ISO 1070:1992
(Main)Liquid flow measurement in open channels — Slope-area method
Liquid flow measurement in open channels — Slope-area method
The method is suitable for use under somewhat special conditions when direct measurement of discharge by more accurate methods is not possible. It can be used with reasonable accuracy in open channels having stable boundaries, bed and sides (e.g. rock), in lined channels and in channels with relatively coarse material. In other cases it is subject to large uncertainties, and it is not suitable for use in very large channels, channels with very flat surface slopes and high sediment load or channnels having significant curvature.
Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts — Méthode de la pente de la ligne d'eau
La présente Norme internationale prescrit une méthode permettant de déterminer le débit des liquides dans les canaux découverts à partir d'observations de la pente de la ligne d'eau et de l'aire de la section mouillée du chenal. Cette méthode est utilisée dans des conditions plus ou moins particulières, lorsque la mesure directe de débit par des méthodes plus précises, comme celle de l'exploration du champ des vitesses, n'est pas possible. La méthode de la pente de la ligne d'eau peut être utilisée avec une exactitude acceptable dans les canaux découverts dont les berges et le lit sont stables (formés, par exemple, par des rochers ou de l'argile cohésive) ou pourvus d'un revêtement, et dans les canaux découverts dont le lit est en matériaux assez grossiers. Elle peut également être utilisée dans des chenaux alluviaux, y compris des chenaux avec écoulement dans le lit majeur ou avec des sections qui ne sont pas uniformes, sous réserve d'accepter les grandes incertitudes provenant du choix de la valeur du coefficient de rugosité (tel que le coefficient de Manning n ou le coefficient de Chézy C). En général, la méthode peut être utilisée pour déterminer le débit a) au moment de la détermination des niveaux à partir d'une série de limnimètres; b) pour un débit de point 927e qui a laissé des délaissés de crue sur une série de limnimètres ou là où les hauteurs de pointe ont été enregistrées par une série de limnimètres; c) pour un débit de pointe qui a laissé des délaissés de crue le long des rives du cours d'eau. Toutefois, il convient de ne pas utiliser cette méthode dans les chenaux très larges ou à très faible pente et d'une forte concentration en sédiments ou encore dans les chenaux avec des courbures significatives. Bien que l'exactitude des résultats obtenus par mesurage de la pente de la ligne d'eau soit moindre que celle des résultats obtenus par la méthode d'exploration du champ des vitesses, il est parfois nécessaire d'utiliser la m
General Information
Relations
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INTERNATIONAL
STANDARD
Second edi tion
1992-06-15
Liquid flow measurement in open channels -
Slope-area method
Mesure de d6bit des liquides dans les canaux dkouverts - MWode de
la pente de la liqne d’eau
c
Reference number
ISO 1070: 1992(E)
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ISO 1070:1992(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. Esch 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, govern-
mental 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.
Draf? International Standards adopted by the technical committees are
circulated to the member bodies for voting. Publication as an Inter-
national Standard requires approval by at least 75 O/o of the member
bodies casting a vote.
International Standard ISO 1070 was prepared by Technical Committee
ISO/TC 113, Measurement of liquid flow in open channels, Sub-
Committee SC 1, Velocity area methods.
This second edition cancels and replaces the first edition
(ISO 1070:1973), of which it constitutes a technical revision.
Annexes A and B of this International Standard are for information only.
0 ISO
1992
All rights reserved. No part of this publication may be reproduced or utilized in any form
or by any means, electronie or mechanical, including photocopying and microfilm, without
Permission in writing from the publisher.
Intern ational Organizati on for Standardiz
ation
211 Geneve 20 l
Case Postale 56 l CH-l Switzerland
Printed in Switzerland
ii
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-_--
ISO 1070:1992(E)
INTERNATIONAL STANDARD
Liquid flow measurement in open channels - Slope-area
method
floods is such that other methods of measuring dis-
1 Scope
Charge cannot be used.
This International Standard specifies a method of
determining liquid flow in open channels from ob-
2 Normative references
servations of the surface slope and Cross-sectional
area of the channel. It is suitable for use under
The following Standards contain provisions which,
somewhat special conditions when direct measure-
through reference in this text, constitute provisions
ment of discharge by more accurate methods, such
of this International Standard. At the time of publi-
as the velocity-area method, is not possible. cation, the editions indicated were valid. All stan-
dards are subject to revision, and Parties to
The slope-area method tan be used with reasonable
agreements based on this International Standard
accuracy in open channels having stable bound-
are encouraged to investigate the possibility of ap-
aries, bed and sides (e.g. rock or very cohesive
plying the most recent editions of the Standards in-
clay), in lined channels and in channels with rela-
dicated below. Members of IEC and ISO maintain
tively coarse material. lt may also be used in alluvial
registers of currently valid International Standards.
channels, including channels with overbank flow or
non-uniform channel Cross-sections, but in these
ISO 772:1988, Liquid flow measurement in open
cases the method is subject to Iarge uncertainties
channels - Vocabulary and symbok.
owing to the selection of the rugosity coefficient
(such as Manning’s coefficient yt or Chezy’s coef-
ISO IIOO-2:1982, Liquid flow measurement in open
ficient Ci).
channels -- Part 2: Determination of the stage-
discharge rela tion.
Generally the method may be used to determine
discharge
ISO 4373:1979, Measurement of liquid f7ow in open
- Water Level measuring devices.
channels
a) at the time of determining gauge heights from a
series of gauges;
ISO 5168:1978, Measurement of fluid f7ow -- Esti-
mation of uncertainty of a flow-rate measurement.
b) for a peak flow that left marks on a series of
gauges or where peak stages were recorded by
a series of gauges; 3 Definitions
peak flow th at left high-water marks along
c) for a For the purposes of this International Standard, the
banks.
the st ream definitions given in ISO 772 apply.
This method is not suitable for use in very large
4 Principle of the method of measurement
channels, channels with very flat surface slopes and
high Sediment load or channels having significant
A measuring resch is Chosen for which the mean
curvature.
area of the stream or river cross-section is deter-
mined and the surface slope of the flowing water in
Although the accuracy of the results given by the
that resch is measured. The mean velocity is then
slope-area method is less than that of the results
established by using known empirical formulae
given by the velocity-area method, the slope-area
which relate the velocity to the hydraulic mean
method is sometimes the only method that tan be
depth, and the surface slope is corrected for the
used for determining the extreme high-stage end of
kinetic energy of the flowing water and the charac-
rating curves in cases where the magnitude of
1
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ISO 1070:1992(E)
5.2.8 A tonverging resch should be selected in
teristics of the bed and bed material. The discharge
preference to an expanding resch. Rapidly expand-
is computed as the product of the mean velocity and
ing reaches should not be selected (see 10.4).
the mean area of the stream Cross-section.
52.9 The physical characteristics of the resch
5 Selection and demarcation of site
should be such that the time lag of flow in the resch
may be negligible.
5.1 Initial Survey of site
5.3 Demarcation of site
lt is recommended that approximate measurements
of widths, depths and surface slopes should be
Once the measuring resch has been selected,
made in a preliminary Survey to decide whether the
Cross-sections normal to the direction of flow shall
site is suitable and conforms, as far as possible,
be Chosen and markers which are clearly visible and
with the conditions specified in 5.2 and 5.3. These
identifiable shall be placed on both banks (see also
measurements should serve as a guide only.
