ISO 4374:1990
(Main)Liquid flow measurement in open channels — Round-nose horizontal broad-crested weirs
Liquid flow measurement in open channels — Round-nose horizontal broad-crested weirs
Deals with the measurement of flow in rivers and artificial channels. The flow conditions considered are limited to steady flows which are uniquely dependent on the upstream head. Drowned flows, which depend on downstream as well as upstream levels, are not covered. Cancels and replaces the first edition (ISO 4374 :1982), of which it constitutes a technical revision.
Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts — Déversoirs horizontaux à seuil épais arrondi
1.1 La présente Norme internationale traite de la mesure du débit dans les rivières et chenaux artificiels à écoulement permanent à l'aide de déversoirs horizontaux à seuil épais arrondi (voir figures 1 et 2). 1.2 Les conditions d'écoulement considérées se limitent aux écoulements permanents ne dépendant que de la hauteur de charge à l'amont. Les écoulements noyés sur lesquels influent tant le niveau à l'amont que le niveau à l'aval ne font pas l'objet de la présente Norme internationale. 1.3 Le déversoir horizontal à seuil épais arrondi a une gamme de débit et une limite modulaire satisfaisantes et convient particulièrement pour les installations de petite ou de moyenne taille. Il est particulièrement robuste et insensible aux dommages matériels mineurs.
General Information
Relations
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Standards Content (Sample)
ISO
INTERNATIONAL
4374
STANDARD
Second edition
1990-03-15
Liquid flow measurement in open channels -
Round-nose horizontal broad-crested weirs
Mesure de d&bit des liquides dans /es canaux dkouverts - Deversoirs horizontaux
a seuil 6pais arrondi
Reference number
ISO 4374 : 1990 (E)
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ISO 4374 : 1990 (El
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.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to
the member bodies for approval before their acceptance as International Standards by
the ISO Council. They are approved in accordance with ISO procedures requiring at
least 75 % approval by the member bodies voting.
International Standard ISO 4374 was prepared by Technical Committee ISO/TC 113,
Measurement of liquid flow in open channels.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 4374 : 19821, of which it
constitutes a technical revision.
Annexes A, B and C form an integral patt of this International Standard.
NOTE - Guidelines for the selection of weirs and flumes for the measurement of the discharge of
water in open channels are given in ISO 8368 : 1985, Liquid flow measurement in open channels
- Guidelines for the selection of flow gauging structures.
0 ISO 1990
All rights reserved. No patt 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.
International Organkation for Standardization
Case postale 56 l CH-121 1 Geneve 20 l Switzerland
Printed in Switzerland
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~~ ~
INTERNATIONAL STANDARD ISO 4374 : 1990 (E)
Liquid flow measurement in open channels - Round-nose
horizontal broad-crested weirs
1 Scope 4.1.2 A preliminary study shall be made of the physical and
hydraulic features of the proposed site, to check that it con-
forms (or tan be made to conform) to the requirements
1.1 This International Standard deals with the measurement
necessary for measurement of discharge by the weir. Particular
of flow in rivers and artificial channels under steady flow con-
attention should be paid to the following features in selecting
ditions using round-nose horizontal broad-crested weirs (sec
the site:
figures 1 and 2).
a) the adequacy of the length of channel of regular cross-
1.2 The flow conditions considered are limited to steady
section available (sec 4.2.2.2) ;
flows which are uniquely dependent on the upstream head.
Drowned flows, which depend on downstream as weil as
b) the uniformity of the existing velocity distribution (sec
upstream levels, are not covered by this International Standard.
annex B);
c) the avoidance of a steep channel (but see 4.2.2.6) ;
1.3 The round-nose horizontal broad-crested weir has a good
discharge range and modular limit and is appropriate for use in
d) the effects of any increased upstream water level due to
small- and medium-sized installations. lt is particularly robust
the measuring structure;
and insensitive to minor darnage.
e) the conditions downstream (including influences such
as tides, confluences with other streams, sluice gates, mill
2 Normative references
dams and other controlling features which might Cause
drowning) ;
The following Standards contain provisions which, through
reference in this text, constitute provisions of this International f) the impermeability of the ground on which the structure
Standard. At the time of publication, the editions indicated
is to be founded and the necessity for piling, grouting or
were valid. All Standards are subject to revision, and Parties to other means of controlling Seepage;
agreements based on this International Standard are encouraged
g) the necessity for flood banks, to tonfine the maximum
to investigate the possibility of applying the most recent
discharge to the channel;
editions of the Standards indicated below. Members of IEC and
ISO maintain registers of currently valid International Stan-
h) the stability of the banks, and the necessity for trim-
dards.
ming and/or revetment in natura1 channels;
ISO 772 : 1988, Liquid flow measurement in open channels -
i) the uniformity of the Cross-section of the approach
Vocabulary and s ymbols.
channel ;
ISO 5168 : 1978, Measurement of fluid flow - Estimation of
j) the prevailing wind, which tan have a considerable
uncertainty of a flow-rate measurement.
effect on the flow in a river, or over a weir or flume,
especially when the river, weir or flume is wide and the head
is small and when the prevailing wind is in a transverse
3 Definitions and Symbols
direction ;
For the purposes of this International Standard, the definitions
k) aquatic weed growth;
given in ISO 772 apply. A full list of Symbols with the cor-
responding units of measurement is given in annex A.
1) Sediment transportation n
4 Installation
4.1.3 If the site does not possess the characteristics necessary
for satisfactory measurements, or if an inspection of the stream
4.1 Selection of site Shows that the velocity distribution in the approach channel
deviates appreciably from the examples described in annex B,
the site shall not be used unless suitable improvements arc
4.1.1 The weir shall be located in a straight section of chan-
practicable. Alternatively, the Performance of the installation
nel, avoiding local obstructions, roughness or unevenness of
may be checked by independent flow measurements.
the bed.
1
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ISO 4374 : 1990 (El
4.2 Installation conditions vided by suitably placed baffles formed of vertical laths, but no
baffle shall be nearer to the Point at which the head is measured
than a distance of lOH,,,.
4.2.1 General requirements
4.2.2.6 Under certain conditions, a hydraulic jump may occur
4.2.1.1 The complete measuring installation consists of an
upstream of the measuring structure, for example if the
approach channel, a weir structure and a downstream channel.
approach channel is steep. Provided that the hydraulic jump is
The condition of each of these three components affects the
at a distance upstream of not less than about 3OH,,,, flow
Overall accuracy of the measurements. Installation require-
measurement will be feasible, subject to confirmation that an
ments include features such as the surface finish of the weir,
even velocity distribution exists at the gauging Station.
the Cross-sectional shape of the channel, the channel roughness
and the influence of control devices upstream or downstream
of the gauging structure.
4.2.2.7 Conditions in the approach channel tan be verified by
visual inspection or measurement for which several methods
are available such as current-meters, floats, velocity rods, and
4.2.1.2 The distribution and direction of velocity may have an
concentrations of dye, the last being useful to check conditions
impottant influence on the petformance of a weir (sec 4.2.2 and
at the bottom of the channel. A complete and quantitative
annex B).
assessment of velocity distribution may be made by means of a
current-meter. The velocity distribution should then be assessed
4.2.1.3 Once a weir has been installed, any changes in the
by reference to annex B.
Systems which affect the basis of the design will alter the
discharge characteristics.
4.3 Weir structure
4.2.2 Approach channel
4.3.1 The structure shall be rigid and watertight and capable
of withstanding flood flow conditions without darnage from
4.2.2.1 lf the flow in the approach channel is disturbed by
outflanking or from downstream erosion. The weir crest shall
irregularities in the boundary, for example by large boulders or
be at right angles to the direction of flow and the geometry
rock outcrops, or by a bend, sluice gate or other feature which
shall conform to the dimensions given in the relevant clauses.
Causes asymmetry of discharge across the channel, the
accuracy of gauging may be significantly affected. The flow in
4.3.2 The surfaces of the weir and of the vertical abutments
the approach channel shall have a symmetrical velocity distri-
flanking the weir shall be smooth; they may be constructed in
bution (sec annex B) and this tan most readily be achieved by
concrete with a smooth cement finish, or surfaced with a
providing a long straight approach channel of uniform cross-
smooth non-corrodible material. In laboratory installations, the
section.
finish shall be equivalent to that of rolled sheet metal or planed,
sanded and painted timber. The sutface finish is of particular
4.2.2.2 A length of straight approach channel equal to five
importante on the horizontal crest, but the requirements may
times the water-surface width at maximum flow will usually
be relaxed beyond a distance along the Profile 1/2H,ax
suffice, provided that flow does not enter the approach channel
upstream and downstream of the crest Profile.
with high velocity via a sharp bend or angled sluice gate.
However, a greater length of uniform approach channel is
4.3.3 In Order to minimize errors in the discharge
desirable if it tan readily be provided.
measurements, the following tolerantes should be aimed at
during construction :
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
-
on the crest width, 0,2 % of this width with a maxi-
position. However, in a natura1 channel it would be uneconomic
mum of 0,Ol m;
to line the bed and banks with concrete for this distance, and it
would be necessary to provide a contraction in plan if the width
-
on the horizontal surfaces, slopes of 0,l % (1 mm/m).
between the vertical Walls of the lined approach to the weir is
less than the width of the natura1 channel. The unlined channel
The structure shall be measured on completion of construction
upstream of the contraction shall nevertheless comply with the
and at regular intervals thereafter and if it varies from the
requirements of 4.2.2.1 and 4.2.2.2.
design dimensions by more than the permissible tolerantes, the
discharge shall be re-computed.
4.2.2.4 Vertical side Walls to effect a contraction in plan shall
be symmetrically disposed with respect to the centreline of the
4.4 Movable measuring structure
channel and shall preferably be curved with a radius R of not
less than 2H,,,. The downstream tangent Point shall be at
4.4.1 For water management purposes, it is in many cases
least &x upstream of the head measurement section. The
necessary to measure flows and also to control water levels or
height of the side Walls shall be Chosen such that the design
flow at the same location. A combined measuring and
maximum discharge tan be contained.
regulating structure provides the most economic means for this
purpose. The movable round-nose horizontal broad-crested
weir may be constructed with one Single vertical slot in which
4.2.2.5 In a channel where the flow is free from floating and
the supporting plate of the weir crest tan be raised or lowered
suspended debris, good approach conditions tan also be pro-
2
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ISO 4374 : 1990 (EI
according to the desired crest level. A vertical guide Wall, Measurement of head
founded on the bed of the channel and parallel to the suppor-
ting plate, acts as a watertight barrier for the movable weir.
