Hydrometry — Measurement of discharge by the ultrasonic transit time (time of flight) method

ISO 6416 describes the establishment and operation of an ultrasonic (transit-time) gauging station for the continuous measurement of discharge in a river, an open channel or a closed conduit. It also describes the basic principles on which the method is based, the operation and performance of associated instrumentation and procedures for commissioning. It is limited to the "transit time of ultrasonic pulses" technique, and is not applicable to systems that make use of the "Doppler shift" or "correlation" or "level-to-flow" techniques. ISO 6416 is not applicable to measurement in rivers with ice. NOTE ISO 6416 focuses on open channel flow measurement. IEC 60041 covers the use of the technique for full pipe flow measurement.

Hydrométrie — Mesure du débit par la méthode du temps de transit ultrasonique (temps de vol)

L'ISO 6416 décrit l'installation et le fonctionnement d'une station de jaugeage ultrasonique (temps de transit) conçue pour mesurer en continu le débit dans une rivière, un canal découvert ou une conduite fermée. Il décrit également les principes de base sur lesquels reposent la méthode, le fonctionnement et la performance des appareils associés et les modes opératoires de mise en service. Il est limité à la technique du «temps de transit des impulsions ultrasonores» et n'est pas applicable aux systèmes basés sur les techniques utilisant «l'effet Doppler», «la corrélation d'échos» ou «les relations hauteur/débit». L'ISO 6416 n'est pas applicable au mesurage en rivières en présence de glace. NOTE L'ISO 6416 est axé sur le mesurage du débit dans les canaux découverts. L'IEC 60041 couvre l'utilisation de la technique de mesure du débit dans les conduites en charge.

General Information

Status
Published
Publication Date
10-Oct-2017
Current Stage
9020 - International Standard under periodical review
Due Date
15-Oct-2022
Completion Date
15-Oct-2022
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ISO 6416:2017 - Hydrometry -- Measurement of discharge by the ultrasonic transit time (time of flight) method
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ISO 6416:2017 - Hydrométrie -- Mesure du débit par la méthode du temps de transit ultrasonique (temps de vol)
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Standards Content (sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 6416
Fourth edition
2017-10
Hydrometry — Measurement of
discharge by the ultrasonic transit
time (time of flight) method
Hydrométrie — Mesure du débit par la méthode du temps de transit
ultrasonique (temps de vol)
Reference number
ISO 6416:2017(E)
ISO 2017
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 6416:2017(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2017, Published in Switzerland

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ii © ISO 2017 – All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 6416:2017(E)
Contents Page

Foreword ..........................................................................................................................................................................................................................................v

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Applications ............................................................................................................................................................................................................... 1

4.1 Types of applications ......................................................................................................................................................................... 1

4.2 Attributes and limitations ............................................................................................................................................................. 2

5 Method of measurement .............................................................................................................................................................................. 2

5.1 Discharge ..................................................................................................................................................................................................... 2

5.2 Calculation of discharge from the transit-time measurement ....................................................................... 3

6 Flow velocity determination by the ultrasonic (transit time) method ........................................................3

6.1 Principle ........................................................................................................................................................................................................ 3

6.2 Sound propagation in water ........................................................................................................................................................ 5

6.2.1 General...................................................................................................................................................................................... 5

6.2.2 Speed of sound in water ............................................................................................................................................ 6

6.2.3 Propagation losses ......................................................................................................................................................... 6

6.2.4 Signal path bending ....................................................................................................................................................... 8

6.2.5 Reflection ...................................................................... .......................................................................................................... 9

7 Gauge configuration .......................................................................................................................................................................................10

7.1 General ........................................................................................................................................................................................................10

7.2 Single-path systems .........................................................................................................................................................................10

7.3 Multi-path systems ...........................................................................................................................................................................11

7.4 Crossed-path systems ....................................................................................................................................................................11

7.5 Reflected-path systems .................................................................................................................................................................13

7.6 Systems using transponders ....................................................................................................................................................14

7.7 Wireless systems (if a cable crossing is not possible) .......................................................................................15

7.8 Systems using divided cross-sections ..............................................................................................................................16

7.9 Sloping paths .........................................................................................................................................................................................16

8 Determination of discharge ...................................................................................................................................................................17

8.1 Single-path systems .........................................................................................................................................................................17

8.2 Multi-path systems ...........................................................................................................................................................................18

