ISO 4377:1982
(Main)Liquid flow measurement in open channels — Flat-V weirs
Liquid flow measurement in open channels — Flat-V weirs
Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts — Déversoirs plats en V
General Information
Relations
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Standards Content (Sample)
International Standard 4377
__~ ~ ________
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATIONOMEMYHAPOLIHAR OPrAHW3AUIIR il0 CTAH~PTH3AUMWORGANlSATlON INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Liquid flow measurement in open channels - Flat-V weirs
Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts - Déversoirs plats en V
First edition - 1982-11-15
UDC 532.572 Ref. No. IS0 4377-1982 (E)
Descriptors : liquid flow, open channel flow, flow measurement, weirs.
Price based on 23 pages
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Foreword
IS0 (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of
national standards institutes (IS0 member bodies). The work of developing Inter-
national Standards is carried out through IS0 technical committees. Every member
body interested in a subject for which a technical committee has been set up 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.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to
the member bodies for approval before their acceptance as International Standards by
the IS0 Council.
International Standard IS0 4377 was developed by Technical Committee ISO/TC 113,
Measurement of liquid flow in open channels, and was circulated to the member
bodies in August 1980.
It has been approved by the member bodies of the following countries :
Australia India Spain
China Switzerland
Italy
Czechoslovakia Netherlands United Kingdom
France USA
Romania
Germany, F. R . South Africa, Rep. of USSR
The member body of the following country expressed disapproval of the document on
technical grounds :
Belgium
O International Organization for Standardization, 1982
Printed in Switzerland
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INTERNATIONAL STANDARD IS0 4377-1982 (E)
Liquid flow measurement in open channels - Flat-V weirs
Scope and field of application
1 Table 1
Elevation
Range
1 .I This International Standard deals with the measurement Crest
of crest Width
cross- of discharge
of flow in rivers and artificial channels using flat-V weirs under
above bed
slope
m m m3/s
steady or slowly varying flow conditions. The standard flat-V
weir is a control structure, the crest of which takes the form of
1:lO 4 0,015 to 5
a shallow "V" when viewed in the direction of flow.
'-2q- 1 :20 20 0,030 to 180
(within maximum
head of 3 m)
'9.2 The standard weir is of triangular profile with an
80 0,055 to 630
upstream slope of 1 (vertical):2 (horizontal) and a downstream
(within maximum
slope of 1:5. The cross-slope of the crest line must not be head of 3 mi
steeper than 1:lO. The cross-slope shall be in the range O to
1:lO and at the limit, when the cross-slope is zero, the weir
becomes a two dimensional triangular profile weir (see
2 Definitions and symbols
IS0 4360).
For the purpose of this international Standard, the definitions
given in IS0 7721) apply. A full list of symbols with the cor-
1.3 The weir can be used in both the modular and drowned
responding units of measurement is given in Annex B.
ranges of flow. In the modular flow range, discharges depend
solely on upstream water levels and a single measurement of
upstream head will suffice. In the drowned flow range,
3 Units of measurement
discharges depend on both upstream and downstream water
levels and two independent head measurements are required. The units of measurement used in this International Standard
For the standard flat-V weir, these are are SI units.
a) the upstream head, and
4 Installation
b) the head developed within the separation pocket which
4.1 Selection of site
forms just downstream of the crest.
4.1.1 The weir shall be located in a straight section of the
channel, avoiding local obstructions, roughness or unevenness
1.4 The flat-V weir will measure a wide range of flows and
of the bed.
has the advantage of high sensitivity to low flows. Operation in
the drowned flow range minimises afflux at very high flows.
4.1.2 A preliminary study should be made of the physical and
Flat-V weirs should not be used in steep rivers, particularly
hydraulic features of the proposed site, to check that it con-
is a high sediment load.
where there
forms (or may be constructed or modified so as to conform) to
I the requirements necessary for measurement of discharge by
1.5 Annex A gives the guidelines for the selection of weirs the weir. Particular attention should be paid to the following
and flumes for the measurement of the discharge of water in features in selecting the site :
open channels.
a) The adequacy of the length of channel of regular cross-
section available (see 4.2.2.2).
1.6 There is no specified upper limit for the size of this struc-
ture. The following table gives the ranges of discharges for b) The uniformity of the existing velocity distribution (see
three typical weirs : Annex Cl.
1) IS0 772, Liquid flow measurement in open channels - Vocabulary and symbols.
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IS0 4377-1982 (E)
approach channel should have a symmetrical velocity distribu-
c) The avoidance of a steep channel i but see 4.2.2.6).
tion (see Annex C) and this can most readily be measured by
d) The effects of increased upstream water levels due to providing a long straight approach channel of uniform cross-
the measuring structure. section.
e) The conditions downstream (including such influences
4.2.2.2 A length of straight approach channel five times the
as tides, confluences with other streams, sluice gates, mill
water-surface width at maximum flow will usually suffice, pro-
dams and other controlling features, including seasonal
vided flow does not enter the approach channel with high
weed growîh, which might cause drowning).
velocity via a sharp bend or angled sluice gate. However, a
greater length of uniform approach channel is desirable if it can
f) The impermeability of the ground on which the struc-
readily be provided.
ture is to be founded and the necessity for piling, grouting
or other means of controlling seepage.
4.2.2.3 The length of uniform approach channel suggested in
4.2.2.2 refers to the distance upstream of the head measuring
The necessity for flood banks, to confine the maximum
g)
position. However, in a natural channel it could be uneconomic
discharge to the channel.
to line the bed and banks with concrete for this distance, and it
could be necessary to provide a contraction in plan if the width
The stability of the banks, and the necessity for trimm-
h)
between the vertical walls of the lined approach to the weir is
ing and/or revetment.
less than the width of the natural channel. The unlined channel
upstream of the contraction should nevertheless comply with
Uniformity of section of the approach channel.
j)
the requirements of 4.2.2.1 and 4.2.2.2.
k) The effect of wind on the flow over the weir or flume,
especially when it is wide and the head is small and when
4.2.2.4 Vertical side walls constructed to effect a narrowing
the prevailing wind is in a transverse direction.
of the natural channel shall be symmetrically disposed with
respect to the centre line of the channel and should preferably
Hmax as shown in
be curved with a radius not less than 2
4.1.3 If the site does not possess the characteristics necessary
figure 1. The tangent point of this radius nearest to the weir
for satisfactory measurements, or if an inspection of the stream
shall be at least U,,, upstream of the head measurement
shows that the velocity distribution in the approach channel
section. The height of the side walls should be chosen to con-
deviates appreciably from the examples shown in Annex C, the
tain the design maximum discharge.
site should not be used unless suitable improvements are prac-
ticable. Alternatively, the performance of the installation
should be checked by independent flow measurement.
4.2.2.5 In a channel where the flow is free from floating and
suspended debris, good approach conditions can also be pro-
vided by suitably placed baffles formed from vertical laths, but
4.2 Installation conditions
no baffle should be nearer to the point at which head is
measured than 10 times H,,,,,.