61 . General requirements
6.1.1 Where spot measurements are required, the head
4.4.2 If regular Sediment flushing is expected to be necessary,
upstream of the weir crest tan be measured using a vertical or
the weir may be constructed with two Slots. The movable weir
inclined gauge, a hook gauge, Point gauge, wire weight gauge
is placed in the downstream slot while a bottom gate is placed
or tape gauge. Where a continuous record is required, a record-
in the upstream slot. During flow measurement, the bottom
ing gauge shall be used. The location of the head measurement
gate is Iowered onto the bed. To flush Sediment that has settled
section is dealt with in 7.2.
upstream of the weir, the bottom gate is opened by connecting
it to the movable weir and raising the weir and gate together.
6.1.2 With decreasing size of the weir and the head, small
errors in construction and in the zero setting and reading of the
head measuring devices become of greater relative importante.
4.4.3 The most commonly used type of movable weir is that
with two vertical Slots. This telescopic weir consists of two
6.2 Gauge weil
sliding blades and a movable weir which are mounted on a steel
guide frame in the following manner.
6.2.1 lt is usual to measure the head in a separate gauge weil
a) The bottom gate is blocked in place under operational
to reduce the effects of water-surface irregularities. When this
conditions and acts as a bottom limiter for the movable
is done, it is also desirable to measure the head in the approach
weir.
channel as a check.
b) The upper slide is connected to the bottom gate by
6.2.2 The gauge weil shall be vertical and of sufficient height
means of two steel Strips placed in the frame grooves and
and/or depth to cover the full range of water levels, and shall
acts as a top limiter for the movable weir.
have a minimum height of 0,3 m above the maximum water
level estimated. At the recommended Position for the measure-
c) The movable weir is connected by two steel Strips to a
ment of head, the well shall be connected to the approach
horizontal lifting beam. The weir crest is horizontal in both
channel by means of a pipe or slot.
directions. The upstream nose of the weir is rounded off in
such a way that flow Separation does not occur.
6.2.3 Both the well and the connecting pipe or slot shall be
weir as
Figure 2 Shows the round-nose horizontal broad-crested
watertight, and where the well is provided for the accommo-
a measuring and regulating structure. dation of the float of a level recorder, it shall be of adequate size
and depth to give clearance around the float at all stages. The
float shall not be nearer than 0,075 m to the wall of the weil.
45 . Downstream conditions
6.2.4 The pipe or slot shall have its invert not less than 0,06 m
Conditions downstream of the structure are important in that below the lowest level to be gauged, and it shall terminate flush
with the boundary of the approach channel and at right angles
they control the tail-water level. This level is one of the factors
which determines whether modular or drowned flow conditions thereto. The approach channel boundary shall be plain and
will occur at the weir. lt is essential, therefore, to calculate or smooth (equivalent to carefully finished concrete) within a
observe tail-water levels over the full discharge range and to distance of 10 times the diameter of the pipe or width of slot
make decisions regarding the type of weir and its required from the centreline of the connection. The pipe may be oblique
to the wall only if it is fitted with a removable cap or plate, set
geometry in the light of this evidente.
flush with the Wall, through which a number of hotes are drilled.
The edges of those holes shall not be rounded or burred.
6.2.5 Adequate additional depth shall be provided in the well
- General requirements
5 Maintenance
to avoid the danger of the float grounding on the bottom or on
any accumulation of silt or debris. The gauge weil arrangement
Maintenance of the measuring structure and the approach
may include an intermediate chamber of similar size and pro-
channel is important to secure accurate and continuous
portions between it and the approach channel, to enable silt
measurements. lt is essential that the approach channel be kept
and other debris to settle out where they may be readily seen
clean and free from silt and Vegetation aS far as practicable for
and removed.
the minimum distance specified in 4.2.2.2. The float well and
the entry from the approach channel shall also be kept clean
and free from deposits.
6.2.6 The diameter of the connecting pipe or width of slot
shall be sufficient to permit the water level in the weil to follow
the rise and fall of head without appreciable delay, but it should
The weir structure shall be kept clean and free from clinging
debris and care shall be taken in the process of cleaning to be as small as possible, consistent with ease of maintenance, to
damp out oscillations due to short-period waves.
avoid darnage to the weir crest.
3
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ISO 4374 I 1990 (E)
6.2.7 No firm rule tan be laid down for determining the size of b) a downward slope, or
the connecting pipe or slot, because this is dependent on the
c) a vettical face.
circumstances of the particular installation, for example
whether the site is exposed and thus subject to waves, and
The weir shall be set at right angles to the direction of flow in
whether a large diameter well is required to house the floats of
the approach channel.
recorders. lt is preferable to make the connection too large,
rather than too small, because a restriction tan easily be added
later if shott-period waves are not adequately damped out. A
7.1.2 The dimensions of the weir and its abutments shall
pipe 100 mm in diameter is usually suitable for flow measure-
comply with the requirements indicated in figure 1. The radius,
ment in the field. A diameter of 3 mm may be appropriate for
r, of the upstream crest shall not be less than 0,2 Hmax. The
precision head measurement with steady flows in the
length of the horizontal Portion of the weir crest shall not be
Iaboratory.
nor should the sum of the crest length and
less than 1,75I&,
nose radius be less than 2,25H,,,.
6.3 Zero setting
7.1.3 In the case of a movable weir, the weir body may be
Initial accurate setting of the zero of the head measuring
6.3.1 made of steel or aluminium metal plate. If the weir has a fixed
device with respect to the crest level of the weir, and regular
crest then it may be made of metal plate or of weil-finished
checking of this setting thereafter, are essential if Overall
concrete.
accuracy is to be attained.
If the structure has to be used to regulate and to measure
flows, which is often the case for weirs used for irrigation pur-
6.3.2 An accurate means of checking the zero shall be pro-
poses, then the construction will take the form of a vertical
vided. The instrument zero shall be obtained by direct reference
sliding overflow structure, movable by hand or mechanically.
to the weir crest, and a record shall be made of the settings car-
ried out in the approach channel and in the gauge weil. A zero
check based on the water level (when the flow either ceases or
7.2 Location of head measurement section
just begins) is liable to serious errors due to surface tension
effects and shall not be used.
7.2.1 The head on the weir shall be measured at a Point far
enough upstream of the crest to be clear of the effects of draw-
down,, but close enough to the weir to ensure that the energy
6.3.3 In the case of a movable weir both the upstream water
loss between the section of measurement and the upstream
level and the crest level vary. The elevation of the crestline tan
edge of the weir crest tan be considered to be negligible. lt is
be read from a fixed gauge. A typical method for measuring the
recommended that the head measurement section be located a
elevation of the crestline is by the installation of this gauge,
distance of between three and four times HmaX upstream of the
fixed at the abutment and parallel to the lifting beam on which a
weir block.
horizontal Strip indicates the elevation of the crest.
The weir is brought to a certain level. The reading of the fixed
7.2.2 The crest height, if movable, shall be measured simul-
gauge on the abutment is recorded, and the zero setting
taneously with the upstream water level (see 6.3.3).
described in 6.3.2 tan be carried out.
The head, h, (see figure 1) shall be determined within an
A direct reading tan be obtained by constructing the stilling
absolute accuracy of a few millimetres (sec 9.2). Regular in-
well close to the lifting beam. The gauge is connected to the
spection and maintenance of the whole structure is therefore
lifting beam so that it moves in the stilling weil, while its zero
indispensable.
coincides with the elevation of the vertexline. This method tan
also be applied for continuous recording.
7.3 Provision for modular flow
Flow is modular when it is independent of variations in tail-
7 Round-nose horizontal broad-crested weirs
water level. For this to occur, assuming subcritical conditions in
the tail-water channel, the tail-water total head level must not
7.1 Definition
rise beyond a certain percentage of H. If the downstream face
of the weir is vertical, this percentage is dependent on H&: it
is 63 % for low values of Hlp,, rising to 75 % at Hlp, = 0,5
7.1.1 The Standard weir comprises a truly level and horizontal
and 80 % at Hlp, > 1. These values also apply to a movable
crest, between abutments. The upstream edge shall be rounded
weir structure. If the weir block has a downstream slope flatter
in such a manner that flow Separation does not occur, and
than 1 in 5, the modular limit may be taken as 5 % higher
downstream of the horizontal crest there shall be either
throughout. In the above, JQ is the height of the crest above
the downstream bed level.
a) a rounded edge,
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ISO 4374 : 1990 (EI
/ /
/ - Head aauaina section
(
,-Gauge weil
Alternative geometries of
downstream face of weir
(L+ r)>2,25 Hmax
Figure 1 - Round-nose horizontal broad-crested weir - General arrangement
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Upper slide ,-D - Two frame .-. .- nrnnves
Flow -
Movable weir
A
I
8 I
hfl/
Supporting plate
Seal
L
B Iottom gate
--1L
Seal
=;w
a)
Supporting plate
I
e Supporting plate
\
\
\
\
\
\
b)
Cl
Figure 2 - Combined measuring and regulating structure of a round-nose horizontal broad-crested weir
6
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ISO 4374 I 1990 (El
a is a coefficient (the kinetic energy or Coriolis coefficient)
8 Discharge equations
which takes account of the fact that the kinetic energy head
exceeds Y*/2 g if the velocity distribution across the sec-
8.1 Basic equation
tion is regular but not uniform l). In applying this equation in
this International Standard, a may be taken as unity, with
Critical depth theory, augmented by experimental data,
8.1.1
the tolerantes given in later clauses and the provisions of
has shown that the discharge, Q, over a round-nose horizontal
4.2 and annex B borne in mind.
broad-crested weir may be represented by the following
equation :
8.1.4 From equations (21, (3) and (41, it may be deduced that
CD b fiH3’* . . (1)
Q
3 fi(c”2’3 - 1)“2 2CDbh
=-
. . . (5)
A
cv
is the coeff icient of discharge (non-dimensional) ;
CD
where A is the Cross-sectional area of the approach channel,
below the observed water level, at the gauging section.
is the width of the weir crest;
b
Thus CV may be deduced in terms of CD b h /A. To avoid the
is the gravitational acceleration ;
g
complicated Solution of equation (5) in deducing C,, figure 3
has been prepared to give the relation between Cv and
H is the total head.
