ISO 18365:2013
(Main)Hydrometry — Selection, establishment and operation of a gauging station
Hydrometry — Selection, establishment and operation of a gauging station
ISO 18365:2013 gives requirements for the establishment and operation of a gauging station for the measurement of stage, or stage and discharge, of a lake, reservoir, river or canal or other artificial open channel. It also describes how a gauging station utilising one of the measurement methods listed should be operated and maintained. Requirements are provided for stage only measurement stations, stage-discharge stations and direct-discharge measurement stations in natural channels, as well as for stage-discharge stations with artificial structures. Additionally, some requirements are given for measurements under difficult conditions, such as under ice conditions.
Hydrométrie — Sélection, établissement et exploitation d'une station hydrométrique
L'ISO 18365:2013 donne des exigences pour l'établissement et l'exploitation d'une station hydrométrique destinée à la mesure de la hauteur, ou de la hauteur et du débit, d'un lac, d'un réservoir, d'une rivière, d'un canal ou autre canal découvert artificiel. Elle décrit aussi la manière dont il convient d'exploiter et de maintenir une station hydrométrique utilisant une des méthodes de mesure citées. Des exigences sont fournies pour les stations de mesurage de la hauteur seulement, les stations de mesurage hauteur-débit et les stations de mesurage direct du débit dans des canaux naturels, et aussi pour les stations de mesurage hauteur-débit avec des ouvrages artificiels. Des exigences sont données, en plus, pour les mesurages effectués dans des conditions difficiles, sous la glace par exemple.
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Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 18365
First edition
2013-12-15
Hydrometry — Selection,
establishment and operation of a
gauging station
Hydrométrie — Sélection, établissement et exploitation d’une station
hydrométrique
Reference number
ISO 18365:2013(E)
©
ISO 2013
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ISO 18365:2013(E)
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Published in Switzerland
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ISO 18365:2013(E)
Contents Page
Foreword .iv
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms, definitions and symbols . 1
4 General requirements and considerations . 1
4.1 Requirements . 1
4.2 Other constraints . 2
5 Water level (Stage) only gauging stations . 2
5.1 Preliminary survey and selection criteria . 2
5.2 Stage measurement and recording . 3
6 Stage-discharge gauging stations . 4
6.1 General . 4
6.2 Main elements of a stage-discharge gauging station . 5
7 Stage- discharge gauging stations using hydraulic structures. 6
7.1 General . 6
7.2 Site selection . 6
7.3 Types of hydraulic structures . 6
8 Velocity-discharge gauging stations . 7
8.1 Applications and types of instrument . 7
8.2 Site selection . 8
8.3 Calibration . 8
8.4 Transit time (acoustic) method . 8
8.5 Doppler . 9
8.6 Acoustic (echo) correlation velocity meters .10
8.7 Electromagnetic method (Full channel width coil) .10
9 Measurement under difficult conditions .10
9.1 Ice and frost conditions .10
9.2 Weed growth .11
9.3 Extreme sedimentation conditions .11
10 Operation and maintenance .11
10.1 General .11
10.2 Water level (Stage) only gauging stations .11
10.3 Stage-discharge gauging stations.12
10.4 Stage-discharge gauging stations using hydraulic structures .12
10.5 Velocity-discharge gauging stations .12
Annex A (informative) Applicable conditions for selection of discharge measurement method .13
Bibliography .16
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ISO 18365:2013(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO 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.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2. www.iso.org/directives
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of any
patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or on
the ISO list of patent declarations received. www.iso.org/patents
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity
assessment, as well as information about ISO’s adherence to the WTO principles in the Technical Barriers
to Trade (TBT) see the following URL: Foreword - Supplementary information
The committee responsible for this document is ISO/TC 113, Hydrometry, Subcommittee SC 1, Velocity
area methods.
ISO 18365 cancels and replaces ISO 1100-1:1996 and ISO/TR 8363:1997, which have been merged and
technically revised.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 18365:2013(E)
Hydrometry — Selection, establishment and operation of a
gauging station
1 Scope
This International Standard gives requirements for the establishment and operation of a gauging station
for the measurement of stage, or stage and discharge, of a lake, reservoir, river or canal or other artificial
open channel. It also describes how a gauging station utilizing one of the measurement methods listed
should be operated and maintained.
Requirements are provided for stage only measurement stations, stage–discharge stations and direct-
discharge measurement stations in natural channels, as well as for stage–discharge stations with
artificial structures. Additionally, some requirements are given for measurements under difficult
conditions, such as under ice conditions.
2 Normative references
The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are
indispensable for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated
references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 772, Hydrometry — Vocabulary and symbols
3 Terms, definitions and symbols
For the purposes of this document, the terms, definitions and symbols given in ISO 772 apply.
4 General requirements and considerations
4.1 Requirements
Before commencing work on establishment and operation of a gauging station, the following requirements
shall be identified:
a) range of levels required to be measured;
b) range of flows required to be measured;
c) customer’s requirements for type of data;
d) customer’s requirements for timeliness of data;
e) allowable uncertainty in the results;
f) other potential users of the data;
g) life expectancy of the station;
h) available budget;
i) agreements for access to land and construction permits.
