage de l’erreur dans la chute
enregistrée. Une synchronisation précise du temps entre le limnimètre de référence et le limnimètre auxiliaire est très importante lors-
que la hauteur change rapidement ou lorsque la chute est faible. Des mesures précises du débit peuvent être obtenues lorsque la
chute dépasse environ 0,l m. Des erreurs de temps et de niveau qui sont sans importance lorsque les débits sont élevés deviennent
importantes quand l’écoulement est trop faible.
.b
Dans des conditions d’eau de retenue variable, la chute telle qu’elle est mesurée entre le limnimètre de référence et le limnimètre auxi-
liaire est utilisée comme troisième paramétre et le tarage devient une relation hauteur-chute-débit. Les tarages hauteur-chute-débit se
divisent en deux grandes catégories, comme suit :
tarages à chute constante dont la méthode à chute unitaire est un cas spécial;
a)
tarages à chute variable.
b)
2
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lSO/TR 91234986 (FI
Les tarages à chute unitaire sont les plus simples et nécessitent le moins de données pour le tarage. Le tarage à chute unitaire doit être
utilisé comme point de départ avant d’essayer les tarages plus complexes. Les tarages à chute variable sont les plus complexes et
nécessitent le plus de données pour le tarage. Le type de tarage applicable pour un bief dépend dans une grande mesure du fait que
l’eau de retenue soit intermittente ou toujours présente.
Les tarages à chute constante sont les plus efficaces lorsque l’eau de retenue est toujours présente à toutes les hauteurs, mais ils peu-
conditions d ‘eau de retenue intermittente.
vent parfois être adaptés aux
Les tarages à chute variable sont les plus efficaces dans des conditions d’eau de retenue intermittente.
5 Méthode à chute unitaire
La méthode à chute unitaire est utilisée avec la supposition q
ue la relation entre le rapport des débits
(Q/Q,) et le rapport des chutes
WIF’J est exactement une relation de racine carrée, comme donné par les formules suivantes :
F
F
Q
-= F
Al-
Q i- F,= c 1=
n
Q
Q = Q,JFOU Qn =-
F
d-
où
est le débit mesure, en mètres cubes par seconde;
Q
F est la chute mesurée, en mètres;
n est le débit à partir de la courbe de tarage correspondant à la chute constante et à la hauteur du limnimètre de référence, en
Q
mètres cubes par seconde;
est la chute constante (1 m pour la méthode de chute unitaire), en mètres.
Le tarage à chute unitaire doit être développé en portant sur un graphique chaque débit mesuré divisé par la racine carrée de la chute
mesurée en fonction de la hauteur du limnimètre de référence pour le débit mesuré. La courbe de tarage doit ensuite être adaptée aux
points tracés.
Le tarage doit être utilisé pour calculer le débit en déterminant la valeur de’ Qn à partir du tarage pour une hauteur donnée du
Iimnimètre de référence, et en multipliant ce débit par la racine carrée de la chute mesurée. Ce type de tarage sera normalement
satisfaisant lorsque l’eau de retenue est toujours présente, la chute est supérieure à environ 0,l m, et la ligne de référence des deux
limnimétres est à l’intérieur d’environ 0,Ol m.
La figure 1 et le tableau 1 représentent le tarage à chute un itaire pour un
site avec eau de retenue en provenan ce d’un barrage
d’amenée. L’eau de retenue existe à tous les stades et
en tout temps.
Si l’eau de retenue est intermittente, il est également nécessaire de développer un tarage à chute dénoyée. Le tarage à chute dénoyée
doit être utilisé en tous temps sauf durant les périodes où une eau de retenue est suspectée, périodes pendant lesquelles le débit doit
être calculé aussi bien du tarage à chute dénoyée que du tarage à chute unitaire. Le plus faible des deux débits doit être considéré
comme étant la valeur réelle.
6 Méthode à chute constante
La méthode à chute constante exige l’utilisation des deux courbes suivantes :
la relation entre la hauteur et le débit pour une chute constante d’une valeur déterminée;
a)
la relation entre la chute mesurée, F, et le rapport des débits, Q/Qn.
b)
Un trait caractéristique de la méthode à chute constante est qu’il n’est pas nécessaire que le limnimètre de référence et le Iimni mètre
auxiliaire soient à la même ligne de référence.
3
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1
100 2 000
Débit, Qn, m?s
(Chute, Fn =. 1 m)
NOTE - Les numéros sur le graphique correspondent aux numéros des mesures (voir tableau 1).