CD b h lA. The value of CD tan be obtained by using equation
(6) or (6a).
8.1.2 Since the total head, H, cannot be measured directly,
the discharge equation in terms of the gauged head, h, relative
to crest level, may be written as follows:
8.2 Computation of discharge
CD c,, b &-h3’* . . . (2)
8.2.1 There are two common methods of computing
discharge from gauged head readings. The first obtains results
by successive approximation techniques and utilizes the basic
where C, is a further dimensionless coefficient allowing for the
“total head” equations. This method is admirably suited to
effect of approach velocity on the measu red water level
solutions by Computer techniques since the Computer provides
upstream of the weir
an efficient way of carrying out the repetitive calculations
involved. The second method utilizes relationships which tan
By definition
be derived between gauge and total heads for particular weir
H 3/2 and flow geometries. The coefficient of approach velocity, C,,
eV= - . . . (3)
in the discharge equation is assessed from tables and graphs.
h
0
8.1.3 The total head is related to the gauged head by the
8.2.2 The basic discharge equation is given in 8.1 in terms of
equation
both total and gauged head. Equation (2) may be used to
evaluate discharge, with the appropriate value of C,, read from
H= h + aV2/2g . . .
(4)
figure 3.
77 is the local mean velocity in the approach C hannel at the 8.2.3 For water at ordinary temperatures, CD is a function of
Cross-section where the head is measured; head, h, the crest length in the direction of flow, the roughness
1) The formulae given in this International Standard have been derived from experiments where the approach channel velocity distribution was fairly
uniform and hence a approximates to unity. If a velocity study at the gauging section indicates that a > 1,25 the Station clearly does not meet the pro-
visions of 4.2 and improvements to the approach channel are necessary. Very approximately
a = 1+ 3e* - 2e3
V
where e = -!IEE - 1
v
V max being the highest velocity observed at the Cross-section where the head is measured.
7
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ISO 4374 : 1990 (El
CD values are valid for both closed front faces (fixed crest) and
of the crest, and the ratio h/ b. lt tan be expressed by the
equation open front faces (movable crest).
CD= (1 -y);(, -$)“”
. . .
(6)
8.3 Limits of application
where
8.3.1
The practical lower limit of h is related to the magnitude
= &/L is a factor which allows for the influence of the of the influence of fluid properties and boundary roughness.
x
The recommended lower limit is 0,06 m or 0,Ol L, whichever is
boundary layer of the crest
the greater.
where 6, is the boundary layer displacement thickness;
L is the length of the horizontal section of the crest in the
8.3.2 The limitations on Hlp arise from difficulties experi-
direction of flow.
enced when the Froude number in the approach channel
rar most installations with a good surface finish, the value of
exceeds 0,5, coupled with inadequate experimental confir-
6,lL will in practice lie in the range 0,002 to 0,004. Provided
mation at high values of Hlp. The recommended upper limit is
that 4 000 < L lk < IO5 (k is the roughness value) and
Hlp = 1,5.
Re > 2 x IO5 (Re is the Reynolds number), 6,lL may be
assumed to be equal to 0,003 without introducing appreciable
error. Equation (6) then becomes
8.3.3 HlL shall not exceed 0,57 and this limitation on HIL
arises from the necessity to ensure parallel flow at the critical
section on the crest.
CD= (12$!E)(1-yE)3’2
. , .
(6a)
8.3.4 The height, p, of the weir shall not be less than 0,15 m.
An example illustrating a more accurate method of calculating
The crest width, b, shall not be less than 0,3 m nor less than
CD on the basis of the boundary layer displacement thickness
H MaX, nor less than L / 5.
concept is shown in annex C.
1
06 07 08 09
05
I
I 1 1
!
1,25
0 01 I
02 03 1 04 I 05
I
C' bh
D
A
Coefficient of approach velocity, C,,
Figure 3 -
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO 4374 : 1990 (E)
where
8.4 Accuracy
The relative accuracy of fiow measurements made with
8.4.1
is a numerical constant not subject to error;
round-nose horizontal broad-crested weirs depends on the
accuracy of the head measurement and the measurements of
the dimensions of the weir, and the accuracy of the coefficient
g is the acceleration due to gravity (this varies from place
of discharge as it applies to the weir in use.
to place but, in general, the Variation is small enough to be
neglected in flow measurements) ;
8.4.2 With reasonable care and skill in the construction and
is the velocity of approach coeff icient of which the er-
installation of these weirs, the systematic error (in per cent) in cv
ror tan be neglected (sec 8.4).
the coefficient of discharge may be deduced from the equation
9.2.2 of error need to be
The only sources which considered
x;= + (2+ o,,,;)
further are
The random error associated with the determination of the a) the discharge coefficient, CD (estimates of the uncer-
coefficient of discharge may be taken as Xb = Zl: 1 % in this
tainty in CD are given in 8.4);
case.
b) the dimensional measurements of the structure, e.g.
The approach velocity coefficient, C,, is subject to changes in
the width b of the weir;
the Cross-section of the head gauging section. In the case of
regular maintenance of the approach channel, the inaccuracy in
the measured head, h.
Cl
CV is negligible.
9.2.3 The uncertainties in b and h have to be estimat
...
NORME Iso
INTERNATIONALE 4374
Deuxième édition
1990-03-15
Mesure de débit des liquides dans les canaux
Déversoirs horizontaux à seuil
découverts -
épais arrondi
Liquid flow measurement in open channels - Round-nose horizontal broad-crested
weirs
Numéro de référence
ISO 4374 : 1990 (FI
---------------------- Page: 1 ----------------------
Iso 4374 : 1990 (FI
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 intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux. L’ISO
collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce
qui concerne la normalisation électrotechnique.
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. Les Normes internationales sont approuvées confor-
mément aux procédures de I’ISO qui requiérent l’approbation de 75 % au moins des
comités membres votants.
La Norme internationale ISO 4374 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 113,
Mesure de débit des Liquides dans les canaux découverts.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 4374 : 19821, dont
elle constitue une révision technique.
Les annexes A, B et C font partie intégrante de la Norme internationale.
NOTE - Les critéres de choix des déversoirs et des canaux jaugeurs pour le mesurage de débit de
l’eau dans les canaux découverts sont donnés dans I’ISO 8368 : 1985, Mesure de débit des liqui-
des dans les canaux d&ouverts - Principes directeurs pour le choix d’un dispositif de jaugeage.
0 ISO 1990
Droits de reproduction réservés. Aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni
utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 l CH-121 1 Genéve 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
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NORME INTERNATIONALE 60 4374 : 1990 (F)
Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts
- Déversoirs horizontaux à seuil épais arrondi
1 Domaine d’application 4 Installation
4.1 Choix de l’emplacement
1 .l La présente Norme internationale traite de la mesure du
débit dans les rivières et chenaux artificiels à écoulement per-
4.1.1 Le déversoir doit être situé dans un tronçon de chenal
manent à l’aide de déversoirs horizontaux à seuil épais arrondi
rectiligne, dépourvu d’obstructions locales, de rugosités ou
(voir figures 1 et 2).
d’inégalités du lit.
1.2 Les conditions d’écoulement considérées se limitent aux 4.1.2 II faut procéder a une etude préliminaire des conditions
écoulements permanents ne dépendant que de la hauteur de
physiques et hydrauliques de l’emplacement proposé, pour
charge à l’amont. Les écoulements noyés sur lesquels influent vérifier qu’il est conforme (ou peut être rendu tel) aux condi-
tant le niveau à l’amont que le niveau a l’aval ne font pas l’objet
tions nécessaires au mesurage de débit au moyen du deversoir.
de la présente Norme internationale. On veillera en particulier aux points suivants dans le choix de
l’emplacement :
a) existence .d’une longueur suffisante du chenal, à sec-
1.3 Le déversoir horizontal à seuil épais arrondi a une gamme
tion droite régulière (voir 4.2.2.2) ;
de débit et une limite modulaire satisfaisantes et convient parti-
culièrement pour les installations de petite ou de moyenne
b) uniformité de la répartition des vitesses existante (voir
taille. II est particuliérement robuste et insensible aux domma-
annexe B) ;
ges matériels mineurs.
c) nécessité d’éviter un chenal à forte pente (mais voir
4.2.2.6);
2 Références normatives
d) effets de l’augmentation des niveaux de l’eau en amont,
due au dispositif de mesurage;
Les normes suivantes contiennent des dispositions qui, par
e) conditions en aval (y compris les influences telles que
suite de la référence qui en est faite, constituent des disposi-
marées, confluents avec d’autres cours d’eau, vannes, bar-
tions valables pour la présente Norme internationale. Au
rages et autres dispositifs de contrôle qui peuvent provo-
moment de la publication, les éditions indiquées étaient en
quer un écoulement noyé);
vigueur. Toute norme est sujette a révision et les parties pre-
nantes des accords fondés sur cette Norme internationale sont
f) imperméabilité du sol sur lequel doit reposer le dispositif
invitées a rechercher la possibilité d’appliquer les éditions les
de mesurage et nécessité de procéder à un compactage, à
plus récentes des normes indiquées ci-après. Les membres de
des jointoiements ou à tout autre moyen de maîtriser les fui-
la CEI et de I’ISO possédent le registre des Normes internatio-
tes ;
nales en vigueur à un moment donné.
g) nécessité pour les rives de retenir le débit maximal de
ISO 772 : 1988, Mesurage du débit des liquides dans les canaux
crue dans le chenal;
dtkouverts - Vocabulaire et symboles.
h) stabilité des rives et nécessité de les nettoyer et/ou de
ISO 5168 : 1978, Mesure de débit des fluides - Calcul de
les garnir d’un revêtement dans le cas de chenaux naturels;
l’erreur limite sur une mesure de débit.
i) uniformité de la section du chenal d’approche;
j) effet du vent qui peut être considérable sur l’écoulement
dans une rivière, un déversoir ou un canal jaugeur, surtout
3 Définitions et symboles
lorsque ceux-ci sont larges et la charge faible et que le vent
dominant est dans une direction transversale;
Pour les besoins de la présente Norme internationale, les défini-
tions données dans I’ISO 772 s’appliquent. Une liste complète
k) croissance d’herbes aquatiques;
de symboles avec les unités de mesure correspondantes est
1) transport solide.
donnée dans l’annexe A.