9.1). A reference gauge, levelled to a Standard da-
turn, shall be installed (see 6.1).
5.2 Selection of site
The site should be monitored to ensure that no
physical changes occur which render it unsuitable.
52.1 There should be no progressive tendency for
If changes do take place and the site cannot be
the river to scour or to deposit Sediment.
successfully restored, a new site should be selected.
52.2 Ideally, the river resch should be straight, and
6 Devices for measurement of dope
should contain no large curvatures or meanders.
There should not be any abrupt Change in the bed
6.1 Reference gauge
slope in the measuring resch, as tan occur in rocky
channels. The Cross-section should be uniform
The reference gauge shall comprise a well gauge,
throughout the resch and free from obstructions.
where feasible, preferably incorporating a vertical
Preferably, Vegetation should be minimal and as
gauge rather than an inclined gauge. The vertical .
uniform as possible throughout the resch.
gauge (or inclined gauge) shall comply with
ISO 4373. The markings shall be clear and accurate
52.3 The bed material should be similar in nature
and shall cover the range of Stage to be measured.
throughout the resch.
The reference gauge shall be securely fixed to an
immovable and rigid support in the stream and shall
52.4 Wherever possible, the length of the resch
be correlated to a fixed benchmark by precise
should be such that the differente between the wa-
levelling to the national or another datum.
ter levels at the upstream and downstream gauges
should be not less than ten times the uncertainty in
When the uncertainty in the
the differente. 6.2 Water-level recorder
measurement of the water level at each gauge is
similar, then the distance between the gauges
Water-level recorders (if used) shall comply with
should be sufficient for the fall to be not less than
ISO 4373.
twenty times the uncertainty in measurement at one
gauge.
6.3 Crest Stage gauge
5.2.5 The flow in the resch should be free from
A crest Stage gauge is suitable for use where only
significant disturbances due to the effect of tribu-
the peak Stage attained during a flood has to be de-
taries.
termined. Peak discharges tan be calculated from
two or more gauges installed in a resch of the river,
at locations suitable for defining Cross-sectional
5.2.6 The flow in the channel should be contained
profiles.
within defined boundaries. If possible, reaches in
which overbank flow conditions exist should not be
selected. Where this is unavoidable, however, a
6.4 High-water marks
resch in which there are no very shallow flows over
the flood plain should be sought, but additional
The Stage and slope of peak flows tan be deter-
computations will be necessary in the determination
mined by surveying high-water marks in the
of discharge.
measuring resch. Several types of high-water mark
may be found, such as drift on banks, wash lines,
5.2.7 The site should not be subject to Change in seed lines on trees, mud lines, and drift in bushes
the flow regime from subcritical to supercritical or or trees. Esch high-water mark should be rated as
excellent, good, fair or poor. This information will be
from supercritical to subcritical (but see 10.6).
2
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ISO 1070:1992(E)
so as to provide a visual Profile of the high-water
helpful when interpreting the high-water Profile and
marks. Irregularities in the Profile tan be easily seen
slope.
from such a Plot, which will aid in the interpretation
of the high-water Profile and the water surface
7 Procedure for installing gauges and
slope.
making observations
9 Cross-sections of the stream
7.1 Installation
9.1 Number of Cross-sections
Gauges shall be installed, on both banks of the river,
at no fewer than three Cross-sections, making a total
A minimum of three Cross-sections of the selected
of at least six gauges. The gauges shall be refer-
measuring resch are generally desirable. These
enced to a common datum.
shall be clearly marked on the banks by means of
masonry pillars or easily identifiable markers. The
7.2 Procedure for Observation of gauges
Cross-sections shall be numbered so that the cross-
section furthest upstream is identified as section 1,
The gauges shall be read from such a Position as to
the adjacent Cross-section downstream is identified
avoid all parallax errors. For each measurement, the
as section 2, and so on.
gauge shall be observed continuously for a mini-
mum period of 2 min or for the period of a complete
oscillation, whichever is the longer, and the maxi- 9.2 Measurement of cross-sectional profiles
mum and minimum readings taken and averaged.
The Profile of each of the Cross-sections selected
When using water-Ievel recorders, an observer
shall be measured at the Same time at which the
should check the time displayed on each recorder
gauge observations are made, or as close as poss-
against an accurate clock before and after the
ible to this time. lt is often impossible to measure
measurement period and also during the measure-
the Cross-section during flood and therefore an error
ment period. All gauges should be observed as fre-
may be introduced in the flow determination owing
quently as is necessary to record significant
to an unobserved and temporary Change in cross-
changes in Stage which occur during the measure-
section. If the section is stable, however, it will be
ment period.
sufficient to observe the Cross-sections before and
after a flood. Three Cross-sectional profiles should
be observed before and after floods where there is
7.3 Other observations
a differente in the velocities at the two ends of the
The date, time, weather conditions (especially wind resch.
Speed and direction), direction of the flow, and con-
If, for any reason, it is not possible to measure more
ditions of Vegetation at the time of measurement
than one Cross-section, the central one only may be
should be recorded.
observed.
8 Computation of surface slope
10 Computation sf discharge for
non-uniform and composite Cross-sections
8.1 Computation of surface slope from
gauges
The discharge of a stream in a particular resch shall
be calculated from the formula
The surface slope is computed from the gauge ob-
servations at the upstream and downstream gauges
Q = KS”*
. . .
(1)
delimiting the measuring resch, the intermediate
gauge(s) being used to tonfirm that the slope is
where
uniform throughout the resch. The gauges shall be
read to the smallest marking on the gauge.
Q is the discharge;
K is the conveyance;
8.2 Computation of surface slope from
high-water marks
S is the friction slope.
When accurate gauge levels da not exist or have
10.1 Computation of conveyance
been destroyed, the slope during the peak Stage tan
be estimated from flood marks on the channel
banks. Several reliable high-water marks for each 10.1 .l Non-uniform section
bank shall be used to define the flow Profile. Esch
high-water mark shall be defined by its Position When the channel section is i n the form of a Single
along a baseline and a graphical plot shall be made chann et but is not unifo rm betw een two
cross-
3
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ISO 1070: 1992(E)
sections, say sections 1 and 2, (it may be either na, nb and nc are Manning’s coefficient of
tonverging or slightly expanding) the conveyance rugosity for the three com-
K, and K2 of the upstream and downstream cross- ponents of the composite sec-
tion.
sections respectively should be calculated. The
mean conveyance for the resch will then be given
If the shape of the composite Cross-section varies
by the geometric mean of the two values thus
between sections 1 and 2 then the conveyance fac-
K = (K, x K2)“* . . .
tors for both composite Cross-sections 1 and 2
(2)
should be evaluated separately and the mean
conveyance of the resch should then be calculated
following the procedure given in 10.1.1.
K is the conveyance of the upstream
1
Cross-section (section 1)
K =+l,Rhi3
1
K is the conveyance of the down-
2
stream cross-section (section 2)
K - 1 A,R;;
*-- 4
Composite cross-section of a channel
Figure 1 -
n, and 12~ are Manning’s coeffkient of
rugosity (roughness) at section 1
and section 2 respectively;
are the Cross-sectional areas at
A, and A2
10.2 Computation of the hydraulic radius
section 1 and section 2 respect-
The hydraulic radius Rh at any section is the ratio
of the area of flow A to the wetted perimeter IJ:
Z$.,, and 4, are the hydraulic radii at section 1
and section 2 respectively.