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4.2 Other constraints
In addition to the requirements as in 4.1, other constraints shall be identified including the following:
a) local environmental issues;
b) accessibility of the site under all conditions of flow;
c) availability of power and communication links;
d) stability of the watercourse embankments;
e) stability of the watercourse bed;
f) identification of any proposed hydraulic modifications planned for the future;
e.g. bridges, tunnels (including pipe crossings), harbours or piers;
g) potential of vandalism;
h) influence of submergence of the gauging site due to downstream impounding
structures (lakes, dams, weirs);
i) potential stream losses in karst areas;
j) aquatic weed growth in the watercourse;
k) ice conditions during winter in cold and arctic regions.
Knowledge of the above requirements and local constraints will ensure the provision of appropriate
measurement and recording facilities as well as the adoption of an appropriate maintenance philosophy.
5 Water level (Stage) only gauging stations
5.1 Preliminary survey and selection criteria
5.1.1 General
The site selected for determination of stage shall be selected according to the purpose for which the
readings are required. Accessibility of the site and the availability of an observer if the gauge is to be
non-recording are important criteria as is the availability of an appropriate power supply and data
communication capabilities if the gauge is to be recording.
Gauges on lakes and reservoirs are normally located near the outlet, but shall be located sufficiently far
away from the zone where an increase in velocity causes a drawdown in water level. Gauges on large
bodies of water shall also be located so as to reduce the effect of strong winds which may cause misleading
data which may not be representative of the body of water being measured. Hydraulic conditions
(preferably a sufficiently long uniform stretch of water channel with uniform bed topography) are
important factors in site selection in open channels, particularly where water levels may later be used
in the computation of discharge. To ensure repeatability of the readings, ideally a bed or channel control
shall be present, which itself shall be stable and sensitive to changes in the level of the water. For the
purpose of monitoring water levels e.g. for flood warning purposes, this may not be a strict requirement.
5.1.2 Preliminary survey
A detailed examination of a 1:50,000 or larger scale map of the area is required in the first instance.
Aerial surveys, satellite imagery, or maps available in the public domain such as Google Earth can be
used as a basis for selecting potential sites, which can then be evaluated more precisely by ground
reconnaissance. This will include a detailed visual examination. Enquiries shall be made to determine
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whether or not any plans exist for the modification of the river reach which would modify the stream
bed regime and would have an impact on the proposed gauging station.
Enquiries shall also be made into any known past flow history including low water events, floods and
other high water events, existence of any overflow area leading to flow by-passing the site, and very
importantly, any knowledge of bed instability.
It may be appropriate to discuss and outline proposals at an early stage with the owners of the site
identified to ensure they are amenable to the proposed installation.
Surveys of channel geometry and flow velocity patterns using an Acoustic Doppler Current Profiler may
provide useful information.
Collection of data from hydrometric measurement stations is dominated by the use of telemetry;
availability and quality of methods of data transmission shall be investigated.
5.1.3 Selection criteria
A list of potential sites shall be established with their advantages and disadvantages identified. Site
selection can then be made according to the criteria identified in Clause 4. The establishment of the
gauge zero shall be chosen so as to avoid negative readings. Thus it shall be set well below the level of the
control feature. This zero point shall be correlated with a national datum through a station benchmark
and should be checked annually with respect to this benchmark. This will ensure that, should loss or
damage to the reference gauge occur, it can be replaced at exactly the same level.
The benchmark itself shall be checked regularly in order to confirm that it still represents the national
datum. The frequency of such checks shall be dependent on local soil dynamics.
5.2 Stage measurement and recording
5.2.1 General
The reading of stage may be required as a single instantaneous measurement, as a short series of
instantaneous measurements or as a continuous or practically continuous record of the fluctuations of
stage. The basis of any of the above shall include the installation of a vertical staff gauge, a ramp gauge,
or a wire-weight gauge.
5.2.2 Vertical staff gauge
A vertical staff gauge comprises a scale (normally 1 metre in length with graduations or scale divisions
of 5 or 10 mm) marked on or securely attached to a suitable and stable vertical surface. The gauge shall
be made of material with a low coefficient of expansion. Where the range of measurement required
exceeds the capacity of a single vertical gauge, other gauges shall be installed on the line of a cross-
section normal to the direction of flow. The scales on such a series of stepped staff gauges shall overlap
by not less than 15 cm in order to safeguard continuity of readings and also to confirm their consistency
with each other.
5.2.3 Ramp or inclined gauge
A ramp or inclined gauge consists of a scale marked on or securely attached to a suitable and stable
inclined surface, which conforms closely to the contour of the river bank. The gauge shall be made of
material with a low coefficient of expansion. Throughout its length the gauge may lie on one continuous
slope or may be a compound of two or more slopes. The gauge shall lie on a line of a cross-section normal
to the direction of flow.
5.2.4 Wire or tape weight gauge
A wire or tape weight gauge consists of a weight which is manually lowered until the weight touches
the surface of the water. The wire or tape may be wound on a drum attached to a winding mechanism
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or it may be a hand reel. The wire or tape gauge can be equipped with electrical contacts to improve
measurements, when there is a large vertical distance between the measuring point and the water
surface.