1
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 4374 : 1990 (FI
un rayon R d’au moins 2 I&x vu en plan. Le point de tangence
4.1.3 Si l’emplacement ne remplit pas les conditions requises
pour effectuer des mesurages satisfaisants, ou si un examen du doit se situer à au moins H,,, en amont de la section de
courant montre que la répartition des vitesses dans le chenal mesure de la hauteur de charge. La hauteur des parois latérales
d’approche diffère de manière appréciable de celle qui est indi- doit être choisie de manière à pouvoir contenir le débit maximal
quée dans les exemples de l’annexe B, il ne faut pas l’utiliser à de projet.
moins qu’il soit possible d’y apporter les améliorations néces-
saires. Le fonctionnement de l’installation peut également être
4.2.2.5 Dans un chenal exempt de débris flottants ou en sus-
vérifié par des mesures de débit indépendantes.
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
distance du point de mesurage inférieure à 10 H,,,.
4.2.1 Spécifications générales
4.2.2.6 Dans certaines conditions, un ressaut peut apparaître
4.2.1 .l L’installation compléte 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 en forte pente. Si ce ressaut est à une distance
tions de chacun de ces trois éléments affectent la précision
en amont au moins égale à 30 k&,, on peut effectuer le mesu-
totale des mesurages. Les conditions exigées pour l’installation
rage du débit, sous réserve qu’il existe une répartition réguliére
comprennent des caractéristiques telles que: état de surface du
des vitesses au niveau de la station de jaugeage.
déversoir, forme de la section transversale du chenal, rugosité
du chenal et influence des dispositifs de contrôle en amont ou
4.2.2.7 L’état du chenal d’approche peut être vérifié par exa-
en aval du dispositif de jaugeage.
men visuel ou par des mesures pour lesquelles on dispose de
plusieurs techniques telles que moulinets, flotteurs, bâtons de
4.2.1.2 La répartition et la direction des vitesses peuvent avoir
vitesse ou solutions concentrées de colorants, la dernière tech-
une influence importante sur le fonctionnement du déversoir
nique servant à vérifier les conditions au fond du chenal. Une
(voir 4.2.2 et annexe B).
estimation complète et quantitative de la répartition des vites-
ses peut être effectuée à l’aide de moulinets. La répartition des
4.2.1.3 Une fois le déversoir installé, tout changement maté-
vitesses doit alors être vérifiée par référence à l’annexe B.
riel apporté à l’installation modifie les caractéristiques de débit.
4.3 Structure du déversoir
4.2.2 Chenal d’approche
4.3.1 La structure doit être rigide, étanche et capable de résis-
4.2.2.1 Si le débit dans le chenal d’approche est perturbé par
ter aux écoulements de crue sans être endommagée par des
des irrégularités de la couche limite, telles que gros cailloux ou
débordements ou l’érosion aval. La crête du déversoir doit être
affleurements de roches, ou par une courbe, une vanne ou tout
perpendiculaire à la direction de l’écoulement et la géométrie
autre élément provoquant une asymétrie de l’écoulement dans
doit correspondre aux dimensions données dans les chapitres
le chenal, il peut se produire des erreurs importantes dans la
qui s’y rapportent.
mesure. L’écoulement dans le chenal d’approche doit avoir une
répartition symétrique des vitesses (voir annexe B) et la meil-
4.3.2 Les surfaces du déversoir et des butées verticales le
leure manière de realiser cette condition est de prévoir un long
flanquant doivent être lisses; elles peuvent être en béton recou-
chenal d’approche rectiligne de section uniforme.
vert, pour la finition, d’une couche de ciment lisse ou d’un
matériau lisse non sujet à la corrosion. Dans les installations de
4.2.2.2 Une longueur droite du chenal d’approche égale à
laboratoire, la finition doit être équivalente à celle d’une tôle
cinq fois la largeur du cours d’eau à son debit maximal suffit en
laminée ou d’un bois raboté, poncé et peint. L’état de surface
général, dans la mesure où la pénétration de l’eau dans le che-
est particulièrement important sur le seuil horizontal, mais les
nal ne se fait pas à grande vitesse par un coude à angle aigu ou
conditions peuvent être moins sévères au-delà d’une distance
une écluse oblique. La longueur de chenal uniforme peut néan-
longitudinale de 1/2 H,,, en amont et en aval de la crête.
moins être augmentée avec profit si cela est possible.
4.3.3 Pour minimiser les erreurs sur la mesure du débit, il con-
4.2.2.3 la longueur du chenal d’approche uniforme indiquée
vient, lors de la construction, de s’efforcer de respecter les tolé-
en 4.2.2.2 correspond à la distance située en amont du point de
rances suivantes :
mesure de la charge. Dans un chenal naturel, cependant, il ne
serait pas rentable de bétonner le lit et les berges sur une telle
-
sur la largeur de la crête: 0,2 % de cette largeur avec
distance et il peut être nécessaire de prévoir une contraction en
un maximum de 0,Ol m;
plan si la largeur entre les parois verticales du chenal canalisé
-
est inférieure à la largeur du chenal naturel. La portion non
-
sur les surfaces horizontales: pente de 0,l %
canalisée du chenal en amont de la contraction doit néanmoins
(1 mm/m).
respecter les conditions de 4.2.2.1 et 4.2.2.2.
La structure doit être mesurée dès son achèvement et à inter-
valles réguliers par la suite, et si ses dimensions s’écartent des
4.2.2.4 Les parois latérales verticales ménageant la contrac-
dimensions théoriques de plus que les tolérances admissibles,
tion en plan doivent être disposées symétriquement par rapport
le débit doit être calculé de nouveau.
a l’axe du chenal et doivent, de préférence, être incurvées sur
2
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 4374 : 1990 (FI
4.4 Structure de mesurage mobile sur une distance au moins égale à celle spécifiée en 4.2.2.2. Le
puits à flotteur et l’entrée du chenal d’approche doivent aussi
être maintenus propres et exempts de dépôts.
4.4.1 Pour répondre aux besoins de la gestion des eaux, il est
nécessaire dans bien des cas de mesurer les débits et aussi de
La structure du déversoir doit être maintenue propre et
régler le niveau de l’eau ou le débit au même emplacement. La
exempte de toute accumulation de débris et on doit prendre
structure mixte de mesurage et de réglage fournit la solution la
soin, au cours du nettoyage, de ne pas endommager la crête du
plus économique. Le déversoir horizontal mobile à seuil arrondi
déversoir.
peut être construit avec une seule glissière verticale dans
laquelle la plaque de support de la crête du déversoir peut être
remontée ou abaissée selon le niveau de crête souhaité. Une
paroi de guidage verticale fondée sur le lit du chenal et parallèle
6 Mesure de la hauteur de charge
à la plaque de support forme une barrière étanche pour le
déversoir mobile.
6.1 Caractéristiques générales
4.4.2 Dans le cas où une chasse régulière de sédiments est
6.1.1 En cas de mesures ponctuelles, la charge en amont de la
nécessaire, le déversoir peut être construit avec deux glissières.
crête du déversoir peut être mesurée à l’aide d’échelles limni-
Le déversoir mobile est placé dans la glissière aval et la glissière
métriques verticales ou inclinées, de pointes limnimétriques
amont est équipée d’une vanne de fond. Lors du mesurage du
recourbées ou droites, de sondes limnimétriques visuelles ou
débit, la vanne de fond est posée sur le lit. Pour assurer la
électriques. En cas d’enregistrement en continu, il faut utiliser
chasse des sédiments déposés en amont du déversoir, la vanne
des limnigraphes. L’emplacement de la section de mesure de la
peut être ouverte en la reliant au déversoir mobile et en relevant
hauteur de charge est indiqué en 7.2.
ensemble le déversoir et la vanne.
6.1.2 Plus la taille du déversoir et la hauteur de charge corres-
4.4.3 Le déversoir mobile à deux glissières verticales est le
pondante sont petites, plus les écarts de construction, de
type le plus couramment utilisé. Ce déversoir télescopique
réglage du zéro et de lecture du dispositif de mesurage de la
comprend deux plaques coulissantes et un déversoir mobile qui
charge, même petits, prennent d’importance relative.
sont montés sur un châssis guide en acier de la facon suivante:
a) La vanne inférieure est bloquée en place dans les condi-
6.2 Puits de mesurage
tions de fonctionnement et sert de butée supérieure pour le
déversoir mobile.
6.2.1 II est habituel de mesurer la hauteur de charge dans un
puits de mesurage séparé pour réduire les effets des irrégulari-
b) La glissière supérieure est reliée à la vanne inférieure à
tés de surface. Dans ce cas, il est souhaitable également de
l’aide de deux feuillards en acier placés dans les rainures du
mesurer la hauteur de charge dans le chenal d’approche à titre
châssis et agit comme un limiteur supérieur pour le déver-
de vérification .
soir mobile.
9
6.2.2 Le puits de mesurage doit être vertical et de hauteur
c) Le déversoir mobile est relié par deux feuillards en acier
et/ou de profondeur suffisantes pour couvrir toute la gamme
à une poutrelle de levage horizontale. La crête du déversoir
des niveaux d’eau, et avoir une hauteur minimale de 0,3 m
est horizontale dans les deux sens. Son arête amont est
au-dessus du niveau maximal escompté. À l’endroit recom-
arrondie de telle facon que l’écoulement ne décolle pas.
mandé pour la mesure de la hauteur de charge, le puits doit être
raccordé au chenal d’approche par une tuyauterie ou une fente.
La figure 2 représente le déversoir horizontal à seuil épais
arrondi en tant que structure de mesurage et de réglage.
