ISO 4377:1990
(Main)Liquid flow measurement in open channels — Flat-V weirs
Liquid flow measurement in open channels — Flat-V weirs
Deals with the measurement of flow in rivers and artificial channels using flat-V weirs under steady or slowly varying flow conditions. The standard flat-V weir is a control structure, the crest of which takes the form of a shallow "V" when viewed in the direction of flow.
Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts — Déversoirs en V ouvert
1.1 La présente Norme internationale traite de la mesure de débit dans les rivières et chenaux artificiels à régime permanent ou à variation lente, à l'aide de déversoirs en V ouvert. Le déversoir en V ouvert normalisé est une structure de contrôle dont la crête a la forme d'un «V» aplati lorsqu'on le regarde dans le sens de l'écoulement. 1.2 Le déversoir peut être utilisé pour mesurer aussi bien des débits modulaires (dénoyés) que des débits noyés. Dans un régime modulaire (dénoyé), le débit ne dépend que du niveau d'eau amont et une seule mesure de la hauteur de charge suffit. Dans un régime noyé, le débit dépend à la fois des niveaux amont et aval et deux mesures de charges séparées sont nécessaires. Avec un déversoir en V ouvert normalisé, les deux hauteurs à mesurer sont a) la hauteur de charge amont ; b) la hauteur de charge dans la zone de décollement qui se forme juste en aval du seuil.
General Information
Relations
Buy Standard
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL IS0
4377
STANDARD
Second edition
1990-02-l 5
Liquid flow measurement in open channels -
Flat-V weirs
Mesure de debit des liquides dans /es canaux de’couverts - D&ersoirs en V ouvert
Reference number
IS0 4377 : 1990 (E)
---------------------- Page: 1 ----------------------
IS0 4377 : 1990 (El
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, govern-
mental 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 approval before their acceptance as International Standards by
the IS0 Council. They are approved in accordance with IS0 procedures requiring at
least 75 % approval by the member bodies voting.
International Standard IS0 4377 was prepared by Technical Committee ISO/TC 113,
Measurement of liquid flow in open channels.
This second edition cancels and replaces the first edition (IS0 4377 : 19821, of which it
constitutes a technical revision.
Annexes A and B form an integral part of this International Standard. Annex
C is for
information only.
0 IS0 1990
All rights reserved. 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.
International Organization for Standardization
Case postale 56 l CH-1211 Geneve 20 l Switzerland
Printed in Switzerland
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
IS0 4377 : 1990 (E)
INTERNATIONAL STANDARD
Liquid flow measurement in open channels - Flat-V weirs
Table I - The range of discharge for three typical
1 Scope
flat-V weirs
1 .I This International Standard deals with the measurement
I
Elevation
of flow in rivers and artificial channels using flat-V weirs under
of crest Crest Range
Width
steady or slowly varying flow conditions. The standard flat-V above bed cross-slope I of discharge
weir is a control structure, the crest of which takes the form of
m mVs
I r-f-l
a shallow “V” when viewed in the direction of flow.
4 0,015 to 5
02
0,5 20 0,03 to 180
1.2 The weir can be used in both the modular (undrowned)
(within maximum
and the drowned ranges of flow. In the modular (undrowned)
head of 3 m)
flow range, discharges depend solely on the upstream water
1 80
0,055 to 630
levels and a single measurement of the upstream head will suf-
(within maximum
fice. In the drowned flow range, discharges depend on both the
head of 3 m)
upstream and the downstream water levels and two indepen-
dent head measurements are required. For the standard flat-V
weir, these are
3 Normative references
a) the upstream head; The following standards contain provisions which, through
reference in this text, constitute provisions of this International
Standard. At the time of publication, the editions indicated
b) the head developed within the separation pocket which
were valid. All standards are subject to revision, and parties to
forms just downstream of the crest.
agreements based on this International Standard are encouraged
to investigate the possibility of applying the most recent editions
of the standards indicated below. Members of IEC and IS0 main-
tain registers of currently valid International Standards.
2 General
IS0 772 : 1988, Liquid flow measurement in open channels -
Vocabulary and symbols.
2.1 The standard flat-V weir is of triangular profile with an
IS0 5168 : 1978, Measurement of fluid flow - Estimation of
upstream vertical : horizontal slope of 1: 2 and a downstream
uncertainty of a flow-rate measurement.
slope of 1: 5. The cross-slope is in the range 0 to 1: 10 and at
the limit, when the cross-slope is zero, the weir becomes a two-
dimensional triangular profile weir (see IS0 4360).
4 Definitions and symbols
For the purposes of this International Standard, the definitions
2.2 The flat-V weir will measure a wide range of flows and
given in IS0 772 apply. A full list of symbols together with the
has the advantage of high sensitivity to low flows. Operation in
corresponding units of measurement is given in annex A.
the drowned flow range minimizes afflux at very high flows.
Flat-V weirs should not be used in steep rivers, particularly
where there is a high sediment load.
5 Installation
5.1 Selection of site
2.3 IS0 8368 gives guidelines for the selection of weirs and
flumes for the measurement of the discharge of water in open
5.1.1 The weir shall be located in a straight section of the
channels.
channel, avoiding local obstructions, roughness or unevenness
of the bed.
2.4 There is no specified upper limit for the size of this struc-
ture. Table 1 gives the ranges of discharges for three typical 5.1.2 A preliminary study shall be made of the physical and
flat-V weirs. hydraulic features of the proposed site, to check that it con-
---------------------- Page: 3 ----------------------
IS0 4377 : 1990 (El
forms (or may be constructed or modified to conform) to the 5.2.1.3 Once a weir has been installed, any physical changes
requirements necessary for the measurement of discharge by in the installation will change the discharge characteristics;
the weir. Particular attention shall be paid to the following calibration will then be necessary.
features in selecting the site:
5.2.2 Approach channel
a) the adequacy of the length of channel of regular cross-
section available (see 5.2.2.2) ;
5.2.2.1 If the flow in the approach channel is disturbed by
the uniformity of the existing velocity distribution (see
b)
irregularities of the bottom and the banks, for example by large
annex B);
boulders or rock outcrops, or by a bend, sluice gate or other
feature which causes asymmetry of discharge across the chan-
the avoidance of a steep channel (but see 5.2.2.6);
cl
nel, the accuracy of gauging may be significantly affected. The
flow in the approach channel should have a symmetrical vel-
the effects of inc reased upstream water levels due to
d)
ocity distribution (see annex B). This can most readily be
the measuring structu re;
achieved by providing a long straight approach channel of
uniform cross-section.
e) the conditions downstream, including influences such
as tides, confluences with other streams, sluice gates, mill
dams and other controlling features (including seasonal
5.2.2.2 A length of straight approach channel five times the
weed growth), which might cause drowning;
water-surface width at maximum flow will usually suffice pro-
vided that flow does not enter the approach channel with high
f) the impermeability of the ground on which the structure
velocity via a sharp bend or angled sluice gate. However, a
is to be founded and the necessity for piling, grouting or
greater length of uniform approach channel is desirable if it can
other means of controlling seepage;
readily be provided.
g) the necessity for flood banks to confine the ma ximum
discharge to the channel;
h) the stability of the banks and the necessity for trimm ing
- and/or revetment ;
the uniformity of cross-section of the approach channel ;
i)
j) the effect of wind on the flow over the weir or flume,
especially when the weir or flume is wide and the head is
small and when the prevailing wind is in a transverse direc-
tion.
5.2.2.4 Vertical side walls constructed to effect a narrowing
5.1.3 If the site does not possess the characteristics necessary
of the natural channel shall be symmetrically disposed with
for satisfactory measurements, or if an inspection of the stream
respect to the centreline of the channel and should preferably
shows that the velocity distribution in the approach channel
be curved with a radius R of not less than 2HmaX, as shown in
deviates appreciably from the examples described in annex B,
figure 1. The tangent point of this radius nearest to the weir
the site shall not be used unless suitable improvements are
shall be at least H,,, upstream of the head measurement sec-
practicable. Alternatively, the performance of the installation
tion. The height of the side walls shall be chosen to contain the
should be checked using independent flow measurements.
design maximum discharge.
5.2.2.5 In a channel where the flow is free from floating and
5.2 Installation conditions
suspended debris, good approach conditions can also be pro-
vided by suitably placed baffles formed from vertical laths, but
52.1 General requirements
no baffle shall be nearer to the point at which the head is
measured than a distance of lo&,,,.
5.2.1.1 The complete measuring installation consists of an
approach channel, a weir structure and a downstream channel.
5.2.2.6 Under certain conditions a hydraulic jump may occur
The condition of each of these three components affects the
upstream of the measuring structure, e.g. if the approach
overall accuracy of the measurements. Installation require-
channel is steep. Provided that this wave is at a distance
ments include features such as the surface finish of the weir,
upstream of not less than about 30HmaX, flow measurement
the cross-sectional shape of the channel, the channel rough-
will be feasible, subject to confirmation that a regular velocity
ness, and the influence of control devices upstream or down-
distribution exists at the gauging station.
stream of the gauging structure.