4.2.1 General requirements
4.2.2.6 Under certain conditions a hydraulic jump may occur
4.2.1 .I The complete measuring installation consists of an
upstream of the measuring structure, for example if the ap-
approach channel, a weir structure and a downstream channel.
proach channel is steep. Provided this wave is at a distance
The condition of each of these three components affects the
upstream of not less than about 30 times Hmax, flow measure-
overall accuracy of the measurements. Installation re-
ment will be feasible, subject to confirmation that an even
quirements include such features as the surface finish of the
velocity distribution exists at the gauging station.
weir, the cross-sectional shape of the channel, channel
roughness and the influence of control devices upstream or
downstream of the gauging structure. 4.2.2.7 Conditions in the approach channel can be verified by
inspection or measurement for which several methods are
available such as current meters, floats, velocity rods, or con-
4.2.1.2 The distribution and direction of velocity may have an
centrations of dye, the latter being useful in checking condi-
important influence on the performance of a weir (see 4.2.2
at the bottom of the channel. A complete and quantitative
tions
and Annex Cl.
assessment of velocity distribution may be made by means of a
current meter. The velocity distribution should then be assess-
4.2.1.3 Once a weir has been installed, any physical changes
ed by reference to Annex C.
in the installation will change the discharge characteristics;
recalibration will then be necessary.
4.3 Weir structure
4.2.2 Approach channel
4.3.1 The structure shall be rigid and watertight and capable
4.2.2.1 If the flow in the approach channel is disturbed by ir-
of withstanding flood flow conditions without damage from
regularities in the boundary, for example large boulders or rock outflanking or from downstream erosion. The weir crest should
outcrops, or by a bend, sluice gate or other feature which be straight in plan and at right angles to the direction of flow in
causes asymmetry of discharge across the channel, the ac- the upstream channel, and the geometry should conform to the
curacy of gauging may be significantly affected. The flow in the dimensions given in relevant clauses.
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The weir must be contained within vertical side walls and the 6 Measurement of head(s
crest width should not exceed the width of the approach chan-
nel (see figure 1). Weir blocks may be truncated but not so as
6.1 General requirements
to reduce their horizontal dimensions in the direction of flow to
less than H,,, and 2 Hmax upstream and downstream of the
6.1.1 Where spot measurements are required, the heads can
crest line respectively.
be measured by vertical gauges, hooks, points, wires or tape
gauges. Where continuous records are required, recording
4.3.2 The weir and the immediate approach channel (the part
gauges should be used. Locations for the head measurements
with vertical side walls) may be constructed in concrete with a
are dealt with in 6.4.1, 6.4.2 and 6.4.3.
smooth cement finish or surfaced with a smooth non-
corrodible material. In laboratory installations, the finish should
6.1.2 As the size of the weir and the head on it reduces, small
be equivalent to rolled sheet metal or planed, sanded and
discrepancies in construction and in the zero setting and
painted timber. The surface finish is of particular importance
reading of the head measuring device become of greater
near the crest but may be relaxed a distance along the profile
relative importance.
1/2 H,,, upstream and downstream of the crest line.
6.2 Gauge wells
4.3.3 In order to minimize uncertainty in the discharge, the
following tolerances should be aimed at during construction :
6.2.1 It is preferable to measure the upstream head in a gauge
-
On the crest width, 0,2 % of this width with a max-
well to reduce the effects of water surface irregularities. When
imum of 0,Ol m. this is done, it is also desirable to measure the head in the ap-
proach channel as a check from time to time. Where the weir is
-
On the upstream and downstream slopes, 0.5 %.
designed to operate in the drowned flow range, a separate
gauge well is required to record the piezometric head
-
On the crest cross-slope, O, 1 % .
developed within the separation pocket which forms im-
mediately downstream of the crest.
-
On point deviations from the mean crest line, 0,05 % of
crest width.
6.2.2 Gauge wells should be vertical and of sufficient height
and depth to cover the full range of water levels. In field in-
Laboratory installations will normally require higher accuracy.
0.3 m above
stallations they should have a minimum height of
the maximum water levels expected. Gauge wells should be
connected to the appropriate head measurement positions by
4.3.4 The structure should be measured on completion and
means of pipes.
average values of relevant dimensions and their standard devia-
% confidence limits computed. The former are used
tions at 95
for computation of discharge and the latter are used to obtain
6.2.3 Both the well and the connecting pipe should be water-
the overall uncertainty of a single determination of discharge
tight, and where the well is provided for the accommodation of
(see 9.6).
the float of a level recorder, it should be of adequate size and
depth to give clearance around and beneath the float at all
stages. The float should not be nearer than 0,075 m to the wall
4.4 Downstream of the structure
of the well.
4.4.1 Conditions downstream of the structure are important
6.2.4 The pipe should have its invert not less than 0,06 m
in that they control the tailwater level. This level is one of the
below the lowest level to be gauged.
factors which determines whether modular or drowned flow
conditions will occur at the weir. It is essential, therefore, to
calculate or observe tailwater levels over the full discharge 6.2.5 The pipe connection to the upstream head measure-
range and make decisions regarding the type of the weir and its ment position should terminate flush with the boundary of the
required geometry in the light of this evidence. approach channel and at right angles thereto. The approach
channel boundary should be plain and smooth (equivalent to
carefully finished concrete) within a distance of 10 times the
diameter of the pipe from the centreline of the connection. The
5 Maintenance - General requirements
pipe may be oblique to the wall only if it is fitted with a
removable cap or plate, set flush with the wall, through which a
5.1 Maintenance of the measuring structure and the ap-
of holes are drilled. The edges of these holes shall not
number
proach channel is important to secure accurate measurements.
be rounded or burred. Perforated cover plates are not recom-
It is essential that the approach channel should be kept clean
mended where weed or silt are likely to be present.
and free from silt and vegetation as far as practicable for at least
the distance specified in 4.2.2.2. The float-well, and the entry
6.2.6 The pipe connection to the measurement position for
from the approach channel shall also be kept clean and free
from deposits. the separation pocket head should terminate in a manifold set
within the crest of the weir. For large field installations, the
The weir structure shall be kept clean and free from clinging outlet from this manifold should consist of ten 10 mm diameter
debris and care shall be taken in the process of cleaning to
holes spaced at 50 mm intervals along a line parallel to, and
avoid damage to the weir crest.
20 mm downstream of, the crest line. For laboratory and small
3
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6.3.4 Values for the crest cross-slope m, and the gauge zero
field installations (b < 2,5 m), these dimensions should be
halved. The holes should be flush with the downstream face of can be obtained by measuring the crest elevation at regular in-
tervals along the crest line. A best fit straight line is then fitted
the weir block, preferably in a metal cover plate which can be
removed to facilitate maintenance of the system. It is important through the measured points for each side of the weir and the
that this cover plate should have an efficient seal around its is the gauge zero level. The average
intersection of these lines
perimeter. Locations for the head measurement positions are of the two side slopes is used for m in the discharge formulae.