6.2.3 Le puits et la tuyauterie de raccordement ou la fente doi-
vent être étanches et, lorsque le puits est prévu pour loger le
4.5 Conditions en aval
flotteur d’un limnigraphe, il doit être de taille et de profondeur
suffisantes pour laisser un jeu au flotteur quel que soit le niveau
Les conditions en aval de la structure sont importantes parce
de l’eau. Le flotteur ne doit pas se trouver à moins de 0,075 m
qu’elles contrôlent le niveau d’eau aval. Ce niveau est l’un des
de la paroi du puits.
facteurs qui déterminent si, au niveau du déversoir, I’écoule-
ment sera dénoyé ou noyé. II est donc essentiel de calculer ou
de noter les niveaux d’eau aval sur toute la gamme des débits
6.2.4 La tuyauterie ou la fente doivent avoir leur point le plus
et, en fonction de ces renseignements, de prendre une décision
bas à au moins 0,06 m en dessous du niveau le plus bas à enre-
sur le type de déversoir à utiliser et sa forme géométrique.
gistrer. Elles doivent être arasées à la paroi du chenal d’appro-
che et déboucher perpendiculairement à celle-ci. La paroi du
chenal d’approche doit être uniforme et lisse (finition équivalant
5 Entretien - Spécifications générales à celle du béton soigneusement fini), sur une distance égale à
10 fois le diamètre de la tuyauterie ou la largeur de la fente à
partir de l’axe du raccordement. La tuyauterie ne peut être incli-
L’entretien du dispositif de mesurage et du chenal d’approche
née par rapport à la paroi que si elle est munie d’un couvercle
est important pour assurer des mesurages précis et continus. II
est primordial que le chenal d’approche soit, dans la mesure du ou d’une plaque affleurant la paroi et percée de trous, dont les
bords ne doivent être ni arrondis ni matés.
possible, maintenu propre et exempt de limon et de végétation
3
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 4374 I 1990 (FI
6.2.5 Une profondeur de réserve doit être prévue dans le puits 7 Déversoirs horizontaux à seuil épais arrondi
pour empêcher l’échouage des flotteurs sur le fond ou sur les
limons ou les débris accumulés. Le puits de mesurage peut
7.1 Définition
comporter une chambre intermédiaire de dimensions et de pro-
portions similaires placée entre lui et le chenal d’approche, pour
7.1.1 Un déversoir normalisé comporte un seuil vraiment plan
permettre le dépôt des limons et autres débris à un endroit où il
et horizontal entre deux culées. L’arête amont doit être arrondie
est facile de les repérer et de les éliminer.
de manière à ne pas provoquer de décollement de l’écoulement
et l’arête aval doit être
6.2.6 Le diamètre de la tuyauterie de raccordement ou la lar-
geur de la fente doivent être suffisants pour permettre au a) soit arrondie,
niveau d’eau dans le puits de suivre les fluctuations en hausse
b) soit en pente oblique,
ou en baisse de la hauteur de charge sans retard appréciable,
c) soit verticale.
mais aussi suffisamment petits, compte tenu des exigences
d’entretien, pour amortir les oscillations dues aux ondes de
Le déversoir doit être placé perpendiculairement au sens de
courte période.
l’écoulement dans le chenal d’approche.
6.2.7 II n’est pas possible de fixer des régles strictes pour la
7.1.2 Les dimensions du déversoir et de ses culées doivent
détermination de la taille de la tuyauterie de raccordement, car
être conformes aux indications de la figure 1. Le rayon de l’arête
ce paramètre dépend des conditions particulières de I’installa-
amont, r, ne doit pas être inférieur à 0,2 Hmax. La longueur de
tion considérée: par exemple, si l’emplacement est a découvert
la partie horizontale du seuil ne doit pas être inférieure à
et donc exposé aux vagues, si le diamètre du puits doit être suf-
et la somme de la longueur du seuil et du rayon de
fisant pour loger les flotteurs des limnigraphes. II est préférable 13 qnax
l’arête arrondie ne doit pas être inférieure à 2,25 Hmax.
d’avoir un raccord plutôt trop large que trop étroit, car il est
facile d’ajouter ultérieurement une restriction si l’amortissement
des ondes de courte période ne se fait pas convenablement. II
7.1.3 Dans le cas d’un déversoir mobile, le corps du déversoir
est généralement suffisant d’avoir une tuyauterie de 100 mm de
peut être fait d’une plaque en acier ou en aluminium. Si le
diamétre pour les mesures de débit I?I situ. Un diamètre de
déversoir comprend une crête fixe, il peut être fait d’une plaque
3 mm peut convenir pour les mesures précises en écoulement
métallique ou en béton bien fini.
permanent en laboratoire.
Si la structure doit être utilisée pour régler et pour mesurer les
6.3 Mglage du zbro débits, ce qui est souvent le cas pour l’irrigation, la construction
prendra alors la forme d’une structure déversante coulissant
verticalement, déplacable manuellement ou mécaniquement.
6.3.1
Pour obtenir une bonne précision globale, il est essentiel
de régler initialement le zéro du systéme de mesure de facon
précise par rapport au seuil du déversoir et de vérifier régulière-
7.2 Emplacement de la section de mesure de la
ment ce réglage par la suite.
hauteur de charge
6.3.2 Un dispositif précis de vérification du zéro est néces-
7.2.1 La hauteur de charge sur le déversoir doit être mesurée
saire. Le zéro de l’instrument doit être réglé par référence
en un point situé suffisamment loin du seuil en amont pour ne
directe au seuil du déversoir, et un enregistrement doit être fait
pas être affectée par les effets d’abaissement de la surface,
des réglages effectués dans le chenal d’approche et dans le
mais suffisamment proche, néanmoins, pour que la perte de
puits de mesurage. Une vérification du zéro basée sur le niveau
charge entre la section de mesure et l’arête amont du déversoir
d’eau (quand l’écoulement cesse ou juste au moment où il com-
puisse être considérée comme négligeable. II est recommandé
mence) est sujette à des erreurs importantes par suite des effets
de placer la section de mesure à une distance comprise entre
de tension superficielle, elle est donc à proscrire.
trois et quatre fois H,,, en amont du bloc du déversoir.
6.3.3 Dans le cas d’un déversoir mobile, le niveau de l’eau en
7.2.2 La hauteur de la crête, si cette dernière est mobile, doit
amont et le niveau de la crête varient. L’élévation de la ligne de
être mesurée simultanément avec le niveau de l’eau en amont
crête peut être lue a partir d’un limnimètre fixe. Une méthode
(voir 6.3.3).
caractéristique de mesure du niveau de la crête consiste à fixer
cette échelle sur une culée, parallèlement à la barre de levage;
La hauteur de charge h (voir figure 1) doit être determinée avec
un index fixe à celle-ci indique le niveau de la crête.
une précision absolue de quelques millimetres (voir 9.2). Une
inspection régulière et l’entretien de l’ensemble de la structure
Le déversoir est amené à un certain niveau. La lecture du limni-
sont par conséquent indispensables.
métre fixe, sur la butée, est enregistrée et le réglage du zéro
decrit en 6.3.2 peut être effectué.
7.3 Cas d’un écoulement dénoyé
Une lecture directe peut être obtenue en construisant le puits
Un écoulement est dit dénoyé lorsqu’il est indépendant des
de tranquillisation près de la barre de levage. Le limnimètre est
variations du niveau d’eau aval. Pour aboutir à cette condition,
relie à la barre de levage de telle sorte qu’elle se déplace dans le
il faut, dans I’hypothése d’un régime subcritique dans le chenal
puits de tranquillisation, alors que son zéro coïncide avec I’élé-
aval, que la hauteur de charge totale aval ne monte pas au-delà
vation de la crête. Cette méthode peut également être appli-
d’un certain pourcentage de H. Si la face aval du déversoir est
quée pour des enregistrements continus.
4
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ISO 4374 : 1990 (FI
R 32 Hmax
Section de mesure de la hauteur de charge
Puits de mesure
Géométries possibles de
la surface aval du déversoir
Figure 1 - Déversoir horizontal à seuil épais arrondi - Schéma général
5
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~so 4374 : 1990 (FI
Glissière supérieure ,-D 2 rainures du châssis
Écoulement
G-
. . L+r
L
Déversoir mobile
Plaque de support
Vanne inférieure
.
\\\\\\\\\\\\\\“”
a)
I I
,
Plaque de support
+ Plaque de support
b) cl
Structure mixte de mesurage et de contrôle d’un déversoir horizontal à seuil épais arrondi
Figure 2 -
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ISO 4374 : 1990 (FI
verticale, ce pourcentage dépend de Hlpd: 63 % pour les fai- où
bles valeurs de Hlp,, montant à 75 % pour Hlpd = 0,5 et à
ii est la vitesse locale moyenne dans le chenal d’approche
80 % pour Hlp, > 1. Ces valeurs s’appliquent aussi à une
structure du déversoir mobile. Si le bloc du deversoir a une au niveau de la section transversale où se mesure la hauteur
pente plus faible que 1/5 à l’aval, la limite modulaire peut être de charge;
considérée partout comme supérieure de 5 % à ces valeurs.
a est un coefficient (coefficient d’énergie cinétique ou
Dans ce qui précède, pd est la hauteur du seuil au-dessus du
niveau du lit aval. coefficent de Coriolis) tenant compte du fait que la charge
cinétique dynamique excède ïï2/2 g si la répartition des
vitesses dans la section est régulière mais non uniforme!
8 Équations de débit Pour les besoins de la présente Norme internationale, a peut
être pris égal à 1 compte tenu des tolérances données aux
chapitres suivants et des conditions de 4.2 et de l’annexe B.
8.1 Equation de base
8.1.1 La théorie de la profondeur critique, étayée par des don-
nées expérimentales, montre que le débit, Q, sur un déversoir 8.1.4 On peut déduire des équations (21, (3) et (4) que
horizontal à seuil épais arrondi peut être représenté à l’aide de
l’équation suivante :
3 *(c”2’3 - IF2 2CDbh
=-
. . . (5)
A
cv
. . . (1)
C,, b &H312
où A est l’aire de la section transversale du chenal d’approche
en dessous du niveau d’eau observé à la section de mesure.
où
CV peut donc être calculé en fonction de CD b h /A. La figure 3,
C, est le coefficient de débit (sans dimension);
qui donne la relation entre C, et Cn b h /A, a été établie pour
éviter d’avoir à résoudre l’équation compliquée (5) permettant
b est la largeur du seuil du déversoir;
de déterminer CV. On peut obtenir la valeur de CD au moyen de
l’équation (6) ou (6a).
g est l’accélération due à la pesanteur;
H est la hauteur de charge totale.
8.2 Calcul du débit
8.1.2 La hauteur de charge totale, H, ne pouvant se mesurer
8.2.1 II existe deux méthodes courantes de calcul du débit à
directement, l’équation de débit, exprimée en fonction de la
partir des valeurs de la hauteur mesurée. La première méthode
hauteur jaugée, h, par rapport au niveau du seuil, peut s’écrire
opère par approximations successives et utilise les équations de
comme suit:
base de la ((hauteur totale». Cette méthode convient admirable-
2 312 ment au traitement des données par ordinateur, celui-ci facili-
= - . . .