8.2.1 General...................................................................................................................................................................................18

8.2.2 Mid-section method ...................................................................................................................................................19

8.2.3 Mean-section method ...............................................................................................................................................20

8.3 Systems with transducers in the channel .....................................................................................................................21

9 System verification and calibration ...............................................................................................................................................22

10 Site selection ..........................................................................................................................................................................................................23

11 Site survey — Before design and construction ..................................................................................................................23

11.1 General ........................................................................................................................................................................................................23

11.2 Visual survey ..........................................................................................................................................................................................23

11.3 Survey of the cross-section ........................................................................................................................................................24

11.4 Survey of velocity distribution ...............................................................................................................................................24

11.5 Survey of signal propagation ...................................................................................................................................................24

12 Operational measurement requirements ...............................................................................................................................24

12.1 General ........................................................................................................................................................................................................24

12.2 Basic components of flow determination .....................................................................................................................25

12.3 Water velocity determination .................................................................................................................................................25

12.4 Determination of water stage or depth ..........................................................................................................................25

12.5 Determination of mean bed level .........................................................................................................................................26

12.6 Channel width .......................................................................................................................................................................................27

© ISO 2017 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 6416:2017(E)

13 Gauging station equipment ....................................................................................................................................................................27

13.1 General ........................................................................................................................................................................................................27

13.2 Design and construction of equipment ...........................................................................................................................28

13.2.1 Transducers.......................................................................................................................................................................28

13.2.2 Transducer cables ........................................................................................................................................................29

13.3 Reflectors ..................................................................................................................................................................................................29

13.4 Civil engineering works ................................................................................................................................................................32

13.5 Signal timing and processing ...................................................................................................................................................32

13.5.1 General...................................................................................................................................................................................32

13.5.2 Signal-to-noise ratio ...................................................................................................................................................32

13.5.3 Signal maintenance (gain control) ................................................................................................................33

13.5.4 Signal detection ...................................................................... ........................................................................................33

13.5.5 Post-detection filtering ............................................................................................................................................34

13.6 System self-checking .......................................................................................................................................................................34

13.7 Site-specific data (or site parameters) ............................................................................................................................35

13.8 Clock and calendar ............................................................................................................................................................................35

13.9 System performance criteria ...................................................................................................................................................35

13.9.1 General...................................................................................................................................................................................35

13.9.2 Operating environment ...........................................................................................................................................36

13.9.3 Water environment.....................................................................................................................................................36

13.9.4 Mechanical environment .......................................................................................................................................36

13.9.5 Extreme environmental conditions ..............................................................................................................36

13.9.6 Power source ....................................................................................................................................................................36

13.9.7 Measurement uncertainty ....................................................................................................................................36

13.10 System output .......................................................................................................................................................................................37

13.10.1 Local display .....................................................................................................................................................................37

13.10.2 Local record .......................................................................................................................................................................37

13.10.3 Remote record .................................................................................................................................................................37

13.10.4 Diagnostic information ............................................................................................................................................37

13.11 Installation ...............................................................................................................................................................................................37

13.12 Commissioning ....................................................................................................................................................................................38

13.13 Operating manual ..............................................................................................................................................................................38

13.14 Maintenance ...........................................................................................................................................................................................39

14 Measurement uncertainties ..................................................................................................................................................................40

14.1 General ........................................................................................................................................................................................................40

14.2 Definition of uncertainty .............................................................................................................................................................40

14.3 Uncertainty in discharge .............................................................................................................................................................41

14.3.1 Uncertainty equation ................................................................................................................................................41

14.3.2 Effective number of paths .....................................................................................................................................42

14.3.3 Uncertainty in the line velocity, U ................................................................................................................

lv 42

14.3.4 Uncertainty in the channel width estimation, U ...........................................................................42

14.3.5 Examples of uncertainty estimation ............................................................................................................43

14.3.6 Uncertainty estimate at low flow ...................................................................................................................44

14.3.7 Uncertainty estimate at high flow ..................................................................................................................45

Annex A (informative) Principle of measurement uncertainty .............................................................................................47

Annex B (informative) Performance guide for hydrometric equipment for use in technical

standard examples ..........................................................................................................................................................................................54

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................58

iv © ISO 2017 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 6416:2017(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 (see 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 (see 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 voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and

expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the

World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following

URL: www.iso.org/iso/foreword.html.