5.2.5 Other methods
It may be appropriate in some cases to use alternative methods for single or continuous determinations
of water level. Such methods, including maximum level gauges, are described in ISO 4373.
5.2.6 Stage recording
Customer requirements shall dictate the method of recording stage. It may be that a single record of
stage taken daily and read manually will suffice in which case a suitable person to do this work should
be identified.
It is more common to provide a continuous record of stage utilizing water level sensors, such as floats,
pressure transducers, and echo sounders, interfaced with a digital recorder (logger or telemetry) or
analog recorder (chart). Details of such systems, including the use of stilling wells, can be found in
ISO 4373. Modern gauging stations typically have two independent systems for stage measurement to
avoid or reduce data losses.
When a recorder is used, visits by the observer should be made from time to time to ensure satisfactory
performance of the sensor and recorder. It is recommended that the observer notes the time and date
of such checks along with the staff gauge and recorder values. It is essential that the staff gauge itself is
maintained in such a way as to be safely accessible and directly legible to the observer.
Comments on the state of the channel, river banks, presence of any obstruction, prevailing flow
conditions, etc. shall also be noted.
The frequency of such visits shall be subject to country-specific requirements but it is important that a
site visit shall follow a major hydraulic event to confirm continued measurement and recording of data.
6 Stage-discharge gauging stations
6.1 General
When records of water level are to be used as a basis for computation of discharge, the relation between
water level and flow must be determined.
In a stable channel with an appropriate control feature which is stable and sensitive, a single relation
may exist between water level and discharge. In this case, the relation can be determined by taking
discharge measurements throughout the range of levels and flows required to be measured.
Several techniques are available for this purpose including, but not limited to, current meter gauging
and float gauging (see ISO 748), dilution gauging (see ISO 9555-1, ISO 9555-3 and ISO 9555-4), transit
time acoustic methods (see ISO 6416), Doppler velocity meters (see ISO 15769), electromagnetic current
meters (see ISO/TS 15768) or acoustic Doppler current meters (see ISO/TR 24578).
The frequency of any maintenance or operational performance shall be such that the accuracy and
timeliness of data provision meets the user’s requirements.
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6.2 Main elements of a stage-discharge gauging station
6.2.1 General
The main elements required for the purpose of determining discharge in a stream from water level
records are as follows:
a) a stage measuring device (see 5.2.1);
b) a stage sensing and recording device (see 5.2.6);
c) a control section or reach (see 6.2.2);
d) a section suitable for discharge measurements (see 6.1 and 6.2.3);
e) discharge measurements for defining a stage-discharge relation (see 6.2.4).
6.2.2 Control section or control reach
A control section or control reach of a channel is a natural or artificial section or reach whose physical
characteristics can be measured and used to determine the relationship between stage and discharge.
In a control section any change in the stage downstream of the control does not affect the stage upstream
of the control. Whatever the discharge in the control section, a critical stage can be determined.
It shall be stable, i.e. no change shall occur over time to its physical characteristics. Regular inspection
of the control section shall be carried out to ensure that no changes have taken place which would alter
the relationship between stage and discharge at this site.
More than one control section may be required for discharge measurement at one gauging station
particularly when the range of levels and flows is substantial. For example, under certain flow conditions
a downstream control reach may create a water level which submerges an upstream weir which had
been acting as a control.
The sensitivity of a control section or reach shall be such that any significant change in discharge shall
result in either a measurable change in stage (for control sections) or a measurable change in stage at
one extremity of the control reach.
6.2.3 Section suitable for discharge measurements
Regardless of the method of measurement, the discharge through the discharge measuring section shall
be the same as the discharge normal to the reference staff gauge, over the range of flows to be measured.
Different measuring sections or different methods of measurement may be used to cover the range of
flows required.
A full description of a site suitable for measurement of discharge using current meters or floats is
given in ISO 748. Site requirements for dilution gauging are given in ISO 9555 Parts 1, 3, and 4. Site
requirements for the application of acoustic transit time velocity measurement techniques are given in
ISO 6416. Site requirements for the application of acoustic velocity meters using the Doppler and echo
correlation techniques are given in ISO 15769. Site requirements for the application of electromagnetic
techniques are given in ISO 9213.
6.2.4 Discharge measurements
Discharge measurements using the above techniques shall be related to a stage reading taken at the
beginning and end of the discharge measurement and during the measurement if the stage is changing
rapidly or inconsistently. When sufficient numbers of discharge measurements have been taken, a
stage–discharge relationship can be computed (see ISO 1100-2). Subsequent to the formulation of this
stage-discharge relationship, only occasional discharge measurements need be taken at flows in the
normal range to confirm the robustness of the relationship unless the site is subject to shifting control
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ISO 18365:2013(E)
conditions. Opportunities should be taken to carry out discharge measurements in extreme events in
order to extend the stage–discharge relationship.