CD C, b +h312
tant efficacement les calculs répétitifs nécessaires. La seconde
Q
3
0 méthode se fonde sur les rapports établis entre la hauteur
mesurée et la hauteur de charge totale pour différentes formes
où CV est un autre coefficient sans dimension tenant compte
de déversoirs et d’écoulement. On détermine le coefficient de
de l’effet de la vitesse d’approche sur le niveau d’eau mesuré en
vitesse d’approche, C,,, de l’équation de débit à partir de
amont du déversoir.
tableaux et de graphiques.
Par définition
8.2.2 L’équation de base du débit donnée en 8.1 met en jeu la
. . . hauteur de charge totale et la hauteur mesurée. L’équation (2)
(3)
peut être utilisée pour évaluer le débit, les valeurs appropriées
de CV étant tirées de la figure 3.
8.1.3 La hauteur de charge totale est liée à la hauteur jaugée
par l’équation
8.2.3 Pour l’eau à des températures ordinaires, CD est fonc-
H = h + aT212g . . .
(4)
tion de la hauteur, h, de la longueur du seuil dans le sens de
1) Les formules données dans la présente Norme internationale découlent d’expériences où la répartition des vitesses dans le chenal d’approche était
relativement uniforme et où a avoisinait donc l’unité. Si une étude des vitesses au niveau de la section de jaugeage indique a > 1,25, la station ne res-
pecte visiblement pas les conditions de 4.2 et des améliorations doivent être apportées au chenal d’approche. De façon approximative:
a =1+3e*-2eJ
V
oùe=-“--1
Ïï
V max étant la vitesse maximale observée dans la section où la hauteur de charge est mesurée.
7
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ISO 4374 : 1990 (FI
l’écoulement, de la rugosité du seuil et du rapport h / b. II peut Les valeurs de CD sont valables tant pour les faces antérieures
fermées (crête fixe) que pour les faces antérieures ouvertes
s’exprimer par l’équation suivante :
(crête mobile).
c,= (1 -y) (1 -y) 3'2
. . ,
(6)
8.3 Limites d’application
où
8.3.1 La limite pratique inférieure de h dépend de l’importance
x = 6,lL est un facteur tenant compte de l’influence de la
de l’influence des propriétés du fluide et de la rugosité limite. La
couche limite du seuil,
limite inférieure recommandée est, selon la valeur la plus éle-
vée, 0,06 m ou 0,Ol L.
où 6, est l’épaisseur de la couche limite de déplacement;
L est la longueur de la portion horizontale du seuil dans le
8.3.2 Les limites de Hlp sont dues aux difficultés rencon-
sens de l’écoulement.
trées lorsque le nombre de Froude dans le chenal d’approche
dépasse 0,5 et au fait qu’on ne dis
...
NORME Iso
INTERNATIONALE 4374
Deuxième édition
1990-03-15
Mesure de débit des liquides dans les canaux
Déversoirs horizontaux à seuil
découverts -
épais arrondi
Liquid flow measurement in open channels - Round-nose horizontal broad-crested
weirs
Numéro de référence
ISO 4374 : 1990 (FI
---------------------- Page: 1 ----------------------
Iso 4374 : 1990 (FI
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 intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux. L’ISO
collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce
qui concerne la normalisation électrotechnique.
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. Les Normes internationales sont approuvées confor-
mément aux procédures de I’ISO qui requiérent l’approbation de 75 % au moins des
comités membres votants.
La Norme internationale ISO 4374 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 113,
Mesure de débit des Liquides dans les canaux découverts.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 4374 : 19821, dont
elle constitue une révision technique.
Les annexes A, B et C font partie intégrante de la Norme internationale.
NOTE - Les critéres de choix des déversoirs et des canaux jaugeurs pour le mesurage de débit de
l’eau dans les canaux découverts sont donnés dans I’ISO 8368 : 1985, Mesure de débit des liqui-
des dans les canaux d&ouverts - Principes directeurs pour le choix d’un dispositif de jaugeage.
0 ISO 1990
Droits de reproduction réservés. Aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni
utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 l CH-121 1 Genéve 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
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NORME INTERNATIONALE 60 4374 : 1990 (F)
Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts
- Déversoirs horizontaux à seuil épais arrondi
1 Domaine d’application 4 Installation
4.1 Choix de l’emplacement
1 .l La présente Norme internationale traite de la mesure du
débit dans les rivières et chenaux artificiels à écoulement per-
4.1.1 Le déversoir doit être situé dans un tronçon de chenal
manent à l’aide de déversoirs horizontaux à seuil épais arrondi
rectiligne, dépourvu d’obstructions locales, de rugosités ou
(voir figures 1 et 2).
d’inégalités du lit.
1.2 Les conditions d’écoulement considérées se limitent aux 4.1.2 II faut procéder a une etude préliminaire des conditions
écoulements permanents ne dépendant que de la hauteur de
physiques et hydrauliques de l’emplacement proposé, pour
charge à l’amont. Les écoulements noyés sur lesquels influent vérifier qu’il est conforme (ou peut être rendu tel) aux condi-
tant le niveau à l’amont que le niveau a l’aval ne font pas l’objet
tions nécessaires au mesurage de débit au moyen du deversoir.
de la présente Norme internationale. On veillera en particulier aux points suivants dans le choix de
l’emplacement :
a) existence .d’une longueur suffisante du chenal, à sec-
1.3 Le déversoir horizontal à seuil épais arrondi a une gamme
tion droite régulière (voir 4.2.2.2) ;
de débit et une limite modulaire satisfaisantes et convient parti-
culièrement pour les installations de petite ou de moyenne
b) uniformité de la répartition des vitesses existante (voir
taille. II est particuliérement robuste et insensible aux domma-
annexe B) ;
ges matériels mineurs.
c) nécessité d’éviter un chenal à forte pente (mais voir
4.2.2.6);
2 Références normatives
d) effets de l’augmentation des niveaux de l’eau en amont,
due au dispositif de mesurage;
Les normes suivantes contiennent des dispositions qui, par
e) conditions en aval (y compris les influences telles que
suite de la référence qui en est faite, constituent des disposi-
marées, confluents avec d’autres cours d’eau, vannes, bar-
tions valables pour la présente Norme internationale. Au
rages et autres dispositifs de contrôle qui peuvent provo-
moment de la publication, les éditions indiquées étaient en
quer un écoulement noyé);
vigueur. Toute norme est sujette a révision et les parties pre-
nantes des accords fondés sur cette Norme internationale sont
f) imperméabilité du sol sur lequel doit reposer le dispositif
invitées a rechercher la possibilité d’appliquer les éditions les
de mesurage et nécessité de procéder à un compactage, à
plus récentes des normes indiquées ci-après. Les membres de
des jointoiements ou à tout autre moyen de maîtriser les fui-
la CEI et de I’ISO possédent le registre des Normes internatio-
tes ;
nales en vigueur à un moment donné.
g) nécessité pour les rives de retenir le débit maximal de
ISO 772 : 1988, Mesurage du débit des liquides dans les canaux
crue dans le chenal;
dtkouverts - Vocabulaire et symboles.
h) stabilité des rives et nécessité de les nettoyer et/ou de
ISO 5168 : 1978, Mesure de débit des fluides - Calcul de
les garnir d’un revêtement dans le cas de chenaux naturels;
l’erreur limite sur une mesure de débit.
i) uniformité de la section du chenal d’approche;
j) effet du vent qui peut être considérable sur l’écoulement
dans une rivière, un déversoir ou un canal jaugeur, surtout
3 Définitions et symboles
lorsque ceux-ci sont larges et la charge faible et que le vent
dominant est dans une direction transversale;
Pour les besoins de la présente Norme internationale, les défini-
tions données dans I’ISO 772 s’appliquent. Une liste complète
k) croissance d’herbes aquatiques;
de symboles avec les unités de mesure correspondantes est
1) transport solide.
donnée dans l’annexe A.
1
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 4374 : 1990 (FI
un rayon R d’au moins 2 I&x vu en plan. Le point de tangence
4.1.3 Si l’emplacement ne remplit pas les conditions requises
pour effectuer des mesurages satisfaisants, ou si un examen du doit se situer à au moins H,,, en amont de la section de
courant montre que la répartition des vitesses dans le chenal mesure de la hauteur de charge. La hauteur des parois latérales
d’approche diffère de manière appréciable de celle qui est indi- doit être choisie de manière à pouvoir contenir le débit maximal
quée dans les exemples de l’annexe B, il ne faut pas l’utiliser à de projet.
moins qu’il soit possible d’y apporter les améliorations néces-
saires. Le fonctionnement de l’installation peut également être
4.2.2.5 Dans un chenal exempt de débris flottants ou en sus-
vérifié par des mesures de débit indépendantes.
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
distance du point de mesurage inférieure à 10 H,,,.
4.2.1 Spécifications générales
4.2.2.6 Dans certaines conditions, un ressaut peut apparaître
4.2.1 .l L’installation compléte 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 en forte pente. Si ce ressaut est à une distance
tions de chacun de ces trois éléments affectent la précision
en amont au moins égale à 30 k&,, on peut effectuer le mesu-
totale des mesurages. Les conditions exigées pour l’installation
rage du débit, sous réserve qu’il existe une répartition réguliére
comprennent des caractéristiques telles que: état de surface du
des vitesses au niveau de la station de jaugeage.
déversoir, forme de la section transversale du chenal, rugosité
du chenal et influence des dispositifs de contrôle en amont ou
4.2.2.7 L’état du chenal d’approche peut être vérifié par exa-
en aval du dispositif de jaugeage.
men visuel ou par des mesures pour lesquelles on dispose de
plusieurs techniques telles que moulinets, flotteurs, bâtons de
4.2.1.2 La répartition et la direction des vitesses peuvent avoir
vitesse ou solutions concentrées de colorants, la dernière tech-
une influence importante sur le fonctionnement du déversoir
nique servant à vérifier les conditions au fond du chenal. Une
(voir 4.2.2 et annexe B).
estimation complète et quantitative de la répartition des vites-
ses peut être effectuée à l’aide de moulinets. La répartition des
4.2.1.3 Une fois le déversoir installé, tout changement maté-
vitesses doit alors être vérifiée par référence à l’annexe B.
riel apporté à l’installation modifie les caractéristiques de débit.