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 113, Hydrometry, Subcommittee SC 1,

Velocity area methods.

This fourth edition cancels and replaces the third edition (ISO 6416:2004), which has been technically

revised. The main changes from the previous edition are:
— the title has been changed;
— a new subclause (7.7) on wireless systems has been added;
— former subclauses 9.2 and 11.6 have been removed;
— Clause 10 on site selection has been revised;

— Annex A (Principle of measurement uncertainty) and Annex B (Performance guide for hydrometric

equipment for use in technical standards) have been added.
© ISO 2017 – All rights reserved v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 6416:2017(E)
Hydrometry — Measurement of discharge by the ultrasonic
transit time (time of flight) method
1 Scope

This document describes the establishment and operation of an ultrasonic (transit-time) gauging

station for the continuous measurement of discharge in a river, an open channel or a closed conduit.

It also describes the basic principles on which the method is based, the operation and performance of

associated instrumentation and procedures for commissioning.

It is limited to the “transit time of ultrasonic pulses” technique, and is not applicable to systems that

make use of the “Doppler shift” or “correlation” or “level-to-flow” techniques.
This document is not applicable to measurement in rivers with ice.

NOTE This document focuses on open channel flow measurement. IEC 60041 covers the use of the technique

for full pipe flow measurement.
2 Normative references

The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content

constitutes requirements of this document. 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
ISO 4373, Hydrometry — Water level measuring devices
ISO/TS 25377, Hydrometric uncertainty guidance (HUG)
3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 772 apply.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

— ISO Online browsing platform: available at https://www.iso.org/obp
— IEC Electropedia: available at http://www.electropedia.org/
4 Applications
4.1 Types of applications
a) Open channels
b) Multiple channels
c) Closed conduits

This method does not need a man-made or natural control, as it does not rely upon the establishment of

a unique relationship between water level and discharge.
© ISO 2017 – All rights reserved 1
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ISO 6416:2017(E)
4.2 Attributes and limitations

The following attributes and limitations shall be considered when deploying this measuring system.

Attributes
1. Potential for high accuracy
2. Tolerant of back water effects
3. Able to measure multiple channels and combine results to give total flow

4. Capable of determining individual velocities at distinct heights within the water column

5. Visually unobtrusive
6. Fish friendly
7. Mains power supply not essential
8. Intrinsically safe systems available for use in explosive atmospheres
9. No obstruction or head loss
10. Suitable for large range of channel widths and depths
11. Potential for built in redundancy
12. Potential for relatively low operating costs
Limitations
1. A site with an unstable cross section needs to be avoided if possible
2. Requires minimum depth of water to operate
3. May require cables to both sides of channel
4. Ragging of sensors by trash
5. Potential attenuation of acoustic signal by
suspended solids
weeds
entrained gasses
temperature gradients
salinity gradients

Detailed explanations of these attributes and limitations can be found in clauses throughout this

document.
5 Method of measurement
5.1 Discharge

5.1.1 Discharge, as defined in ISO 772, is the volume of liquid flowing through a cross-section in a

3 −1

unit time. It is usually denoted by the symbol Q and expressed in cubic metres per second (m ·s ). The

definition of discharge is the product of the wetted cross-sectional area and the mean velocity vector

perpendicular to it.
2 © ISO 2017 – All rights reserved
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ISO 6416:2017(E)
Thus:
Qv=×A (1)
where
3 −1
Q is the discharge, expressed in cubic metres per second (m ·s );
is the mean velocity, expressed in metres per second (m·s );
A is the cross-sectional area, expressed in square metres (m ).

The transit-time method is a velocity-area method using flow velocities which have been determined by

the equipment, and which are averaged along one or more lines which are usually, but not necessarily,

horizontal.
5.2 Calculation of discharge from the transit-time measurement

5.2.1 Discharge can be computed using the velocity-area method (see 5.1), provided that a relation

can be established between the velocities determined by the transit time ultrasonic system and the mean

cross-sectional velocity. If there are sufficient operational paths distributed sufficiently throughout the

vertical to define the velocity profile, the resulting samples of flow velocity can be vertically integrated to

provide an estimate of the mean cross-sectional velocity. Alternatively, if there are insufficient operational

paths, a relationship between measured velocity (index velocity) and mean velocity can be established

using a spot flow gauging technique, e.g. rotating element current meter or acoustic Doppler current

profiler (ADCP).