5.2.1.2 The distribution and direction of velocity may have an
5.2.2.7 Conditions in the approach channel can be verified by
important influence on the performance of a weir (see 5.2.2 and inspection or measurement for which several methods are
annex B).
available, such as current-meters, floats, velocity rods and con-
2
---------------------- Page: 4 ----------------------
Head gauging section
Upstream tapping
>,H,,,
-4s
Figure 1 - Triangular profile of a flat-V weir
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 4377 : 1990 (El
will occur at the weir. It is essential, therefore, to calculate or
centrations of dye; the last is useful to check the conditions at
observe tail-water levels over the full discharge range and to
the bottom of the channel. A complete and quantitative assess-
make decisions regarding the type of the weir and its required
ment of the velocity distribution may be made by means of a
geometry in the light of this evidence.
current-meter. More information about the use of current-
meters is given in IS0 748. The velocity distribution should then
Consideration should be given to providing means for
be assessed by reference to annex B.
downstream energy dissipation together with protection works
to prevent erosion and/or possible undermining of the struc-
5.3 Weir structure ture.
5.3.1 The structure shall be rigid and watertight and capable
of withstanding flood flow conditions without damage from
6 Maintenance - General requirements
outflanking or from downstream erosion. The weir crest shall
be straight in plan and perpendicular to the direction of flow in
Maintenance of the measuring structure and the approach and
the upstream channel, and the geometry shall conform to the
downstream channels is important to secure accurate
dimensions given in the relevant clauses.
measurements. It is essential that the approach channel be kept
clean and free from silt and vegetation as far as practicable for
The weir shall be contained within vertical side walls and the
the minimum distance specified in 5.2.2.2. The float well and
crest width shall not exceed the width of the approach channel
the entry from the approach channel shall also be kept clean
(see figure 1). Weir blocks may be truncated but not so as to
and free from deposits.
reduce their horizontal dimensions in the direction of flow to
less than H,,, and Z&-,,, upstream and downstream respec-
The weir structure shall be kept clean and free from clinging
tively of the crest line.
debris and care shall be taken in the process of cleaning to
avoid damage to the weir crest.
5.3.2 The weir and the immediate approach channel (the part
with vertical side walls) may be constructed in concrete with a
smooth cement finish or surfaced with a smooth non-
7 Measurement of head(s)
_ corrodible material. In laboratory installations, the finish shall
be equivalent to that of rolled sheet metal or planed, sanded
7.1 General requirements
and painted timber. The surface finish is of particular impor-
tance near the crest but the requirements may be relaxed
7.1.1 Where spot measurements are required, heads can be
beyond a distance l/Z&,,, upstream and downstream of the
measured by using vertical gauges, hooks, points, wires or tape
I crest line.
gauges. Where continuous records are required, recording
gauges shall be used. The locations which shall be used for the
5.3.3 To minimize uncertainty in the discharge, the following
head measurements are dealt with in 7.4.
tolerances should be aimed at during construction :
7.1.2 With decreasing size of the weir and the head, small
a) on the crest width, 0,2 % of the crest width with a maxi-
discrepancies in construction and in the zero setting and
mum of 0,Ol m;
reading of the head measuring device become of greater
b) on the upstream and downstream slopes, 0,5 %; relative importance.
c) on the crest cross-slope, 0,l % ;
7.2 Gauge wells
on point deviations from the mean crest line, 0,05 % of
d)
the crest width.
7.2.1 It is preferable to measure the upstream head in a gauge
well to reduce the effects of water-surface irregularities. When
boratory insta II will normally require greater racy
La accu
this is done, it is *also desirable to measure the head in the
of dimensions.
approach channel as a check from time to time. Where the weir
is designed to operate in the drowned flow range, a separate
gauge well is required to record the piezometric head within the
5.3.4
The structure shall be measured on completion of con-
separation pocket which forms immediately downstream of the
struction and average values of the relevant dimensions and
crest.
their standard deviations at 95 % confidence limits shall be
computed. The average values are used for computation of the
7.2.2 Gauge wells shall be vertical and of sufficient height and
discharge and the standard deviations are used to obtain the
depth to cover the full range of water levels. In field instal-
overall uncertainty in a single determination of discharge
lations they shall have a minimum height of 0,3 m above the
(see 10.6).
maximum water levels expected. Gauge wells shall be con-
nected to the appropriate head measurement positions by
5.4 Downstream of the structure
means of pipes.
Conditions downstream of the structure are important in that
they control the tail-water levels. This level is one of the factors 7.2.3 Both the well and the connecting pipe shall be water-
tight, and where the well is provided for the accommodation of
which determines whether modular or drowned flow conditions
4
---------------------- Page: 6 ----------------------
IS0 4377 : 1990 (E)
preferable to make the connection too large rather than too
the float of a level recorder, it shall be of adequate size and
depth to give clearance around and beneath the float at all small because a restriction can easily be added later if short-
stages. The float shall not be nearer than 0,075 m to the wall of period waves are not adequately damped out. A pipe 100 mm
the well. in diameter is usually suitable for a flow measurement in the
field. A diameter of 3 mm may be appropriate for precision
head measurement with steady flows in the laboratory.
7.2.4 The pipe shall have its invert not less than 0,06 m below
the lowest level to be gauged.
7.2.10 Isolating valves with extended spindles shall preferably
be fitted to connecting pipes inside the gauge wells so that the
wells can be drained or pumped out and cleaned. If possible,
7.2.5 The pipe connection to the upstream head measure-
the weir shall be connected to a drainage system via a sludge
ment position shall terminate flush with the boundary of the ap-
plug valve and pipeline.
proach channel and at right angles thereto. The approach
channel boundary shall be plain and smooth (equivalent to
carefully finished concrete) within a distance of 10 times the
7.3 Zero setting
diameter of the pipe 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 flush with the wall, through which a
7.3.1 Accurate initial setting of the zeros of the head measur-
number of holes are drilled. The edges of these holes shall not
ing devices with reference to the level of the crest, and regular
be rounded or burred. Perforated cover plates are not recom-
checking of these settings thereafter, is essential if overall ac-
mended where weed or silt are likely to be present.
curacy is’to be attained.
7.2.6 The pipe connection to the measurement position for
7.3.2 An accurate means of checking the zero at frequent in-
the separation pocket head shall terminate in a manifold set tervals shall be provided. Bench marks, in the form of horizon-
within the crest of the weir. For large field installations, the
tal metal plates, shall be set up on the top of the vertical side
outlet from this manifold shall consist of 10 holes 10 mm in walls and in the gauge wells. These shall be accurately levelled
diameter spaced at 50 mm intervals along a line parallel to, and
such that their elevation relative to crest level is known. lnstru-
20 mm downstream of, the crest line. For laboratory and small ment zeros can then be checked relative to these bench marks
field installations (b < 2,5 m), these dimensions shall be halved.
without the necessity of re-surveying the crest each time. Any
The centre position of the 10 crest-tapping holes shall be offset settlement of the structure may, however, affect the relation-
laterally from the position of the lowest crest elevation at a
ships between crest and bench mark levels and hence oc-
distance of 0,l times the total crest width (see figure 1). The casional checks on these relationships shall be made.
holes shall be flush with the downstream face of the weir block,
preferably in a metal cover plate which can be removed to
facilitate maintenance of the system. It is important that this
7.3.3 A zero check based on the water level (when the flow
cover plate has an efficient seal around its perimeter. Locations
either ceases or just begins) is liable to serious errors due to sur-
for the head measurement positions are given in 7.4.
face tension effects and shall not be used.
7.3.4 Values for the crest cross-slope m and the gauge zero
7.2.7 Adequate additional depth shall be provided in wells to
can be obtained by measuring the crest elevation at regular in-
avoid the danger of floats grounding either on the bottom or on
any accumulation of silt or debris. The gauge well arrangement tervals along the crest line. A best-fit straight line is then fitted
through the measured points for each side of the weir and the
may include an intermediate chamber of similar size and pro-
portions between it and the approach channel to enable silt and intersection of these lines is the gauge zero level. The average
of the two side slopes is used for the value of m in the discharge
other debris to settle out where they may be readily seen and
formulae. For field installations, the use of standard levelling
removed.
techniques is recommended but precise micrometer or vernier
gauges shall be used for laboratory installations.
The diameter of the connecting pipe or the width of the
7.2.8
slot shall be sufficient to permit the water level in the well to
7.4 Location of head measurement sections
follow the rise and fall of head without appreciable delay,
although they shall be as small as possible, consistent with ease
of maintenance, to damp out oscillations due to short-period
7.4.1 The approach flow to a flat-V weir is three dimensional.
waves.
Drawdown in the approach to the lowest crest elevation is
more pronounced than in the approaches to other positions
across the width of the approach channel and this results in a
No firm rule can be laid down for determining the size of
7.2.9 depression in the water surface immediately upstream of the
the connecting pipe because this is dependent on the cir- lowest crest position. Further upstream, this depression is less
cumstances of the particular installation, e.g. whether the site
pronounced and at a distance of 10 times the V-height, 10/z’,
is exposed, and thus subject to waves, and whether a large the water-surface elevation across the width of the channel is
diameter well is required to house the floats of recorders. It is approximately constant. Thus, to achieve an accurate assess-
5
---------------------- Page: 7 ----------------------
IS0 4377 : 1990 (E)
ment of the upstream head, the tapping shall be set a distance Cd,. is the drowned flow reduction factor;
10h’ upstream of the crest line. h’ = b/2m is the difference
between the lowest and the highest crest elevation in metres.
m is the crest cross-slope;
However, if this distance is less than 3H,,, the tapping shall be
set a distance 3H,,, upstream of the crest to avoid drawdown
g is the acceleration due to gravity;
effects.
h is the upstream gauged head relative to the lowest crest
elevation.
7.4.2 If other considerations necessitate siting the tapping
closer to the weir, then corrections to the discharge coeffi-
cients will be necessary if HI /PI > 1. In all cases an increase
in coefficient is applicable and the percentage increase will de-
8.2 Discharge coefficent
pend on the tapping point location L1 and the value of HI /PI
as shown in table 2 where
The discharge coefficent is given by
I+ is the upstream total head relative to the lowest crest
5/Z
5/z
elevation ; . . .
= CD, (1 - k,lh) (2)
PI is the height of the lowest crest elevation relative to the
where
upstream bed level ;
CD,,-, is the modular coefficent of discharge;
L, is the distance of the upstream head measurement
position from the crest line.
h, is the effective gauged head, which is equal to h - k,;
Table 2 - Corrections to the discharge coefficient
is the head correction factor.
kl?l
increase (%I in CD for the following values
Both CD, and k, depend on the cross-slope of the weir. They
of H, IP,
Ll
are given in table 3.