Rh=+- . . .
(4)
The area of flow, i.e. the alea of the Cross-section,
and the wetted perimeter are computed as follows
(see also figure 2).
10.1.2 Composite section
If the depths of flow of a channel, measured at dif-
Rivers in the flood plain generally have composite
ferent Points along a Cross-section by sounding, are
illustrated in figure 1. The
Cross-sections as
d,? d2, d3, . . . . d, _ 1 and dO = dn = 0 (see figure 2), the
conveyance for each component part of the section
area of the Cross-section may be computed as
should be evaluated and summed to obtain the
conveyance factor for the whole section, i.e.
(5) ,
K= Ka+ Kb+k; . . .
(3)
and the wetted perimeter may be computed as
where
K = & Aa RiL
a
. . .
P= 244
(6)
a
i -- 1
- L n,R;f
K
b - t?b
K - -!- A,R,f;
c- n
C
are the areas of the three
/Ia, Ab and Ac
components of the composite
section;
Rha, &.,b and R,, are the hydrau ic radii for the
three compone Its of the com-
posite section; Figure 2 - Cross-section of a channel
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ISO 1070:1992(E)
the computation, the true velocity head will be ex-
10.3 Value of Manning’s coefficient
n
pressed as av’/2g where the value of a may be
greater than 1 and the values of al and a2 in com-
Where a reasonable value of Manning’s coefficient
posite Cross-sections may be calculated from
of rugosity tan be extrapolated from discharge
measurements taken in the measuring resch by ac-
curate methods, the values obtained may be used
a or Tx. ~W??4)
provided that there have been no subsequent
. . .
1 2=-- (8)
2
changes in the channel characteristics. lt should be K3/A
borne in mind that the greater the extrapolation of
the data, the less reliable the result will be.
In the absence of measured data, the values given
K is the conveyance of the total Cross-section;
in table A-1 may be used for channels with relatively
coarse bed material and not characterized by bed
Kj is the conveyance of component i, where
formations, and those given in table A.2 may be
i = 1 to 12;
used for channels with other than coarse bed ma-
terial and for channels having Vegetation, clay and
A is the area of the total Cross-section;
rocky banks, etc. Ripples, dunes, etc. may form in
the sand beds of alluvial channels. Manning yt and
n is the area of component i, where i= 1
i
Chezy c’ coefficient values tan be estimated ap-
to n.
proximately by relevant predictive
applying
equations using bed form geometry.
The velocity head coefficient may also be obtained
from the following empirical equation
2
10.4 Evaluation of the friction dope
l+JdC
0,34 + -
(x = 1 -t- 0,88 . . .
(9)
2,3 + 0,3(:7&
The friction slope S of the resch between sections 1
>
and 2 (see figure3) may be defined as
where (: is the Chezy coefficient.
(z, -.,+i $33~ -KJ (7)
The energy head loss due to convergence or ex-
- -----
1. --
v . . . pansion of the channel in the measuring resch is
1 ,
assumed to be equal to the differente in the velocity
heads at the two sections considered multiplied by
a coefficient (1 - K,). The value of K, is taken to be
Zero for uniform and tonverging reaches and 05 for
expanding reaches. The energy loss coefficient of
is the measured fall;
21 - 22
0,5 for expanding reaches is an approximation, and
therefore rapidly expanding reaches should not be
at and a2 are velocity head coefficients;
selected for slope-area measurements.
K is the energy loss zoefficient;
e
For a tonverging resch, the friction slope to be used
in the discharge calculation may therefore be cal-
V, and 1~~ are the mean velocities at section 1
culated as
and section 2 respectively and are
given by the ratio Q/,/r at the two
sections;
@-.,i( g-g)
(1o)
LT rzz -
J J is the length of the channel resch. . . .
I ,
In figure3, the numerator of formula(7) is given by
and for expanding reache
...
ISO
NORME
INTERNATIONALE
1070
Deuxième édition
1992-06-l 5
Mesure de débit des liquides dans les canaux
découverts - Méthode de la pente de la ligne
d’eau
Liquid flow measuremerd in open channels -- Slope-area method
------.-zzz=zzrm
~- --
-- ---
Numéro de référence
-~ --_-
_- _-_.__ --_-- -
---- .__ ISO 1070: 1992(F)
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISC? 1070:1992(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération
mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités membres
de I’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général
confiée aux comités techniques de I’ISO. Chaque comité membre inté-
ressé par une étude a le droit de faire partie du comité technique créé
à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec I’ISO participent également aux tra-
vaux. L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique
internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotech-
nique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techni-
ques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication
comme Normes internationales requiert l’approbation de 75 % au moins
des comités membres votants.
La Norme internationale ISO 1070 a été élaborée par le comité techni-
que ISO/TC 113, Mesure de débit des liquides dans les canaux décou-
verts, sous-comité SC 1, Méthodes d’exploration du champ des
vitesses.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition
(ISO 1070:1973), dont elle constitue une révision technique.
Les annexes A et B de la présente Norme internationale sont données
uniquement à titre d’information.
0 ISO 1992
Droits de reproduction réservés. Aucune partie de cette publication ne peut être repro-
duite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou
mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case Postale 56 l CH-1211 Genève 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
ii
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ISO 1070:1992(F)
NORME INTERNATIONALE
Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts -
Méthode de la pente de la ligne d’eau
pente et d’une forte concentration en sédiments ou
1 Domaine d’application
encore dans les chenaux avec des courbures signi-
ficatives.
La présente Norme internationale prescrit une mé-
Bien que l’exactitude des résultats obtenus par me-
thode permettant de déterminer le débit des liquides
surage de la pente de la ligne d’eau soit moindre
dans les canaux découverts à partir d’observations
que celle des résultats obtenus par la méthode
de la pente de la ligne d’eau et de l’aire de la sec-
d’exploration du champ des vitesses, il est parfois
tion mouillée du chenal. Cette méthode est utilisée
nécessaire d’utiliser la méthode de la pente de la
dans des conditions plus ou moins particulières,
ligne d’eau pour définir l’extrémité supérieure des
lorsque la mesure directe de débit par des métho-
courbes de tarage, dans les cas où l’importance des
des plus précises, comme celle de l’exploration du
crues est telle qu’on ne peut utiliser d’autres mé-
champ des vitesses, n’est pas possible.
thodes de mesurage du débit.
