ISO 748:1997
(Main)Measurement of liquid flow in open channels — Velocity-area methods
Measurement of liquid flow in open channels — Velocity-area methods
Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts — Méthodes d'exploration du champ des vitesses
La présente Norme internationale spécifie des méthodes de détermination de la vitesse et de l'aire de la section droite d'un écoulement d'eau en chenal non couvert par la glace, et des méthodes de calcul du débit à partir des résultats des mesurages. Elle couvre les méthodes faisant usage de moulinets et de flotteurs destinés au mesurage des vitesses. Bien que, dans la plupart des cas, ces mesurages soient entrepris pour déterminer la relation hauteur-débit d'une station hydrométrique, la présente Norme internationale ne traite que de simples mesurages du débit; l'enregistrement continu du niveau d'eau durant une certaine période fait l'objet de l'ISO 1100-1 et de l'ISO 1100-2. NOTE Les méthodes de détermination de la vitesse et de l'aire de la section droite d'un écoulement d'eau en chenal couvert par la glace sont spécifiées dans l'ISO 9196.
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Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL IS0
STANDARD 748
Third edition
1997-08-01
Measurement of liquid flow in open
channels - Velocity-area methods
Mesure de dkbit des liquides dans /es canaux d&ouverts - Mkthodes
d ’exploration du champ des vitesses
Reference number
IS0 748: 1997(E)
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IS0 748: 1997(E)
Contents Page
1 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1
2 Normative reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ‘.
3 Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
4 Principle of the methods of measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .*. 1
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
5 Selection and demarcation of site
6 Measurement of cross-sectional area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
7 Measurement of velocity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
12
a Computation of discharge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9 Uncertainties in flow measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Annexes
A Correction for sag, pull, slope and temperature in measurement
of cross-section width by tape or wire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
B Measurement across the cross-section
C Corrections for wetted length of wire when measuring depths
with wire not normal to surface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
D Correction for drift
E Uncertainty of a velocity-area measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
F Determination of mean velocity from float measurements . . . . . . . . 39
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
G Bibliography
0 IS0 1997
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced
or utilized in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying and
microfilm, without permission in writing from the publisher.
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x.400
Printed in Switzerland
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0 IS0
IS0 7483 997(E)
Foreword
IS0 (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (IS0
member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through IS0 technical
committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has
the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in
liaison with ISO, also take part in the work. IS0 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 voting.
Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
International Standard IS0 748 was prepared by Technical Committee lSO/TC 113, Hydrometric determinations,
Subcommittee SC 1, Velocity area methods.
This third edition cancels and replaces the second edition (IS0 748:1979), which has been technically revised.
Annexes A to G of this International Standard are for information only.
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This page intentionally left blank
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INTERNATIONAL STANDARD o IS0
Measurement of liquid flow in open channels - Velocity-area
methods
1 Scope
This International Standard specifies methods for determining the velocity and cross-sectional area of water flowing
in open channels without ice cover, and for computing the discharge therefrom.
It covers methods of employing current-meters and floats to measure the velocities. Although, in most cases, these
measurements are intended to determine the stage-discharge relation of a gauging station, this International
Standard deals only with single measurements of the discharge; the continuous recording of discharges over a
period of time is covered in IS0 1100-I and IS0 1100-2.
NOTE The methods for determining the velocity and cross-sectional area of water flowing in open channels with ice cover are
specified in IS0 9196.
2 Normative reference
constitute provisions of this
The following standard contains provisions which, through reference in this text,
International Standard. At the time of publication, the edition indicated was valid. All standards are subject to
revision, and parties to agreements based on this International Standard are encouraged to investigate the
possibility of applying the most recent edition of the standard indicated below. Members of IEC and IS0 maintain
registers of currently valid International Standards.
IS0 7723 996, Hydrometric determinations - Vocabulary and symbols.
3 Definitions
For the purposes of this International Standard, the definitions given in IS0 772 and the following definition apply.
3.1 unit-width discharge
discharge through a unit width of a section at a given vertical
4 Principle of the methods of measurements
4.1 The principle of these methods consists of measuring velocity and cross-sectional area. A measuring site is
chosen conforming to the specified requirements; the width, depending on its magnitude, is measured either by
means of steel tape or by some other surveying method, and the depth is measured at a number of points across
the width, sufficient to determine the shape and area of the cross-section.
Velocity observations are made at each vertical preferably at the same time as measurement of depth, especially in
the case of unstable beds. They are made by any one of the standard methods using current-meters. If unit width
discharge is required, it is generally computed from the individual observations.
In the integration method, the mean velocity is obtained directly.
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Under certain circumstances, velocity observations can also be made using surface floats or velocity-rods. Other
methods consist of measuring the velocity along one or several horizontal lines of the section (e.g. moving-boat and
ultrasonic methods.)
4.2 The discharge is computed either arithmetically or graphically by summing the products of the velocity and
corresponding area for a series of observations in a cross-section.
5 Selection and demarcation of site
5.1 Selection of site
The site selected should comply as far as possible with the following requirements:
a) The channel at the measuring site should be straight and of uniform cross-section and slope in order to
minimize abnormal velocity distribution.
NOTE When the length of the channel is restricted, it is recommended for current-meter measurements, or other velocity-
meter measurements, that the straight length upstream should be at least twice that downstream.
Flow directions for all points on any vertical across the width should be parallel to one another and at right
W
angles to the measurement section.
The bed and margins of the channels should be stable and well defined at all stages of flow in order to facilitate
C)
accurate measurement of the cross section and ensure uniformity of conditions during and between discharge
measurements.
The curves of the distribution of velocities should be regular in the vertical and horizontal planes of
d)
measurement.
Conditions at the section and in its vicinity should also be such as to preclude changes taking place in the
e)
velocity distribution during the period of measurement.