Discharge measurements made using the velocity-area methods can be performed using rotating-
element current meters, electromagnetic current meters, acoustic Doppler velocimeters, or acoustic
Doppler current profilers. These can be made by wading the stream or small river with the meter
mounted to a wading rod or by suspending the meter and a sounding weight from a bridge, cableway
(see ISO 4375) or stationary boat. Velocity-area methods using floats are another option when the
presence of floating debris or very turbulent conditions precludes the use of current meters. Acoustic
Doppler current profilers deployed from powerboats, remote-control boats, or tethered rafts also can
be used (see ISO/TR 24578). Tethered rafts typically are deployed from bridges or cableways. Another
variation of velocity area methods is the slope-area method, which is typically used to compute flood
discharge indirectly by surveying the cross-sectional properties and water-surface profile after the
flood (see ISO 1070). The applicable conditions for using the different equipment and techniques are
listed in Annex-A.
Where a pre-surveyed cross-section is used for the purpose of discharge measurement, then the section
shall be checked following any major hydraulic events e.g. over and above a bank full flow.
6.2.5 Tracer dilution methods for measuring discharge
Dilution techniques using chemical or fluorescent tracers can be used in small and medium-sized
turbulent streams, which do not have suitable reaches for making a discharge measurement using
velocity-area methods. See Table A.1 for applicable conditions.
7 Stage- discharge gauging stations using hydraulic structures
7.1 General
When physical and hydraulic conditions permit, an artificial control consisting of a fixed, undeformable
hydraulic structure may be constructed. The stage-discharge relation shall then depend on the
geometrical characteristics of such a structure and shall be defined by either
a) the application of the relevant International Standard or
b) by calibration using other methods.
7.2 Site selection
A preliminary survey shall be made of the physical and hydraulic features of the proposed site to check
that it conforms (or may be constructed or modified so as to conform) to the requirements necessary for
measurement of discharge by the structure as specified in the relevant International Standard.
If the site does not possess the characteristics necessary for adequate measurements, or if an inspection
of the watercourse shows that the velocity distribution in the approach channel deviates substantially
from uniformity, the site should not be used.
7.3 Types of hydraulic structures
There are a number of hydraulic measuring structures which are the subject of International Standards
and these are listed below and in Annex -A.
a) thin-plate, sharp crest, v-notch weirs;
b) thin-plate, sharp crest, rectangular weirs;
c) broad-crested weirs with a sharp upstream edge;
d) broad-crested weirs with a rounded upstream edge;
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ISO 18365:2013(E)
e) triangular profile weirs;
f) streamlined, triangular profile weirs;
g) triangular profile, flat-V weirs;
h) v-shaped, broad-crested weirs;
i) trapezoidal profile weirs;
j) rectangular flumes;
k) trapezoidal flumes;
l) u-shaped flumes;
m) Parshall flumes;
n) SANIIRI flumes;
o) rectangular free overfalls;
p) non-rectangular free overfalls;
q) vertical underflow gates;
r) compound gauging structures.
The choice of structure may be influenced by the criteria set out in Clause 4 and ISO 8368. Structures that
have negative ecological or environmental effects on the natural stream channels should be avoided.
Non-standard structures are also permissible provided they are calibrated by an approved method. A
combination of different structures is also permissible.
Normally a water level recorder is installed to provide a continuous record of stage from which discharge
can be computed. The position of the water level sensor is discussed in the relevant International
Standard.
8 Velocity-discharge gauging stations
8.1 Applications and types of instrument
Conventional methods of flow measurement using stage-discharge relationships from either open
channel rated sections or calibrated structures are not always feasible. This may be because of
channel size, unstable stage-discharge relationships, or other physical, hydraulic, or environmental
considerations (such as aesthetic, navigation and fisheries impacts)
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 18365
Première édition
2013-12-15
Hydrométrie — Sélection,
établissement et exploitation d’une
station hydrométrique
Hydrometry — Selection, establishment and operation of a gauging
station
Numéro de référence
ISO 18365:2013(F)
©
ISO 2013
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ISO 18365:2013(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2013
Droits de reproduction réservés. Sauf indication contraire, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée
sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie, l’affichage sur
l’internet ou sur un Intranet, sans autorisation écrite préalable. Les demandes d’autorisation peuvent être adressées à l’ISO à
l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
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Tel. + 41 22 749 01 11
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Web www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2013 – Tous droits réservés
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ISO 18365:2013(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Définitions . 1
4 Exigences et considérations d’ordre général . 1
4.1 Exigences . 1
4.2 Autres contraintes . 2
5 Stations hydrométriques de mesurage du niveau d’eau (hauteur) seulement .2
5.1 Étude préliminaire et critères de sélection . 2
5.2 Mesurage et enregistrement de la hauteur . 3
6 Stations hydrométriques à relation hauteur-débit . 4
6.1 Généralités . 4
6.2 Principaux éléments d’une station hydrométrique à relation hauteur-débit. 5
7 Stations hydrométriques à relation hauteur-débit utilisant des ouvrages hydrauliques .6
7.1 Généralités . 6
7.2 Sélection du site . 7
8 Stations hydrométriques à relation vitesse-débit . 8
8.1 Applications et types d’instruments . 8
8.2 Sélection du site . 8
8.3 Étalonnage . 9
8.4 Méthode ultrasonique (acoustique) de mesure du temps de transit . 9
8.5 Doppler . 9
8.6 Compteurs de vitesse ultrasoniques (acoustiques) à corrélation (d’échos) .10
8.7 Méthode électromagnétique (bobine sur toute la largeur du canal) .11
9 Mesurage dans des conditions difficiles .11
9.1 En présence de glace et de gel .11
9.2 Croissance de mauvaises herbes .11
9.3 Conditions de sédimentation extrême .11
10 Exploitation et maintenance .12
10.1 Généralités .12
10.2 Stations hydrométriques de mesurage du niveau d’eau (hauteur) seulement .12
10.3 Stations hydrométriques à relation hauteur-débit .12
10.4 Stations hydrométriques à relation hauteur-débit utilisant des ouvrages hydrauliques .13
10.5 Stations hydrométriques à relation vitesse-débit .13
Annexe A (informative) Conditions applicables pour la sélection d’une méthode de mesure
du débit .14
Bibliographie .17
© ISO 2013 – Tous droits réservés iii
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ISO 18365:2013(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’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 l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne
la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/CEI, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/CEI, Partie 2, www.iso.