- Tarage à chute unitaire
Figure 1
Tableau 1 - Tarage à chute unitaire
Hauteur de
Différence
F
Q Q n
NO de
jaugeage
Q/fi .
mesure
m m m% m% %
- 0,2
327 5,907 1,917 1 160 838
328 7,105 2,182 1 520 1 030 1 030 0
1,597 889 703 700 Of4
332 5,026
373 7,013 2,225 1 490 1 000 1 000 0
2 830 1 670 1700 - 1,8
384 11,558 2,880
385 8,108 1,920 1640 1 180 1 190 - 0,8
1220 1 260 - 3,3
386 8,638 2,652 1 990
387 3,139 0,808 399 410 7,7
0,701 317 379 360 5,O
391 2,755
398 2,963 0,616 289 368 388 - 5,4
0,204 156 345 300 13,0
400 2,359
- 7,8
401 2,286 0,290 145 269 290
404 3,206 0,927 411 427 426 02
255 - 53,6
428 2,036 0,058 39,9 166
429 2,012 0,061 66,O 267 250 6,4
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ISO/TR 91234986 (FI
Une méthode pour développer le tarage à chute constante consiste à calculer d’abord le tarage à chute unitaire. Cette relation entre la
hauteur et le débit peut ensuite être utilisée pour calculer les rapports des débits, Q/Qn, pour chaque mesure de débit. Ces rapports
doivent être représentés sur un graphique en fonction de la chute mesurée, ou des différences de limnimètre, en vue de définir la rela-
tion entre la chute et le rapport des débits. Cette courbe doit alors être utilisée pour améliorer la relation hauteur-débit. On doit conti-
nuer à améliorer, les deux courbes jusqu’à ce qu’il y ait très peu ou pratiquement pas d’amélioration. II faut normalement deux o
...
RAPPORT TECHNIQUE 9123
Publié 1986-12-01
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION. MEXJJYHAPOjJHAR OPf-AHM3AuMf7 Il0 CTAH~APTM3AL&lM~ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Mesure de débit des liquides dans les canaux
découverts - Relations hauteur-chute-débit
Liquid flow measurements in open channels - Stage- fall- discharge relations
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités
membres de I’ISO). L’élaboration des Normes internationales est confiée aux comités techniques de I’ISO. Chaque comité membre
intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux.
La tâche principale des comités techniques de I’ISO est d’élaborer les Normes internationales. Exceptionnellement, un comité
technique peut proposer la publication d’un rapport technique de l’un des types suivants:
- type 1: lorsque, en dépit de maints efforts au sein d’un comité technique, l’accord requis ne peut être réalisé en faveur de la
publication d’une Norme internationale;
- type 2: lorsque le sujet en question est encore en cours de développement technique et requiert une plus grande expérience;
-
type 3: lorsqu’un comité technique a réuni des données de nature différente de celles qui sont normalement publiées comme
Normes internationales (ceci pouvant comprendre des informations sur l’état de la technique, par exemple).
La publication des rapports techniques dépend directement de l’acceptation du Conseil de I’ISO. Les rapports techniques des types 1
et 2 font l’objet d’un nouvel examen trois ans au plus tard aprés leur publication afin de décider éventuellement de leur transformation
en Normes internationales. Les rapports techniques du type 3 ne doivent pas nécessairement être’ révisés avant que les données
fournies ne soient plus jugées valables ou utiles.
L’ISO/TR 9123 a été préparé par le comité technique ISO/TC 113, Mesure de d&bit des liquides dans les canaux découverts.
Les raisons justifiant la décision de publier le présent document sous forme de rapport technique du type 2 sont exposées dans
l’introduction.
Réf. no : ISO/TR 91234986 (FI
CDU 532.53
Descripteurs : écoulement de liquide, écoulement en canal découvert, mesurage de débit, débit. s
0 Organisation internationale de normalisation, 1986 0
imprimé en Suisse Prix basé sur 10 pages
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ISO/TR 9123-1986 (F)
0 Introduction
Lors des travaux d’étude du présent document, I’ISO/TC 113 n’a pas été à même de parvenir à un accord en ce qui concerne I’appar-
tenante du document à une technique de mesure déterminée. Lors de la réunion tenue en 1983 à La Haye (Pays-Bas), I’ISO/TC 113 a
décidé que le document devrait d’abord être publié en tant que Rapport technique et ensuite sa publication en tant que Norme inter-
nationale séparée ou comme annexe à une Norme internationale existante pourrait être envisagée.