Sites displaying vortices, reverse flow or dead water should be avoided.
fl
The measurement section should be clearly visible across its width and unobstructed by trees, aquatic growth
9)
or other obstacles. When gauging from a bridge with divide piers, each section of the channel should be treated
accordingly.
The depth of water at the section should be sufficient at all stages to provide for the effective immersion of the
h)
current-meter or float, whichever is to be used.
The site should be easily accessible at all times with all necessary measurement equipment.
0
.
The section should be sited away from pumps, sluices and outfalls, if their operation during a measurement is
1)
likely to create flow conditions inconsistent with the natural stage-discharge relationship for the station.
Sites where there is converging or diverging flow should be avoided.
k)
In those instances where it is necessary to make measurements in the vicinity of a bridge, it is preferable that
I)
the measuring site be upstream of the bridge. However in special cases and where accumulation of ice, logs
or debris is liable to occur, it is acceptable that the measuring site be downstream of the bridge. Particular care
should be taken in determining the velocity distribution when bridge apertures are surcharged.
The measurement of flow under ice cover is dealt with in IS0 9196 but for streams subject to formation of ice
m)
cover, requirements of measurement specified in this International Standard can be used during the free water
season.
2
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n) It may, at certain states of river flow or level, prove necessary to carry out current-meter measurements on
sections other than that selected for the station. This is quite acceptable if there are no substantial ungauged
losses or gains to the river in the intervening reach and so long as all flow measurements are related to levels
recorded at the principal reference section.
5.2 Demarcation of site
NOTE If the site is to be established as a permanent station or likely to be used for future measurement, it should be provided
with means for demarcation of the cross-section and for determination of stage.
52.1 The position of each cross-section, normal to the mean direction of flow, shall be defined on the two banks
by clearly visible and readily identifiable markers. Where a site is subject to considerable snow cover, the section
line-markers may be referenced to other objects such as rock cairns.
5.2.2 The stage shall be read from a gauge at intervals throughout the period of measurement and the gauge
datum shall be related by precise levelling to a standard datum.
52.3 An auxiliary gauge on the opposite bank shall be installed where there is likelihood of a difference in the
level of water surface between the two banks. This is particularly important in the case of very wide rivers. The
mean of the measurements taken from the two gauges shall be used as the mean level of the water surface and as
a base for the cross-sectional profile of the stream.
6 Measurement of cross-sectional area
6.1 General
The cross-sectional profile of the open channel at the gauging-site shall be determined at a sufficient number of
points to establish the shape of the bed.
The location of each point is determined by measuring its horizontal distance to a fixed reference point on one bank
of the channel, in line with the cross-section. This in turn allows calculation of the area of individual segments
separating successive verticals where velocities are measured.
6.2 Measurement of width
Measurement of the width of the channel and the width of the individual segments may be obtained by measuring
the horizontal distance from or to a fixed reference point which shall be in the same plane as the cross-section at
the measuring site.
6.2.1 Where the width of the channel permits, these horizontal distances shall be measured by direct means, for
example a graduated tape or suitable marked wire, care being taken to apply the necessary corrections given in
annex A. The intervals between the verticals, i.e. the widths of the segments, shall be similarly measured.
6.2.2 Where the channel is too wide for the above methods of measurement, the horizontal distance shall be
determined by optical or electronic distance-meters, or by one of the surveying methods given in annex B.
6.3 Measurement of depth
6.3.1 Measurement of depth shall be made at intervals close enough to define the cross-sectional profile
accurately. In general, the intervals shall not be greater than l/20 of the width.
NOTE 1 For small channels with a regula r bed profile, the num ber of i ntervals may be reduced. This may, h
oweve
‘r,
the accu racy of the determinati on of the bed profile (see 7.1.3 and clause
9).
NOTE 2 Accuracy of measurement of discharge is increased by decreasing the spacing between verticals.
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6.3.2 The depth shall be measured by employing either sounding-rods or sounding-lines or other suitable devices.
Where the channel is of sufficient depth, an echo-sounder may be used. If the velocity is high and the channel is
sufficiently deep, it is preferable to use an echo-sounder or other device which will not require large corrections.
6.3.3 When a sounding-rod or sounding-line is used, it is desirable that at least two readings be taken at each
point and the mean value adopted for calculations, unless the difference between the two values is more than 5 %,
in which case two further readings shall be taken. If these are within 5 %, they shall be accepted for the
measurement and the two earlier readings discarded. If they are again different by more than 5%, no further
readings shall be taken but the average of all four readings shall be adopted for the measurement, noting that the
accuracy of this measurement is reduced.
When an echo-sounder is used, the average of several readings shall always be taken at each point. Regular
calibrations of the instrument shall be carried out under the same conditions of salinity and temperature of the water
to be measured.
NOTE Where it is imp #racticable to take more than one reading of the depth, the uncertainty in measurement may be
increased (see clause 9).
6.3.4 Where measurements of the depths are made separately from the velocity measurements and the water
level is not steady, the water level shall be observed at the time of each measurement of the depth. When this is
not possible, the water level shall be observed at intervals of 15 min and the value of the level at the time of each
determination of depth shall be obtained by interpolation.
NOTE 1 When, during the measurement of discharge, the bed profile changes appreciably, depth measurements should be
carried out by taking one depth reading at each point at the beginning and one at the end of the velocity measurement at each
vertical, and the mean value of these two measurements shall be taken as the effective depth. Care should be exercised when
taking repeated soundings to avoid disturbance of the bed.
NOTE 2 Inaccuracies in soundings are most likely to occur owing to:
the departure from the vertical of the sounding-rod or line, particularly in deep water, when the velocity is high;
a)
the penetration of the bed by the sounding-weight or -rod;
the nature of the bed when an echo-sounder is used.
4
Errors due to a) may be minimized by the use, where practicable, of an echo-sounder, or pressure-measuring device. The
effect of drag on a sounding-line may be reduced by using a streamlined lead weight at the end of a fine wire. A correction
shall be applied to the wetted length of wire if the wire is not normal to the water-surface. It is recommended that the angle of
departure from the vertical of the sounding line should not be greater than 300 in view of the inaccuracies involved. Methods of
applying the correction are given in annex C.