org/directives.
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant les
références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de l’élaboration
du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou sur la liste ISO des déclarations de brevets reçues,
www.iso.org/brevets.
Les éventuelles appellations commerciales utilisées dans le présent document sont données pour
information à l’intention des utilisateurs et ne constituent pas une approbation ou une recommandation.
Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation
de la conformité, aussi bien que pour des informations au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes de
l’OMC concernant les obstacles techniques au commerce (OTC) voir le lien suivant: Avant-propos —
Informations supplémentaires.
Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 113, Hydrométrie, sous-comité SC 1,
Méthodes d’exploration du champ des vitesses.
L’ISO 18365:2013 annule et remplace l’ISO 1100-1:1996 et l’ISO/TR 8363:1997, qui ont été fusionnés et
techniquement révisés.
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NORME INTERNATIONALE ISO 18365:2013(F)
Hydrométrie — Sélection, établissement et exploitation
d’une station hydrométrique
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale donne des exigences pour l’établissement et l’exploitation d’une
station hydrométrique destinée à la mesure de la hauteur, ou de la hauteur et du débit, d’un lac, d’un
réservoir, d’une rivière, d’un canal ou autre canal découvert artificiel. Elle décrit aussi la manière dont
il convient d’exploiter et de maintenir une station hydrométrique utilisant une des méthodes de mesure
citées.
Des exigences sont fournies pour les stations de mesurage de la hauteur seulement, les stations de
mesurage hauteur-débit et les stations de mesurage direct du débit dans des canaux naturels, et aussi
pour les stations de mesurage hauteur-débit avec des ouvrages artificiels. Des exigences sont données,
en plus, pour les mesurages effectués dans des conditions difficiles, sous la glace par exemple.
2 Références normatives
Les documents suivants, en tout ou partie, sont référencés de manière normative dans le présent
document et sont indispensables pour son application. Pour les références datées, seule l’édition citée
s’applique. Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y
compris les éventuels amendements).
ISO 772, Hydrométrie — Vocabulaire et symboles
3 Définitions
Pour les besoins du présent document, les termes, définitions et symboles donnés dans
l’ISO 772 s’appliquent.
4 Exigences et considérations d’ordre général
4.1 Exigences
Avant de commencer les travaux d’établissement et d’exploitation d’une station hydrométrique, les
exigences suivantes doivent être identifiées:
a) la gamme des niveaux à mesurer;
b) la gamme des écoulements à mesurer;
c) les exigences du client concernant le type de données;
d) les exigences du client concernant l’obtention en temps voulu des données;
e) le niveau d’incertitude admissible des résultats;
f) l’existence possible d’autres utilisateurs des données;
g) la durée de vie prévue de la station;
h) le budget disponible;
i) les accords relatifs à l’accès aux terrains et les permis de construire.
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4.2 Autres contraintes
En plus des exigences citées en 4.1, d’autres contraintes doivent être identifiées, parmi lesquelles:
a) les questions environnementales locales;
b) l’accessibilité du site dans toutes les conditions d’écoulement;
c) la disponibilité de liaisons d’énergie et de communication;
d) la stabilité des endiguements du cours d’eau;
e) la stabilité du lit du cours d’eau;
f) l’identification de toute modification hydraulique proposée planifiée pour le futur; par exemple
ponts, tunnels (y compris passages de canalisations), ports ou piliers;
g) le risque de vandalisme;
h) l’influence de la submersion du site de la station hydrométrique due à des ouvrages de retenue en
aval (lacs, barrages, déversoirs);
i) la disparition potentielle du cours d’eau dans les zones karstiques;
j) la croissance de mauvaises herbes aquatiques dans le cours d’eau;
k) la présence de glace pendant l’hiver dans les régions froides et arctiques.
La connaissance de ces exigences et de ces contraintes locales permet de prévoir des équipements de
mesurage et d’enregistrement appropriés et d’adopter une politique de maintenance convenant à ceux-
ci.
5 Stations hydrométriques de mesurage du niveau d’eau (hauteur) seulement
5.1 Étude préliminaire et critères de sélection
5.1.1 Généralités
Le site retenu pour la détermination de la hauteur doit être choisi en fonction de l’utilisation qui sera
faite des relevés. Si le limnimètre n’effectue aucun enregistrement, l’accessibilité du site et la présence
d’un observateur sont des critères importants, au même titre que la disponibilité d’une alimentation
en énergie et de moyens de communication de données appropriés si le limnimètre effectue des
enregistrements.