For field installations, the use of standard levelling techniques is
given in 6.4.
recommended but precise micrometer or vernier gauges are re-
quired for laboratory installation.
6.2.7 Adequate additional depth should be provided in wells
to avoid the danger of floats grounding either on the bottom or
on any accumulation of silt or debris. The gauge well arrange-
6.4 Location of head measurement sections
ment may include an intermediate chamber of similar size and
proportions between it and the approach channel to enable silt
and other debris to settle out where they may be readily seen
6.4.1 The approach flow to a flat-V weir is three-dimensional.
and removed.
Drawdown in the approach to the lowest crest elevation is
more pronounced than to other positions across the width of
6.2.8 The diameter of the connecting pipe or width of slot
the approach channel and this results in a depression in the
should be sufficient to permit the water level in the well to
water surface immediately upstream of the lowest crest pos-
follow the rise and fall of head without appreciable delay, but
ition. Further upstream, this depression is less pronounced and
on the other hand it should be as small as possible, consistent
at a distance of 10 times the V-height, 10 h', the water surface
with ease of maintenance, to damp out oscillations due to short
elevation across the width of the channel is sensibly constant.
period waves.
Thus, to achieve an accurate assessment of the upstream head,
the tapping should be set 10 h' upstream of the crest line.
6.2.9 No firm rule can be laid down for determining the size of
h' = bl2 n = difference between the lowest and the highest
the connecting pipe, because this is dependent on the cir-
crest elevation in metres. However, if this distance is less than
cumstances of the particular installation, for example, whether
Hmax the tapping should be set 3 Hmax upstream of the crest
3
the site is exposed and thus subject to waves, and whether a
to avoid drawdown effects.
large diameter well is required to house the floats of recorders.
It is preferable to make the connection too large rather than too
small, because a restriction can easily be added later if short
6.4.2 If other considerations necessitate siting the tapping
period waves are not adequately damped out. A 100 mm
closer to the weir, then corrections to the discharge coeffi-
diameter pipe is usually suitable for a flow measurement in the
cients will be necessary if H1/Pl > 1. In all cases an increase
field. A diameter of 3 mm may be appropriate for precision
in coefficient is applicable and the percentage increase will de-
head measurement with steady flows in the laboratory.
pend on the tapping point location and the value of fi,/ Pl as
follows :
6.2.10 Isolating valves with extended spindles shall preferably
be fitted to connecting pipes inside the gauge wells so that the Table 2
wells can be drained or pumped out and cleaned. If possible the
well shall be connected to a drainage system via a sludge plug
valve and pipe line.
6.3 Zero setting
6.3.1 Accurate initial setting of the zeros of the head measur-
ing devices with reference to the level of the crest, and regular
checking of these settings thereafter, is essential if overall ac-
curacy is to be attained. where
is the upstream total head relative to lowest crest
6.3.2 An accurate means of checking the zero at frequent in- H,
elevation;
tervals should be provided. Bench marks, in the form of
horizontal metal plates, should be set up on the top of the ver-
Pl is the height of lowest crest elevation relative to
tical side walls and in the gauge wells. These should be ac-
upstream bed level;
curately levelled such that their elevation relative to crest level is
known. Instrument zeros can then be checked relative to these
is the distance of upstream head measurement position
bench marks without the necessity of re-surveying the crest LI
from crest line.
each time. Any settlement of the structure may, however, af-
fect the relationships between crest and bench mark levels and
hence it is advisable to make occasional checks on these rela-
6.4.3 Flat-V weirs can be used for gauging purposes in the
tionships.
drowned flow range if a tapping is incorporated at the crest.
The centre position of the ten crest tapping holes (see 6.2.6)
6.3.3 A zero check based on the water level (either when the should be offset laterally from the position of the lowest crest
flow ceases or just begins) is liable to serious errors due to sur- elevation a distance of 0,l times the total crest width, see
face tension effects and should not be used. figure 1.
4
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7 Discharge relationships Values for the head correction factor, kh, are given in table 5.
The value of the Coriolis energy coefficient, a, should be
7.1 Equations of discharge
checked on site by measuring the velocity distribution at the
section where the head is measured. At the design stage, the
7.1.1 In terms of total head the basic discharge equation for a
value of a should be taken as 1,2.
flat-V operating under modular flow conditions is :
7.3 Shape factors
* . . (1)
Q = 0,8 Co, &m ZH4e5I2
7.3.1 Shape factors are introduced into discharge equations
where
for flat-V because the geometry of flow changes when the
discharge exceeds the V-full condition. Thus :
Q is the total discharge;
CD, is the effective coefficient of discharge;
g is the acceleration due to gravity;
m is the crest cross-slope (1 verticallm horizontal);
ZH is the shape factor;
Hie is the effective upstream total head relative to lowest
crest elevation.
where
h' = b/2m = difference between lowest and highest crest
Alternatively, the discharge equation may be expressed in
elevations;
terms of gauged head by introducing a coefficient of velocity
dependent upon the weir and flow geometries.
b is the crest width in metres.
. . . (2)
Q = 0,8 CD, C, &m zh hle5/2
Values of zh, and ZH in terms of hi,/ h', and Hiel h' are given in
table 6.
where
7.4 Coefficient of velocity
C, is the coefficient of velocity;
7.4.1 The coefficient of velocity, C,, is related to the modular
zh is the shape factor;
coefficient of discharge, Coe, the ratio h'lP1 and the ratio
hi,/ h'.
hi, is the effective upstream gauged head relative to
lowest crest elevation.
7.4.2 The coefficient of velocity, C,, occurs in equations (2)
and (4) together with the shape factor, 2,. As indicated in
7.1.2 In terms of total head, the basic discharge equation for
7.3.1, this shape factor is a function of hl,/h', one of the fac-
a flat-V weir operating under drowned flow conditions is :
tors affecting C,. Thus it is convenient to present data for the
product C,Zh in terms of h / Pl and hiel h' since C, and zh are
. . . (3)
Q = 03 CDefv &m Z"1e5l2
not required separately. Numerical values of this product are
given in table 7.
where f, is the drowned flow reduction factor.
The corresponding gauged head equation is :
7.5 Conditions for modular/drowned flow
7.5.1 The modular limit for flat-V weirs is not single valued as
in the case of a two-dimensional weir, i.e. a weir with a horizon-
Values for the modular coefficient of discharge, Co,, are given
tal crest line. In the case of the flat-V weir, the modular limit is
in table 5.
70 f 5 % depending on the ratio Hie/ h'.
7.6 Drowned flow reduction factor
7.2 Effective heads
7.6.1 The drowned flow reduction factor, f,, can for practical
7.2.1 Effective heads are obtained by reducing observed
purposes be related to the head ratio hPe/Hle. The functional
values by a small constant amount which corrects for fluid pro-
:
relationship is given by
perty effects. Thus :
where h,, = h,, - kh = effective separation pocket head
relative to lowest crest elevation in metres.