1 2
3
For field measurement, k, is negligible because it is less than
IOh' 0 0 0
1 mm.
8h' 0 013 05
0 Or6 03
6h’
4h’ 0 W3 12
8.3 Velocity of approach factor
7.4.3 Flat-V weirs can be used for gauging purposes in the
Since the discharge equation is derived from a formula in which
drowned flow range if a tapping is incorporated at the crest
the total head is used, a velocity of approach factor C, is
(see 7.2.6).
introduced to correct the gauged head, i.e.
cv = W,lh)5’2 . . .
(3)
8 Discharge relationships
where N, is the upstream total head with respect to the lowest
crest elevation.
8.1 Discharge equation
Using equation (1)
The equation of discharge is based on the use of a gauged
2
head : "1
H, = h + -
2g
l/2
CDC,CsCd,mg1/2h5/2 . . . (1)
1 0,4 C,, CD Cs Cdr m h512 ’
=h+-
2
b U’, + h)
1
where
where
Q is the total discharge;
v1 is the mean velocity in the approach channel;
CD is the discharge coefficient;
PI is the difference between the lowest crest elevation and
Cv is the velocity of approach factor;
the mean bed level in the approach channel;
Cs is the shape factor;
b is the crest width.
6
---------------------- Page: 8 ----------------------
IS0 4377 : 1990 (El
The values of Cdr
Therefore calculated using equation (8) are
given in table 5 in terms of h&h, and Y2, where Y2 =
2
1 t4) --CD Cs mh lb (PI + hH.
c Z/5 2
=l+ . . .
v -Y1 G
3
L
For h,,lh, < 0,9, Cdr can be calculated to a good approxima-
tion by using a two-step procedure (relative error less than
where
1 %I as follows.
0,4 CD Cs Cdr m h2 2
Y, = . . . (5)
a) Estimate the value of Cd,, according to the value of
b PI + h)
1
h,,lh, using the following relations :
Equation (4) can be solved iteratively; the values of C, are
if h,,lh, < 0,55
CdrO = 1
obtained in terms of Y, and are given in table 4.
cd, = 0,9 if 0,55 < h,,lh, < 0,7
For Y, < 0,08, Cv is given to a good approximation by
. . .
(9)
. . . (6) C&-O = 018 if 0,7 < h,,lh, < 0,85
C" = 1 + 1,25 Y,
1 - 2,5 Y,
= 0,75 if 0,85 < h&h, < 0,9
CdrO
The relative error due to this approximation is less than 0,7 %.
b) Calculate the following quantities :
8.4 Shape factor
2
C& m h
Y2 =
A shape factor is introduced into the discharge equation for the
b (PI + h)
flat-V weir because the geometry of flow changes when the
discharge exceeds the V-full condition. Thus
= 0,16 cd,, 2 Y22
Yl
if h, < h’
cs = 1
2
c Or4
= 1 + 0,5 Y, C”
v
. . . (7)
. . . (10)
cs = l- (1 - h’ lh )5’2 if he > h’
e
He = Cvot4 h
where h’ = b/2m is the difference between the lowest and
highest crest elevations.
cdr = 1,078 i&%)9 -(~~2]o’1”
8.5 Drowned flow reduction factor
When h,elhe > 0,9, more iteration steps are needed and
When the weir becomes drowned, i.e. h,, > 0,4 He, the
table 5 should be referred to.
discharge decreases. A reduction factor is used for calculating
the drowned flow discharge:
if hp,lHe < 0,4
cd,- = 1
8.6 Limits of application
8.6.1 The practical lower limit of the upstream head is related
( 2ryr1= if h,,lH, ;*i,f)
cd,. = 1,078 [ 0 , 909 -
to the magnitude of the influence of the fluid properties and the
boundary roughness. For a well-maintained weir with a smooth
crest section, the minimum head recommended is 0,03 m. If
where
the crest is made of smooth concrete, or a material of similar
texture, a lower limit of 0,06 m is suggested.
h is the effective separation pocket head relative to the
lopwest crest elevation, h,, = h, - k,;
8.6.2 There is also a limiting value for the ratio h’lP, of 2,5
h, is the gauged separation pocket head relative to the
and there are limitations on h’lP2, where P2 is the elevation of
lowest crest elevation ;
the lowest crest elevation relative to the downstream bed level,
He is the effective upstream total head relative to the as shown in table 3. These are governed by the scope of
lowest crest elevation, He = h + v2/2g - k,.
experimental verification and vary with the cross-slope.
7
---------------------- Page: 9 ----------------------
IS0 4377 : 1990 (E)
Table 3 - Summary of recommended coefficients, limitations and uncertainties
Recommended value
for the following values
of the crest cross-slope
Type of flat-V weir
< 1:40 I:20 I:10
H,lh’ 4 1
I,23 I,21
Modular discharge coefficient &,I ) 12
/ 0,000 8 m
Head correction factor k, 0,000 4 m 0,000 5 m
I
Random uncertainty in the modular discharge
* 0,5 % / Ik 0,5 %
coefficient X’cDm I!z 0’5 %
1
/
Systematic uncertainty in the modular discharge
Ik 3 % IL 3,2 % j It 2’9 %
coefficient X”cDm
Modular limit 65 % to 75 % 65 % to 75 % 65 % to 75 %
Other limitations
I
< 2’5 < 2,5 < 2,5
h’ /PI
\< 2,5 < 2,5 < 2,5
h’ lP2
!
I
1Oh’
Upstream tapping IOh’ IOh’
I
HI/h’ > 1
Modular discharge coefficent CD,‘) I,24 I,23
1’22
j 0,000 8 m
Head correction factor k, 0,000 4 m 0,000 5 m
I
Random uncertainty in the modular discharge
I
coefficient X’cDm IL 0,5 % f 0’5 % Ik 0,5 %
Systematic uncertainty in the modular discharge
+ 2,5 % I!I 2,8 % / I!Z 2,3 %
coefficient X”cDm
Modular limit 65 % to 75 % 65 % to 75 % j 65 % to 75 %
I
Other limitations I
I
h’ /PI < 2,5 < 2’5 < 2,5
< 8’2 < 8,2 j < 4,2
h’ lP2
IOh’
Upstream tapping 10h’ IOh’
.
1) Computations under non-modular conditions should be based on CD, = 1,25, I,24 and I,22 for
values of the crest cross-slope of 1: 40 or less, 1: 20 and 1: 10 respectively.
Table 4 - Velocity of approach factor in terms of Y1
NOTE - Table 4 is presented as follows: the column labelled Y1 gives the value of Y1 to two decimal places; the
row labelled YI gives the third decimal place of Yl. For example, the value of Cv for Y1 = 0,064 is 1,100.
Cv for the following values of YI
\
y1
O'ooo 0,002 am 0’~ 0,008
0’00 1,000 1,002 1,005 1,008 1,010
0,Ol 1,013 1,016 1,018 1,021 1,024
0,02 1,027 1,030 1,032
1,035 1,038
0,03
1,041 1,044 1,047 1,050 1,054
0’04 1,057 1,060 1,063 1,067 1,070
0’05 1,074 1,077 1,080 1,084 1,088
0’06 1,092 1,096 1,100
1,104 1,108
0,07
1,112 1,116 1,120 1,124 1,129
0’08 1,133 1,138 1,143 1,148
1,153
0’09 1,158 1,163 1,168 1,174 1,180
0,lO 1,185 1,191 1,197
1,203 1,210
0,ll 1,216 1,223 1,230 1,237 1,244
0,12 1,252 1,260 1,268
1,277 1,286
0,13 1,295 1,305 1,316 1,326 1,338
0,14 1,350
1,363 1,377 1,392 1,408
0,15 1,426 1,446 1,468 1,492 1,523
8
---------------------- Page: 10 ----------------------
Table 5 - Drowned flow reduction factor C,, in terms of h,,lh, and Yz
Cd, for the following values of Y2
v
h,elhe.
Q,lO 0,20 0,30 0,40 0,44 0,48 / 0,52 0,56 0,60 0,64 0,68 0,72 0,76 0,80 Q,84 0,88
0,41 0,995 0,996
0,996 I 0,997 l
0,42 0,993 0,993 0,993 0,994
0,43
o,u
0,45
0,46
0,47
09
0,49
0,50
I
0,51 0,965 0,965 0,966 0,967 j 0,967 i 0,968 I 0,969 0,969 1 0,970 / o,971 , 0,972 0,
...
NORME
ISO
INTERNATIONALE
4377
Deuxième édition
1990-02-15
Mesure de débit des liquides dans les,canaux
découverts - Déversoirs en V ouvert
Liquid flow measurement in open channels - Fiat- V weirs
Numéro de réfbrence
ISO 4377 : 1990 (FI
---------------------- Page: 1 ----------------------
Iso 4377 : 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 col-
labore Rtroitement 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 4377 a été elaborée par le comité technique ISO/TC 113,
Mesure de dbbit des liquides dans les canaux d&ouverts.
Cette deuxiéme édition annule et remplace la première édition USO 4377 : 19821, dont
elle constitue une révision technique.
Les annexes A et B font partie intégrante de la présente Norme internationale.
L’annexe C est donnée uniquement à titre d’information.
0 SO 1990
Droits de reproduction réserves. 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 ecrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
l CH-1211 Geneve 20 l Suisse
Case postale 56
Imprime en Suisse
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
60 4377 : 1990 (F)
NORME INTERNATIONALE
Mesure des débits de liquides dans les canaux
Déversoirs en V ouvert
découverts -
1 Domaine d’application Tableau 1 - Gammes de débit pour trois deversoirs
en V ouvert caractéristiques
1 .l La présente Norme internationale traite de la mesure de
Élévation de la
Pente
Gamme
débit dans les rivières et chenaux artificiels à régime permanent
crête au-dessus Largeur
transversale
de débit
ou à variation lente, à l’aide de déversoirs en V ouvert. Le
du lit
de la crête
déversoir en V ouvert normalisé est une structure de contrôle m m mals
dont la crête a la forme d’un «VB aplati lorsqu’on le regarde
0;2 1:lO 4 0,015 à 5
dans le sens de l’écoulement.