La méthode de la pente de la ligne d’eau peut être
utilisée avec une exactitude acceptable dans les
canaux découverts dont les berges et le lit sont sta-
2 Références normatives
bles (formés, par exemple, par des rochers ou de
l’argile cohésive) ou pourvus d’un revêtement, et
dans les canaux découverts dont le lit est en maté- Les normes suivantes contiennent des dispositions
riaux assez grossiers. Elie peut également être uti- qui, par suite de la référence qui en est faite,
lisée dans des chenaux alluviaux, y compris des constituent des dispositions valables pour la pré-
sente Norme internationale. Au moment de la pu-
chenaux avec écoulement dans le lit majeur ou avec
blication, les éditions indiquées étaient en vigueur.
des sections qui ne sont pas uniformes, sous ré-
Toute norme est sujette à révision et les parties
serve d’accepter les grandes incertitudes provenant
accords fondés sur la présente
du choix de la valeur du coefficient de rugosité (tel prenantes des
que le coefficient de Manning n ou le coefficient de Norme internationale sont invitées à rechercher la
possibilité d’appliquer les éditions les plus récentes
Chézy (3.
des normes indiquées ci-après. Les membres de la
En général, la méthode peut être utilisée pour dé- CEI et de I’ISO possèdent le registre des Normes
terminer le débit internationales en vigueur à un moment donné.
a) au moment de la détermination des niveaux à ISO 772:1988, Mesure de débit des liquides dans les
Vocabulaire et symboles.
partir d’une série de Iimnimètres; canaux découverts -
b) pour un débit de pointe qui a laissé des délais- ISO 1 IOO-2:1982, Mesure de débit des liquides dans
Partie 2: Déterminaiion de
les canaux découverts -
sés de crue sur une série de limnimètres ou là
la relation hauteur-débit.
où les hauteurs de pointe ont été enregistrées
par une série de Iimnimètres;
ISO 437311979, Mesure de débit des liquides dans les
canaux découverts - Appareils de mesure du niveau
c) pour un débit de pointe qui a laissé des délais-
de I’eaw
sés de crue le long des rives du cours d’eau.
ISO 51683978. Mesure de débit des fluides - Calcul
Toutefois, il convient de ne pas utiliser cette mé-
de l’erreur limite sur une mesure de débit.
thode dans les chenaux très larges ou à très faible
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 1070:1992(F)
que limnimètre est la même, la distance entre les
3 Définitions
limnimètres doit être suffisante pour que la
dénivellation soit au moins vingt fois l’incertitude
Pour les besoins de la présente Norme internatio-
sur la mesure du niveau d’eau sur un Iimnimètre.
nale, les définitions données dans I’ISO 772 s’appli-
quent.
52.5 L’écoulement dans le bief doit être exempt
de perturbations notables dues à des affluents.
4 Principe de la méthode de mesurage
5.2.6 L’écoulement dans le chenal doit rester dans
des limites déterminées. Dans la mesure du possi-
Choisir un bief de mesurage dans lequel seront dé-
ble, il faut éviter les biefs où existent des écou-
terminées l’aire moyenne de la section mouillée et
lements dans le lit majeur. Si cela est inévitable, on
la pente de la ligne d’eau. Déterminer alors la vi-
doit rechercher un bief où ne se produisent pas des
tesse moyenne grâce à des formules empiriques
écoulements très peu profonds à travers la plaine
connues qui relient la vitesse au rayon hydraulique,
inondable. Des calculs supplémentaires seront né-
et corriger la pente de la ligne d’eau pour tenir
anmoins nécessaires pour déterminer le débit.
compte de l’énergie cinétique de l’écoulement et
des caractéristiques du lit et des matériaux du lit.
5.2.7 II ne doit pas se produire dans le bief de
Calculer ensuite le débit comme le produit de la vi-
transitions du régime fluvial au régime torrentiel ou
tesse moyenne par l’aire moyenne de la section
inversement (mais voir 10.6).
mouillée.
5.2.8 II vaut mieux choisir un bief convergent qu’un
bief divergent et éviter les biefs présentant des
5 Choix et délimitation de l’emplacement
élargissements trop rapides (voir 10.4).
5.1 Reconnaissance préalable de
5.2.9 Les caractéristiques physiques du bief doi-
l’emplacement
vent être telles que le temps de propagation de
l’écoulement dans le bief puisse être négligeable.
II est souhaitable de mesurer approximativement,
au cours d’une reconnaissance préalable, la Iar-
5.3 Démarcation de l’emplacement
geur, la profondeur et la pente de la ligne d’eau, de
manière à vérifier que l’emplacement répond aussi
Une fois I’ernplacernent choisi, des sections trans-
bien que possible aux conditions indiquées en 5.2
versales normales à l’écoulement doivent être défi-
et 5.3. Ces rnesurages ne sont faits qu’à titre d’indi-
nies et repérées sur les deux rives par des
cation.
marquages visibles et facilement identifiables (voir
aussi 9.1). Un limnimètre de référence lié à un sys-
5.2 Choix de l’emplacement
tèrne de nivellement normalisé doit y être fixé (voit
. .
6 1)
5.2.1 La rivière ne doit pas avoir de tendance pro-
gressive à affouiller ou à déposer des sédiments.
L’emplacement doit être surveillé pour qu’il ne se
produise pas de changements de nature physique
52.2 Autant que possible le bief doit être droit et
qui le rendraient non conforme aux prescriptions
ne doit pas contenir de courbures significatives ni
ci-dessus. En cas de modification ne permettant pas
de méandres. Le lit ne doit pas présenter, dans le
de remettre le site en l’état, un nouvel emplacement
bief de mesurage,
de changements de pente
doit être choisi.
abrupts comme cela peut se produire dans les
chenaux à lit rocheux. La section transversale doit
être uniforme et libre d’obstacles dans tout le bief.
6 Dispositifs pour le mesurage de la
II est préférable que la végétation soit réduite au
minimum et répartie aussi uniformément que possi- pente
ble le long du bief.
6.1 Llmnimètre de référence
52.3 Le matériau du lit doit être de la même nature
tout le long du bief.
Le limnimètre de référence doit, si possible, être si-
tué dans un puits et être de préférence à échelle
52.4 Partout où c’est possible, la longueur du bief
verticale plutôt qu’à échelle inclinée. Le Iimnimètre
doit être telle que la différence entre les niveaux
à échelle verticale (ou le limnimètre à échelle incli-
d’eau aux Iimnimètres amont et aval soit au moins
née) doit être conforme à I’ISO 4373. Les repères
dix fois l’incertitude sur cette différence. Lorsque
doivent être nets et précis et couvrir l’étendue des
l’incertitude sur la mesure du niveau d’eau à cha-
niveaux à mesurer.
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 1070:1992(F)
limnigraphe avec celle d’une horloge précise avant
Le limnimètre de référence doit être solidement fixé,
dans le cours d’eau, à un support stable et rigide, et après la période de mesurage, et aussi durant la
et être relié à un repère de nivellement fixe ayant période de mesurage. Les appareils doivent être
fait l’objet d’un relevé topographique précis par relevés aussi fréquemment que possible pour noter
rapport au système national ou à un autre système les changements significatifs du niveau intervenant
normalisé. pendant toute la période de mesurage.
6.2 Limnigraphe 7.3 Autres observations
Les limnigraphes (s’ils sont utilisés) doivent être
La date, l’heure, les conditions météorologiques
conformes à I’ISO 4373.
(spécialement la vitesse et la direction du vent), la
direction de l’écoulement et l’état de la végétation
au moment du mesurage doivent être notés.