Errors due to b) may be reduced by fitting a baseplate to the lower end of the sounding-rod, or by fastening a disk to the end of
the sounding-line, provided they will not cause additional scour of fine bed material due to high velocities.
Errors due to c) may be reduced by selecting an echo-sounder frequency that most adequately depicts the bed-water interface.
NOTE 3 In certain cases, for example floods, it may be impossible to determine an adequate profile of cross-section during
For those cases, the full profile shall be determined by surveying methods, either before or after the
the measurement.
measurement. However, it should be recognized that this method is subject to errors due to possible erosion or deposition in
the cross-section between the time the profile is determined and the time of discharge measurement.
7 Measurement of velocity
7.1 Measurement of velocity using current-meters
7.1 .I Rotating-element current-meters
Rotating-element current-meters should be constructed, calibrated and maintained according to IS0 2537 and
IS0 3455.They should be used only within their calibrated range and fitted on suspension equipment similar to that
used during calibration.
4
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In the vicinity of the mini mum speed of response , the uncertainty in determin ing the veloc ity is high. Care should be
exerci sed when measuri ng velocities near the mi nimu m speed of response.
For high velocities, the propeller, in the case of propeller-type current-meters, or the reduction ratio where available,
shall be chosen in order that the maximum speed of rotation can be correctly measured by the revolution counter.
No rotating-element current-meter shall be selected for use in water where the mean depth is less than 4 times the
diameter of the impeller that is to be used, or of the body of the meter itself, whichever is the greater. No part of the
meter shall break the surface of the water.
7.1.2 Electromagnetic current-meters
Electromagnetic current-meters are acceptable for making measurements of point velocity. These current-meters
have the advantage that they have no moving parts and thereby eliminate all friction and resistance. They should
be calibrated throughout the range of velocity for which they are to be used, and should meet accuracy
requirements similar to rotating-element current-meters. They should not be used outside the range of calibration.
Electromagnetic current-meters are capable of operation in shallow depths and of detecting and measuring flow
reversal. No electromagnetic current-meter shall be selected for use in water whose mean depth is less than 3
times the vertical dimension of the probe.
and provide a digital readout of velocity
The control box of the electromagnetic meter should be splashproof
instantaneously or averaged over preset time periods.
The sensor of the electromagnetic meter should have a moulded epoxy resin pod with no protrusions, containing an
It shall be relatively immune to fouling or damage,
electromagnetic sensor and solid-state encapsulated circuitry.
simple to clean and maintain and be readily interchangeable.
7.1.3 Measurement procedure
Velocity observations are normally made at the same time as measurements of the depth. This method shall be
used in the case of unstable beds. Where, however, the two measurements are made at different times, the
velocity observations shall be taken at a sufficient number of places, and the horizontal distance between
observations shall be measured as described in 6.2.1 and 6.2.2.
In judging the specific number n of verticals that are to be defined for the purpose of gauging flow at a particular
location, the following criteria shall be applied.
Channel width > 0 and < 0,5 m n=3to4
n = 4 to 5
Channel width > 0,5 m and < 1 m
Channel width > 1 m and < 3 m n=5to8
n=8tolO
Channel width > 3 m and < 5 m
Channelwidth>5mand
Channel width >I0 m n 2 20
In all instances, measurements of depth or velocity made at the water ’s edge are additional to the above.
It is further recommended that the location of the verticals be selected after a previous cross-section survey. When
the channel is sufficiently uniform it may be possible to reduce the number of verticals and to allocate equal
distance spacing between the verticals without conflicting with the above requirement.
The verticals uld be chosen so that the discharge in each segment
sho is less than 5 % of the total, insofar as
possible, and in no case sho luld it exceed 10 %.
that
5
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The current-meter shall be held in the desired position in each vertical by means of a wading-rod in the case of
shallow channels, or by suspending it from a cable or rod in the case of deeper channels. When a boat is used, the
current-meter shall be held so that it is not affected by disturbances of flow caused by the boat.
The current-meter shall be placed at the selected point in the vertical so that the horizontal axis of the meter is
parallel to the direction of flow at that point. The meter shall be allowed to adjust to the flow before the readings are
started.
NOTE Care should be taken to ensure that the current-meter observations are not affected by random surface-waves and
wind.
NOTE 2 When a number of points in a vertical are to be measured, a battery of current-meters fixed to the same rod can be
used to measure corresponding velocities simultaneously whilst ensuring that there is no mutual interference.
If there is any appreciable deflection of the cable on which the meter is suspended, a correction shall be applied for
the depth of the measuring-point. No generally applicable correction factor can be given, but it shall be determined
by the user for the particular instrument and conditions of measurement. However, the values given in annex C
may serve as a guide.
NOTE 3 The selection and use of appropriate suspension equipment is described in IS0 3454 and IS0 4375.
The velocity at each selected point shall be observed by exposing
a) a rotating-element current-meter for a minimum of 30 s, or
b) an electromagnetic current-meter for a minimum of 10 s.
Where the velocity is subject to periodic pulsations, the exposure time should be increased accordingly. (See
ISO/TR 7178.)
current-meter shall be removed from the water or brought to the surface at intervals for exam ination, usually
The
one
whe n passing from vertical to another.
A spin test, where appropriate, should be performed after each discharge measurement to ensure that the
mechanism operates freely (see IS0 2537).
More than one current-meter may be used in determining velocities in the individual verticals, different current-
meters being used for consecutive verticals.
In channels where the flow is unsteady, it is possible to correct for the variations in the total discharge during the
period of the measurement not only by observing the change in stage, but also by continuously measuring the
velocity at some conveniently chosen point in the main current.