0,5 1:20 20 0,03 à 180
(à une hauteur de
1.2 Le déversoir peut être utilisé pour mesurer aussi bien des
charge maximale
de 3 m)
débits modulaires (dénoyés) que des débits noyés. Dans un
régime modulaire (dénoyé), le débit ne dépend que du niveau
1,o 1:40 80 0,055 à 630
d’eau amont et une seule mesure de la hauteur de charge suffit.
(à une hauteur de
Dans un régime noyé, le débit dépend à la fois des niveaux charge maximale
de 3 m)
amont et aval et deux mesures de charges séparées sont néces-
saires. Avec un déversoir en V ouvert normalisé, les deux hau-
teurs à mesurer sont
3 Références normatives
a) la hauteur de charge amont;
Les normes suivantes contiennent des dispositions qui, par
suite de la référence qui en est faite, constituent des disposi-
b) la hauteur de charge dans la zone de décollement qui se
tions valables pour la présente Norme internationale. Au
forme juste en aval du seuil.
moment de la publication, les éditions indiquées étaient en
vigueur. Toute norme est sujette à révision et les parties pre-
nantes des accords fondés sur cette Norme internationale sont
invitées à rechercher la possibilité d’appliquer les éditions les
2 Généralités
plus récentes des normes indiquées ci-après. Les membres de
la CEI et de I’ISO possèdent le registre des Normes internatio-
nales en vigueur à un moment donné.
2.1 Le déversoir normalisé est de profil triangulaire et pré-
sente une pente amont de 1 (vertical): 2 (horizontal) et une
ISO 772 : 1988, Mesurage du débit des liquides dans les canaux
pente aval de 1:5. La pente transversale doit se situer entre 0 et
découverts - Vocabulaire et symboles.
I:l0 et, quand elle est zéro, le déversoir devient un seuil à profil
ISO 5168 : 1978, Mesure de débit des fluides - Calcul de
triangulaire à deux dimensions (voir ISO 4360).
l’erreur limite sur une mesure de débit.
2.2 Le déversoir en V ouvert peut mesurer une gamme assez
4 Définitions et symboles
large de débits et a l’avantage d’une grande sensibilité aux fai-
bles débits. Son fonctionnement, en régime noyé, minimise les
Pour les besoins de la présente Norme internationale, les défini-
remous à très forts débits. Les déversoirs en V ouvert ne doi-
tions données dans I’ISO 772 s’appliquent. Une liste complète
vent pas être utilisés dans les rivières à forte déclivité, notam-
de symboles avec les unités de mesure correspondantes est
ment lorsqu’elles charrient une forte charge en sédiments.
donnée dans l’annexe A.
2.3 L’ISO 8368 donne les critères de choix des déversoirs et
5 Installation
des canaux jaugeurs pour le mesurage du débit d’eau dans les
canaux découverts.
5.1 Choix de l’emplacement
2.4 Aucune limite supérieure n’est spécifiée en ce qui con-
5.1.1 Le déversoir doit être situé dans un troncon de chenal
cerne la taille de cette structure. Les gammes de débit pour rectiligne, dépourvu d’obstructions locales, de rugosités ou
trois déversoirs caractéristiques sont indiquées dans le tableau 1.
d’inégalités du lit.
1
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 4377 : 1990 (FI
5.1.2 II faut procéder à une étude préliminaire des conditions déversoir, la forme de la section transversale du chenal, la rugo-
physiques et hydrauliques de l’emplacement proposé pour véri-
sité du chenal et l’influence des dispositifs de contrôle en
fier qu’il est conforme (ou peut être construit ou rendu con- amont ou en aval du dispositif de jaugeage.
forme) aux conditions nécessaires au mesurage de débit au
moyen du déversoir. On veillera en particulier aux points sui-
vants dans le choix de l’emplacement:
5.2.1.2 La répartition et la direction des vitesses peuvent avoir
une influence importante sur le fonctionnement du déversoir
a) existence d’une longueur suffisante du chenal, à sec- (voir 5.2.2 et annexe 8).
tion droite régulière (voir 5.2.2.2) ;
5.2.1.3 Une fois le déversoir installé, tout changement maté-
b) uniformité de la répartition des vitesses existante (voir
riel apporté à l’installation modifie les caractéristiques de débit;
annexe B);
un réétalonnage sera alors nécessaire.
c)+ éviter un chenal a forte pente (mais voir 5.2.2.6);
5.2.2 Chenal d’approche
d) effets de l’augmentation des niveaux de l’eau en amont,
due au dispositif de mesurage;
5.2.2.1 Si l’écoulement dans le chenal d’approche est per-
turbé par des irrégularités du fond et des berges telles que des
e) conditions aval, y compris les influences telles que
gros cailloux ou des affleurements de roches, ou par une
marées, confluents avec d’autres cours d’eau, vannes, bar-
courbe, une écluse ou tout autre élément provoquant une asy-
rages et autres dispositifs de contrôle ainsi que la croissance
métrie de l’écoulement dans le chenal, des erreurs sérieuses
saisonniére de la végétation qui peuvent provoquer un
peuvent se produire dans la précision du jaugeage. L’écoule-
écoulement noyé;
ment dans le chenal d’approche doit avoir une répartition symé-
trique des vitesses (voir annexe B). La meilleure manière de res-
f) imperméabilité du sol sur lequel doit reposer le dispositif
pecter cette condition est de prévoir un long chenal d’approche
de mesurage et nécessité de procéder à un compactage, à
rectiligne de section uniforme.
des jointoiements ou à tout autre moyen de contrôle des
fuites;
5.2.2.2 Une longueur droite du chenal d’approche égale à
g) nécessité pour les rives de retenir le débit maximal de
cinq fois la largeur du cours d’eau à son débit maximal suffit en
crue dans le chenal;
général, dans la mesure où la pénétration de l’eau dans le che-
nal ne se fait pas à grande vitesse par un coude à angle aigu ou
h) stabilité des rives et nécessité de les nettoyer et/ou de
une écluse oblique. La longueur du chenal uniforme peut néan-
les garnir d’un revêtement;
moins être augmentée avec profit si cela est possible.
i) uniformité de la section transversale du chenal d’ap-
proche;
5.2.2.3 La longueur du chenal d’approche uniforme indiquée
en 5.2.2.2 correspond à la distance située en amont du point de
j) effet du vent sur l’écoulement dans le déversoir ou le
mesure de la charge. Dans un chenal naturel, cependant, il ne
canal jaugeur, surtout lorsque celui-ci est large, la charge
serait pas rentable de bétonner le lit et les berges sur une telle
faible et lorsque le vent dominant est dans une direction
distance, et il pourrait être nécessaire de prévoir une contrac-
transversale.
tion en plan si la largeur entre les parois verticales du chenal
canalisé est inférieure à la largeur du chenal naturel. La portion
non canalisée du chenal en amont de la contraction doit néan-
5.1.3 Si l’emplacement ne remplit pas les conditions requises
moins respecter les conditions de 5.2.2.1 et 5.2.2.2.
pour effectuer des mesurages satisfaisants, ou si un examen du
courant montre que la répartition des vitesses dans le chenal
d’approche différe de manière appréciable de celle qui est indi-
5.2.2.4 Les parois latérales verticales ménageant la contrac-
quée dans les exemples de l’annexe B, il faut l’abandonner à
tion des chenaux naturels doivent être disposées symétrique-
moins qu’il soit possible d’y apporter les améliorations néces-
ment par rapport à l’axe du chenal et doivent, de préférence,
saires. Le fonctionnement de l’installation peut également être
être incurvées avec un rayon R, d’au moins 2HmaX, comme
verifié par des mesures de débit indépendantes.
indiqué sur la figure 1. Le point de tangence de ce rayon le plus
proche du déversoir doit se situer à au moins Hmax en amont de
la section de mesure de la charge. La hauteur des parois latéra-
5.2 Conditions d’installation
les doit être choisie de manière à contenir le débit théorique
maximal.
5.2.1 Spécifications g6n6rales
5.2.1 .l L’installation complète de mesurage comprend un
5.2.2.5 Dans un chenal exempt de débris flottants ou en sus-
chenal d’approche, un déversoir et un chenal aval. Les condi-
pension, on peut également établir de bonnes conditions
tions de chacun de ces trois éléments affectent la précision glo-
d’approche en placant judicieusement des chicanes formées de
bale des mesurages. Les conditions exigées pour l’installation
lattes verticales, mais aucune chicane ne doit être placée à une
comprennent des caractéristiques telles que l’état de surface du
distance du point de mesurage inférieure à IOH,,,.
2
---------------------- Page: 4 ----------------------
Section de mesure de la charge
Prise au niveau du seuil
Centre des prises
au niveau du seuil
Figure 1 - Dbversoir en V ouvert à profil triangulaire
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO4377: 1990(F)
5.2.2.6 Dans certaines conditions, un ressaut peut apparaître 5.3.4 La structure doit être mesurée dés son achévement, et
les valeurs moyennes des dimensions correspondantes et de
en amont du dispositif de mesurage, par exemple si le chenal
d’approche est à forte pente. Si ce ressaut est à une distance en leurs écarts-types pour des limites de confiance de 95 % doi-
vent être calculées. Les valeurs moyennes servent au calcul du
amont au moins égale à 3OH,,,, on peut effectuer le mesurage
du débit, sous réserve qu’il existe une répartition régulière des débit et l’écart-type au calcul de l’incertitude globale sur une
seule détermination du débit (voir 10.6).
vitesses au niveau de la station de jaugeage.