6.3 Limnimètre à niveau maximal
Un limnimètre à niveau maximal convient lorsque
l’on cherche seulement à déterminer le niveau
8 Détermination de la pente de la ligne
maximal atteint au cours d’une crue. Les débits de
d’eau
pointe peuvent être calculés à partir de deux ou
plusieurs Iimnimètres disposés dans un bief du
cours d’eau à des emplacements permettant de dé-
8.1
Détermination de la pente de la ligne
finir les profils de section.
d’eau à partir des relevés des limnimètres
6.4 Délaissés de crue La pente de la ligne d’eau est calculée à partir des
relevés des limnimètres aux deux extrémités du
La hauteur et la pente des débits de crue peuvent
bief, le(s) Iimnimètre(s) intermédiaire(s) étant
être déterminées à partir des délaissés de crue
utilisé(s) pour contrôler si la pente est égale tout le
disséminés dans le bief de mesurage. Plusieurs ty-
long du bief. Les Iimnimètres doivent être lus à la
pes de repères existent: éboulis des rives, ligne de
plus petite division de l’échelle.
décapage, arrachement de végétation sur les ar-
bres, traces de boue, échouage d’arbres ou de
8.2 Détermination de la pente de la ligne
buissons. Une note d’évaluation doit être donnée à
d’eau à partir des délaissés de crue
ces repères: excellent, bien, assez bien ou médio-
cre. Cette information sera utile pour interpréter le
Si l’on ne dispose pas de Iirnnimètres précis ou s’ils
profil et la pente de la ligne des hautes eaux.
ont été mis hors d’usage, une évaluation de la pente
au moment du niveau maximal peut être obtenue
par les délaissés de crue restés sur les rives. Plu-
7 Installation des limnimètres et relevé
sieurs repères fiables de délaissés de crue doivent
des observations être utilisés sur chaque rive pour définir le profil de
l’écoulement. Chaque repère doit être défini par sa
position sur un profil en long et les repères devront
7.1 Installation
être reliés par une courbe donnant une représen-
tation visuelle du profil des hautes eaux. Un tel tracé
Les Iimnimètres doivent être installés en trois sec-
permet de distinguer facilement les irrégularités de
tions, au moins, sur chacune des rives, soit un total
profil, ce qui aidera à l’interprétation du profil des
de six Iirnnimètres au moins. Les Iimnimètres doi-
hautes eaux et de la pente de la ligne d’eau.
vent être rattachés à un système de nivellement
commun.
7.2 Rel‘evé des observations
9 Sections mouillées
Les lectures sur les échelles doivent être faites en
9.1 Nombre de sections
évitant les erreurs de parallaxe. Pour chaque me-
surage, le limnimètre doit être observé en perma-
Dans le bief de mesurage choisi, il est souhaitable
nence, pendant 2 min au moins ou pendant une
d’utiliser au moins trois sections, qui doivent être
période complète d’oscillation si celle-ci dépasse
nettement repérées sur les rives par des piliers de
2 min; les lectures maximale et minimale doivent
maconnerie ou des marques faciles à identifier. Les
être relevées et leur moyenne calculée.
sections mouillées doivent être numérotées comme
Lorsque des limnigraphes sont utilisés, un obser- suit: 1 pour la section la plus amont, 2 pour la sui-
vateur doit vérifier l’heure indiquée sur chaque vante et ainsi de suite.
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 1070:1992(F)
9.2 Mesurage des sections
K - 1 A,R$”
*-- ?2*
Un mesurage de l’aire de chacune des sections
n, et 12~ sont les coefficients de rugosité de
choisies doit être fait pour chaque estimation de
Manning aux sections 1 et 2, res-
débit, au moment où les Iimnimètres sont relevés
pectivement;
ou le plus près possible de ce moment. II est sou-
vent impossible de mesurer la section pendant la
sont les aires des sections mouillées
A, et A2
crue, et par conséquent, une erreur peut être intro-
1 et 2, respectivement;
duite, provenant d’une modification non observée
et temporaire de la section. Cependant, si la section
sont les rayons hydrauliques aux
Rhl et 42
est stable, il suffira de déterminer les sections
sections 1 et 2, respectivement.
mouillées avant et après les crues. Trois profils de
section doivent être observés avant et après la crue,
s’il existe une différence de vitesses aux deux ex-
trémités du bief.
Si, pour une raison quelconque, il n’est pas possible
10.1.2 Section composite
de mesurer plus d’une section, seule celle du milieu
sera retenue.
Le lit majeur des rivières a généralement une sec-
tion mouillée composite comme le montre la
figure 1. II faut donc évaluer la débitante de chaque
partie et additionner les résultats pour déterminer
10 Calcul du débit pour des sections non
la débitante de la section totale, c’est-à-dire
uniformes et composites
K = K, + Kb -+ Kc . . .
(3)
Le débit d’un cours d’eau dans un bief donné doit
où
être calculé par la formule suivante:
K - -!- n,n;;
Q = KS”* . . .
a- II
(1)
a
où
b = +- /ibR;b
K
Q est le débit;
K
C
K est la débitante;
S est la pente.
sont les aires des trois compo-
santes de la section composite;
10.1 Calcul de la débitante
sont les rayons hydrauliques
des trois composantes de la
section composite;
10.1.1 Section non uniforme
sont les coefficients de rugosité
K!a, &, et nc
Lorsque le bief présente un chenal unique mais de
de Manning des trois compo-
section non uniforme entre les sections 1 et 2 (le
santes de la section composite.
bief peut être convergent ou légèrement divergent),
il faut calculer la débitante des sections amont K,
Si la forrne de la section composite varie entre la
et aval K2, respectivement. La débitante moyenne
section 1 et la section 2, il faut évaluer la débitante
du bief sera alors la moyenne géométrique des deux
dans chacune des deux sections séparément, puis
valeurs, c’est-à-dire
calculer la débitante moyenne de la manière indi-
quée en 10.1.1.
K = (K, x K2>“* . . .
(2)
où
K est la débitante de la section amont
1
(section 1)
7
h -‘n,i?;;3
1 - 12,
K est la débitante de la section aval
2
(section 2) Figure 1 - Section composite d’un chenal
4
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 1070:1992(F)
polation des données est importante, moins le ré-
10.2 Calcul du rayon hydraulique
sultat obtenu est fiable.
Le rayon hydraulique R, d’une section est le quo-
En l’absence de données expérimentales, on pourra
tient de l’aire de la section de passage n par le pé-
admettre les valeurs du tableau A.1 pour les canaux
rimètre mouillé P:
découverts dont le lit, constitué de matériaux rela-
tivement grossiers, ne comporte pas d’ondulations.
R,=$ . . .
(4)
Les valeurs du tableau A.2 sont des ordres de gran-
deur utilisables dans le cas de canaux découverts
L’aire de la section de passage, c’est-à-dire l’aire
dont le lit est constitué de matériaux non grossiers
de la section mouillée, et le périmètre mouillé, se
et dans le cas de canaux découverts dont les rives
calculent comme suit (voir aussi figure 2).
ont de la végétation, sont argileuses, rocheuses, etc.
Dans le cas des chenaux alluviaux à lit de sable, il
Si n, , dz, d3, . . . , dn _ 1 sont les profondeurs du chenal
peut se former des ondulations, des dunes, etc. Une
mesurées par sondage en différents points de la
estimation approximative des valeurs des coeffi-
section, et d, = d,= 0 (voir figure2), l’aire de la
cients de Manning n et de Chézy C peut être faite
section mouillée peut se calculer comme suit:
sur la base de la géométrie de la forme du lit, en
n
équations prédictives correspon-
appliquant les
(5) dantes.
et le périmètre mouillé peut être calculé comme
10.4 Évaluation de la pente de la ligne de
suit:
charge
La pente de la ligne de charge S du bief entre les
. . .
~J=~$F-Ta-
(6)
sections 1 et 2 (voir figure 3) peut se calculer d’après
i-l
la formule
(7)
(2, -.,+( $-Jg)(, -K,)
. . .