7.1.4 Oblique flow
If oblique flow is unavoidable, the angle of the direction of the flow to the perpendicular to the cross-section shall be
measured and the measured velocity adjusted. Special instruments have been developed for measuring the angle
and velocity at a point simultaneously. Where, however, these are not available and there is insignificant wind, the
angle of flow throughout the vertical can be taken to be the same as that observed on the surface. This angle can
be measured with appropriate equipment provided that the operator is located above the measurement vertical. If
the channel is very deep or if the local bed profile is changing rapidly, this assumption shall not be accepted without
confirmation.
If the measured angle to the perpendicular to the cross section is g ,the velocity used for computation of flow
discharge shall be:
v
corrected = ‘measured ‘OS r
NOTE Some current-meters are equipped to measure the normal component of ve ‘locity directly when held perpendicular
to the measurement cross-section. This correction should not be applied in such cases.
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7.1.5 Method for mean velocity measurement in a vertical
7.1.5.1 Choice and classification
These are: time available, width
The choice of the method for velocity measurement depends on certain factors.
and depth of the channel, bed conditions in the measuring section and the upstream reach, rate of variation of level,
degree of accuracy wanted and equipment used.
These methods are classified as follows:
a) Velocity distribution method (see 7.1.5.2).
b) Reduced point methods (see 7.1.5.3).
c) Integration method (see 7.1.5.4).
d) Other methods (see 7.1.5.5).
7.1.5.2 Velocity distribution method
Using this method, the values of the velocity are obtained from observations at a number of points on each vertical
between the surface of the water and the bed of the channel. The number and spacing of the points should be so
chosen as to define accurately the velocity distribution on each vertical with a difference in readings between two
The location of the top and the bottom
adjacent points of not more than 20 % with respect to the higher value.
readings should be chosen, taking into account the specification under 7.1 .I (see IS0 1088).
The velocity observations at each position are then plotted and the unit width discharge or mean velocity
determined by planimeter, digitizer or equivalent method.
NOTE 1 This method may not be suitable for routine discharge measurements beta use the apparent gain in precision
may
be offset by errors resulting from change of stage during the long period of time ne eded for making the measurement.
NOTE 2 The velocity curve can be extrapolated from the last measuring point to the bed or wall by calculating vx from the
equation
xi
= vu -
Yx
a
0
vx is the open point velocity in the extrapolated zone at a distance Xfrom the bed or wall.
va is the velocity at the last measuring point at a distance a from the bed or wall.
The mean velocity V between the bottom r a ve rtical side) of the cha nnel and the nearest point of measurement (where the
(0
measured velocity is v,) can be ca lculated di rectly from the equation
m is an exponent
d is the total depth of flow
Generally m lies between 5 and 7 but it may vary over a wider range depending on the
hydraulic resistance. The value m = 2
applies to coarse beds or walls while m = 10 is characteristic of smoot
h beds or walls.
7
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m is obtained as follows:
2&
m = 2 h + Cv,r +Q3
L 1
where
g = acceleration due to gravity (m/s ’);
C vert = Chezy ’s coefficient on a vertical (m ”*“/s).
NOTE 3 An alternative method of obtaining the velocity in the region beyond the last measuring-point is based on the
assumption that the velocity for some distance up from the bed of the channel is proportional to the logarithm of the distance X
from that boundary. If the observed velocities at points approaching the bed are plotted against log X, then the best-fitting
straight line through these points can be extended to the boundary. The velocities close to the boundary can then be read from
the graph.
7.1.5.3 Reduced point methods
These methods, less strict than methods exploring the entire field of velocity, are used frequently because they
require less time than the velocity-distribution method (7.1.5.2). They are based, however, on assumed velocity
profiles.
.
:hat for a new gaug ing section the accuracy of the selected method be assessed comparing
It IS recommended t
by
those obtai ned from the velocity distribution method.
the results of prelimi nary gaugings with
a) Two-point method
each vertical by exposing the current-meter at 0,2 and 0,8 of the depth
Velocity observations shall be made at
two values shall be taken as the mean velocity in the ve rtical.
below the surface. The average of the
One-point method
b)
Velocity observations shall be made on each vertical by exposing the current-meter at 0,6 of the depth below
the surface. The value observed shall be taken as the mean velocity in the vertical.
7.1.5.4 Integration method
In this method, the current-meter is lowered and raised through the entire depth on each vertical at a uniform rate.
The speed at which the meter is lowered or raised should not be more than 5 % of the mean water velocity and
should not in any event exceed 0,04 m/s. Two complete cycles should be made on each vertical and if the results
differ by more than 10 %, the operation (two complete cycles) should be repeated until results within this limit are
obtained. This method is suitable for propeller-type current-meters and cup-type meter
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 748
Troisième édition
1997-08-01
Mesure de débit des liquides dans les
canaux découverts — Méthodes
d'exploration du champ des vitesses
Measurement of liquid flow in open channels — Velocity-area methods
Numéro de référence
ISO 748:1997(F)
©
ISO 1997
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Sommaire Page
Avant-propos.iv
1 Domaine d'application.1
2Référence normative .1
3Termesetdéfinitions.1
4Principedesméthodes de mesurage .2
5 Choix et délimitation de l'emplacement .2
6 Mesurage de l'aire de la section.3
7 Mesurage de la vitesse.5
8 Calcul du débit .14
9 Incertitudes dans le mesurage du débit.21
Annexes
Annexe A (informative) Correction du fléchissement, de la traction, de l'inclinaison et de la
température dans le mesurage de la largeur de la section par ruban ou par câble.28
Annexe B (informative) Mesurage transversal de la section .31
Annexe C (informative) Corrections de longueur immergéedu câbledanslemesuragedes
profondeurs par un câble non perpendiculaire à la surface.34
Annexe D (informative) Correction de dérive .36
Annexe E (informative) Incertitudes dans le mesurage de débit par exploration du champ des vitesses.37
Annexe F (informative) Calcul de la vitesse moyenne à partir des mesurages au flotteur.42
Bibliographie .44
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ISO 748:1997(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiéeaux
comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude aledroit de faire partie ducomité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en
liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec la Commission
électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 3.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour
vote. Leur publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités
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L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments de la présente Norme internationale peuvent faire
l’objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable de
ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
La Norme internationale ISO 748 a étéélaborée par le comité technique ISO/TC 113, Déterminations
hydrométriques, sous-comité SC 1, Méthode d'exploration du champ des vitesses.