5.4 Conditions en aval
5.2.2.7 L’état du chenal d’approche peut être vérifié par exa-
Les conditions en aval de la structure sont importantes parce
men visuel ou par des mesures pour lesquelles on dispose de
plusieurs techniques telles que moulinets, flotteurs, bâtons de qu’elles contrôlent le niveau d’eau aval. Ce niveau est l’un des
facteurs qui déterminent si, au niveau du déversoir, I’écoule-
vitesse et solutions concentrées de colorants, la dernière tech-
nique servant à vérifier les conditions au fond du chenal. Une 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
estimation complète et quantitative de la répartition des vites-
ses peut s’obtenir au moyen d’un moulinet. Des détails concer- et, en fonction de ces renseignements, de prendre une décision
sur le type de déversoir à utiliser et sa forme géo-
nant l’emploi des moulinets sont donnés dans I’ISO 748. La
répartition des vitesses doit alors être vérifiée par référence à métrique.
l’annexe B.
II faut envisager la dissipation de l’énergie et des ouvrages de
protection en aval pour empêcher l’érosion et/ou I’affouille-
ment de la structure.
5.3 Structure du déversoir
- Spécifications générales
6 Entretien
5.3.1 La structure doit être rigide, étanche et capable de résis-
ter aux écoulements de crue sans être endommagée par des
L’entretien du dispositif de mesurage et du chenal d’approche
débordements ou l’érosion aval. La crête du déversoir doit être
est important pour assurer des mesurages exacts. II est primor-
perpendiculaire à la direction de l’écoulement et doit correspon-
dial que le chenal d’approche soit, dans la mesure du possible,
dre aux dimensions données dans les chapitres correspon-
maintenu propre et exempt de limon et de végétation sur une
dants.
distance au moins égale à celle spécifiée en 5.2.2.2. Le puits à
flotteur et l’entrée du chenal d’approche doivent aussi être
Le déversoir doit être compris entre des parois latérales vertica-
maintenus propres et exempts de dépôts.
les et sa largeur de crête ne doit pas excéder la largeur du che-
La structure du déversoir doit être maintenue propre et
nal d’approche (voir figure 1). Les blocs formant le déversoir
exempte de toute accumulation de débris et l’on doit prendre
peuvent être tronqués, mais leurs dimensions horizontales dans
soin, au cours du nettoyage, de ne pas endommager la crête du
la direction de l’écoulement ne doivent jamais être réduites à
déversoir.
moins de Hmax en amont et 2 Hmax en aval de la ligne de crête.
7 Mesure de la (des) hauteur(s) de charge
5.3.2 Le déversoir et le chenal d’approche immédiatement
voisin (la partie avec des parois latérales verticales) peuvent être
construits en béton, recouvert d’une couche de finition lisse en
7.1 Spécifications générales
ciment ou d’un matériau lisse non sujet à la corrosion. Dans les
installations de laboratoire, la finition doit être équivalente à
7.1.1 En cas de mesures ponctuelles, la charge peut être
celle d’une tôle laminée ou d’un bois raboté, poncé et peint.
mesurée à l’aide d’échelles limnimétriques verticales, de pointes
L’état de surface est particulièrement important au voisinage du
limnimétriques recourbées ou droites, de sondes limnimétri-
seuil, mais les exigences peuvent être moins sévéres au-delà
ques visuelles ou électriques. En cas d’enregistrements en con-
d’une distance de 1/2 Hmax en amont et en aval de la ligne de
tinu, on doit utiliser des limnigraphes. Les emplacements aux-
crête.
quels doivent être effectuées les mesures de charge sont indi-
qués en 7.4.
5.3.3 Pour minimiser les incertitudes sur la mesure du débit, il
7.1.2 Plus la taille du déversoir et la charge correspondante
convient de respecter les tolérances suivantes lors de la cons-
sont petites, plus les écarts de construction, de réglage du zéro
truction :
et de lecture du dispositif mesureur de charge, même petits,
prennent d’importance relative.
a) sur la largeur de la crête, 0,2 % de cette largeur avec un
maximum de 0,Ol m;
7.2 Puits de mesurage
b) sur les pentes amont et aval, 0,5 %;
7.2.1 II est préférable de mesurer la charge amont dans un
puits de mesurage pour réduire les effets des irrégularités
c) sur la pente transversale de la crête, 0,l % ;
superficielles de l’eau. Dans ce cas, il est également préférable
de vérifier de temps en temps la charge dans le chenal d’appro-
d) sur les écarts ponctuels par rapport à la ligne de crête
che. Lorsque le déversoir est concu pour fonctionner en régime
moyenne, 0,05 % de la largeur de crête.
noyé, il est nécessaire de prévoir un puits de mesurage séparé
Les installations de laboratoire doivent normalement avoir une pour enregistrer la charge piézométrique dans la zone de décol-
meilleure précision concernant les dimensions. lement qui se forme en aval de la crête.
4
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 4377 : 1990 (FI
aussi suffisamment petit, compte tenu des exigences d’entre-
7.2.2 Les puits de mesurage doivent être verticaux et de hau-
teur et profondeur suffisantes pour couvrir toute la gamme des tien, pour amortir les oscillations dues aux ondes de courte
niveaux d’eau. Dans les installations in situ, il doivent avoir période.
une hauteur minimale de 0,3 m au-dessus du niveau maximal
escompté. Les puits de mesurage doivent être raccordés par
7.2.9 II n’est pas possible de fixer des règles strictes pour la
des tuyauteries adéquates aux points de mesure de la charge.
détermination de la taille de la tuyauterie de raccordement, car
ce paramètre dépend des conditions particulières de I’installa-
tion considérée: par exemple, si l’emplacement est à découvert
7.2.3 Le puits et la tuyauterie de raccordement doivent tous
et donc exposé aux vagues, si le diamètre du puits doit être suf-
deux être étanches à l’eau et, lorsque le puits est prévu pour
fisant pour loger les flotteurs des limnigraphes, etc. II est préfé-
loger le flotteur d’un limnigraphe, il doit être de taille et de pro-
rable d’avoir un raccord plutôt trop large que trop étroit, car il
fondeur suffisantes pour ménager des jeux suffisants autour et
est facile d’ajouter ultérieurement une restriction si I’amortisse-
au-dessous du flotteur, quel que soit le niveau de l’eau. Le flot-
ment des ondes de courte période ne se fait pas convenable-
teur ne doit pas se trouver à moins de 0,075 m de la paroi du
ment. II est généralement suffisant d’avoir une tuyauterie de
puits.
100 mm de diamètre pour les mesures de débit in situ. Un dia-
mètre de 3 mm peut convenir pour les mesures de précision en
7.2.4 Le radier de la tuyauterie doit se trouver à au moins régime permanent en laboratoire.
0,06 m en dessous du niveau le plus bas à enregistrer.
7.2.10 Les robinets d’isolement avec des tiges allongées doi-
vent de préférence être fixés à la tuyauterie de raccordement à
7.2.5 La tuyauterie de raccordement au point de mesure de la
I’intérieur‘des puits de mesurage de sorte que les puits puissent
charge amont doit affleurer au ras de la paroi du chenal
être drainés ou asséchés et nettoyés. Si possible, le puits doit
d’approche et perpendiculairement à celle-ci. La paroi du che-
être relié à un système de drainage à l’aide d’un robinet à boue à
nal d’approche doit être uniforme et lisse (finition équivalente à
boisseau conique et d’une canalisation.
celle du béton soigneusement fini) sur une distance égale à 10
fois le diamètre de la tuyauterie à partir de l’axe du raccord. La
tuyauterie ne peut être inclinée par rapport à la paroi que si elle
7.3 Réglage du zéro
est munie d’un couvercle ou d’une plaque de fermeture amovi-
ble affleurant la paroi et percée de trous, dont les bords ne doi-
7.3.1 II est essentiel, pour obtenir une bonne précision glo-
vent être ni arrondis ni matés. Les plaques de fermeture perfo-
bale, d’une part d’avoir un réglage initial précis du zéro des dis-
rées ne sont pas recommandées là où des mauvaises herbes ou
positifs mesureurs de la charge par rapport au niveau du seuil
du limon sont susceptibles d’être présents.
du déversoir, d’autre part de vérifier régulièrement ces réglages
dans la suite des opérations.
7.2.6 La tuyauterie de raccordement au point de mesure de la
charge dans la zone de décollement doit aboutir dans un collec-
7.3.2 Un moyen précis doit être prévu pour vérifier le zéro à
teur encastré dans le seuil du déversoir. Dans les grandes instal-
intervalles fréquents. Des repères de nivellement constitués par
lations in situ, la sortie du collecteur doit comporter 10 trous de
des plaques métalliques horizontales doivent être fixés au som-
10 mm de diamètre, espacés de 50 mm sur une droite parallèle
met des parois verticales et dans les puits de mesurage. Ils doi-
à la ligne de crête mais située 20 mm en aval. Dans les installa-
vent être nivelés avec précision de manière à connaître leur cote
tions de laboratoire et les petites installations in situ (b < 2,5 m),
par rapport au niveau du seuil. Le zéro des instruments peut
ces dimensions doivent être réduites de moitié. Le centre des
être vérifié par rapport à ces repères de nivellement sans qu’il
10 trous de prise au niveau du seuil doit être décalé sur le côté
soit nécessaire de faire à chaque fois un nouveau relevé de la
de 0,I fois la largeur totale du seuil par rapport au point le plus
cote du seuil. Un tassement de la structure remet cependant en
bas de celui-ci (voir figure 1). Les trous doivent affleurer la face
cause tous les rapports entre le seuil et les repères de nivelle-
aval du déversoir et de préférence être percés dans une plaque
ment, et il faut procéder occasionnellement à des vérifications.
de fermeture facilement démontable pour assurer l’entretien du
système. II est important de placer un joint d’étanchéité effi-
cace tout autour de cette plaque. Les emplacements des points 7.3.3 Une vérification du zéro fondée sur le niveau de l’eau
de mesure de la charge sont indiqués en 7.4. (soit en fin d’écoulement, soit juste au début) est sujette à des
erreurs sérieuses par suite des effets de tension superficielle et il
faut donc l’éviter.