5
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The method is as follows :
Numerical values obtained from the above expression are given
in table 8.
a) Use equation (1) if the flow is modular and equation (3)
if the weir is drowned.
7.6.2 In equation (IO), the drowned flow reduction factor is
related to the ratio hpe/Hie, i.e. an expression involving total
Determine the coefficient of discharge, C,,, and the
b)
head. If equation (4) is to be used to compute discharge, f,
head correction factor, kh, using table 5.
must be related to gauged heads. A convenient way of doing
this is given in tables 9 to 13 where the product C,fv is given in
Compute the effective gauged head, hie = hj - kh.
c)
terms of hie/ h‘ and hpe/ hie. Each table corresponds to a dif-
ferent range of the ratio h’l P1, as follows :
Determine the value of KI = 0,8 CQ,dg m.
d)
0,O Q h’lP1 Q 0,5
Table 9
for modular flow
Hence Q = KI ZH
0,5 < h‘/P, Q 1,0
Table 10
and Q = Kl f, ZHHle5/2 for drowned flow.
1,0 < h‘/P1 Q 1,5
Table 11
1,5 < h’lP1 2,O Determine the cross-sectional area of flow, A = B ( hl
Table 12 e)
+ Pl), and hence the velocity head in terms of discharge
Table 13 : 2,O < h‘lPl Q 2,5
(11)
7.7 Limits of application
7.7.1 The practical lower limit of upstream head is related to
where Bis the width at upstream gauging section in metres.
the magnitude of the influence of fluid properties and boundary
roughness. For a well-maintained weir with a smooth crest sec-
f) Assume, as a first approximation, that hi, = Hle and
tion, the minimum head recommended is 0,03 m. If the crest is
compute the discharge. In this step, the value of ZH is ob-
of smooth concrete or a material of similar texture, a lower limit
tained from table 6 and, for drowned flow, the value off, is
of 0,ûû m is suggested.
obtained from table 8.
g) Use this approximate discharge to determine the veloci-
7.7.2 There is also a limiting value for the ratios h’/P1 of 2,5
ty head and then use these data to calculate an improved
and there are limitations on HlIP2 as shown in table 5. These
value of the total head at the gauging section.
are governed by the scope of experimental verification and vary
with cross-slope.
Compute a more refined discharge value using this total
h)
head value.
P2 = elevation of the lowest crest elevation relative to the
downstream bed level in metres.
j) Repeat steps g) and h) until the difference between suc-
cessive discharge values is an order of magnitude less than
the required uncertainty.
8 Computation of discharge
The above method enables discharges to be calculated from in-
8.1 General
dividual gauged head readings.
8.1.1 There are two common methods of computing
8.2.2 Computation of modular stage-discharge function
discharges from gauged head readings. The first obtains results
by successive approximation techniques and utilises the basic
The previous method does not provide the quickest way of
“total head” equations. This method is particularly suited to
computing a modular stage-discharge graph for a particular
solutions by computer techniques since the computer provides
weir installation where such a plot is required. A more concise
an efficient way of carrying out the repetitive calculations in-
method of obtaining the theoretical calibration curve is to
volved. The second method utilises relationships which can be
calculate, first of all, the relationship between total head and
derived between gauged and total heads for particular weir and
discharge and then to convert total head to gauged head. This
flow geometries. These enable the coefficient of velocity, C,, in
conversion will normally require less loops of the successive ap-
the discharge equation to be assessed from tables or graphs.
proximation cycle than in the first method described in 8.2.1.
The principle of the method is as follows :
8.2 Successive approximations method
ai Using the total head equation (11, calculate a series of
Q for a series of assumed values of Hie; ZH is ob-
values of
8.2.1 Computation using individual head measurements
tained from
The method of successive approximations is a well known ap-
It is
proach to the conversion of gauged heads to total heads.
applicable to any weir geometry, and can be used in both C,, and kh are obtained from table 5, and Z, can be read
modular and drowned flow conditions. from table 6.
6
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IS0 4377-1982 (E)
b) The next step is to convert the series of total head Examples of these computational methods are given in
values HIe to the corresponding gauged head values.
clause 10.
c) Making as a first approximation the assumption that the
8.4 Accuracy
upstream water level is at the elevation given by the total
head, deduce the cross-sectional area of the approach
8.4.1 T
...
Norme internationale 4377
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDlZATION*MEWYHAPOLIHAR OPFAHH3AUHR fl0 CTAHAAPTH3AUHH*ORGANlSATlON INTERNATIONALE DE NORMALISATION
I
1
t
Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts -
e
Déversoirs plats en V
Liquid flow measurement in open channels - Flat-V weirs
Première édition - 1982-11-15
: CDU 532.572 Réf. no : IS0 4377-1982 (FI
1
Descripteurs : écoulement de liquide, écoulement en canal découvert, mesurage de débit, déversoir.
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Prix basé sur 23 pages
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Ava n t - p r o p os
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale
d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de I’ISO). L‘élaboration
des Normes internationales est confiée aux comités techniques de I‘ISO. Chaque
comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité technique
correspondant. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouverne-
e
mentales, en liaison avec WO, participent également aux travaux.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis
aux comités membres pour approbation, avant leur acceptation comme Normes inter-
nationales par le Conseil de I’ISO.
La Norme internationale IS0 4377 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 113,
Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts, et a été soumise aux comités
membres en août 1980.
Les comités membres des pays suivants l’ont approuvée :
Afrique du Sud, Rép. d‘ France
Royaume-Uni
Allemagne, R . F. Inde
Suisse
Australie Italie Tchécoslovaquie
Chine Pays-Bas
URSS
Espagne Roumanie
USA
Le comité membre du pays suivant l’a désapprouvée pour des raisons
:
techniques
Belgique
0 Organisation internationale de normalisation, 1982 0
Imprimé en Suisse
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NORME INTERNATIONALE
IS0 4377-1982 (F)
Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts -
Déversoirs plats en V
1 Objet et domaine d'application Tableau 1
I I
Élévation de la
Pente
Gamme
1.1 La présente Norme internationale traite de la mesure de
crête au-dessus Largeur
transversale de débit
débit dans les rivières et chenaux artificiels à régime permanent du lit
la crête
de
m m
m3/s
ou à variation lente, à l'aide de déversoirs plats en V. Le déver-
soir plat en V normalisé est upe structure de contrôle dont la
1:lO I 4 0,015 à 5
crête a la forme d'un «V» aplati lorsqu'on le regarde dans le
1 :20 20 0,030 à 180
sens de l'écoulement.
(à une hauteur de
charge maximale
de 3 m)
1.2 Le déversoir normalisé est de profil triangulaire et pré-
0,055 à MO
sente une pente amont de 1 (vertical):2 (horizontal) et une (à une hauteur de
charge maximale
1:5. La pente: transversale de la ligne de crête ne
pente aval de
de 3 mi
doit pas être supérieure à 1:lO. La pente transversale doit se
situer entre O et 1:lO et, quand elle est zéro, le déversoir devient
un seuil à profil triangulaire à deux dimensions (voir IS0 4360).