L s =
I I
où
est la dénivellation mesurée;
21 - 22
les coefficients d’énergie
Ocl et a2 sont
Section mouillée d’un chenal
Figure 2 -
cinétique;
K est le coefficient de perte de charge;
e
v1 et v2 sont les vitesses moyennes aux sec-
10.3 Valeurs du coefficient de Manning
tions 1 et 2, respectivement, données
dans chaque section par le rapport
.
Si une valeur raisonnable du coefficient de rugosité
1
C)/A
de Manning peut être obtenue par extrapolation de
mesurages de débit faits dans le bief de mesurage
I 1 est la longueur du bief du chenal.
par des méthodes plus précises, on pourra utiliser
les valeurs ainsi obtenues, pourvu que des chan-
Dans la fïgure3, le numérateur de la formule(7) est
gements de caractéristiques du chenal ne soient
indiqué par /+.
pas sut-venus. II convient de noter que plus I’extra-
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 1070:1992(F)
Gr adient d’ener gle -
/
Rep&e de nlvellement
I
Section 1 Section 2
Figure 3 - Section longitudinale d’un bief
Étant donné le caractère non uniforme de la répar- La perte de charge due 2 la contraction ou à I’élar-
tition des vitesses dans une section, la hauteur dy- gissement du chenal dans le bief de mesurage est
-
namique d’un écoulement en canal découvert est supposée être égale à la différence des hauteurs
dynamiques aux deux sections extrêmes, multipliée
généralement supérieure à v2/2g. Si l’on applique
par un coefficient (1 - Ke). La valeur de K, est
dans le calcul le principe de la conservation de
considérée égale à 0 pour les biefs uniformes ou
l’énergie, la hauteur dynamique vraie s’exprimera
convergents et à 0,5 pour les biefs divergents. Le
sous la forme nv2/2g, où la valeur de OC peut être
supérieure à 1 et les valeurs de a1 e
...
ISO
NORME
INTERNATIONALE
1070
Deuxième édition
1992-06-l 5
Mesure de débit des liquides dans les canaux
découverts - Méthode de la pente de la ligne
d’eau
Liquid flow measuremerd in open channels -- Slope-area method
------.-zzz=zzrm
~- --
-- ---
Numéro de référence
-~ --_-
_- _-_.__ --_-- -
---- .__ ISO 1070: 1992(F)
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISC? 1070:1992(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération
mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités membres
de I’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général
confiée aux comités techniques de I’ISO. Chaque comité membre inté-
ressé par une étude a le droit de faire partie du comité technique créé
à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec I’ISO participent également aux tra-
vaux. L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique
internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotech-
nique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techni-
ques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication
comme Normes internationales requiert l’approbation de 75 % au moins
des comités membres votants.
La Norme internationale ISO 1070 a été élaborée par le comité techni-
que ISO/TC 113, Mesure de débit des liquides dans les canaux décou-
verts, sous-comité SC 1, Méthodes d’exploration du champ des
vitesses.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition
(ISO 1070:1973), dont elle constitue une révision technique.
Les annexes A et B de la présente Norme internationale sont données
uniquement à titre d’information.
0 ISO 1992
Droits de reproduction réservés. Aucune partie de cette publication ne peut être repro-
duite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou
mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case Postale 56 l CH-1211 Genève 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 1070:1992(F)
NORME INTERNATIONALE
Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts -
Méthode de la pente de la ligne d’eau
pente et d’une forte concentration en sédiments ou
1 Domaine d’application
encore dans les chenaux avec des courbures signi-
ficatives.
La présente Norme internationale prescrit une mé-
Bien que l’exactitude des résultats obtenus par me-
thode permettant de déterminer le débit des liquides
surage de la pente de la ligne d’eau soit moindre
dans les canaux découverts à partir d’observations
que celle des résultats obtenus par la méthode
de la pente de la ligne d’eau et de l’aire de la sec-
d’exploration du champ des vitesses, il est parfois
tion mouillée du chenal. Cette méthode est utilisée
nécessaire d’utiliser la méthode de la pente de la
dans des conditions plus ou moins particulières,
ligne d’eau pour définir l’extrémité supérieure des
lorsque la mesure directe de débit par des métho-
courbes de tarage, dans les cas où l’importance des
des plus précises, comme celle de l’exploration du
crues est telle qu’on ne peut utiliser d’autres mé-
champ des vitesses, n’est pas possible.
thodes de mesurage du débit.
La méthode de la pente de la ligne d’eau peut être
utilisée avec une exactitude acceptable dans les
canaux découverts dont les berges et le lit sont sta-
2 Références normatives
bles (formés, par exemple, par des rochers ou de
l’argile cohésive) ou pourvus d’un revêtement, et
dans les canaux découverts dont le lit est en maté- Les normes suivantes contiennent des dispositions
riaux assez grossiers. Elie peut également être uti- qui, par suite de la référence qui en est faite,
lisée dans des chenaux alluviaux, y compris des constituent des dispositions valables pour la pré-
sente Norme internationale. Au moment de la pu-
chenaux avec écoulement dans le lit majeur ou avec
blication, les éditions indiquées étaient en vigueur.
des sections qui ne sont pas uniformes, sous ré-
Toute norme est sujette à révision et les parties
serve d’accepter les grandes incertitudes provenant
accords fondés sur la présente
du choix de la valeur du coefficient de rugosité (tel prenantes des
que le coefficient de Manning n ou le coefficient de Norme internationale sont invitées à rechercher la
possibilité d’appliquer les éditions les plus récentes
Chézy (3.
des normes indiquées ci-après. Les membres de la
En général, la méthode peut être utilisée pour dé- CEI et de I’ISO possèdent le registre des Normes
terminer le débit internationales en vigueur à un moment donné.
a) au moment de la détermination des niveaux à ISO 772:1988, Mesure de débit des liquides dans les
Vocabulaire et symboles.
partir d’une série de Iimnimètres; canaux découverts -
b) pour un débit de pointe qui a laissé des délais- ISO 1 IOO-2:1982, Mesure de débit des liquides dans
Partie 2: Déterminaiion de
les canaux découverts -
sés de crue sur une série de limnimètres ou là
la relation hauteur-débit.
où les hauteurs de pointe ont été enregistrées
par une série de Iimnimètres;
ISO 437311979, Mesure de débit des liquides dans les
canaux découverts - Appareils de mesure du niveau
c) pour un débit de pointe qui a laissé des délais-
de I’eaw
sés de crue le long des rives du cours d’eau.
ISO 51683978. Mesure de débit des fluides - Calcul
Toutefois, il convient de ne pas utiliser cette mé-
de l’erreur limite sur une mesure de débit.
thode dans les chenaux très larges ou à très faible
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 1070:1992(F)
que limnimètre est la même, la distance entre les
3 Définitions
limnimètres doit être suffisante pour que la
dénivellation soit au moins vingt fois l’incertitude
Pour les besoins de la présente Norme internatio-
sur la mesure du niveau d’eau sur un Iimnimètre.
nale, les définitions données dans I’ISO 772 s’appli-
quent.
52.5 L’écoulement dans le bief doit être exempt
de perturbations notables dues à des affluents.