Les limnimètres sur les lacs et les réservoirs sont normalement placés près de la sortie, mais ils doivent
être suffisamment éloignés de la zone où une augmentation de la vitesse provoque un abaissement du
niveau d’eau. Les limnimètres placés sur de grandes étendues d’eau doivent être partiellement à l’abri
des vents violents qui risquent d’être à l’origine de données trompeuses, non représentatives de l’étendue
d’eau mesurée. Les conditions hydrauliques (de préférence une étendue d’eau suffisamment longue et
uniforme formant un canal, avec un lit à topographie uniforme) représentent un critère important de
sélection du site dans les canaux découverts, notamment lorsque les niveaux d’eau sont susceptibles
d’être utilisés ultérieurement pour calculer le débit. Pour garantir la répétabilité des relevés, un
dispositif de contrôle du lit ou du canal doit, dans l’idéal, être présent. Ce dispositif doit lui-même être
stable et sensible aux variations du niveau d’eau. Pour les mesures dont le but est la surveillance des
niveaux d’eau, par exemple à des fins d’annonce de crue, cette exigence peut prendre un caractère moins
contraignant.
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5.1.2 Étude préliminaire
Pour commencer, il est nécessaire de procéder à l’examen détaillé d’une carte à échelle 1:50,000 ou
plus de la zone. Les observations aériennes, l’imagerie par satellite ou les cartes disponibles dans le
domaine public tel que Google Earth peuvent servir de base à la sélection de sites potentiels, qu’une
reconnaissance au sol, avec examen visuel détaillé de la zone, permet ensuite d’évaluer avec plus de
précision. Des recherches doivent être effectuées pour déterminer s’il existe ou non des plans visant à
modifier le bief, ce qui entraînerait une modification du régime du cours d’eau et aurait un impact sur la
station hydrométrique proposée.
Des recherches doivent également être effectuées sur l’historique connu de l’écoulement, y compris les
périodes de faible niveau d’eau, les crues et autres périodes de niveau d’eau élevé, l’existence de toute
zone de débordement provoquant une déviation de l’écoulement par rapport au site et, très important,
toute connaissance sur l’instabilité du lit.
Il peut être utile de discuter et de définir les propositions avec les propriétaires du site identifié, à une
phase précoce du projet, afin de s’assurer de leur adhésion à l’installation proposée.
Des études de la géométrie du canal et des caractéristiques de vitesse d’écoulement au moyen d’un
profileur de courant acoustique à effet Doppler (ADCP) peuvent fournir des informations utiles.
La collecte de données des stations de mesure hydrométriques faisant essentiellement appel à la
télémétrie, une recherche doit être faite sur les méthodes de transmission de données disponibles et sur
leur qualité.
5.1.3 Critères de sélection
Une liste des sites potentiels, recensant leurs avantages et leurs inconvénients, doit être établie. La
sélection d’un site peut alors avoir lieu, conformément aux critères identifiés à l’Article 4. La détermination
du zéro doit être choisie de façon à éviter les cotes négatives. Il doit donc être fixé bien en dessous du
niveau du dispositif de contrôle. Ce point zéro doit être corrélé à un niveau de référence national par le
biais d’un repère de nivellement de la station. Il convient de vérifier chaque année la corrélation du point
zéro et du repère de nivellement. Cette mesure permet de le replacer exactement au même niveau en cas
de perte ou d’endommagement du limnimètre de référence.
Le repère de nivellement lui-même doit faire l’objet d’un contrôle régulier pour s’assurer qu’il représente
toujours le niveau de référence national. La fréquence de ces contrôles doit dépendre de la dynamique
des sols sur le site concerné.
5.2 Mesurage et enregistrement de la hauteur
5.2.1 Généralités
Le relevé de la hauteur peut être demandé sous forme d’une mesure instantanée unique, d’une courte
série de mesures instantanées ou d’un enregistrement continu ou quasi-continu des variations de
la hauteur. Quel que soit le type de relevé, à la base, une échelle limnimétrique verticale, une échelle
limnimétrique inclinée ou une sonde à câble lesté doivent être installées.
5.2.2 Échelle limnimétrique verticale
Une échelle limnimétrique verticale comprend une échelle (mesurant normalement 1 m de long et avec
des graduations ou des divisions d’échelle tous les 5 mm ou tous les 10 mm), dessinée ou solidement fixée
sur une surface verticale stable appropriée. Le limnimètre doit être fabriqué dans un matériau à faible
coefficient de dilatation. Lorsque le domaine de mesure requis dépasse la capacité d’une seule échelle
limnimétrique verticale, d’autres échelles limnimétriques doivent être installées dans l’axe d’une section
perpendiculaire à la direction de l’écoulement. Les échelles d’une telle série d’échelles limnimétriques
verticales en gradins doivent se chevaucher sur au moins 15 cm afin d’assurer la continuité des relevés
et de confirmer leur cohérence.