5.2.2 The discharge calculation also requires the cross-sectional area of the water to be known.

An ultrasonic transit-time system will, therefore, normally be capable not only of making sample

measurements of velocity, but also of determining (or accepting a signal from some other device

determining) water depth, and of storing details of the relation between water depth and cross-sectional

area. It will also normally be capable of executing the mathematical functions necessary to compute flow

from the relevant stored and directly determined data.
6 Flow velocity determination by the ultrasonic (transit time) method
6.1 Principle

6.1.1 An ultrasonic pulse travels in a downstream direction faster than a similar pulse travels upstream.

The speed of a pulse of sound travelling diagonally across the flow in a downstream direction will be

increased by the velocity component of the water. Conversely, the speed of a sound pulse moving in the

opposite direction will be decreased. The difference in the transit time in the two directions can be used

© ISO 2017 – All rights reserved 3
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 6416:2017(E)

to resolve both the velocity of sound in water as well as the component of the velocity along the path

taken by the ultrasonic pulses.
Key
1 v component of water velocity along the path
path
2 v component of water velocity in the direction of the flow
line
3 direction of flow
4 channel width
5 ultrasonic path length (L)
A, B transducers
θ angle between the path and the direction of flow
y downstream distance between transducers
Figure 1 — Schematic illustrating the general principle

6.1.2 For the path between transducers A and B in Figure 1, the transit-times for the ultrasonic

pulses are:
t = L/(c − v cosθ ) and t = L/(c + v cosθ ) (2)
AB BA
where
t is the transit time from transducer A to B, in seconds;
t is the transit time from transducer B to A, in seconds;

L is the path length (distance between transducer A and transducer B), in metres (m);

c is the speed of sound in water, in metres per second (m·s );
θ is the angle between the path and direction of flow.
Resolving for line velocity:
v = L × (t − t ) / (t × t × 2 cosθ ) (3)
line AB BA AB BA

where v is the line velocity or the average velocity of the water across the channel in the direction of

line
flow, in m·s .
4 © ISO 2017 – All rights reserved
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 6416:2017(E)
6.1.3 The calculation of water velocity is
— independent of the speed of sound in water,
— proportional to the difference in transit times,
— inversely proportional to the product of the transit times,
— critically dependent on t
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 6416
Quatrième édition
2017-10
Hydrométrie — Mesure du débit
par la méthode du temps de transit
ultrasonique (temps de vol)
Hydrometry — Measurement of discharge by the ultrasonic transit
time (time of flight) method
Numéro de référence
ISO 6416:2017(F)
ISO 2017
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 6416:2017(F)
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© ISO 2017, Publié en Suisse

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.
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ii © ISO 2017 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 6416:2017(F)
Sommaire Page

Avant-propos ................................................................................................................................................................................................................................v

1 Domaine d'application ................................................................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 1

3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 1

4 Applications ............................................................................................................................................................................................................... 1

4.1 Types d’applications........................................................................................................................................................................... 1

4.2 Avantages et inconvénients .......................................................................................................................................................... 2

5 Méthode de mesure ........................................................................................................................................................................................... 2

5.1 Débit ................................................................................................................................................................................................................. 2

5.2 Calcul du débit par mesurage du temps de transit .................................................................................................. 3

6 Détermination de la vitesse d’écoulement par la méthode ultrasonique (temps

de transit) .................................................................................................................................................................................................................... 3

6.1 Principe ......................................................................................................................................................................................................... 3

6.2 Propagation du son dans l’eau................................................................................................................................................... 6

6.2.1 Généralités ............................................................................................................................................................................ 6

6.2.2 Vitesse du son dans l’eau .......................................................................................................................................... 6

6.2.3 Pertes de propagation ................................................................................................................................................. 7

6.2.4 Courbure de la corde .................................................................................................................................................... 8

6.2.5 Réflexion ................................................................................................................................................................................. 9

7 Configuration du système de mesure...........................................................................................................................................10

7.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................10

7.2 Systèmes à corde unique .............................................................................................................................................................10

7.3 Systèmes à cordes multiples ....................................................................................................................................................11

7.4 Systèmes à cordes croisées........................................................................................................................................................11

7.5 Systèmes à cordes réfléchies ....................................................................................................................................................13

7.6 Systèmes à transpondeurs .........................................................................................................................................................14