Cette troisième édition annule et remplace la deuxième édition (ISO 748:1979), dont elle constitue une révision
technique.
Les annexes A àF delaprésente Norme internationale sont données uniquement à titre d’information.
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NORME INTERNATIONALE ISO 748:1997(F)
Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts —
Méthodes d'exploration du champ des vitesses
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale spécifie des méthodes de détermination de la vitesse et de l’aire de la section
droite d’un écoulement d’eau en chenal non couvert par la glace, et des méthodes de calcul du débit à partir des
résultats des mesurages.
Elle couvre les méthodes faisant usage de moulinets et de flotteurs destinés au mesurage des vitesses. Bien que,
dans la plupart des cas, ces mesurages soient entrepris pour déterminer la relation hauteur-débit d'une station
hydrométrique, la présente Norme internationale ne traite que de simples mesurages du débit; l’enregistrement
continu du niveau d’eau durant une certaine période fait l’objet de l’ISO 1100-1 et de l’ISO 1100-2.
NOTE Les méthodes de détermination de la vitesse et de l’aire de la section droite d’un écoulement d’eau en chenal
couvert par la glace sont spécifiées dans l’ISO 9196.
2Référence normative
Le document normatif suivant contient des dispositions qui par suite de la référence qui y est faite, constituent des
dispositions valables pour la présente Norme internationale. Pour les références datées, les amendements
ultérieurs ou les révisions de ces publications ne s’appliquent pas. Toutefois, les parties prenantes aux accords
fondés sur la présente Norme internationale sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer l’édition la plus
récente du document normatif indiqué ci-après. Pour les références non datées, la dernière édition du document
normatif en référence s’applique. Les membres de l'ISO et de la CEI possèdent le registre des Normes
internationales en vigueur.
ISO 772:1996, Déterminations hydrométriques — Vocabulaire et symboles.
3 Termes et définitions
Pour les besoins de la présente Norme internationale, les termes et définitions donnésdansl’ISO 772 ainsi que le
termeetladéfinition suivants s'appliquent.
3.1
débit unitaire
débit traversant une section de largeur unitaire à une verticale donnée
NOTE On emploie également le terme «produit unitaire».
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4Principedesméthodes de mesurage
4.1 Le principe de ces méthodes est de mesurer la vitesse de l’écoulement et l’aire de la section. Un
emplacement de mesurage est choisi conformément aux spécifications requises ; la largeur, selon sa grandeur, est
mesuréesoit à l’aide d’un ruban d’acier, soit par d’autres méthodes topographiques, et la profondeur est mesurée
sur un certain nombre de verticales réparties sur la largeur, nombre suffisant pour déterminer la forme et l’aire de la
section.
Des mesurages de vitesse sont effectués à chaque verticale en même temps que les mesurages de profondeur,
en particulier dans le cas des lits instables. Ils sont réalisés par l’une des méthodes normalisées mettant en œuvre
des moulinets. S'il est nécessaire de déterminer le débit unitaire, celui-ci est généralement calculéà partir de
chacun des mesurages. Le principe du mesurage est fondé sur la relation qui existe entre la vitesse locale
d’écoulement et la vitesse de rotation du moulinet.
La méthode d'intégration permet d’obtenir directement la vitesse moyenne par verticale de mesurage.
Dans certaines circonstances, les mesurages de vitesse peuvent également être effectués à l’aide de flotteurs de
surfaceetdebâtons lestés. D'autres méthodes consistent à mesurer la vitesse sur une ou plusieurs lignes
horizontales de la section (méthode du bateau mobile et méthode à ultrason, par exemple).
4.2 On calculeledébit en faisant la somme, soit arithmétiquement, soit graphiquement, des produits de la
vitesse et de l’aire correspondante pour une série de relevés dans une section transversale.
5 Choix et délimitation de l'emplacement
5.1 Choix de l'emplacement
L’emplacement choisi doit, dans la mesure du possible, répondre aux conditions suivantes.
a) À l’emplacement du mesurage, le chenal doit être rectiligne et de section et de pente uniformes, afin de
minimiser la distribution anormale des vitesses.
NOTE Il est recommandé, pour les mesurages au moulinet ou autres types de mesurage de la vitesse, que la
longueur droite à l’amont de la section de mesurage soit égale au double de la longueur droite à l’aval.
b) Le sens de l'écoulement de tous les points des verticales sur la largeur doit êtrelemême et à angle droit par
rapport à la section de mesurage.
c) Le lit et les bords des chenaux doivent être stables et bien définis à tous les niveaux de l'écoulement de façon
à permettre de mesurer avec précision la section transversale et à garantir les mêmes conditions pendant et
entre deux mesurages de débit.
d) Les courbes de distribution des vitesses le long des verticales ou des horizontales de mesurage doivent être
régulières.
e) Les conditions d’écoulement au niveau de la section et de son voisinage doivent être telles qu'aucun
changement n'intervienne dans la distribution des vitesses pendant la durée de mesurage.
f) Les sites où ont tendance à se produire des vortex ou des courants de retour ainsi que les zones d’eau morte
doivent être évités.
g) La section de mesurage doit être bien visible sur sa largeur et ne pas être obstruée par des arbres, de la
végétation aquatique ou tout autre obstacle. Lorsque le mesurage du débit s'effectue à partir d'un pont avec
piliers de division, chaque travée du chenal doit être traitéeséparément.
h) La profondeur de l’eau au niveau de la section doit être suffisante pour assurer l’immersion effective des
appareils utilisés, qu'il s'agisse de moulinets ou de flotteurs.