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5.2.3 Échelle limnimétrique inclinée
Une échelle limnimétrique inclinée est constituée d’une échelle dessinée ou solidement fixée sur une
surface inclinée stable appropriée, qui épouse étroitement le profil de la berge du cours d’eau. Le
limnimètre doit être fabriqué dans un matériau à faible coefficient de dilatation. L’échelle limnimétrique
peut suivre une seule pente continue sur toute sa longueur ou être composée de plusieurs pentes. L’échelle
limnimétrique doit se situer dans l’axe d’une section perpendiculaire à la direction de l’écoulement.
5.2.4 Sonde limnimétrique visuelle à fil ou à ruban
Une sonde limnimétrique visuelle à fil ou à ruban comporte un poids qui est abaissé manuellement
jusqu’à ce qu’il touche la surface de l’eau. Le fil ou le ruban peut être enroulé sur un tambour relié à un
mécanisme d’enroulement ou peut être enroulé sur un dévidoir manuel. Le fil ou le ruban peut être muni
de contacts électriques pour améliorer les mesures lorsqu’il existe une distance verticale importante
entre le point de mesurage et la surface de l’eau.
5.2.5 Autres méthodes
Il peut s’avérer utile dans certains cas d’utiliser d’autres méthodes de détermination ponctuelle ou
continue du niveau d’eau. Ces méthodes, y compris les limnimètres à maximum, sont décrites dans
l’ISO 4373.
5.2.6 Enregistrement de la hauteur
Les exigences du client doivent dicter la méthode d’enregistrement de la hauteur. Un enregistrement
quotidien unique de la hauteur, lue manuellement, peut s’avérer suffisant, auquel cas il convient
d’identifier une personne qualifiée pour effectuer ce travail.
Il est plus courant de fournir un enregistrement continu de la hauteur en utilisant des capteurs de
niveau d’eau, tels des flotteurs, des transducteurs de pression et des sondeurs à écho interfacés avec
un limnigraphe numérique (enregistreur chronologique de données ou appareil de télémétrie) ou un
limnigraphe analogique (tracé continu). La description détaillée de ces systèmes, y compris l’utilisation
de puits de mesurage, se trouve dans l’ISO 4373. Les stations hydrométriques modernes ont, en principe,
deux systèmes indépendants de mesurage de la hauteur afin d’éviter ou de réduire les pertes de données.
Lorsqu’un limnigraphe est utilisé, il convient que l’observateur l’inspecte de temps en temps pour
s’assurer du bon fonctionnement du capteur et de l’appareil. Il est recommandé que l’observateur note la
date et l’heure de ces vérifications, en même temps que les valeurs de l’échelle limnimétrique verticale
et du limnigraphe. Il est essentiel d’assurer l’entretien de l’échelle limnimétrique elle-même pour que
l’observateur puisse y accéder en toute sécurité et en effectuer directement la lecture.
Les commentaires concernant l’état du canal, des berges du cours d’eau, la présence d’obstacles éventuels,
les conditions d’écoulement dominantes, etc., doivent également être notés.
La fréquence de ces visites doit répondre aux exigences spécifiques à un pays mais il est important que
tout événement hydraulique majeur soit suivi d’une visite du site afin de confirmer la continuité des
mesures et de l’enregistrement des données.
6 Stations hydrométriques à relation hauteur-débit
6.1 Généralités
Lorsque les enregistrements du niveau de l’eau sont destinés à servir de base au calcul du débit, la
relation entre le niveau de l’eau et l’écoulement doit être déterminée.
Dans un canal stable équipé d’un dispositif de contrôle approprié stable et sensible, il peut exister
une relation simple entre le niveau de l’eau et le débit. Dans ce cas, la relation peut être déterminée en
effectuant des mesurages du débit dans toute la gamme des niveaux et des écoulements à mesurer.
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Il existe pour ce faire plusieurs techniques, incluant le mesurage du débit à l’aide de moulinets et le
mesurage du débit à l’aide de flotteurs (voir l’ISO 748), le mesurage du débit par dilution (voir l’ISO 9555-1,
l’ISO 9555-3 et l’ISO 9555-4), les méthodes ultrasoniques (acoustiques) (voir l’ISO 6416), les compteurs
de vitesse à effet Doppler (voir l’ISO 15769), les débitmètres électromagnétiques (voir l’ISO/TS 15768)
ou les profileurs à effet Doppler (voir l’ISO/TS 24578).
La fréquence de la maintenance ou les performances de fonctionnement doivent garantir la précision
des données et leur délivrance en temps voulu dans le respect des exigences du client.
6.2 Principaux éléments d’une station hydrométrique à relation hauteur-débit
6.2.1 Généralités
Les principaux éléments requis pour déterminer le débit d’un cours d’eau à partir des enregistrements
du niveau de l’eau sont les suivants:
a) un appareil de mesure de la hauteur (voir 5.2.1);
b) un appareil de détection et d’enregistrement de la hauteur (voir 5.2.6);
c) une section de contrôle ou un bief de contrôle (voir 6.2.2);
d) une section adaptée aux mesurages du débit (voir 6.1 et 6.2.3);
e) des mesurages du débit pour définir une relation hauteur-débit (voir 6.2.4).