7.7 Systèmes sans fil (en cas d’impossibilité de traversée par câbles) .........................................................15

7.8 Systèmes utilisant des sections de mesure divisées ............................................................................................16

7.9 Cordes inclinées ..................................................................................................................................................................................17

8 Détermination du débit ..............................................................................................................................................................................17

8.1 Systèmes à corde unique .............................................................................................................................................................17

8.2 Systèmes à cordes multiples ....................................................................................................................................................19

8.2.1 Généralités .........................................................................................................................................................................19

8.2.2 Méthode de la section médiane........................................................................................................................20

8.2.3 Méthode de la section moyenne ......................................................................................................................21

8.3 Systèmes avec transducteurs dans le canal .................................................................................................................22

9 Vérification et étalonnage du système ........................................................................................................................................23

10 Sélection du site .................................................................................................................................................................................................24

11 Étude du site — Avant la conception et la construction ...........................................................................................25

11.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................25

11.2 Étude visuelle ........................................................................................................................................................................................25

11.3 Étude de la section mouillée ....................................................................................................................................................25

11.4 Étude de la répartition de vitesse ........................................................................................................................................25

11.5 Étude de la propagation du signal .......................................................................................................................................26

12 Exigences relatives au mesurage opérationnel .................................................................................................................26

12.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................26

12.2 Principales composantes de la détermination du débit ...................................................................................26

12.3 Détermination de la vitesse de l’eau .................................................................................................................................26

12.4 Détermination de la hauteur ou profondeur d’eau...............................................................................................27

12.5 Détermination du niveau moyen du lit ...........................................................................................................................27

© ISO 2017 – Tous droits réservés iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 6416:2017(F)

12.6 Largeur du canal .................................................................................................................................................................................28

13 Équipement de la station de jaugeage ........................................................................................................................................29

13.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................29

13.2 Conception et construction de l’équipement .............................................................................................................29

13.2.1 Transducteurs .................................................................................................................................................................29

13.2.2 Câbles de transducteurs .........................................................................................................................................30

13.3 Réflecteurs ...............................................................................................................................................................................................31

13.4 Ouvrages de génie civil ..................................................................................................................................................................33

13.5 Synchronisation et traitement des signaux .................................................................................................................33

13.5.1 Généralités .........................................................................................................................................................................33

13.5.2 Rapport signal/bruit .................................................................................................................................................34

13.5.3 Maintien du signal (commande automatique de gain) ................................................................34

13.5.4 Détection du signal .....................................................................................................................................................35

13.5.5 Filtrage post-détection ............................................................................................................................................36

13.6 Contrôle automatique du système ......................................................................................................................................36

13.7 Données spécifiques au site (ou paramètres du site) .........................................................................................37

13.8 Horloge et calendrier ......................................................................................................................................................................37

13.9 Critères de performance du système ................................................................................................................................37

13.9.1 Généralités .........................................................................................................................................................................37

13.9.2 Environnement de fonctionnement .............................................................................................................37

13.9.3 Environnement hydrique ......................................................................................................................................38

13.9.4 Environnement mécanique .................................................................................................................................38

13.9.5 Conditions environnementales extrêmes................................................................................................38

13.9.6 Alimentation électrique ..........................................................................................................................................38

13.9.7 Incertitude de mesure ..............................................................................................................................................38

13.10 Sortie du système...............................................................................................................................................................................39

13.10.1 Affichage local .................................................................................................................................................................39

13.10.2 Enregistrement local .................................................................................................................................................39

13.10.3 Enregistrement à distance ....................................................................................................................................39

13.10.4 Informations de diagnostic ..................................................................................................................................39

13.11 Installation ...............................................................................................................................................................................................39

13.12 Mise en service .....................................................................................................................................................................................40

13.13 Manuel d’utilisation .........................................................................................................................................................................41

13.14 Maintenance ...........................................................................................................................................................................................41

14 Incertitudes de mesure ...............................................................................................................................................................................42

14.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................42

14.2 Définition de l’incertitude ..........................................................................................................................................................43

14.3 Incertitude relative au débit .....................................................................................................................................................43

14.3.1 Équation d’incertitude .............................................................................................................................................43

14.3.2 Nombre de cordes effectives ..............................................................................................................................44

14.3.3 Incertitude relative à la vitesse de ligne, U ..........................................................................................

lv 44

14.3.4 Incertitude d’estimation de la largeur du canal, U .........................................................................