2 Définitions et symboles
Dans le cadre de la présente Norme internationale, les défini-
1.3 Le déversoir peut être utilisé pour mesurer aussi bien des
tions données dans 1'1S0 7727) sont applicables. Une liste com-
débits modulaires que des débits noyés. Dans un régime modu-
plète de symboles avec les unités de mesure correspondantes
laire, le débit ne dépend que du niveau d'eau amont et une
est donnée dans l'annexe B.
seule mesure de la hauteur de charge amont suffit. Dans un
régime noyé, le débit dépend à la fois des niveaux amont et aval
et deux mesures de charge séparées sont nécessaires. Avec un
3 Unités de mesure
déversoir plat en V normalisé, les deux hauteurs à mesurer sont
Les unités de mesure utilisées dans la présente Norme interna-
tionale sont les unités SI.
a) la hauteur de charge amont;
b) la hauteur de charge dans la poche de cavitation qui se
4 Installation
forme juste en aval du seuil.
4.1 Choix de l'emplacement
1.4 Le déversoir plat en V peut mesurer une gamme assez
large de débits et a l'avantage d'une grande sensibilité aux fai- 4.1.1 Le déversoir doit être situé dans un tronçon de chenal
bles débits. Son fonctionnement, en régime noyé, minimise les rectiligne, à l'écart des obstructions locales, rugosités ou inéga-
à très forts débits. Les déversoirs plats en V ne doivent
remous lités du lit.
pas être utilisés dans les rivières à forte déclivité, notamment
lorsqu'elles charrient un fort pourcentage de sédiments.
4.1.2 II faut procéder à une étude préliminaire des conditions
physiques et hydrauliques de l'emplacement proposé pour véri-
fier qu'il est conforme (ou peut être construit ou rendu con-
1.5 L'annexe A donne les critères de choix des déversoirs et
forme) aux conditions nécessaires au mesurage de débit au
des canaux jaugeurs pour le mesurage de débit de l'eau dans les
moyen du déversoir. On veillera en particulier aux points sui-
canaux découverts.
vants dans le choix de l'emplacement :
a) Existence d'une longueur suffisante du chenal, à sec-
1.6 Aucune limite supérieure n'est spécifiée en ce qui con-
tion droite régulière (voir 4.2.2.2).
cerne la taille de cette structure. Les gammes de débit pour
trois déversoirs caractéristiques sont indiquées dans le b) Uniformité de la répartition des vitesses existantes (voir
tableau 1. annexe C).
1) IS0 772. Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts - Vocabulaire et symboles.
1
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IS0 4377-1982 (FI
Chenal à forte pente à éviter (mais voir 4.2.2.6). une écluse ou tout autre élément provoquant une asymétrie de
c)
il peut se produire des erreurs
l'écoulement dans le chenal,
d) Effets de l'augmentation des niveaux de l'eau en
sérieuses dans la précision du jaugeage. L'écoulement dans le
amont, due au dispositif de mesurage.
chenal d'approche doit avoir une répartition symétrique des
vitesses (voir annexe C) et la meilleure manière de respecter
e) Conditions aval (y compris les influences telles que
cette condition est de prévoir un long chenal d'approche recti-
marées, confluents avec d'autres cours d'eau, écluses, bar-
ligne de section uniforme.
rages et autres accessoires de contrôle qui peuvent provo-
quer un écoulement noyé).
4.2.2.2 Une longueur droite de chenal d'approche égale à
cinq fois la largeur du cours d'eau à son débit maximal suffit en
f) Imperméabilité du sol sur lequel doit reposer le dispositif
général, dans la mesure où la pénétration de l'eau dans le che-
de mesurage et nécessité de procéder à un compactage, à
nal ne se fait pas à grande vitesse par un coude à angle aigu ou
des jointoiements ou à tout autre moyen de contrôle des
une écluse oblique. La longueur de chenal uniforme peut néan-
fuites.
moins être augmentée avec profit si cela est possible.
Nécessité pour les rives de retenir le débit maximal de
g)
4.2.2.3 La longueur du chenal d'approche uniforme indiquée
crue dans le chenal.
en 4.2.2.2 correspond à la distance située en amont du point de
Stabilité des rives et nécessité de nettoyer et/ou de gar-
h) mesure de la charge. Dans un chenal naturel, cependant, il ne
nir d'un revêtement.
serait pas rentable de bétonner le lit et les berges sur une telle
distance et il pourrait être nécessaire de prévoir une contraction
Uniformité de la section du chenal d'approche.
j)
en plan si la largeur entre les parois verticales du chenal canalisé
est inférieure à la largeur du chenal naturel. La portion non
k) Effet du vent sur l'écoulement dans le déversoir ou le
canalisée du chenal en amont de la contraction doit néanmoins
canal jaugeur, surtout lorsque celui-ci est large, la charge
respecter les conditions de 4.2.2.1 et 4.2.2.2.
faible et lorsque le vent dominant est dans une direction
transversale.
4.2.2.4
Les parois latérales verticales ménageant la contrac-
tion des chenaux naturels doivent être disposées symétrique-
4.1.3 Si l'emplacement ne remplit pas les conditions requises
ment par rapport à l'axe du chenal et doivent, de préférence, .
pour effectuer des mesurages satisfaisants, ou si un examen du
être incurvées sur un rayon d'au moins 2 H,,, comme indiqué
courant montre que la répartition des vitesses dans le chenal
1. Le point de tangence de ce rayon le plus proche
sur la figure
d'approche diffère de manière appréciable de celle qui est indi-
du déversoir doit se situer à au moins H,,, en amont de la sec-
quée dans les exemples de l'annexe c, il faut l'abandonner A
tion de mesure de la charge. La hauteur des parois latérales doit
moins qu'il soit possible d'y apporter les améliorations néces-
être choisie de manière à contenir le débit théorique maximal.
saires. Le fonctionnement de l'installation doit également être
vérifié par une mesure de débit séparée.