4 Principe de la méthode de mesurage
5.2.6 L’écoulement dans le chenal doit rester dans
des limites déterminées. Dans la mesure du possi-
Choisir un bief de mesurage dans lequel seront dé-
ble, il faut éviter les biefs où existent des écou-
terminées l’aire moyenne de la section mouillée et
lements dans le lit majeur. Si cela est inévitable, on
la pente de la ligne d’eau. Déterminer alors la vi-
doit rechercher un bief où ne se produisent pas des
tesse moyenne grâce à des formules empiriques
écoulements très peu profonds à travers la plaine
connues qui relient la vitesse au rayon hydraulique,
inondable. Des calculs supplémentaires seront né-
et corriger la pente de la ligne d’eau pour tenir
anmoins nécessaires pour déterminer le débit.
compte de l’énergie cinétique de l’écoulement et
des caractéristiques du lit et des matériaux du lit.
5.2.7 II ne doit pas se produire dans le bief de
Calculer ensuite le débit comme le produit de la vi-
transitions du régime fluvial au régime torrentiel ou
tesse moyenne par l’aire moyenne de la section
inversement (mais voir 10.6).
mouillée.
5.2.8 II vaut mieux choisir un bief convergent qu’un
bief divergent et éviter les biefs présentant des
5 Choix et délimitation de l’emplacement
élargissements trop rapides (voir 10.4).
5.1 Reconnaissance préalable de
5.2.9 Les caractéristiques physiques du bief doi-
l’emplacement
vent être telles que le temps de propagation de
l’écoulement dans le bief puisse être négligeable.
II est souhaitable de mesurer approximativement,
au cours d’une reconnaissance préalable, la Iar-
5.3 Démarcation de l’emplacement
geur, la profondeur et la pente de la ligne d’eau, de
manière à vérifier que l’emplacement répond aussi
Une fois I’ernplacernent choisi, des sections trans-
bien que possible aux conditions indiquées en 5.2
versales normales à l’écoulement doivent être défi-
et 5.3. Ces rnesurages ne sont faits qu’à titre d’indi-
nies et repérées sur les deux rives par des
cation.
marquages visibles et facilement identifiables (voir
aussi 9.1). Un limnimètre de référence lié à un sys-
5.2 Choix de l’emplacement
tèrne de nivellement normalisé doit y être fixé (voit
. .
6 1)
5.2.1 La rivière ne doit pas avoir de tendance pro-
gressive à affouiller ou à déposer des sédiments.
L’emplacement doit être surveillé pour qu’il ne se
produise pas de changements de nature physique
52.2 Autant que possible le bief doit être droit et
qui le rendraient non conforme aux prescriptions
ne doit pas contenir de courbures significatives ni
ci-dessus. En cas de modification ne permettant pas
de méandres. Le lit ne doit pas présenter, dans le
de remettre le site en l’état, un nouvel emplacement
bief de mesurage,
de changements de pente
doit être choisi.
abrupts comme cela peut se produire dans les
chenaux à lit rocheux. La section transversale doit
être uniforme et libre d’obstacles dans tout le bief.
6 Dispositifs pour le mesurage de la
II est préférable que la végétation soit réduite au
minimum et répartie aussi uniformément que possi- pente
ble le long du bief.
6.1 Llmnimètre de référence
52.3 Le matériau du lit doit être de la même nature
tout le long du bief.
Le limnimètre de référence doit, si possible, être si-
tué dans un puits et être de préférence à échelle
52.4 Partout où c’est possible, la longueur du bief
verticale plutôt qu’à échelle inclinée. Le Iimnimètre
doit être telle que la différence entre les niveaux
à échelle verticale (ou le limnimètre à échelle incli-
d’eau aux Iimnimètres amont et aval soit au moins
née) doit être conforme à I’ISO 4373. Les repères
dix fois l’incertitude sur cette différence. Lorsque
doivent être nets et précis et couvrir l’étendue des
l’incertitude sur la mesure du niveau d’eau à cha-
niveaux à mesurer.
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 1070:1992(F)
limnigraphe avec celle d’une horloge précise avant
Le limnimètre de référence doit être solidement fixé,
dans le cours d’eau, à un support stable et rigide, et après la période de mesurage, et aussi durant la
et être relié à un repère de nivellement fixe ayant période de mesurage. Les appareils doivent être
fait l’objet d’un relevé topographique précis par relevés aussi fréquemment que possible pour noter
rapport au système national ou à un autre système les changements significatifs du niveau intervenant
normalisé. pendant toute la période de mesurage.
6.2 Limnigraphe 7.3 Autres observations
Les limnigraphes (s’ils sont utilisés) doivent être
La date, l’heure, les conditions météorologiques
conformes à I’ISO 4373.
(spécialement la vitesse et la direction du vent), la
direction de l’écoulement et l’état de la végétation
au moment du mesurage doivent être notés.
6.3 Limnimètre à niveau maximal
Un limnimètre à niveau maximal convient lorsque
l’on cherche seulement à déterminer le niveau
8 Détermination de la pente de la ligne
maximal atteint au cours d’une crue. Les débits de
d’eau
pointe peuvent être calculés à partir de deux ou
plusieurs Iimnimètres disposés dans un bief du
cours d’eau à des emplacements permettant de dé-
8.1
Détermination de la pente de la ligne
finir les profils de section.
d’eau à partir des relevés des limnimètres
6.4 Délaissés de crue La pente de la ligne d’eau est calculée à partir des
relevés des limnimètres aux deux extrémités du
La hauteur et la pente des débits de crue peuvent
bief, le(s) Iimnimètre(s) intermédiaire(s) étant
être déterminées à partir des délaissés de crue
utilisé(s) pour contrôler si la pente est égale tout le
disséminés dans le bief de mesurage. Plusieurs ty-
long du bief. Les Iimnimètres doivent être lus à la
pes de repères existent: éboulis des rives, ligne de
plus petite division de l’échelle.
décapage, arrachement de végétation sur les ar-
bres, traces de boue, échouage d’arbres ou de
8.2 Détermination de la pente de la ligne
buissons. Une note d’évaluation doit être donnée à
d’eau à partir des délaissés de crue
ces repères: excellent, bien, assez bien ou médio-
cre. Cette information sera utile pour interpréter le
Si l’on ne dispose pas de Iirnnimètres précis ou s’ils
profil et la pente de la ligne des hautes eaux.
ont été mis hors d’usage, une évaluation de la pente
au moment du niveau maximal peut être obtenue
par les délaissés de crue restés sur les rives. Plu-
7 Installation des limnimètres et relevé
sieurs repères fiables de délaissés de crue doivent
des observations être utilisés sur chaque rive pour définir le profil de
l’écoulement. Chaque repère doit être défini par sa
position sur un profil en long et les repères devront
7.1 Installation
être reliés par une courbe donnant une représen-
tation visuelle du profil des hautes eaux. Un tel tracé
Les Iimnimètres doivent être installés en trois sec-
permet de distinguer facilement les irrégularités de
tions, au moins, sur chacune des rives, soit un total
profil, ce qui aidera à l’interprétation du profil des
de six Iirnnimètres au moins. Les Iimnimètres doi-
hautes eaux et de la pente de la ligne d’eau.
vent être rattachés à un système de nivellement
commun.