w 45

14.3.5 Exemples d’estimation de l’incertitude .....................................................................................................45

14.3.6 Estimation de l’incertitude à faible débit ................................................................................................47

14.3.7 Estimation de l’incertitude à débit élevé .................................................................................................48

Annexe A (informative) Principe de l’incertitude de mesure ..................................................................................................50

Annexe B (informative) Guide de performance applicable à l’équipement hydrométrique

utilisable dans les normes techniques .......................................................................................................................................58

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................61

iv © ISO 2017 – Tous droits réservés
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ISO 6416:2017(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 (IEC) 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/IEC, 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/IEC, Partie 2 (voir http://

www.iso.org/directives).

L'attention est attirée 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 dans la liste des déclarations de

brevets reçues par l'ISO (voir www.iso.org/brevets).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

engagement.

Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions

spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion

de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles

techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www.iso.org/avant-propos.

Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 113, Hydrométrie, sous-comité SC 1,

Méthode d’exploration du champ des vitesses.

Cette quatrième édition annule et remplace la troisième édition (ISO 6416:2004), qui a fait l'objet d'une

révision technique. Les principales modifications apportées à la version précédente sont les suivantes:

— modification du titre;
— ajout d’un nouveau paragraphe (7.7) sur les systèmes sans fil;
— suppression des anciens paragraphes 9.2 et 11.6;
— révision de l’Article 10 sur le choix du site;

— ajout de l’Annexe A (Principe de l’incertitude de mesure) et de l’Annexe B (Guide de performance

applicable à l’équipement hydrométrique utilisable dans les normes techniques).
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NORME INTERNATIONALE ISO 6416:2017(F)
Hydrométrie — Mesure du débit par la méthode du temps
de transit ultrasonique (temps de vol)
1 Domaine d'application

Le présent document décrit l’installation et le fonctionnement d’une station de jaugeage ultrasonique

(temps de transit) conçue pour mesurer en continu le débit dans une rivière, un canal découvert ou

une conduite fermée. Il décrit également les principes de base sur lesquels reposent la méthode, le

fonctionnement et la performance des appareils associés et les modes opératoires de mise en service.

Il est limité à la technique du «temps de transit des impulsions ultrasonores» et n’est pas applicable aux

systèmes basés sur les techniques utilisant «l’effet Doppler», «la corrélation d’échos» ou «les relations

hauteur/débit».

Le présent document n’est pas applicable au mesurage en rivières en présence de glace.

NOTE Le présent document est axé sur le mesurage du débit dans les canaux découverts. L’IEC 60041 couvre

l’utilisation de la technique de mesure du débit dans les conduites en charge.
2 Références normatives

Les documents suivants sont référencés dans le texte de sorte qu’une partie ou la totalité de leur

contenu constitue les exigences du présent document. 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
ISO 4373, Hydrométrie — Appareils de mesure du niveau de l’eau
ISO/TS 25377, Lignes directrices relatives à l’incertitude en hydrométrie (HUG)
3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 772 s'appliquent.

L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en

normalisation, consultables aux adresses suivantes:

— ISO Online Browsing Platform (OBP): disponible à l’adresse https://www.iso.org/obp

— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http://www.electropedia.org/
4 Applications
4.1 Types d’applications
a) Canaux découverts
b) Canaux multiples
c) Conduites fermées
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ISO 6416:2017(F)

La présente méthode ne requiert aucun contrôle artificiel ou naturel car elle ne repose pas sur

l’établissement d’une relation unique entre le niveau d’eau et le débit.
4.2 Avantages et inconvénients

Les avantages et les inconvénients suivants doivent être pris en compte lors du déploiement de ce

système de mesure.
Avantages
1. Potentiel de haute exactitude
2. Tolérance vis-à-vis des effets de remous

3. Capacité de mesure dans des canaux multiples et de combinaison des résultats pour donner le

débit total

4. Capacité de détermination des vitesses moyennes à différentes hauteurs dans la colonne d’eau

5. Faible impact visuel
6. Sans danger pour les poissons
7. Alimentation électrique sur secteur facultative

8. Possibilité d’utiliser des systèmes à sécurité intrinsèque dans des atmosphères explosives

9. Absence d’obstruction ou de perte de hauteur d’eau
10. En adéquation avec une vaste gamme de largeurs et profondeurs de canaux
11. Possibilité d’avoir un système de mesure redondant
12. Coûts de fonctionnement relativement faibles
Inconvénients
1. Nécessité d’éviter tout site à section mouillée instable, si possible
2. Exigence d’une profondeur d’eau minimale pour fonctionner
3. Nécessité éventuelle de câbles reliant les deux côtés du canal
4. Dysfonctionnement des capteurs lié à des détritus flottants
5. Atténuation potentielle du signal sonore par
les matières solides en suspension
la végétation aquatique
les bulles d’air
les gradients de température
les gradients de salinité

Le présent document donne des explications détaillées de ces avantages et inconvénients.