4.2.2.5 Dans un chenal exempt de débris flottants ou en sus-
pension, on peut également établir de bonnes conditions
d'approche en placant judicieusement des chicanes formées de
4.2 Conditions d'installation
lattes verticales, mais aucune chicane ne doit être placée à une
à 10 fois ifmax.
distance du point de mesurage inférieure
4.2.1 Spécifications générales
4.2.2.6
Dans certaines conditions, un ressaut peut apparaître
4.2.1.1 L'installation complète de mesurage comprend un
en amont du dispositif de mesurage, par exemple si le chenal
chenal d'approche, un déversoir et un chenal aval. Les condi-
d'approche est à forte pente. Si ce ressaut est à une distance en
tions de chacun de ces trois éléments affectent la précision glo-
à 30 fois if,,,,,, on peut effectuer le
amont au moins égale
bale des mesurages. Les conditions exigées pour l'installation
mesurage du débit, sous réserve qu'il existe une répartition
comprennent des caractéristiques telles que l'état de surface du
régulière des vitesses au niveau de la station de jaugeage.
déversoir, la forme de la section transversale du chenal, la rugo-
sité du chenal et l'influence des appareils de contrôle en amont 4.2.2.7 L'état du chenal d'approche peut être vérifié par exa-
men visuel ou par des mesures pour lesquelles on dispose de
ou en aval du dispositif de jaugeage.
plusieurs techniques telles que moulinets, flotteurs, bâtons de
ou solutions concentrées de colorants, la dernière tech-
vitesse
4.2.1.2 La répartition et la direction des vitesses peuvent avoir
nique servant à vérifier les conditions au fond du chenal. Une
une influence importante sur le fonctionnement du déversoir
estimation complète et quantitative de la répartition des vites-
(voir 4.2.2 et annexe Cl.
ses peut s'obtenir au moyen d'un moulinet. La répartition des
à l'annexe C.
vitesses doit alors être vérifiée par référence
4.2.1.3 Une fois le déversoir installé, tout changement maté-
à l'installation modifie les caractéristiques de débit;
riel apporté
4.3 Structure du déversoir
un réétalonnage sera alors nécessaire.
4.3.1 La structure doit être rigide, étanche et capable de résis-
4.2.2 Chenal d'approche
ter aux écoulements de crue sans être endommagée par des
débordements ou l'érosion aval. La crête du déversoir doit être
4.2.2.1 Si l'écoulement dans le chenal d'approche est per- perpendiculaire à la direction de l'écoulement et doit correspon-
turbé par des irrégularités de la couche limite telles que des gros dre aux dimensions données dans les chapitres qui s'y rappor-
cailloux ou des affleurements de roches, ou par une courbe, tent.
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IS0 4377-1982 (FI
Le déversoir doit être enfermé entre des parois latérales vertica- La structure du déversoir doit être maintenue propre et
les et sa largeur de crête ne doit pas excéder la largeur du che- exempte de toute accumulation de débris et l’on doit prendre
nal d’approche (voir figure 1). Les blocs formant le déversoir soin, au cours du nettoyage, de ne pas endommager la crête du
peuvent être tronqués, mais leurs dimensions horizontales dans déversoir.
la direction de l’écoulement ne doivent jamais être réduites à
moins de H,,, en amont et 2 HmB, en aval de la ligne de crête.
6 Mesure de la (des) hauteurk) de charge
4.3.2 Le déversoir et le chenal d’approche immédiatement
voisin (la partie avec des parois latérales verticales) peuvent être 6.1 Spécifications générales
construits en béton, recouvert d‘une couche de finition lisse en
ciment ou d’un matériau lisse non sujet à la corrosion. Dans les
6.1.1 En cas de mesures ponctuelles, la charge peut être
installations de laboratoire, la finition doit être équivalente à
mesurée à l’aide d’échelles limnimétriques verticales, de pointes
celle d‘une tôle laminée ou d‘un bois raboté, poncé et peint.
limnimétriques recourbées ou droites, de sondes limnimétri-
L’état de surface est particulièrement important au voisinage du
ques visuelles ou électriques. En cas d‘enregistrements en con-
seuil, mais moins sévère sur le profil sur une distance de
tinu, on doit utiliser des limnigraphes. Les emplacements des
1 /2 H,,, en amont et en aval de la ligne de crête.
mesures de charge sont indiqués en 6.4.1, 6.4.2 et 6.4.3.
4.3.3 Pour minimiser les erreurs limites sur la mesure du débit, 6.1.2 Plus la taille du déversoir et la charge correspondante
il convient de respecter les tolérances suivantes lors de la cons- sont petites, plus les écarts de construction, de réglage du zéro
truction :
et de lecture du dispositif mesureur de charge, même petits,
prennent d‘importance relative.
-
Sur la largeur de la crête, 0,2 % de cette largeur avec
un maximum de 0,Ol m.
6.2 Puits de mesurage
-
Sur les pentes amont et aval, 0,5 %.
6.2.1 II est préférable de mesurer la charge amont dans un
puits de mesurage pour réduire les effets des irrégularités
-
Sur la pente transversale de la crête, 0,l %.
superficielles de l‘eau. Dans ce cas, il est également préférable
de vérifier de temps en temps la charge dans le chenal d’appro-
-
Sur les écarts ponctuels par rapport à la ligne de crête
che. Lorsque le déversoir est conçu pour fonctionner en régime
moyenne, 0,05 % de la largeur de crête.
noyé, il est nécessaire de prévoir un puits de mesurage séparé
pour enregistrer la charge piézométrique engendrée dans la
Les installations de laboratoire doivent normalement avoir une
poche de cavitation qui se forme en aval de la crête.
précision plus élevée.
6.2.2 Les puits de mesurage doivent être verticaux et de hau-
4.3.4 La structure doit être mesurée dès son achèvement et
teur et profondeur suffisantes pour couvrir toute la gamme des
un calcul doit être fait sur les valeurs moyennes des dimensions
niveaux d‘eau. Dans les installations in situ, ils doivent avoir
et leurs écarts-types pour des limites de confiance
importantes
une hauteur minimale de 0,3 m au-dessus du niveau maximal
de 95 %. Les valeurs moyennes servent au calcul du débit et
escompté. Les puits de mesurage doivent être raccordés par
l’écart-type au calcul de l’erreur limite globale sur une seule
des tuyauteries adéquates aux points de mesure de la charge.
détermination du débit (voir 9.6).
6.2.3 Le puits et la tuyauterie de raccordement doivent tous
4.4 Conditions en aval deux être étanches à l’eau et, lorsque le puits est prévu pour
loger le flotteur d‘un limnigraphe, il doit être de taille et de pro-
fondeur suffisantes pour permettre la flottaison de ce flotteur
4.4.1 Les conditions en aval de la structure sont importantes
quel que soit le niveau de l‘eau. Le flotteur ne doit pas se trou-
parce qu’elles contrôlent le niveau d’eau aval. Ce niveau est l’un
ver à moins de 0,075 m de la paroi du puits.
des facteurs qui déterminent si, au niveau du déversoir, I’écou-
lement sera modulaire ou noyé. II est donc essentiel de calculer
6.2.4 Le radier de la tuyauterie doit se trouver à au moins
ou de noter les niveaux d’eau aval sur toute la gamme des
0,06 m en dessous du niveau le plus bas à enregistrer.
débits et, en fonction de ces renseignements, de prendre une
décision sur le type de déversoir à utiliser et sa forme géo-
6.2.5 La tuyauterie de raccordement au point amont de
métrique.
mesure de la charge doit affleurer au ras de la paroi du chenal
d’approche et perpendiculairement par rapport à celle-ci. La
paroi du chenal d’approche doit être uniforme et lisse (fini-
5 Entretien - Spécifications générales
tion équivalente à celle du béton soigneusement fini) sur
une distance égale à 10 fois le diamètre de la tuyauterie à
5.1 L’entretien du dispositif de mesurage et du chenal partir de l‘axe du raccord. La tuyauterie ne peut être inclinée par
d‘approche est important pour assurer des mesurages précis et rapport à la paroi que si elle est munie d’un couvercle ou d’une
continus. II est primordial que le chenal d’approche soit, dans la plaque de fermeture amovible affleurant la paroi et percée de
mesure du possible, maintenu propre et exempt de limon et de trous, dont les bords ne doivent être ni arrondis ni ébarbés.
végétation sur une distance au moins égale à celle spécifiée en Les plaques de fermeture perforées ne sont pas recommandées
4.2.2.2. Le puits à flotteur et l’entrée du chenal d’approche doi- là où des mauvaises herbes ou du limon sont susceptibles
vent aussi être maintenus propres et exempts de dépôts. d‘être présents.