7.2 Rel‘evé des observations
9 Sections mouillées
Les lectures sur les échelles doivent être faites en
9.1 Nombre de sections
évitant les erreurs de parallaxe. Pour chaque me-
surage, le limnimètre doit être observé en perma-
Dans le bief de mesurage choisi, il est souhaitable
nence, pendant 2 min au moins ou pendant une
d’utiliser au moins trois sections, qui doivent être
période complète d’oscillation si celle-ci dépasse
nettement repérées sur les rives par des piliers de
2 min; les lectures maximale et minimale doivent
maconnerie ou des marques faciles à identifier. Les
être relevées et leur moyenne calculée.
sections mouillées doivent être numérotées comme
Lorsque des limnigraphes sont utilisés, un obser- suit: 1 pour la section la plus amont, 2 pour la sui-
vateur doit vérifier l’heure indiquée sur chaque vante et ainsi de suite.
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 1070:1992(F)
9.2 Mesurage des sections
K - 1 A,R$”
*-- ?2*
Un mesurage de l’aire de chacune des sections
n, et 12~ sont les coefficients de rugosité de
choisies doit être fait pour chaque estimation de
Manning aux sections 1 et 2, res-
débit, au moment où les Iimnimètres sont relevés
pectivement;
ou le plus près possible de ce moment. II est sou-
vent impossible de mesurer la section pendant la
sont les aires des sections mouillées
A, et A2
crue, et par conséquent, une erreur peut être intro-
1 et 2, respectivement;
duite, provenant d’une modification non observée
et temporaire de la section. Cependant, si la section
sont les rayons hydrauliques aux
Rhl et 42
est stable, il suffira de déterminer les sections
sections 1 et 2, respectivement.
mouillées avant et après les crues. Trois profils de
section doivent être observés avant et après la crue,
s’il existe une différence de vitesses aux deux ex-
trémités du bief.
Si, pour une raison quelconque, il n’est pas possible
10.1.2 Section composite
de mesurer plus d’une section, seule celle du milieu
sera retenue.
Le lit majeur des rivières a généralement une sec-
tion mouillée composite comme le montre la
figure 1. II faut donc évaluer la débitante de chaque
partie et additionner les résultats pour déterminer
10 Calcul du débit pour des sections non
la débitante de la section totale, c’est-à-dire
uniformes et composites
K = K, + Kb -+ Kc . . .
(3)
Le débit d’un cours d’eau dans un bief donné doit
où
être calculé par la formule suivante:
K - -!- n,n;;
Q = KS”* . . .
a- II
(1)
a
où
b = +- /ibR;b
K
Q est le débit;
K
C
K est la débitante;
S est la pente.
sont les aires des trois compo-
santes de la section composite;
10.1 Calcul de la débitante
sont les rayons hydrauliques
des trois composantes de la
section composite;
10.1.1 Section non uniforme
sont les coefficients de rugosité
K!a, &, et nc
Lorsque le bief présente un chenal unique mais de
de Manning des trois compo-
section non uniforme entre les sections 1 et 2 (le
santes de la section composite.
bief peut être convergent ou légèrement divergent),
il faut calculer la débitante des sections amont K,
Si la forrne de la section composite varie entre la
et aval K2, respectivement. La débitante moyenne
section 1 et la section 2, il faut évaluer la débitante
du bief sera alors la moyenne géométrique des deux
dans chacune des deux sections séparément, puis
valeurs, c’est-à-dire
calculer la débitante moyenne de la manière indi-
quée en 10.1.1.
K = (K, x K2>“* . . .
(2)
où
K est la débitante de la section amont
1
(section 1)
7
h -‘n,i?;;3
1 - 12,
K est la débitante de la section aval
2
(section 2) Figure 1 - Section composite d’un chenal
4
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ISO 1070:1992(F)
polation des données est importante, moins le ré-
10.2 Calcul du rayon hydraulique
sultat obtenu est fiable.
Le rayon hydraulique R, d’une section est le quo-
En l’absence de données expérimentales, on pourra
tient de l’aire de la section de passage n par le pé-
admettre les valeurs du tableau A.1 pour les canaux
rimètre mouillé P:
découverts dont le lit, constitué de matériaux rela-
tivement grossiers, ne comporte pas d’ondulations.
R,=$ . . .
(4)
Les valeurs du tableau A.2 sont des ordres de gran-
deur utilisables dans le cas de canaux découverts
L’aire de la section de passage, c’est-à-dire l’aire
dont le lit est constitué de matériaux non grossiers
de la section mouillée, et le périmètre mouillé, se
et dans le cas de canaux découverts dont les rives
calculent comme suit (voir aussi figure 2).
ont de la végétation, sont argileuses, rocheuses, etc.
Dans le cas des chenaux alluviaux à lit de sable, il
Si n, , dz, d3, . . . , dn _ 1 sont les profondeurs du chenal
peut se former des ondulations, des dunes, etc. Une
mesurées par sondage en différents points de la
estimation approximative des valeurs des coeffi-
section, et d, = d,= 0 (voir figure2), l’aire de la
cients de Manning n et de Chézy C peut être faite
section mouillée peut se calculer comme suit:
sur la base de la géométrie de la forme du lit, en
n
équations prédictives correspon-
appliquant les
(5) dantes.
et le périmètre mouillé peut être calculé comme
10.4 Évaluation de la pente de la ligne de
suit:
charge
La pente de la ligne de charge S du bief entre les
. . .
~J=~$F-Ta-
(6)
sections 1 et 2 (voir figure 3) peut se calculer d’après
i-l
la formule
(7)
(2, -.,+( $-Jg)(, -K,)
. . .
L s =
I I
où
est la dénivellation mesurée;
21 - 22
les coefficients d’énergie
Ocl et a2 sont
Section mouillée d’un chenal
Figure 2 -
cinétique;
K est le coefficient de perte de charge;
e
v1 et v2 sont les vitesses moyennes aux sec-
10.3 Valeurs du coefficient de Manning
tions 1 et 2, respectivement, données
dans chaque section par le rapport
.
Si une valeur raisonnable du coefficient de rugosité
1
C)/A
de Manning peut être obtenue par extrapolation de
mesurages de débit faits dans le bief de mesurage
I 1 est la longueur du bief du chenal.
par des méthodes plus précises, on pourra utiliser
les valeurs ainsi obtenues, pourvu que des chan-
Dans la fïgure3, le numérateur de la formule(7) est
gements de caractéristiques du chenal ne soient
indiqué par /+.
pas sut-venus. II convient de noter que plus I’extra-
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ISO 1070:1992(F)
Gr adient d’ener gle -
/
Rep&e de nlvellement
I
Section 1 Section 2
Figure 3 - Section longitudinale d’un bief
Étant donné le caractère non uniforme de la répar- La perte de charge due 2 la contraction ou à I’élar-
tition des vitesses dans une section, la hauteur dy- gissement du chenal dans le bief de mesurage est
-
namique d’un écoulement en canal découvert est supposée être égale à la différence des hauteurs
dynamiques aux deux sections extrêmes, multipliée
généralement supérieure à v2/2g. Si l’on applique
par un coefficient (1 - Ke). La valeur de K, est
dans le calcul le principe de la conservation de
considérée égale à 0 pour les biefs uniformes ou
l’énergie, la hauteur dynamique vraie s’exprimera
convergents et à 0,5 pour les biefs divergents. Le
sous la forme nv2/2g, où la valeur de OC peut être
supérieure à 1 et les valeurs de a1 e
...
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