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i) L’emplacement doit être aisément accessible à tout moment avec le matériel de mesurage nécessaire.
j) La section ne doit pas se trouver à proximité d'une pompe, d'un conduit de décharge ou d'un déversoir, si la
proximité de ces derniers est à même de créer des conditions d'écoulement contraires à la relation
hauteur-débit normale de la station.
k) Les emplacements présentant un écoulement convergent ou divergent doivent être évités.
l) Dans le cas où il serait nécessaire d’effectuer des mesurages à proximité d’un pont, il est préférable que
l’emplacement de mesurage soit en amont du pont. Cependant, dans certains cas particuliers et lorsqu’une
accumulation de glace, de bois flottants ou d’épaves diverses peut se produire, l’emplacement de mesurage
pourra être situé en aval du pont. La détermination de la distribution des vitesses nécessite une attention
particulière lorsque les ouvertures du pont sont partiellement obstruées.
m) Le mesurage du débit sous la glace est traité dans l’ISO 9196, mais pour les cours d’eau sujets à formation de
glace en surface, les exigences de mesurage précisées dans la présente Norme internationale peuvent être
utilisées pendant la période où les eaux sont libres.
n) Il peut être nécessaire, selon les conditions ou le niveau de l'écoulement, d'effectuer les mesurages au
moulinet sur des sections autres que celles choisies pour la station. Cette procédure est tout à fait acceptable
dans le mesurage où les pertes/gains non mesurés par rapport à l'écoulement sont mineurs le long du bief
d'intervention et tant que tous les mesurages correspondent aux niveaux enregistrés à la section de référence
principale.
5.2 Repérage de l’emplacement
NOTE Si l'emplacement est appeléà devenir une station permanente ou est à même d'être utilisé ultérieurement, il doit
être équipé de moyens de repérage de la section et de détermination du niveau.
5.2.1 La position de chaque section, perpendiculaire à la direction moyenne de l’écoulement, doit être définie sur
les deux rives par des repères clairement visibles et immédiatement identifiables. Lorsqu’un emplacement peut
être couvert par une importante couche de neige, les repères de la ligne de section peuvent être référencéspar
rapport à d’autres objets, tels que des tumuli de pierres.
5.2.2 Pendant la durée des mesurages, le niveau doit être ludetemps à autre sur un limnimètre et le zéro de
l’échelle doit être relié par un nivellement précis à un niveau de référence.
5.2.3 Lorsqu’il y a lieu de craindre une différenceduniveaude l’eau entre les deux rives, on doit installer un
limnimètre auxiliaire sur la rive opposée. Ceci est particulièrement important dans le cas de trèslargescoursd’eau.
On doit adopter alors, pour niveau du plan d’eau et base de tracé de la section du cours d’eau, la moyenne des
lectures faites aux deux limnimètres.
6 Mesurage de l'aire de la section
6.1 Généralités
Le profil de la section du chenal à l’emplacement des mesurages doit être déterminé en un nombre suffisant de
points pour établir la forme du fond.
L’emplacement de chacun de ces points est déterminé en mesurant leur distance horizontale à un point de
référencefixesitué sur une rive du chenal, dans le plan de la section. Cette disposition permet de calculer l’aire de
chaque élément de section séparant les verticales consécutives où sont mesurées les vitesses.
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6.2 Mesurage de la largeur
Les valeurs de la largeur du chenal et des éléments individuels de section peuvent être obtenues en mesurant les
distances horizontales à partir d’un point de référence ou jusqu’à un point de référence qui doit être situé dans le
plan de la section de mesurage.
6.2.1 Lorsque la largeur du chenal le permet, ces distances horizontales doivent être mesurées directement, par
exemple à l’aide d’un ruban gradué ou d’un câble muni de repères appropriés, en prenant soin d’effectuer les
corrections nécessaires données dans l’annexe A. Les intervalles entre les verticales, c’est-à-dire les largeurs des
éléments de section, sont déterminés par différence.
6.2.2 Lorsque le chenal est trop large pour permettre l’application des méthodes de mesurage ci-dessus, les
distances horizontales doivent être déterminées à l’aide d’appareils optiques ou électriques de mesurage des
distances ou par l’une des méthodes topographiques données dans l’annexe B.
6.3 Mesurage de la profondeur
6.3.1 Les mesurages de profondeur doivent être faits à des intervalles suffisamment rapprochés pour définir
avec précision le profil de la section. En général, les intervalles ne doivent pas dépasser 1/20 de la largeur.
NOTE 1 Pour les petits chenaux ayant un profil de lit régulier, le nombre d’intervalles peut être réduit. Cette réduction peut
cependant affecter la précision de la détermination du profil du lit (voir 7.1.3 et article 9).
NOTE 2 L'exactitude du mesurage du débit croît au fur et à mesure que diminue l'espacement des verticales.
6.3.2 La profondeur doit être mesurée en employant des perches ou des câbles de sondage, ou tout autre
dispositif approprié. Lorsque le chenal a une profondeur suffisante, on peut utiliser un sondeur acoustique. Si la
vitesse est importante et le chenal suffisamment profond, il est préférable d’utiliser un sondeur acoustique ou tout
autre dispositif n’exigeant pas de corrections importantes.
6.3.3 Lorsqu’une perche ou un câble de sondage est utilisé, il est souhaitable de prendre au moins deux
lectures en chaque point de façon à retenir la valeur moyenne pour les calculs, à moins que la différence entre ces
deux valeurs ne dépasse 5 %, auquel cas il convient de prendre deux nouvelles lectures. Si celles-ci diffèrent de
moins de 5 %, il convient de les adopter comme mesure et d’ignorer alors les deux premières lectures. Si elles
diffèrent à nouveau de plus de 5 %, on ne fera pas de nouvelle lecture, mais on adoptera comme valeur mesurée
la moyenne des quatre lectures, en notant que la précision de ce mesurage se trouve réduite.