3
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met des parois verticales et dans les puits de mesurage. Ils doi-
6.2.6 La tuyauterie de raccordement au point de mesure de la
charge dans la poche de cavitation doit aboutir dans un collec- vent être nivelés avec précision de manière à connaître leur cote
par rapport au niveau du seuil. Le zéro des instruments peut
teur encastré dans le seuil du déversoir. Dans les grandes instal-
être vérifié par rapport à ces repères de nivellement sans qu'il
lations in situ, la sortie du collecteur doit comporter 10 trous de
soit nécessaire de faire à chaque fois un nouveau relevé de la
10 mm de diamètre, espacés de 50 mm sur une droite parallèle
cote du seuil. Un tassement de la structure remet cependant en
à la ligne de crête mais située 20 mm en aval. Dans les installa-
le seuil et les repères de nivelle-
tions de laboratoire et les petites installations in situ cause tous les rapports entre
ment, et il est donc conseillé de procéder occasionnellement à
(b < 2,5 m), ces dimensions sont à réduire de moitié. Les
trous doivent affleurer la face aval du déversoiraet être percés des vérifications.
dans une plaque de fermeture facilement démontable pour
assurer l'entretien du système. II est important de placer un joint
6.3.3 Une vérification du zéro fondée sur le niveau de l'eau
d'étanchéité efficace tout autour de cette plaque. Les emplace-
(soit en fin d'écoulement, soit juste au début) est sujette à des
ments des points de mesure de la charge sont indiqués en 6.4.
erreurs sérieuses par suite des effets tensio-actifs et il faut donc
l'éviter.
6.2.7 Une profondeur de réserve doit être prévue dans les
puits pour empêcher l'échouage des flotteurs sur le fond ou sur
6.3.4 Les valeurs de la pente transversale du seuil, m, et du
les limons ou les débris accumulés. Le puits de mesurage peut
zéro de l'échelle peuvent être obtenues par mesure de la hau-
comporter une chambre intermédiaire de dimensions et de pro-
teur du seuil à intervalles réguliers sur la ligne de crête. On trace
portions similaires, placée entre lui et le chenal d'approche pour
ensuite les droites optimales passant par les points de mesure
permettre le dépôt des limons et autres débris à un endroit où il
de chaque côté du déversoir et l'intersection de ces deux droi-
est facile de les repérer et de les éliminer.
tes donne le niveau du zéro de l'échelle. Dans les formules du
débit, on prend pour m la moyenne des deux inclinaisons des
'6.2.8 Le diamètre de la tuyauterie de raccordement ou la lar- parois latérales. Dans les installations in situ, il est recommandé
geur de la fente doivent être suffisants pour permettre au d'utiliser les techniques de nivellement normalisées mais, pour
niveau d'eau dans le puits de suivre les fluctuations en hausse les mesures en laboratoire, il est obligatoire d'utiliser des micro-
ou en baisse de la hauteur de charge sans retard appréciable, mètres ou des verniers de précision.
mais aussi suffisamment petits, compte tenu des exigences
d'entretien, pour amortir les oscillations dues aux ondes à cycle
6.4 Emplacement des sections de mesure de
court.
, la charge
6.2.9 II n'est pas possible de fixer des règles strictes pour la
6.4.1 L'écoulement arrivant sur un déversoir plat en V est tri-
détermination de la taille de la tuyauterie de raccordement, car
dimensionnel. Le rabattement est plus prononcé au niveau le
ce paramètre dépend des conditions particulières de I'installa-
plus bas du seuil que dans les autres emplacements situés sur la
tion considérée : par exemple, si l'emplacement est à découvert
largeur du chenal d'approche et cela provoque un abaissement
et donc exposé aux vagues, si le diamètre du puits doit être suf-
fisant pour loger les flotteurs des limnigraphes, etc. II est préfé- de la surface de l'eau immédiatement en amont du point le plus
rable d'avoir un raccord'plutôt trop large que trop étroit, car il
bas du seuil. Cet abaissement est moins prononcé plus en
est facile d'ajouter ultérieurement une restriction si I'amortisse- amont et, à une distance de 10 fois la hauteur du triangle,
ment des ondes à court cycle ne se fait pas convenablement. II 10 h', le niveau de l'eau reste sensiblement constant sur toute
est généralement suffisant d'avoir une tuyauterie de 100 mm de
la largeur du chenal. Donc, pour évaluer de façon précise la
diamètre pour les mesures de débit in situ. Un diamètre de charge amont, il convient de situer la prise à 10 h' en amont de
3 mm peut convenir pour les mesures de précision en régime la ligne de crête. h' = b/2 n = différence entre le point le plus
élevé et le point le plus bas du seuil du déversoir. Si, toutefois,
permanent en laboratoire.
cette distance est inférieure à 3 HmaX, la prise doit être située à
3 H,,, en amont du seuil pour éviter le phénomène de rabatte-
6.2.10 Les robinets d'isolement avec des tiges allongées doi-
ment.
vent de préférence être fixés à la tuyauterie de raccordement à
l'intérieur des puits de mesurage de sorte que les puits puissent
6.4.2 Si d'autres considérations exigent que la prise soit
être drainés ou asséchés et nettoyés. Si possible, le puits doit
à un système de drainage par la voie d'un robinet à située plus près du déversoir, et si ffl/ Pl > 1, des corrections
être relié
devront être apportées aux coefficients de débit. Dans tous les
boisseau conique à boue et d'une canalisation.
cas, un accroissement du coefficient est nécessaire et le pour-
centage d'accroissement dépend de l'emplacement de la prise
6.3 Réglage du zéro
et de la valeur de Hl/ P1, suivant le tableau 2.
6.3.1 II est essentiel, pour obtenir une bonne précision glo- Tableau 2
bale, d'une part d'avoir un réglage initial précis du zéro des dis-
positifs mesureurs de la charge par rapport au niveau du seuil
du déversoir, d'autre part de vérifier régulièrement ces réglages
dans la suite des opérations.