7.2.7 Une profondeur de réserve doit être prévue dans les
puits pour empêcher l’échouage des flotteurs sur le fond ou sur
7.3.4 Les valeurs de la pente transversale du seuil, m, et du
les limons ou les débris accumulés. Le puits de mesurage peut
zéro de l’échelle peuvent être obtenues par mesure de la hau-
comporter une chambre intermédiaire de dimensions et de pro-
teur du seuil à intervalles réguliers sur la ligne de crête. On trace
portions similaires, placée entre lui et le chenal d’approche pour
ensuite des droites optimales passant par les points de mesure
permettre le dépôt des limons et autres débris à un endroit où il
de chaque côté du déversoir et l’intersection de ces deux droi-
est facile de les repérer et de les éliminer.
tes donne le niveau du zéro de l’échelle. Dans les formules du
débit, on prend pour m la moyenne des deux pentes transversa-
7.2.8 Le diametre de la tuyauterie de raccordement ou la lar-
les. Dans les installations in situ, il est recommandé d’utiliser les
geur de la fente doit être suffisant pour permettre au niveau techniques de nivellement normalisées mais, pour les mesures
d’eau dans le puits de suivre les fluctuations en hausse ou en en laboratoire, il faut utiliser des micromètres ou des verniers de
baisse de la hauteur de charge sans retard appréciable, mais précision.
5
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 4377 : 1990 (FI
des sections de mesure de CD est le coefficient de débit;
7.4 Emplacement
la charge
Cv est le coefficient de vitesse d’approche;
7.4.1 L’écoulement arrivant sur un déversoir en V ouvert est
Cs est le coefficient de forme;
tridimensionnel. Le rabattement est plus prononcé le long du
filet se dirigeant vers le point le plus bas du seuil que dans les
C,, est le coefficient de réduction pour écoulement noyé;
autres emplacements situés sur la largeur du chenal d’approche
et cela provoque un abaissement de la surface de l’eau immé-
m est la pente transversale du seuil;
diatement en amont du point le plus bas du seuil. Cet abaisse-
ment est moins prononcé plus en amont et, à une distance de
g est l’accélération due à la pesanteur;
10 fois la hauteur du triangle, 10 h’, le niveau de l’eau reste
approximativement constant sur toute la largeur du chenal.
h est la hauteur de charge mesurée à l’amont par rapport à
Donc, pour évaluer de façon précise la charge amont, il con-
la hauteur du point le plus bas du seuil.
vient de situer la prise à IOh’ en amont de la ligne de crête.
h’ =
b/2 m est la différence entre le point le plus élevé et le
point le plus bas du seuil du déversoir. Si, toutefois, cette dis-
8.2 Coefficient de débit
tance est inférieure à 3.Hmax,
la prise doit être située à une dis-
tance de 3&,,, en amont du seuil pour éviter le phénoméne de
Le coefficient de débit est donné par la formule suivante:
rabattement.
- k,lh)5’2 . . ,
= CD, (1
7.4.2 Si d’autres considérations exigent que la prise soit
située plus près du déversoir, et si HI /PI > 1, des corrections
devront être apportées aux coefficients de débit. Dans tous les
où
cas, un accroissement du coefficient est nécessaire et le pour-
centage d’accroissement dépend de l’emplacement de la prise
CD, est le coefficient de débit en régime dénoyé;
L1 et de la valeur de HI /PI, comme montré au tableau 2, où
h, est la hauteur de charge effective, égale à h-k,;
HI est la hauteur de charge totale amont par rapport à la
hauteur du point le plus bas du seuil;
est le facteur de correction de la charge.
4n
PI est la hauteur du point le plus bas du seuil par rapport
au niveau du lit amont; CD, et k, dépendent tous les deux de la pente transversale du
seuil. Ils sont indiqués au tableau 3.
L1 est la distance entre le point de mesure de la charge à
l’amont et la ligne de crête.
Dans le cas des mesures in situ, k,, est négligeable parce qu’il
est inférieur à 1 mm.
Tableau 2 - Corrections du coefficient de débit
8.3 Coefficient de vitesse d’approche
Augmentation (%) de CD pour les valeurs
suivantes de HI /PI
Comme la formule de débit est dérivée d’une formule dans
1 2
3
1
laquelle la charge totale est utilisée, un coefficient de vitesse
d’approche, Cvl est introduit pour corriger la hauteur mesurée:
C” =
(H,/h)5’2 . . .
(3)
où HI est la hauteur de la charge totale à l’amont par rapport à
la hauteur du point le plus bas du seuil.
7.4.3 Les déversoirs en V ouvert peuvent être utilisés pour
jauger des ecoulements noyés si une prise est incorporée au
En utilisant la formule (1)
seuil (voir 7.2.6).
Nl
=h+%
8 Relations de débit
1 0,4 C,, CD Cs Cd,. m h 512 2
8.1 Formule de débit
=h+-
2 b (P, + h) 1
La formule du débit est basée sur l’utilisation de la hauteur
mesurée :
où
~1 est la vitesse moyenne dans le chenal d’approche;
c&C&&7Z~“2h5’2 . . , (1)
PI est la différence entre la hauteur du point le plus bas du
où
seuil et le niveau moyen du lit dans le chenal d’approche;
Q est le débit total;
b est la largeur du seuil;
6
---------------------- Page: 8 ----------------------
60 4377 : 1990 (FI
on obtient h, est la hauteur de charge mesurée dans la zone de décol-
lement par rapport à la hauteur du point le plus bas du seuil;
1
c 2’5 = 1 + - Y, cv2 . . . (4) He est la hauteur de charge totale effective à l’amont par
v
2
rapport à la hauteur du point le plus bas du seuil, He =
h + v2/2g - k,.
où
Les valeurs de C,, calculées à partir de la formule (8) sont don-
nées dans le tableau 5 en fonction de deux paramètres, h,,lh,
0,4 CD cs Cd, m h2 2
2
et Y2 = C, C, mh /lb (P, + hH.
Y, = . . . (5)
b (P, + h)
[ 1
Pour hpelhe < 0,9, Cd, peut être calculé, en deux temps avec
une bonne approximation (erreur relative inférieure à 1 %)
L’équation (4) peut être résolue itérativement; les valeurs de Cv
comme suit
sont obtenues en fonction de Y1 et sont données dans le
tableau 4.
a) Évaluer la valeur de Cdfi en fonction de la valeur de
hplhe:
Pour Y1 < 0,08, Cv est donné avec une bonne approximation
par la formule suivante:
c&o = 1
si hpe/he < 0,55
C&-(j = 0,9
1,25 Y, si 0,55 G hpelhe < 0,7
. . .
C” = 1 + (6)
. . . (9)
1 - 2,5 Y,
Cdro = 0,8 si 0,7 G hpelhe < 0,85
L’erreur relative due à cette approximation est inférieure à
= 0,75 si 0,85 < hpelhe < 0,9
cdrO
0,7 %.
b) Calculer les grandeurs suivantes:
2
8.4 Coefficient de forme
CDCs mh
Y2 =
b (P, + h)
Un coefficient de forme apparaît dans la formule de débit des
déversoirs en V ouvert, car la géométrie de l’écoulement
= 0,16 c,,s 2 Y22
y1
change lorsque le débit dépasse la condition totale du triangle
2
c OP4 . . . (10)
du déversoir. Ainsi
= 1 + 0,5 Y, C”
v
He = Cvor4 he
cs = 1 si h, < h’
. . .
(7)
cs = l- (1 - h’ lh )5’2 si he > h’
e
cd,. = 1,078 [,., -( :r2ra
où h’ = b/2m est la différence de hauteur entre le point le plus
haut et le point le plus bas du seuil. Lorsque hpelhe > 0,9, d’autres opérations d’itération sont
nécessaires et l’emploi du tableau 5 est recommandé.
8.5 Coefficient de réduction pour écoulement noyé
8.6 Limites d’application
Lorsque le déversoir est noyé, c’est-à-dire hpe > 0,4 He, le
8.6.1 La limite pratique inférieure de la hauteur de charge
débit diminue. Un coefficient de réduction est utilisé pour cal-
amont dépend de la grandeur de l’influence des propriétés du
culer le débit en écoulement noyé:
fluide et de
...
NORME
ISO
INTERNATIONALE
4377
Deuxième édition
1990-02-15
Mesure de débit des liquides dans les,canaux
découverts - Déversoirs en V ouvert
Liquid flow measurement in open channels - Fiat- V weirs
Numéro de réfbrence
ISO 4377 : 1990 (FI
---------------------- Page: 1 ----------------------
Iso 4377 : 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 col-
labore Rtroitement 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 4377 a été elaborée par le comité technique ISO/TC 113,
Mesure de dbbit des liquides dans les canaux d&ouverts.
Cette deuxiéme édition annule et remplace la première édition USO 4377 : 19821, dont
elle constitue une révision technique.
Les annexes A et B font partie intégrante de la présente Norme internationale.
L’annexe C est donnée uniquement à titre d’information.
0 SO 1990
Droits de reproduction réserves. 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 ecrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
l CH-1211 Geneve 20 l Suisse
Case postale 56
Imprime en Suisse
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
60 4377 : 1990 (F)
NORME INTERNATIONALE
Mesure des débits de liquides dans les canaux
Déversoirs en V ouvert
découverts -
1 Domaine d’application Tableau 1 - Gammes de débit pour trois deversoirs
en V ouvert caractéristiques
1 .l La présente Norme internationale traite de la mesure de
Élévation de la
Pente
Gamme
débit dans les rivières et chenaux artificiels à régime permanent
crête au-dessus Largeur
transversale
de débit
ou à variation lente, à l’aide de déversoirs en V ouvert. Le
du lit
de la crête
déversoir en V ouvert normalisé est une structure de contrôle m m mals
dont la crête a la forme d’un «VB aplati lorsqu’on le regarde
0;2 1:lO 4 0,015 à 5
dans le sens de l’écoulement.