6.2.2 Section de contrôle ou bief de contrôle
La section de contrôle ou le bief de contrôle d’un canal est une section ou un bief naturel ou artificiel
dont les caractéristiques physiques peuvent être mesurées et utilisées pour déterminer la relation entre
la hauteur et le débit.
Dans une section de contrôle, les variations de la hauteur en aval du contrôle n’ont pas d’incidence sur
la hauteur en amont de celui-ci. Quel que soit le débit dans la section de contrôle, une hauteur critique
peut être déterminée.
Cette section doit être stable; ses caractéristiques physiques ne doivent subir aucune modification dans
le temps. La section de contrôle doit être inspectée régulièrement pour s’assurer qu’aucun changement
susceptible de modifier la relation entre la hauteur et le débit à cet endroit n’a eu lieu.
Le mesurage du débit au niveau d’une station hydrométrique peut nécessiter plusieurs sections de
contrôle, en particulier lorsque la gamme des niveaux et des écoulements est importante. Par exemple,
dans certaines conditions d’écoulement, un bief de contrôle en aval peut créer un niveau d’eau qui
submerge un déversoir en amont, lequel déversoir servait de contrôle.
La sensibilité d’une section de contrôle ou d’un bief de contrôle doit être telle qu’une variation significative
du débit résulte obligatoirement en une variation mesurable de la hauteur (pour les sections de contrôle)
ou en une variation mesurable de la hauteur à une extrémité du bief de contrôle.
6.2.3 Section adaptée aux mesurages du débit
Quelle que soit la méthode de mesure, le débit à travers la section de mesurage du débit doit être
égal au débit perpendiculaire à l’échelle limnimétrique verticale de référence sur toute la gamme des
écoulements à mesurer. Différentes sections de mesurage ou différentes méthodes de mesure peuvent
être utilisées pour couvrir la gamme des écoulements requise.
La description complète d’un site approprié pour le mesurage du débit au moyen de moulinets ou de
flotteurs est donnée dans l’ISO 748. Les exigences relatives au site pour le mesurage par dilution sont
données dans l’ISO 9555-1, l’ISO 9555-3, et l’ISO 9555-4. Les exigences relatives au site pour l’application
des techniques de mesurage de la vitesse des ultrasons par le temps de transit sont données dans
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l’ISO 6416. Les exigences relatives au site pour l’application de compteurs de vitesse ultrasoniques
utilisant l’effet Doppler et des techniques de corrélation d’échos sont données dans l’ISO 15769. Les
exigences relatives au site pour l’application des techniques électromagnétiques sont données dans
l’ISO 9213.
6.2.4 Mesurages du débit
Les mesurages du débit au moyen des techniques ci-dessus doivent être associés à des relevés de la
hauteur au début et à la fin du mesurage, et pendant le mesurage si la hauteur connaît des variations
rapides ou irrégulières. Lorsqu’un nombre suffisant de mesurages du débit a été effectué, une relation
hauteur-débit peut être calculée (voir l’ISO 1100-2). Une fois que cette relation hauteur-débit est
formulée, seuls des mesurages occasionnels du débit sont nécessaires, pour des écoulements normaux,
pour confirmer la solidité de la relation, sauf si le site est l’objet de conditions de contrôle changeantes.
Il convient de saisir les occasions d’effectuer des mesurages du débit lors d’événements extrêmes afin
d’étendre la relation hauteur-débit.
Les mesurages du débit, utilisant les méthodes d’exploration du champ des vitesses, peuvent être réalisés
à l’aide de moulinets à élément rotatif, de débitmètres électromagnétiques, de compteurs de vitesse
ultrasoniques à effet Doppler ou de profileurs de courant acoustiques à effet Doppler (ADCP). Pour ce
faire, on peut monter l’appareil sur une perche légère et traverser à gué le cours d’eau ou le ruisseau,
ou suspendre l’appareil avec une sonde lestée à un pont, un câble aérien (voir l’ISO 4375) ou un bateau
immobile. Les méthodes d’exploration du champ des vitesses utilisant des flotteurs représentent une
autre option lorsque la présence de débris flottants ou des conditions de fortes turbulences empêchent
l’utilisation de moulinets. Des profileurs de courant acoustiques à effet Doppler déployés depuis des
bateaux à moteur, des bateaux télécommandés ou des radeaux amarrés peuvent également être utilisés
(voir l’ISO/TS 24578). Les radeaux amarrés sont généralement arrimés à des ponts ou des câbles aériens.
Une autre variante des méthodes d’exploration du champ des vitesses est la méthode de la pente de
la ligne d’eau, qui est généralement utilisée pour le calcul indirect d’un débit de crue en étudiant les
propriétés de la section et le profil de la surface de l’eau après la crue (voir l’ISO 1070). Une liste des
conditions applicables pour l’utilisation des différents appareils et des différentes techniques est donnée
à l’Annexe A.
Lorsqu’une section préalablement étudiée est utilisée pour les besoins du mesurage du débit, cette
section doit être vérifiée après chaque événement hydraulique majeur, par exemple un écoulement à
pleins bords ou un phénomène plus important.
6.2.5 Les méthodes de mesure du débit par dilution de traceurs
Des techniques de dilution utilisant des traceurs chimiques ou fluorescents peuvent être utilisées dans
les p
...
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