6.3.2 Un moyen précis doit être prévu pour vérifier le zéro à
intervalles fréquents. Des repères de nivellement constitués par
des plaques métalliques horizontales doivent être fixés au som-
4
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IS0 4377-1982 (FI
où
Hl est la hauteur de charge totale amont par rapport à la ou fv est le facteur de réduction pour débit noyé.
hauteur du point le plus bas du seuil;
L'équation correspondante de la hauteur jaugée est :
Pl est la hauteur du point le plus bas du seuil par rapport
au niveau du lit amont;
. . . (4)
Q = 0,8 CDe Cvfv &m Zh
LI est la distance entre le point de mesure de la charge à
Les valeurs du coefficient de débit modulaire, Co,, sont don-
l'amont et la ligne de crête.
nées dans le tableau 5.
6.4.3 Les déversoirs plats en V peuvent être utilisés pour jauger
7.2 Hauteurs de charge utiles
des écoulements noyés si une prise est incorporée au seuil. Le
trou central parmi les dix trous de prise au niveau du seuil (voir
6.2.6) doit être décalé sur le côté de 0,l fois la largeur totale du
7.2.1 Les hauteurs de charge utiles sont déterminées en dimi-
seuil par rapport au point le plus bas de celui-ci (voir figure 1).
nuant les valeurs observées d'une petite quantité constante qui
:
corrige les effets des propriétés du fluide. Ainsi
7 Relations interessant le débit
7.1 Équations de débit
Les valeurs du facteur de correction de la charge, kh, sont don-
7.1.1 L'équation de base du débit exprimé en fonction de la 5.
nées dans le tableau
hauteur de charge totale pour un déversoir plat en V en régime
modulaire est la suivante :
Les valeurs du coefficient d'énergie de Coriolis, a, doivent être
vérifiées in situ, en mesurant la distribution des vitesses dans la
. . . (1)
Q = 0,8 C,, &m Z~4,5f2 section où est mesurée la charge. Au niveau théorique, la
valeur de a doit être prise égale à 1,2.
où
Q est le débit total;
7.3 Coefficients de forme
C,, est le coefficient utile de débit;
7.3.1 Des coefficients de forme apparaissent dans les équa-
tions de débit des déversbirs plats en V, car la géométrie de
g est l'accélération due à la pesanteur;
l'écoulement change lorsque le débit dépasse la condition
totale du triangle du déversoir. Ainsi :
m est la pente transversale du seuil (1 verticailm hori-
zontal);
quand hl G h
ZH est le coefficient de forme;
Hie est la hauteur de charge totale utile à l'amont par rap-
quand hl > h'
port à la hauteur du point le plus bas du seuil.
zh = 1 - (1 - h'l . . . (8)
On peut également exprimer l'équation du débit en fonction
de la hauteur jaugée, en utilisant un coefficient de vitesse en
et ZH = 1 - (1 - h'/4,)5'2 . . . (9)
fonction de la forme géométrique du déversoir et de I'écou-
lement.
où
Q = 0,8 c~, c,, &m zh hle5/2
. . . (2)
h' = b12m est la différence de hauteur entre le point le plus
où haut et le point le plus bas du seuil;
b est la largeur du seuil.
C,, est le coefficient de vitesse;
Les valeurs de zh et ZHsont données dans le tableau 6 en fonc-
zh est le coefficient de forme;
tion de hi,/ h', et HI,/ h'.
hi, est la hauteur de charge jaugée utile à l'amont par rap-
port à la hauteur du point le plus bas du seuil.
7.4 Coefficient de vitesse
7.1.2 Exprimée en fonction de la hauteur totale, l'équation de
base du débit d'un déversoir plat en V en régime noyé est la 7.4.1 Le coefficient de vitesse, C,, est lié au coefficient de
suivante :
débit modulaire, C,,, au rapport h'l PI et au rapport h,,lh'.
5
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IS0 4377-1982 (FI
P2 est la hauteur du point le plus bas du seuil par rapport au
7.4.2 Le coefficient de vitesse, C,, apparaît dans les équa-
niveau du lit aval, en mètres.
tions (2) et (4) avec le coefficient de forme, zh. Comme indiqué
en 7.3.1, le coefficient de forme est fonction de hi,/ h', un des
facteurs jouant sur C,,. II est donc pratique de présenter les
8 Calcul du débit
données intéressant le produit CvZh en fonction de h'lP1 et
hiel h', puisque C, et zh ne jouent aucun rôle séparément. Les
8.1 Généralités
valeurs de ce produit sont données dans le tableau 7.
8.1.1 II existe deux méthodes habituelles pour calculer le débit
7.5 Conditions de débit modulaire/noyé
à partir des mesures de charges jaugées. La première obtient
des résultats par approximations successives et emploie les
7.5.1 La limite modulaire des déversoirs plats en V n'a pas
équations de base de la ((charge totale)). Cette méthode est par-
une valeur unique comme c'est le cas pour les déversoirs à deux
ticulièrement bien adaptée au traitement par ordinateur, car
dimensions, c'est-à-dire à seuil horizontal. La limite modulaire
celui-ci constitue un moyen efficace pour effectuer les calculs
des déversoirs plats en V est de (70 f 5 %) selon le rapport
répétitifs nécessaires. La seconde méthode se fonde sur les
Hie/ h'.
relations existant entre les hauteurs de charge jaugée et totale
pour chaque geométrie de déversoir et d'écoulement. Les deux
7.6 Facteur de réduction pour débit noyé
méthodes permettent d'évaluer le coefficient de vitesse, C,,
figurant dans l'équation du débit à partir de tableaux ou de gra-
phiques.
7.6.1 Pour des raisons de commodité, le facteur de réduction
pour débit noyé, f,, peut être rapporté au rapport de charges
hpe/ ifI,. La relation fonctionnelle est donnée par : 8.2 Méthode des approximations successives
. . .(IO)
f, = 1,078 [0,909 - MPe/ H,,)3/2]0r183
8.2.1 Calcul à partir de mesures de charge isolées
où h,, = h, - kh = hauteur de charge utile dans la poche de
La méthode des approximations successives est une technique
cavitation par rapport à la hauteur du point le plus bas du seuil.
bien connue de conversion des charges jaugées en charges
i
totales. Elle est applicable quelle que soit la géométrie du déver-
Les valeurs numériques obtenues grâce à l'expression ci-dessus
soir et peut être utilisée en régime modulaire comme en régime
sont données dans le tableau 8.
noyé.
7.6.2 Dans l'équation (IO), le facteur de réduction pour débit
La méthode est la suivante :
noyé est rapporté au rapport hpe/ Hie, c'est-à-dire à une expres-
sion mettant en jeu la hauteur totale. Si l'on utilise l'équation Utiliser l'équation (1) si le débit est modulaire et I'équa-
a)
(4) pour calculer le débit, il convient de rapporter f, aux hau-
tion (3) si le déversoir est noyé.
teurs jaugées. Les tableaux 9 à 13 en donnent un moyen prati-
que, le produit CVfv étant donné en fonction de hl,l h' et
Détermine
...
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