5 Méthode de mesure
5.1 Débit

5.1.1 Le débit, tel que défini dans l’ISO 772, est le volume de liquide traversant une section mouillée

par unité de temps. Il est généralement désigné par le symbole Q et exprimé en mètres cubes par

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ISO 6416:2017(F)
3 −1

seconde (m ·s ). La définition du débit est le produit de la section mouillée et de la vitesse moyenne

perpendiculaire à cette section.
Ainsi:
Qv=×A (1)
3 −1
Q est le débit, exprimé en mètres cubes par seconde (m ·s );
est la vitesse moyenne, exprimée en mètres par seconde (m·s );
A est la section mouillée, exprimée en mètres carrés (m ).

La méthode du temps de transit est une méthode d’exploration du champ des vitesses utilisant les

vitesses d’écoulement qui ont été déterminées par l’équipement et dont la moyenne est calculée sur une

ou plusieurs lignes qui sont habituellement, mais pas nécessairement, horizontales.

5.2 Calcul du débit par mesurage du temps de transit

5.2.1 Le débit peut être calculé en utilisant la méthode d’exploration du champ des vitesses (voir en 5.1),

à condition qu’une relation puisse être établie entre les vitesses déterminées par le système ultrasonique

à temps de transit et la vitesse moyenne de la section mouillée. Si des trajectoires opérationnelles

(cordes) assez nombreuses sont suffisamment réparties sur la verticale pour définir le profil de vitesse,

une moyenne pondérée des vitesses d’écoulement échantillonnées obtenues peut être intégrée pour

donner une estimation de la vitesse moyenne dans la section mouillée. En revanche, si les cordes ne sont

pas assez nombreuses, une relation entre la vitesse mesurée (indice de vitesse) et la vitesse moyenne

peut être établie à l’aide d’une technique de jaugeage point par point, par exemple avec un courantomètre

hydrométrique à élément rotatif ou un profileur de courant acoustique à effet Doppler (ADCP).

5.2.2 Il est également nécessaire de connaître l’aire de la section mouillée de l’eau pour calculer le

débit. Un système ultrasonique à temps de transit sera donc normalement capable non seulement de

mesurer la vitesse de façon échantillonnée mais également de déterminer (ou d’accepter un signal d’un

autre dispositif de détermination) la profondeur d’eau ainsi que d’enregistrer les informations sur la

relation entre la profondeur d’eau et l’aire de la section mouillée. Il sera également capable d’exécuter

les fonctions mathématiques nécessaires pour calculer le débit à partir des données enregistrées et

déterminées directement.
6 Détermination de la vitesse d’écoulement par la méthode ultrasonique (temps
de transit)
6.1 Principe

6.1.1 Une impulsion ultrasonore se propage dans un écoulement d’eau plus rapidement dans une

direction aval que dans une direction amont. La vitesse d’une impulsion sonore dirigée vers l’aval de

l’écoulement en diagonale sera augmentée par la composante de la vitesse de l’eau. À l’inverse, la vitesse

d’une impulsion sonore dans la direction opposée sera réduite. La différence de temps de transit dans les

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ISO 6416:2017(F)

deux directions peut être utilisée pour calculer la vitesse du son dans l’eau ainsi que la composante de la

vitesse sur la corde suivie par les impulsions ultrasonores.
Légende
1 composante v de la vitesse de l’eau sur la corde
corde
2 composante v de la vitesse de l’eau dans la direction de l’écoulement
moyenne
3 direction d’écoulement
4 largeur du canal
5 longueur de corde (L)
A, B transducteurs
θ angle entre la corde et la direction d’écoulement
y distance entre les transducteurs
Figure 1 — Illustration schématique du princi
...

Questions, Comments and Discussion

Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.