Lorsqu’on utilise un sondeur acoustique, la moyenne de plusieurs lectures doit toujours être prise à chaque point.
Des étalonnages réguliers de l’appareil sont nécessaires dans les mêmes conditions de salinité et de température
que l’eau du chenal.
NOTE Lorsqu’il est impossible de faire plus d’une seule lecture de la profondeur, l’incertitude de mesurage peut être
augmentée (voir article 9).
6.3.4 Lorsque les mesurages de profondeur sont effectuésindépendamment des mesurages de vitesse et que le
niveau de l’eau n’est pas constant, on relèvera le niveau de l’eau au moment de chaque mesurage de profondeur.
Si cette opération se révèle impossible, le niveau de l’eau doit être relevéà des intervalles de 15 min, et la valeur
du niveau à l’instant de chaque mesurage de profondeur doit être obtenue par interpolation.
NOTE 1 Lorsque, pendant le mesurage du débit, le profil du lit change d’une manière appréciable, il convient d’effectuer les
mesurages de profondeur en prenant une lecture de profondeur à chacun des points au commencement et une autre à la fin de
chaque mesurage de vitesse sur une verticale. La valeur moyenne de ces deux mesurages sera adoptéecomme étant la
profondeur effective. Il convient que toute précaution soit prise, en procédant à des mesurages répétés, de ne pas affouiller le lit
du cours d’eau.
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NOTE 2 Les incertitudes pouvant survenir au cours des opérations de détection du fond sont le plus souvent dues aux
causes suivantes:
a) perche ou câble de sondage s’écartant de la verticale, en particulier en eau profonde, lorsque la vitesse est élevée;
b) pénétration du poids ou de la perche de sondage dans le lit du cours d’eau;
c) nature du fond, lorsqu'un sondeur acoustique est utilisé.
Les erreurs dues à a) peuvent être réduites par l’emploi, lorsque cela s’avère faisable, d’un sondeur acoustique ou d’un
dispositif de mesurage de la pression. Les effets de la traînéesur le câble de sondage peuvent être réduits en employant un
lest profilé (saumon) à l’extrémité d’un câble fin. Une correction devra être appliquée à la longueur immergéeducâble si celui-ci
n’est pas vertical. Il est recommandé de faire en sorte que l'angle du câble de sondage par rapport à la verticale ne dépasse
pas 30° en raison de l’imprécision qui pourrait en résulter. Les modalitésd’exécution de cette correction sont données en
annexe C.
Les erreurs dues à b) peuvent être diminuées en montant une plaque à l’extrémité inférieure de la perche de sondage ou en
fixant un disque à l’extrémité du câble de sondage, mais ce dispositif ne doit pas provoquer un affouillement des matériaux fins
du fond par suite des vitesses élevées.
Les erreurs dues à c) peuvent être réduites en choisissant pour le sondeur acoustique une fréquence qui discerne d’une
manière adéquate l’interface du lit du cours d’eau.
NOTE 3 Dans certains cas, comme les inondations, il peut être impossiblededéterminer un profil convenable de la section
pendant le mesurage. En pareil cas, le profil entier doit être déterminé par une méthode topographique, soit avant, soit aprèsle
mesurage; on notera cependant que cette méthode peut conduire à des erreurs du fait de l’érosion ou d’apports toujours
possibles dans la section entre le moment où le profil est déterminé et le moment du mesurage.
7 Mesurage de la vitesse
7.1 Mesurage de la vitesse à l'aide des moulinets
7.1.1 Moulinets rotatifs
Les moulinets rotatifs doivent être construits, étalonnés et entretenus conformément à l'ISO 2537 et à l'ISO 3455.
Ils ne doivent être utilisés que dans le cadre pour lequel ils ont étéétalonnéset installés sur un équipement de
suspension similaire à celui qui a été utilisé lors de l'étalonnage.
Au voisinage de la vitesse minimale de réponse, le calcul de la vitesse présente des risques d'erreurs élevés. Le
mesurage des vitesses dans ce contexte nécessite donc une attention particulière.
Pour les vitesses élevées, l'hélice (dans le cas des moulinets à hélice) ou, le cas échéant, le degré de réduction,
doit être choisi de sorte que la vitesse de rotation maximale puisse être correctement mesurée par le compteur de
révolutions.
Le moulinet rotatif ne doit pas être utilisé lorsque la profondeur moyenne est inférieure à 4fois lediamètre de
l'hélice qu’on envisage d’utiliser ou du corps du moulinet lui-même, si celui-ci est plus grand que l’hélice. Aucune
partie du moulinet ne doit dépasser la surface de l'eau.
7.1.2 Moulinets électromagnétiques
Les moulinets électromagnétiques conviennent au mesurage de la vitesse en un point donné.Cetype demoulinet
a l'avantage de ne pas comprendre de parties mobiles, ce qui élimine toute friction ou résistance. Les moulinets
électromagnétiques doivent être étalonnés pour toutes les vitesses auxquelles ils doivent être utilisés et doivent
être conformes aux mêmes exigences de précision que pour les moulinets rotatifs. Ils ne doivent pas être utilisés
en dehors de la plage pour laquelle ils ont étéétalonnés. Ils peuvent fonctionner dans des endroits peu profonds
ainsi que détecter et mesurer l'inversion du débit. Le moulinet électromagnétique ne doit pas être utilisé lorsque la
profondeur de l'eau est inférieure à trois fois la dimension verticale du capteur.
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Le boîtier de commande du moulinet électromagnétique doit être protégé des projections d'eau et afficher
numériquement la vitesse instantanéeoulavitessemoyennesur des périodes de temps prédéfinies.