0,5 1:20 20 0,03 à 180
(à une hauteur de
1.2 Le déversoir peut être utilisé pour mesurer aussi bien des
charge maximale
de 3 m)
débits modulaires (dénoyés) que des débits noyés. Dans un
régime modulaire (dénoyé), le débit ne dépend que du niveau
1,o 1:40 80 0,055 à 630
d’eau amont et une seule mesure de la hauteur de charge suffit.
(à une hauteur de
Dans un régime noyé, le débit dépend à la fois des niveaux charge maximale
de 3 m)
amont et aval et deux mesures de charges séparées sont néces-
saires. Avec un déversoir en V ouvert normalisé, les deux hau-
teurs à mesurer sont
3 Références normatives
a) la hauteur de charge amont;
Les normes suivantes contiennent des dispositions qui, par
suite de la référence qui en est faite, constituent des disposi-
b) la hauteur de charge dans la zone de décollement qui se
tions valables pour la présente Norme internationale. Au
forme juste en aval du seuil.
moment de la publication, les éditions indiquées étaient en
vigueur. Toute norme est sujette à révision et les parties pre-
nantes des accords fondés sur cette Norme internationale sont
invitées à rechercher la possibilité d’appliquer les éditions les
2 Généralités
plus récentes des normes indiquées ci-après. Les membres de
la CEI et de I’ISO possèdent le registre des Normes internatio-
nales en vigueur à un moment donné.
2.1 Le déversoir normalisé est de profil triangulaire et pré-
sente une pente amont de 1 (vertical): 2 (horizontal) et une
ISO 772 : 1988, Mesurage du débit des liquides dans les canaux
pente aval de 1:5. La pente transversale doit se situer entre 0 et
découverts - Vocabulaire et symboles.
I:l0 et, quand elle est zéro, le déversoir devient un seuil à profil
ISO 5168 : 1978, Mesure de débit des fluides - Calcul de
triangulaire à deux dimensions (voir ISO 4360).
l’erreur limite sur une mesure de débit.
2.2 Le déversoir en V ouvert peut mesurer une gamme assez
4 Définitions et symboles
large de débits et a l’avantage d’une grande sensibilité aux fai-
bles débits. Son fonctionnement, en régime noyé, minimise les
Pour les besoins de la présente Norme internationale, les défini-
remous à très forts débits. Les déversoirs en V ouvert ne doi-
tions données dans I’ISO 772 s’appliquent. Une liste complète
vent pas être utilisés dans les rivières à forte déclivité, notam-
de symboles avec les unités de mesure correspondantes est
ment lorsqu’elles charrient une forte charge en sédiments.
donnée dans l’annexe A.
2.3 L’ISO 8368 donne les critères de choix des déversoirs et
5 Installation
des canaux jaugeurs pour le mesurage du débit d’eau dans les
canaux découverts.
5.1 Choix de l’emplacement
2.4 Aucune limite supérieure n’est spécifiée en ce qui con-
5.1.1 Le déversoir doit être situé dans un troncon de chenal
cerne la taille de cette structure. Les gammes de débit pour rectiligne, dépourvu d’obstructions locales, de rugosités ou
trois déversoirs caractéristiques sont indiquées dans le tableau 1.
d’inégalités du lit.
1
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 4377 : 1990 (FI
5.1.2 II faut procéder à une étude préliminaire des conditions déversoir, la forme de la section transversale du chenal, la rugo-
physiques et hydrauliques de l’emplacement proposé pour véri-
sité du chenal et l’influence des dispositifs de contrôle en
fier qu’il est conforme (ou peut être construit ou rendu con- amont ou en aval du dispositif de jaugeage.
forme) aux conditions nécessaires au mesurage de débit au
moyen du déversoir. On veillera en particulier aux points sui-
vants dans le choix de l’emplacement:
5.2.1.2 La répartition et la direction des vitesses peuvent avoir
une influence importante sur le fonctionnement du déversoir
a) existence d’une longueur suffisante du chenal, à sec- (voir 5.2.2 et annexe 8).
tion droite régulière (voir 5.2.2.2) ;
5.2.1.3 Une fois le déversoir installé, tout changement maté-
b) uniformité de la répartition des vitesses existante (voir
riel apporté à l’installation modifie les caractéristiques de débit;
annexe B);
un réétalonnage sera alors nécessaire.
c)+ éviter un chenal a forte pente (mais voir 5.2.2.6);
5.2.2 Chenal d’approche
d) effets de l’augmentation des niveaux de l’eau en amont,
due au dispositif de mesurage;
5.2.2.1 Si l’écoulement dans le chenal d’approche est per-
turbé par des irrégularités du fond et des berges telles que des
e) conditions aval, y compris les influences telles que
gros cailloux ou des affleurements de roches, ou par une
marées, confluents avec d’autres cours d’eau, vannes, bar-
courbe, une écluse ou tout autre élément provoquant une asy-
rages et autres dispositifs de contrôle ainsi que la croissance
métrie de l’écoulement dans le chenal, des erreurs sérieuses
saisonniére de la végétation qui peuvent provoquer un
peuvent se produire dans la précision du jaugeage. L’écoule-
écoulement noyé;
ment dans le chenal d’approche doit avoir une répartition symé-
trique des vitesses (voir annexe B). La meilleure manière de res-
f) imperméabilité du sol sur lequel doit reposer le dispositif
pecter cette condition est de prévoir un long chenal d’approche
de mesurage et nécessité de procéder à un compactage, à
rectiligne de section uniforme.
des jointoiements ou à tout autre moyen de contrôle des
fuites;
5.2.2.2 Une longueur droite du chenal d’approche égale à
g) nécessité pour les rives de retenir le débit maximal de
cinq fois la largeur du cours d’eau à son débit maximal suffit en
crue dans le chenal;
général, dans la mesure où la pénétration de l’eau dans le che-
nal ne se fait pas à grande vitesse par un coude à angle aigu ou
h) stabilité des rives et nécessité de les nettoyer et/ou de
une écluse oblique. La longueur du chenal uniforme peut néan-
les garnir d’un revêtement;
moins être augmentée avec profit si cela est possible.
i) uniformité de la section transversale du chenal d’ap-
proche;
5.2.2.3 La longueur du chenal d’approche uniforme indiquée
en 5.2.2.2 correspond à la distance située en amont du point de
j) effet du vent sur l’écoulement dans le déversoir ou le
mesure de la charge. Dans un chenal naturel, cependant, il ne
canal jaugeur, surtout lorsque celui-ci est large, la charge
serait pas rentable de bétonner le lit et les berges sur une telle
faible et lorsque le vent dominant est dans une direction
distance, et il pourrait être nécessaire de prévoir une contrac-
transversale.
tion en plan si la largeur entre les parois verticales du chenal
canalisé est inférieure à la largeur du chenal naturel. La portion
non canalisée du chenal en amont de la contraction doit néan-
5.1.3 Si l’emplacement ne remplit pas les conditions requises
moins respecter les conditions de 5.2.2.1 et 5.2.2.2.
pour effectuer des mesurages satisfaisants, ou si un examen du
courant montre que la répartition des vitesses dans le chenal
d’approche différe de manière appréciable de celle qui est indi-
5.2.2.4 Les parois latérales verticales ménageant la contrac-
quée dans les exemples de l’annexe B, il faut l’abandonner à
tion des chenaux naturels doivent être disposées symétrique-
moins qu’il soit possible d’y apporter les améliorations néces-
ment par rapport à l’axe du chenal et doivent, de préférence,
saires. Le fonctionnement de l’installation peut également être
être incurvées avec un rayon R, d’au moins 2HmaX, comme
verifié par des mesures de débit indépendantes.
indiqué sur la figure 1. Le point de tangence de ce rayon le plus
proche du déversoir doit se situer à au moins Hmax en amont de
la section de mesure de la charge. La hauteur des parois latéra-
5.2 Conditions d’installation
les doit être choisie de manière à contenir le débit théorique
maximal.
5.2.1 Spécifications g6n6rales
5.2.1 .l L’installation complète de mesurage comprend un
5.2.2.5 Dans un chenal exempt de débris flottants ou en sus-
chenal d’approche, un déversoir et un chenal aval. Les condi-
pension, on peut également établir de bonnes conditions
tions de chacun de ces trois éléments affectent la précision glo-
d’approche en placant judicieusement des chicanes formées de
bale des mesurages. Les conditions exigées pour l’installation
lattes verticales, mais aucune chicane ne doit être placée à une
comprennent des caractéristiques telles que l’état de surface du
distance du point de mesurage inférieure à IOH,,,.
2
---------------------- Page: 4 ----------------------
Section de mesure de la charge
Prise au niveau du seuil
Centre des prises
au niveau du seuil
Figure 1 - Dbversoir en V ouvert à profil triangulaire
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO4377: 1990(F)
5.2.2.6 Dans certaines conditions, un ressaut peut apparaître 5.3.4 La structure doit être mesurée dés son achévement, et
les valeurs moyennes des dimensions correspondantes et de
en amont du dispositif de mesurage, par exemple si le chenal
d’approche est à forte pente. Si ce ressaut est à une distance en leurs écarts-types pour des limites de confiance de 95 % doi-
vent être calculées. Les valeurs moyennes servent au calcul du
amont au moins égale à 3OH,,,, on peut effectuer le mesurage
du débit, sous réserve qu’il existe une répartition régulière des débit et l’écart-type au calcul de l’incertitude globale sur une
seule détermination du débit (voir 10.6).
vitesses au niveau de la station de jaugeage.