4.3 Structure du déversoir
4.2.2 Chenal d’approche
4.3.1 La structure doit être rigide, étanche et capable de résis-
4.2.2.1 Si le débit dans le chenal d’approche est perturbé par
ter aux écoulements de crue sans être endommagée par des
des irrégularités de la couche limite, telles que gros cailloux ou
débordements ou l’érosion aval. La crête du déversoir doit être
affleurements de roches, ou par une courbe, une vanne ou tout
perpendiculaire à la direction de l’écoulement et la géométrie
autre élément provoquant une asymétrie de l’écoulement dans
doit correspondre aux dimensions données dans les chapitres
le chenal, il peut se produire des erreurs importantes dans la
qui s’y rapportent.
mesure. L’écoulement dans le chenal d’approche doit avoir une
répartition symétrique des vitesses (voir annexe B) et la meil-
4.3.2 Les surfaces du déversoir et des butées verticales le
leure manière de realiser cette condition est de prévoir un long
flanquant doivent être lisses; elles peuvent être en béton recou-
chenal d’approche rectiligne de section uniforme.
vert, pour la finition, d’une couche de ciment lisse ou d’un
matériau lisse non sujet à la corrosion. Dans les installations de
4.2.2.2 Une longueur droite du chenal d’approche égale à
laboratoire, la finition doit être équivalente à celle d’une tôle
cinq fois la largeur du cours d’eau à son debit maximal suffit en
laminée ou d’un bois raboté, poncé et peint. L’état de surface
général, dans la mesure où la pénétration de l’eau dans le che-
est particulièrement important sur le seuil horizontal, mais les
nal ne se fait pas à grande vitesse par un coude à angle aigu ou
conditions peuvent être moins sévères au-delà d’une distance
une écluse oblique. La longueur de chenal uniforme peut néan-
longitudinale de 1/2 H,,, en amont et en aval de la crête.
moins être augmentée avec profit si cela est possible.
4.3.3 Pour minimiser les erreurs sur la mesure du débit, il con-
4.2.2.3 la longueur du chenal d’approche uniforme indiquée
vient, lors de la construction, de s’efforcer de respecter les tolé-
en 4.2.2.2 correspond à la distance située en amont du point de
rances suivantes :
mesure de la charge. Dans un chenal naturel, cependant, il ne
serait pas rentable de bétonner le lit et les berges sur une telle
-
sur la largeur de la crête: 0,2 % de cette largeur avec
distance et il peut être nécessaire de prévoir une contraction en
un maximum de 0,Ol m;
plan si la largeur entre les parois verticales du chenal canalisé
-
est inférieure à la largeur du chenal naturel. La portion non
-
sur les surfaces horizontales: pente de 0,l %
canalisée du chenal en amont de la contraction doit néanmoins
(1 mm/m).
respecter les conditions de 4.2.2.1 et 4.2.2.2.
La structure doit être mesurée dès son achèvement et à inter-
valles réguliers par la suite, et si ses dimensions s’écartent des
4.2.2.4 Les parois latérales verticales ménageant la contrac-
dimensions théoriques de plus que les tolérances admissibles,
tion en plan doivent être disposées symétriquement par rapport
le débit doit être calculé de nouveau.
a l’axe du chenal et doivent, de préférence, être incurvées sur
2
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 4374 : 1990 (FI
4.4 Structure de mesurage mobile sur une distance au moins égale à celle spécifiée en 4.2.2.2. Le
puits à flotteur et l’entrée du chenal d’approche doivent aussi
être maintenus propres et exempts de dépôts.
4.4.1 Pour répondre aux besoins de la gestion des eaux, il est
nécessaire dans bien des cas de mesurer les débits et aussi de
La structure du déversoir doit être maintenue propre et
régler le niveau de l’eau ou le débit au même emplacement. La
exempte de toute accumulation de débris et on doit prendre
structure mixte de mesurage et de réglage fournit la solution la
soin, au cours du nettoyage, de ne pas endommager la crête du
plus économique. Le déversoir horizontal mobile à seuil arrondi
déversoir.
peut être construit avec une seule glissière verticale dans
laquelle la plaque de support de la crête du déversoir peut être
remontée ou abaissée selon le niveau de crête souhaité. Une
paroi de guidage verticale fondée sur le lit du chenal et parallèle
6 Mesure de la hauteur de charge
à la plaque de support forme une barrière étanche pour le
déversoir mobile.
6.1 Caractéristiques générales
4.4.2 Dans le cas où une chasse régulière de sédiments est
6.1.1 En cas de mesures ponctuelles, la charge en amont de la
nécessaire, le déversoir peut être construit avec deux glissières.
crête du déversoir peut être mesurée à l’aide d’échelles limni-
Le déversoir mobile est placé dans la glissière aval et la glissière
métriques verticales ou inclinées, de pointes limnimétriques
amont est équipée d’une vanne de fond. Lors du mesurage du
recourbées ou droites, de sondes limnimétriques visuelles ou
débit, la vanne de fond est posée sur le lit. Pour assurer la
électriques. En cas d’enregistrement en continu, il faut utiliser
chasse des sédiments déposés en amont du déversoir, la vanne
des limnigraphes. L’emplacement de la section de mesure de la
peut être ouverte en la reliant au déversoir mobile et en relevant
hauteur de charge est indiqué en 7.2.
ensemble le déversoir et la vanne.
6.1.2 Plus la taille du déversoir et la hauteur de charge corres-
4.4.3 Le déversoir mobile à deux glissières verticales est le
pondante sont petites, plus les écarts de construction, de
type le plus couramment utilisé. Ce déversoir télescopique
réglage du zéro et de lecture du dispositif de mesurage de la
comprend deux plaques coulissantes et un déversoir mobile qui
charge, même petits, prennent d’importance relative.
sont montés sur un châssis guide en acier de la facon suivante:
a) La vanne inférieure est bloquée en place dans les condi-
6.2 Puits de mesurage
tions de fonctionnement et sert de butée supérieure pour le
déversoir mobile.
6.2.1 II est habituel de mesurer la hauteur de charge dans un
puits de mesurage séparé pour réduire les effets des irrégulari-
b) La glissière supérieure est reliée à la vanne inférieure à
tés de surface. Dans ce cas, il est souhaitable également de
l’aide de deux feuillards en acier placés dans les rainures du
mesurer la hauteur de charge dans le chenal d’approche à titre
châssis et agit comme un limiteur supérieur pour le déver-
de vérification .
soir mobile.
9
6.2.2 Le puits de mesurage doit être vertical et de hauteur
c) Le déversoir mobile est relié par deux feuillards en acier
et/ou de profondeur suffisantes pour couvrir toute la gamme
à une poutrelle de levage horizontale. La crête du déversoir
des niveaux d’eau, et avoir une hauteur minimale de 0,3 m
est horizontale dans les deux sens. Son arête amont est
au-dessus du niveau maximal escompté. À l’endroit recom-
arrondie de telle facon que l’écoulement ne décolle pas.
mandé pour la mesure de la hauteur de charge, le puits doit être
raccordé au chenal d’approche par une tuyauterie ou une fente.
La figure 2 représente le déversoir horizontal à seuil épais
arrondi en tant que structure de mesurage et de réglage.
6.2.3 Le puits et la tuyauterie de raccordement ou la fente doi-
vent être étanches et, lorsque le puits est prévu pour loger le
4.5 Conditions en aval
flotteur d’un limnigraphe, il doit être de taille et de profondeur
suffisantes pour laisser un jeu au flotteur quel que soit le niveau
Les conditions en aval de la structure sont importantes parce
de l’eau. Le flotteur ne doit pas se trouver à moins de 0,075 m
qu’elles contrôlent le niveau d’eau aval. Ce niveau est l’un des
de la paroi du puits.
facteurs qui déterminent si, au niveau du déversoir, I’écoule-
ment sera dénoyé ou noyé. II est donc essentiel de calculer ou
de noter les niveaux d’eau aval sur toute la gamme des débits
6.2.4 La tuyauterie ou la fente doivent avoir leur point le plus
et, en fonction de ces renseignements, de prendre une décision
bas à au moins 0,06 m en dessous du niveau le plus bas à enre-
sur le type de déversoir à utiliser et sa forme géométrique.
gistrer. Elles doivent être arasées à la paroi du chenal d’appro-
che et déboucher perpendiculairement à celle-ci. La paroi du
chenal d’approche doit être uniforme et lisse (finition équivalant
5 Entretien - Spécifications générales à celle du béton soigneusement fini), sur une distance égale à
10 fois le diamètre de la tuyauterie ou la largeur de la fente à
partir de l’axe du raccordement. La tuyauterie ne peut être incli-
L’entretien du dispositif de mesurage et du chenal d’approche
née par rapport à la paroi que si elle est munie d’un couvercle
est important pour assurer des mesurages précis et continus. II
est primordial que le chenal d’approche soit, dans la mesure du ou d’une plaque affleurant la paroi et percée de trous, dont les
bords ne doivent être ni arrondis ni matés.
possible, maintenu propre et exempt de limon et de végétation
3
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ISO 4374 I 1990 (FI
6.2.5 Une profondeur de réserve doit être prévue dans le puits 7 Déversoirs horizontaux à seuil épais arrondi
pour empêcher l’échouage des flotteurs sur le fond ou sur les
limons ou les débris accumulés. Le puits de mesurage peut
7.1 Définition
comporter une chambre intermédiaire de dimensions et de pro-
portions similaires placée entre lui et le chenal d’approche, pour
7.1.1 Un déversoir normalisé comporte un seuil vraiment plan
permettre le dépôt des limons et autres débris à un endroit où il
et horizontal entre deux culées. L’arête amont doit être arrondie
est facile de les repérer et de les éliminer.
de manière à ne pas provoquer de décollement de l’écoulement
et l’arête aval doit être
6.2.6 Le diamètre de la tuyauterie de raccordement ou la lar-
geur de la fente doivent être suffisants pour permettre au a) soit arrondie,
niveau d’eau dans le puits de suivre les fluctuations en hausse
b) soit en pente oblique,
ou en baisse de la hauteur de charge sans retard appréciable,
c) soit verticale.
mais aussi suffisamment petits, compte tenu des exigences
d’entretien, pour amortir les oscillations dues aux ondes de
Le déversoir doit être placé perpendiculairement au sens de
courte période.
l’écoulement dans le chenal d’approche.