Le capteur du moulinet électromagnétique doit présenter une nacelle en résine époxy dépourvue de saillie,
contenant un détecteur électromagnétique et des circuits intégrés recouverts. Il doit présenter une certaine
résistance à l'encrassement ou aux causes de détérioration, être simple à nettoyer et à entretenir, et être
facilement interchangeable.
7.1.3 Méthodes de mesurage
Les mesurages de vitesse sont normalement faits en même temps que les mesurages de profondeur. Cette
procédure sera utilisée dans le cas de fonds instables. Si, cependant, les deux mesurages sont faits à des
moments différents, les relevés de vitesse doivent être effectués pour un nombre suffisant de positions et la
distance horizontale entre les mesurages doit être mesuréecommespécifié en 6.2.1 et en 6.2.2.
Pour apprécier le nombre n de verticales qui doit être défini dans le but de jauger le débit à un endroit particulier,
les critères suivants doivent être appliqués:
Largeur du chenal > 0 et < 0,5 m n = 3 à 4
Largeur du chenal > 0,5 m et < 1 m n = 4 à 5
Largeur du chenal > 1 m et < 3 m n = 5 à 8
Largeur du chenal > 3 m et < 5 m n = 8 à 10
Largeur du chenal > 5 m et < 10 m n = 10 à 20
Largeur du chenal > 10 m nW 20
Dans tous les cas, les mesurages de profondeur ou de vitesse effectuées en bordure de l'eau s'ajoutent aux
prescriptions ci-dessus.
Il est en outre recommandé de sélectionner l’emplacement des verticales après étude préalable du plan de section.
Lorsque le chenal est suffisamment uniforme, il est possible de réduire le nombre de verticales et d’allouer une
distance égale entre chaque verticale, sans déroger aux prescriptions ci-dessus.
Les verticales doivent être choisies de telle sorte que le débit de chaque élément de section soit, dans la mesure
du possible, inférieur à5%dutotalet ne dépasse en aucun cas 10 %.
Le moulinet doit être maintenu à la position voulue sur chaque verticale soit à l’aide d’une perche support si le
chenal est peu profond, soit par suspension à un câble ou à une perche lorsque les chenaux sont plus profonds.
Lorsqu’on utilise un bateau, il faut disposer le moulinet de telle sorte qu’il ne soit pas affecté par les turbulences
causées par le bateau.
Le moulinet doit être placé sur sa verticale au point choisi, de telle sorte que son axe horizontal soit parallèle au
sens de l'écoulement à ce point. Le moulinet doit être ajustéà l'écoulement avant le début des relevés.
NOTE 1 Il convient de veiller à ce que les mesurages au moulinet ne soient affectés ni par les rides accidentelles de la
surface de l'eau ni par le vent.
NOTE 2 Lorsqu'un certain nombre de points d'une verticale doivent être mesurés, une batterie de plusieurs moulinets fixés
sur la même perche peut être utilisée pour mesurer simultanément les vitesses correspondantes, tout en veillant à ce que ceux-
ci n’interfèrent pas les uns avec les autres.
S’il se produit un fléchissement appréciable du câble auquel est suspendu le moulinet, une correction doit être
appliquée à la profondeur du point de mesurage. Aucun facteur de correction de validité générale ne peut être
donné,mais il doit être déterminé par l’utilisateur en fonction de son propre appareillage et des conditions de
mesurage. Cependant, les valeurs indiquées dans l'annexe C peuvent servir de guide.
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NOTE 3 Le choix et l'utilisation du matériel de suspension approprié est spécifié dans l'ISO 3454 et dans l'ISO 4375.
Le mesurage de la vitesse en chaque point impose le respect des temps d'exposition suivants:
a) au moins 30 s pour le moulinet rotatif; ou
b) au moins 10 s pour le moulinet électromagnétique.
Lorsque la vitesse de l’eau est sujette à des pulsations périodiques, le temps d’exposition devra être augmenté en
conséquence (voir l’ISO/TR 7178).
Le moulinet doit régulièrement être sorti ou amenéà la surface de l’eau pour être examiné,généralement lorsque
l’on passe d’une verticale à l’autre.
Un essai de rotation doit être effectué,sinécessaire, après chaque mesurage de débit, de façon à s'assurer que le
mécanisme fonctionne librement (voir l’ISO 2537).
Plusieurs moulinets peuvent être utilisés pour déterminer les vitesses sur les diverses verticales, différents
moulinets étant employés pour des verticales consécutives.
Dans les chenaux où l’écoulement n’est pas stable, il est utile d’apporter une correction de variation de débit total
pendant la période de mesurage, non seulement en observant les changements du niveau mais aussi en mesurant
de façon continue la vitesse en un point approprié du courant principal.
7.1.4 Écoulement oblique
Si l’on ne peut éviter un écoulement oblique, on doit mesurer l’angle que fait le sens de l’écoulement avec la
perpendiculaire à la section et corriger la vitesse mesurée. Des instruments spéciaux ont été mis au point pour
mesurer simultanément l’angle et la vitesse en un point. Cependant, si l’on n’en dispose pas et s’il n’ya
pratiquement pas de vent, on peut admettre que l’angle de l’écoulement le long d’une verticale est égal à celui que
l’on observe en surface. Si le chenal est très profond ou si le profil de son lit varie rapidement, cette hypothèse ne
doit pas être admise sans vérification.
Si � est l’angle mesuré avec la normale, la vitesse servant au calcul du débit de l'écoulement doit être:
v = v cos �
corrigée mesurée
NOTE Certains moulinets permettent de mesurer directement la composante normale de la vitesse lorsqu'ils sont
maintenus perpendiculairement à la section de mesurage. Cette correction ne doit alors pas être appliquée.
7.1.5 Méthode de mesurage de la vitesse moyenne sur chaque verticale
7.1.5.1 Choix et classification
Le choix de la méthode de mesurage de la vitesse dépend de plusieurs facteurs:
...
Questions, Comments and Discussion
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