1 Objet et domaine d’application
Le présent Rapport technique spécifie des méthodes de détermination des relations hauteur-chute-débit dans le cas d’un bief où des
eaux de retenue variables se présentent d’une manière intermittente ou continue. Deux stations de jaugeage, un limnimètre de réfé-
rence et un limnimètre auxiliaire sont nécessaires pour les mesures de la hauteur. II faut plusieurs mesures de débit pour effectuer le
tarage avec le degré d’exactitude requis par le présent Rapport technique.
2 Référence
ISO 772, Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts - Vocabulaire et symboles.
3 Définitions et symboles
Dans le cadre du présent Rapport technique, les définitions et symboles donnés dans I’ISO 772 ainsi que les définitions suivantes sont
applicables.
. tarage : Relation entre le débit et les autres variables.
31
tarage à chute unitaire : Relation entre la hauteur et le débit lorsque la chute est égale à 1 m.
32 .
4 Considérations générales
La plupart des programmes de recueil de renseignements sur le débit des cours d’eau sont basés sur le fait qu’une relation relative-
ment simple existe entre la hauteur et le débit de sorte qu’en notant simplement la hauteur et en développant la relation hauteur-débit,
un relevé continu des débits peut être obtenu. Plusieurs facteurs, toutefois, peuvent causer une dispersion des mesures de débit
autour de la relation hauteur-débit à certaines stations; l’eau de retenue est un de ces facteurs et elle est définie comme une condition
par laquelle l’écoulement est retardé afin qu’une hauteur plus grande soit nécessaire pour maintenir un débit donné qu’il n’aurait été
nécessaire si l’eau de retenue n’était pas présente.
L’eau de retenue constante, telle qu’elle est causée par des sections de contrôle par exemple, n’exercera pas d’influente défavorable
sur la relation hauteur-débit. La présence d’une eau de retenue variable, par contre, ne permet pas l’utilisation de relations hauteur-
débit simples pour une détermination précise du débit. Les cours d’eau réglés peuvent avoir une eau de retenue variable pratiquement
tout le temps, alors que les autres cours d’eau auront simplement une eau de retenue de temps en temps due aux affluents, à la crois-
sance de la végétation ou au retour de l’écoulement inondable. Plusieurs de ces sites peuvent être mis en fonctionnement comme des
stations de la pente de la ligne d’eau en utilisant un limnimètre de référence où la hauteur est mesurée sans interruption et où les
mesures de débit avec un moulinet sont effectuées de temps en temps. Un limnimètre auxiliaire à une certaine distance en aval du lim-
nimetre de référence est mis en fonctionnement en vue de mesurer la hauteur sans interruption. Lorsque les deux limnimétres sont
réglés par rapport à la même ligne de référence, la différence entre les deux relevés de la hauteur est la chute de la ligne d’eau et elle
fournit une mesure de la pente de la ligne d’eau. Plus le bief de la pente de la ligne d’eau est petit, plus rapprochée est la relation entre
la chute mesurée et la pente de la ligne d’eau. Par contre, plus le bief est long, plus faible est le pourcentage de l’erreur dans la chute
enregistrée. Une synchronisation précise du temps entre le limnimètre de référence et le limnimètre auxiliaire est très importante lors-
que la hauteur change rapidement ou lorsque la chute est faible. Des mesures précises du débit peuvent être obtenues lorsque la
chute dépasse environ 0,l m. Des erreurs de temps et de niveau qui sont sans importance lorsque les débits sont élevés deviennent
importantes quand l’écoulement est trop faible.
.b
Dans des conditions d’eau de retenue variable, la chute telle qu’elle est mesurée entre le limnimètre de référence et le limnimètre auxi-
liaire est utilisée comme troisième paramétre et le tarage devient une relation hauteur-chute-débit. Les tarages hauteur-chute-débit se
divisent en deux grandes catégories, comme suit :
tarages à chute constante dont la méthode à chute unitaire est un cas spécial;
a)
tarages à chute variable.
b)
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lSO/TR 91234986 (FI
Les tarages à chute unitaire sont les plus simples et nécessitent le moins de données pour le tarage. Le tarage à chute unitaire doit être
utilisé comme point de départ avant d’essayer les tarages plus complexes. Les tarages à chute variable sont les plus complexes et
nécessitent le plus de données pour le tarage. Le type de tarage applicable pour un bief dépend dans une grande mesure du fait que
l’eau de retenue soit intermittente ou toujours présente.
Les tarages à chute constante sont les plus efficaces lorsque l’eau de retenue est toujours présente à toutes les hauteurs, mais ils peu-
conditions d ‘eau de retenue intermittente.
vent parfois être adaptés aux
Les tarages à chute variable sont les plus efficaces dans des conditions d’eau de retenue intermittente.