6.2.7 II n’est pas possible de fixer des régles strictes pour la
7.1.2 Les dimensions du déversoir et de ses culées doivent
détermination de la taille de la tuyauterie de raccordement, car
être conformes aux indications de la figure 1. Le rayon de l’arête
ce paramètre dépend des conditions particulières de I’installa-
amont, r, ne doit pas être inférieur à 0,2 Hmax. La longueur de
tion considérée: par exemple, si l’emplacement est a découvert
la partie horizontale du seuil ne doit pas être inférieure à
et donc exposé aux vagues, si le diamètre du puits doit être suf-
et la somme de la longueur du seuil et du rayon de
fisant pour loger les flotteurs des limnigraphes. II est préférable 13 qnax
l’arête arrondie ne doit pas être inférieure à 2,25 Hmax.
d’avoir un raccord plutôt trop large que trop étroit, car il est
facile d’ajouter ultérieurement une restriction si l’amortissement
des ondes de courte période ne se fait pas convenablement. II
7.1.3 Dans le cas d’un déversoir mobile, le corps du déversoir
est généralement suffisant d’avoir une tuyauterie de 100 mm de
peut être fait d’une plaque en acier ou en aluminium. Si le
diamétre pour les mesures de débit I?I situ. Un diamètre de
déversoir comprend une crête fixe, il peut être fait d’une plaque
3 mm peut convenir pour les mesures précises en écoulement
métallique ou en béton bien fini.
permanent en laboratoire.
Si la structure doit être utilisée pour régler et pour mesurer les
6.3 Mglage du zbro débits, ce qui est souvent le cas pour l’irrigation, la construction
prendra alors la forme d’une structure déversante coulissant
verticalement, déplacable manuellement ou mécaniquement.
6.3.1
Pour obtenir une bonne précision globale, il est essentiel
de régler initialement le zéro du systéme de mesure de facon
précise par rapport au seuil du déversoir et de vérifier régulière-
7.2 Emplacement de la section de mesure de la
ment ce réglage par la suite.
hauteur de charge
6.3.2 Un dispositif précis de vérification du zéro est néces-
7.2.1 La hauteur de charge sur le déversoir doit être mesurée
saire. Le zéro de l’instrument doit être réglé par référence
en un point situé suffisamment loin du seuil en amont pour ne
directe au seuil du déversoir, et un enregistrement doit être fait
pas être affectée par les effets d’abaissement de la surface,
des réglages effectués dans le chenal d’approche et dans le
mais suffisamment proche, néanmoins, pour que la perte de
puits de mesurage. Une vérification du zéro basée sur le niveau
charge entre la section de mesure et l’arête amont du déversoir
d’eau (quand l’écoulement cesse ou juste au moment où il com-
puisse être considérée comme négligeable. II est recommandé
mence) est sujette à des erreurs importantes par suite des effets
de placer la section de mesure à une distance comprise entre
de tension superficielle, elle est donc à proscrire.
trois et quatre fois H,,, en amont du bloc du déversoir.
6.3.3 Dans le cas d’un déversoir mobile, le niveau de l’eau en
7.2.2 La hauteur de la crête, si cette dernière est mobile, doit
amont et le niveau de la crête varient. L’élévation de la ligne de
être mesurée simultanément avec le niveau de l’eau en amont
crête peut être lue a partir d’un limnimètre fixe. Une méthode
(voir 6.3.3).
caractéristique de mesure du niveau de la crête consiste à fixer
cette échelle sur une culée, parallèlement à la barre de levage;
La hauteur de charge h (voir figure 1) doit être determinée avec
un index fixe à celle-ci indique le niveau de la crête.
une précision absolue de quelques millimetres (voir 9.2). Une
inspection régulière et l’entretien de l’ensemble de la structure
Le déversoir est amené à un certain niveau. La lecture du limni-
sont par conséquent indispensables.
métre fixe, sur la butée, est enregistrée et le réglage du zéro
decrit en 6.3.2 peut être effectué.
7.3 Cas d’un écoulement dénoyé
Une lecture directe peut être obtenue en construisant le puits
Un écoulement est dit dénoyé lorsqu’il est indépendant des
de tranquillisation près de la barre de levage. Le limnimètre est
variations du niveau d’eau aval. Pour aboutir à cette condition,
relie à la barre de levage de telle sorte qu’elle se déplace dans le
il faut, dans I’hypothése d’un régime subcritique dans le chenal
puits de tranquillisation, alors que son zéro coïncide avec I’élé-
aval, que la hauteur de charge totale aval ne monte pas au-delà
vation de la crête. Cette méthode peut également être appli-
d’un certain pourcentage de H. Si la face aval du déversoir est
quée pour des enregistrements continus.
4
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ISO 4374 : 1990 (FI
R 32 Hmax
Section de mesure de la hauteur de charge
Puits de mesure
Géométries possibles de
la surface aval du déversoir
Figure 1 - Déversoir horizontal à seuil épais arrondi - Schéma général
5
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~so 4374 : 1990 (FI
Glissière supérieure ,-D 2 rainures du châssis
Écoulement
G-
. . L+r
L
Déversoir mobile
Plaque de support
Vanne inférieure
.
\\\\\\\\\\\\\\“”
a)
I I
,
Plaque de support
+ Plaque de support
b) cl
Structure mixte de mesurage et de contrôle d’un déversoir horizontal à seuil épais arrondi
Figure 2 -
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ISO 4374 : 1990 (FI
verticale, ce pourcentage dépend de Hlpd: 63 % pour les fai- où
bles valeurs de Hlp,, montant à 75 % pour Hlpd = 0,5 et à
ii est la vitesse locale moyenne dans le chenal d’approche
80 % pour Hlp, > 1. Ces valeurs s’appliquent aussi à une
structure du déversoir mobile. Si le bloc du deversoir a une au niveau de la section transversale où se mesure la hauteur
pente plus faible que 1/5 à l’aval, la limite modulaire peut être de charge;
considérée partout comme supérieure de 5 % à ces valeurs.
a est un coefficient (coefficient d’énergie cinétique ou
Dans ce qui précède, pd est la hauteur du seuil au-dessus du
niveau du lit aval. coefficent de Coriolis) tenant compte du fait que la charge
cinétique dynamique excède ïï2/2 g si la répartition des
vitesses dans la section est régulière mais non uniforme!
8 Équations de débit Pour les besoins de la présente Norme internationale, a peut
être pris égal à 1 compte tenu des tolérances données aux
chapitres suivants et des conditions de 4.2 et de l’annexe B.
8.1 Equation de base
8.1.1 La théorie de la profondeur critique, étayée par des don-
nées expérimentales, montre que le débit, Q, sur un déversoir 8.1.4 On peut déduire des équations (21, (3) et (4) que
horizontal à seuil épais arrondi peut être représenté à l’aide de
l’équation suivante :
3 *(c”2’3 - IF2 2CDbh
=-
. . . (5)
A
cv
. . . (1)
C,, b &H312
où A est l’aire de la section transversale du chenal d’approche
en dessous du niveau d’eau observé à la section de mesure.
où
CV peut donc être calculé en fonction de CD b h /A. La figure 3,
C, est le coefficient de débit (sans dimension);
qui donne la relation entre C, et Cn b h /A, a été établie pour
éviter d’avoir à résoudre l’équation compliquée (5) permettant
b est la largeur du seuil du déversoir;
de déterminer CV. On peut obtenir la valeur de CD au moyen de
l’équation (6) ou (6a).
g est l’accélération due à la pesanteur;
H est la hauteur de charge totale.
8.2 Calcul du débit
8.1.2 La hauteur de charge totale, H, ne pouvant se mesurer
8.2.1 II existe deux méthodes courantes de calcul du débit à
directement, l’équation de débit, exprimée en fonction de la
partir des valeurs de la hauteur mesurée. La première méthode
hauteur jaugée, h, par rapport au niveau du seuil, peut s’écrire
opère par approximations successives et utilise les équations de
comme suit:
base de la ((hauteur totale». Cette méthode convient admirable-
2 312 ment au traitement des données par ordinateur, celui-ci facili-
= - . . .
CD C, b +h312
tant efficacement les calculs répétitifs nécessaires. La seconde
Q
3
0 méthode se fonde sur les rapports établis entre la hauteur
mesurée et la hauteur de charge totale pour différentes formes
où CV est un autre coefficient sans dimension tenant compte
de déversoirs et d’écoulement. On détermine le coefficient de
de l’effet de la vitesse d’approche sur le niveau d’eau mesuré en
vitesse d’approche, C,,, de l’équation de débit à partir de
amont du déversoir.
tableaux et de graphiques.
Par définition
8.2.2 L’équation de base du débit donnée en 8.1 met en jeu la
. . . hauteur de charge totale et la hauteur mesurée. L’équation (2)
(3)
peut être utilisée pour évaluer le débit, les valeurs appropriées
de CV étant tirées de la figure 3.
8.1.3 La hauteur de charge totale est liée à la hauteur jaugée
par l’équation
8.2.3 Pour l’eau à des températures ordinaires, CD est fonc-
H = h + aT212g . . .
(4)
tion de la hauteur, h, de la longueur du seuil dans le sens de
1) Les formules données dans la présente Norme internationale découlent d’expériences où la répartition des vitesses dans le chenal d’approche était
relativement uniforme et où a avoisinait donc l’unité. Si une étude des vitesses au niveau de la section de jaugeage indique a > 1,25, la station ne res-
pecte visiblement pas les conditions de 4.2 et des améliorations doivent être apportées au chenal d’approche. De façon approximative:
a =1+3e*-2eJ
V
oùe=-“--1
Ïï
V max étant la vitesse maximale observée dans la section où la hauteur de charge est mesurée.
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ISO 4374 : 1990 (FI
l’écoulement, de la rugosité du seuil et du rapport h / b. II peut Les valeurs de CD sont valables tant pour les faces antérieures
fermées (crête fixe) que pour les faces antérieures ouvertes
s’exprimer par l’équation suivante :
(crête mobile).
c,= (1 -y) (1 -y) 3'2
. . ,
(6)
8.3 Limites d’application
où
8.3.1 La limite pratique inférieure de h dépend de l’importance
x = 6,lL est un facteur tenant compte de l’influence de la
de l’influence des propriétés du fluide et de la rugosité limite. La
couche limite du seuil,
limite inférieure recommandée est, selon la valeur la plus éle-
vée, 0,06 m ou 0,Ol L.
où 6, est l’épaisseur de la couche limite de déplacement;
L est la longueur de la portion horizontale du seuil dans le
8.3.2 Les limites de Hlp sont dues aux difficultés rencon-
sens de l’écoulement.
trées lorsque le nombre de Froude dans le chenal d’approche
dépasse 0,5 et au fait qu’on ne dis
...
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