5 Méthode à chute unitaire
La méthode à chute unitaire est utilisée avec la supposition q
ue la relation entre le rapport des débits
(Q/Q,) et le rapport des chutes
WIF’J est exactement une relation de racine carrée, comme donné par les formules suivantes :
F
F
Q
-= F
Al-
Q i- F,= c 1=
n
Q
Q = Q,JFOU Qn =-
F
d-
où
est le débit mesure, en mètres cubes par seconde;
Q
F est la chute mesurée, en mètres;
n est le débit à partir de la courbe de tarage correspondant à la chute constante et à la hauteur du limnimètre de référence, en
Q
mètres cubes par seconde;
est la chute constante (1 m pour la méthode de chute unitaire), en mètres.
Le tarage à chute unitaire doit être développé en portant sur un graphique chaque débit mesuré divisé par la racine carrée de la chute
mesurée en fonction de la hauteur du limnimètre de référence pour le débit mesuré. La courbe de tarage doit ensuite être adaptée aux
points tracés.
Le tarage doit être utilisé pour calculer le débit en déterminant la valeur de’ Qn à partir du tarage pour une hauteur donnée du
Iimnimètre de référence, et en multipliant ce débit par la racine carrée de la chute mesurée. Ce type de tarage sera normalement
satisfaisant lorsque l’eau de retenue est toujours présente, la chute est supérieure à environ 0,l m, et la ligne de référence des deux
limnimétres est à l’intérieur d’environ 0,Ol m.
La figure 1 et le tableau 1 représentent le tarage à chute un itaire pour un
site avec eau de retenue en provenan ce d’un barrage
d’amenée. L’eau de retenue existe à tous les stades et
en tout temps.
Si l’eau de retenue est intermittente, il est également nécessaire de développer un tarage à chute dénoyée. Le tarage à chute dénoyée
doit être utilisé en tous temps sauf durant les périodes où une eau de retenue est suspectée, périodes pendant lesquelles le débit doit
être calculé aussi bien du tarage à chute dénoyée que du tarage à chute unitaire. Le plus faible des deux débits doit être considéré
comme étant la valeur réelle.
6 Méthode à chute constante
La méthode à chute constante exige l’utilisation des deux courbes suivantes :
la relation entre la hauteur et le débit pour une chute constante d’une valeur déterminée;
a)
la relation entre la chute mesurée, F, et le rapport des débits, Q/Qn.
b)
Un trait caractéristique de la méthode à chute constante est qu’il n’est pas nécessaire que le limnimètre de référence et le Iimni mètre
auxiliaire soient à la même ligne de référence.
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1
100 2 000
Débit, Qn, m?s
(Chute, Fn =. 1 m)
NOTE - Les numéros sur le graphique correspondent aux numéros des mesures (voir tableau 1).
- Tarage à chute unitaire
Figure 1
Tableau 1 - Tarage à chute unitaire
Hauteur de
Différence
F
Q Q n
NO de
jaugeage
Q/fi .
mesure
m m m% m% %
- 0,2
327 5,907 1,917 1 160 838
328 7,105 2,182 1 520 1 030 1 030 0
1,597 889 703 700 Of4
332 5,026
373 7,013 2,225 1 490 1 000 1 000 0
2 830 1 670 1700 - 1,8
384 11,558 2,880
385 8,108 1,920 1640 1 180 1 190 - 0,8
1220 1 260 - 3,3
386 8,638 2,652 1 990
387 3,139 0,808 399 410 7,7
0,701 317 379 360 5,O
391 2,755
398 2,963 0,616 289 368 388 - 5,4
0,204 156 345 300 13,0
400 2,359
- 7,8
401 2,286 0,290 145 269 290
404 3,206 0,927 411 427 426 02
255 - 53,6
428 2,036 0,058 39,9 166
429 2,012 0,061 66,O 267 250 6,4
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ISO/TR 91234986 (FI
Une méthode pour développer le tarage à chute constante consiste à calculer d’abord le tarage à chute unitaire. Cette relation entre la
hauteur et le débit peut ensuite être utilisée pour calculer les rapports des débits, Q/Qn, pour chaque mesure de débit. Ces rapports
doivent être représentés sur un graphique en fonction de la chute mesurée, ou des différences de limnimètre, en vue de définir la rela-
tion entre la chute et le rapport des débits. Cette courbe doit alors être utilisée pour améliorer la relation hauteur-débit. On doit conti-
nuer à améliorer, les deux courbes jusqu’à ce qu’il y ait très peu ou pratiquement pas d’amélioration. II faut normalement deux o
...
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