5.4 Conditions en aval
5.2.2.7 L’état du chenal d’approche peut être vérifié par exa-
Les conditions en aval de la structure sont importantes parce
men visuel ou par des mesures pour lesquelles on dispose de
plusieurs techniques telles que moulinets, flotteurs, bâtons de qu’elles contrôlent le niveau d’eau aval. Ce niveau est l’un des
facteurs qui déterminent si, au niveau du déversoir, I’écoule-
vitesse et solutions concentrées de colorants, la dernière tech-
nique servant à vérifier les conditions au fond du chenal. Une 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
estimation complète et quantitative de la répartition des vites-
ses peut s’obtenir au moyen d’un moulinet. Des détails concer- et, en fonction de ces renseignements, de prendre une décision
sur le type de déversoir à utiliser et sa forme géo-
nant l’emploi des moulinets sont donnés dans I’ISO 748. La
répartition des vitesses doit alors être vérifiée par référence à métrique.
l’annexe B.
II faut envisager la dissipation de l’énergie et des ouvrages de
protection en aval pour empêcher l’érosion et/ou I’affouille-
ment de la structure.
5.3 Structure du déversoir
- Spécifications générales
6 Entretien
5.3.1 La structure doit être rigide, étanche et capable de résis-
ter aux écoulements de crue sans être endommagée par des
L’entretien du dispositif de mesurage et du chenal d’approche
débordements ou l’érosion aval. La crête du déversoir doit être
est important pour assurer des mesurages exacts. II est primor-
perpendiculaire à la direction de l’écoulement et doit correspon-
dial que le chenal d’approche soit, dans la mesure du possible,
dre aux dimensions données dans les chapitres correspon-
maintenu propre et exempt de limon et de végétation sur une
dants.
distance au moins égale à celle spécifiée en 5.2.2.2. Le puits à
flotteur et l’entrée du chenal d’approche doivent aussi être
Le déversoir doit être compris entre des parois latérales vertica-
maintenus propres et exempts de dépôts.
les et sa largeur de crête ne doit pas excéder la largeur du che-
La structure du déversoir doit être maintenue propre et
nal d’approche (voir figure 1). Les blocs formant le déversoir
exempte de toute accumulation de débris et l’on doit prendre
peuvent être tronqués, mais leurs dimensions horizontales dans
soin, au cours du nettoyage, de ne pas endommager la crête du
la direction de l’écoulement ne doivent jamais être réduites à
déversoir.
moins de Hmax en amont et 2 Hmax en aval de la ligne de crête.
7 Mesure de la (des) hauteur(s) de charge
5.3.2 Le déversoir et le chenal d’approche immédiatement
voisin (la partie avec des parois latérales verticales) peuvent être
construits en béton, recouvert d’une couche de finition lisse en
7.1 Spécifications générales
ciment ou d’un matériau lisse non sujet à la corrosion. Dans les
installations de laboratoire, la finition doit être équivalente à
7.1.1 En cas de mesures ponctuelles, la charge peut être
celle d’une tôle laminée ou d’un bois raboté, poncé et peint.
mesurée à l’aide d’échelles limnimétriques verticales, de pointes
L’état de surface est particulièrement important au voisinage du
limnimétriques recourbées ou droites, de sondes limnimétri-
seuil, mais les exigences peuvent être moins sévéres au-delà
ques visuelles ou électriques. En cas d’enregistrements en con-
d’une distance de 1/2 Hmax en amont et en aval de la ligne de
tinu, on doit utiliser des limnigraphes. Les emplacements aux-
crête.
quels doivent être effectuées les mesures de charge sont indi-
qués en 7.4.
5.3.3 Pour minimiser les incertitudes sur la mesure du débit, il
7.1.2 Plus la taille du déversoir et la charge correspondante
convient de respecter les tolérances suivantes lors de la cons-
sont petites, plus les écarts de construction, de réglage du zéro
truction :
et de lecture du dispositif mesureur de charge, même petits,
prennent d’importance relative.
a) sur la largeur de la crête, 0,2 % de cette largeur avec un
maximum de 0,Ol m;
7.2 Puits de mesurage
b) sur les pentes amont et aval, 0,5 %;
7.2.1 II est préférable de mesurer la charge amont dans un
puits de mesurage pour réduire les effets des irrégularités
c) sur la pente transversale de la crête, 0,l % ;
superficielles de l’eau. Dans ce cas, il est également préférable
de vérifier de temps en temps la charge dans le chenal d’appro-
d) sur les écarts ponctuels par rapport à la ligne de crête
che. Lorsque le déversoir est concu pour fonctionner en régime
moyenne, 0,05 % de la largeur de crête.
noyé, il est nécessaire de prévoir un puits de mesurage séparé
Les installations de laboratoire doivent normalement avoir une pour enregistrer la charge piézométrique dans la zone de décol-
meilleure précision concernant les dimensions. lement qui se forme en aval de la crête.
4
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 4377 : 1990 (FI
aussi suffisamment petit, compte tenu des exigences d’entre-
7.2.2 Les puits de mesurage doivent être verticaux et de hau-
teur et profondeur suffisantes pour couvrir toute la gamme des tien, pour amortir les oscillations dues aux ondes de courte
niveaux d’eau. Dans les installations in situ, il doivent avoir période.
une hauteur minimale de 0,3 m au-dessus du niveau maximal
escompté. Les puits de mesurage doivent être raccordés par
7.2.9 II n’est pas possible de fixer des règles strictes pour la
des tuyauteries adéquates aux points de mesure de la charge.
détermination de la taille de la tuyauterie de raccordement, car
ce paramètre dépend des conditions particulières de I’installa-
tion considérée: par exemple, si l’emplacement est à découvert
7.2.3 Le puits et la tuyauterie de raccordement doivent tous
et donc exposé aux vagues, si le diamètre du puits doit être suf-
deux être étanches à l’eau et, lorsque le puits est prévu pour
fisant pour loger les flotteurs des limnigraphes, etc. II est préfé-
loger le flotteur d’un limnigraphe, il doit être de taille et de pro-
rable d’avoir un raccord plutôt trop large que trop étroit, car il
fondeur suffisantes pour ménager des jeux suffisants autour et
est facile d’ajouter ultérieurement une restriction si I’amortisse-
au-dessous du flotteur, quel que soit le niveau de l’eau. Le flot-
ment des ondes de courte période ne se fait pas convenable-
teur ne doit pas se trouver à moins de 0,075 m de la paroi du
ment. II est généralement suffisant d’avoir une tuyauterie de
puits.
100 mm de diamètre pour les mesures de débit in situ. Un dia-
mètre de 3 mm peut convenir pour les mesures de précision en
7.2.4 Le radier de la tuyauterie doit se trouver à au moins régime permanent en laboratoire.
0,06 m en dessous du niveau le plus bas à enregistrer.
7.2.10 Les robinets d’isolement avec des tiges allongées doi-
vent de préférence être fixés à la tuyauterie de raccordement à
7.2.5 La tuyauterie de raccordement au point de mesure de la
I’intérieur‘des puits de mesurage de sorte que les puits puissent
charge amont doit affleurer au ras de la paroi du chenal
être drainés ou asséchés et nettoyés. Si possible, le puits doit
d’approche et perpendiculairement à celle-ci. La paroi du che-
être relié à un système de drainage à l’aide d’un robinet à boue à
nal d’approche doit être uniforme et lisse (finition équivalente à
boisseau conique et d’une canalisation.
celle du béton soigneusement fini) sur une distance égale à 10
fois le diamètre de la tuyauterie à partir de l’axe du raccord. La
tuyauterie ne peut être inclinée par rapport à la paroi que si elle
7.3 Réglage du zéro
est munie d’un couvercle ou d’une plaque de fermeture amovi-
ble affleurant la paroi et percée de trous, dont les bords ne doi-
7.3.1 II est essentiel, pour obtenir une bonne précision glo-
vent être ni arrondis ni matés. Les plaques de fermeture perfo-
bale, d’une part d’avoir un réglage initial précis du zéro des dis-
rées ne sont pas recommandées là où des mauvaises herbes ou
positifs mesureurs de la charge par rapport au niveau du seuil
du limon sont susceptibles d’être présents.
du déversoir, d’autre part de vérifier régulièrement ces réglages
dans la suite des opérations.
7.2.6 La tuyauterie de raccordement au point de mesure de la
charge dans la zone de décollement doit aboutir dans un collec-
7.3.2 Un moyen précis doit être prévu pour vérifier le zéro à
teur encastré dans le seuil du déversoir. Dans les grandes instal-
intervalles fréquents. Des repères de nivellement constitués par
lations in situ, la sortie du collecteur doit comporter 10 trous de
des plaques métalliques horizontales doivent être fixés au som-
10 mm de diamètre, espacés de 50 mm sur une droite parallèle
met des parois verticales et dans les puits de mesurage. Ils doi-
à la ligne de crête mais située 20 mm en aval. Dans les installa-
vent être nivelés avec précision de manière à connaître leur cote
tions de laboratoire et les petites installations in situ (b < 2,5 m),
par rapport au niveau du seuil. Le zéro des instruments peut
ces dimensions doivent être réduites de moitié. Le centre des
être vérifié par rapport à ces repères de nivellement sans qu’il
10 trous de prise au niveau du seuil doit être décalé sur le côté
soit nécessaire de faire à chaque fois un nouveau relevé de la
de 0,I fois la largeur totale du seuil par rapport au point le plus
cote du seuil. Un tassement de la structure remet cependant en
bas de celui-ci (voir figure 1). Les trous doivent affleurer la face
cause tous les rapports entre le seuil et les repères de nivelle-
aval du déversoir et de préférence être percés dans une plaque
ment, et il faut procéder occasionnellement à des vérifications.
de fermeture facilement démontable pour assurer l’entretien du
système. II est important de placer un joint d’étanchéité effi-
cace tout autour de cette plaque. Les emplacements des points 7.3.3 Une vérification du zéro fondée sur le niveau de l’eau
de mesure de la charge sont indiqués en 7.4. (soit en fin d’écoulement, soit juste au début) est sujette à des
erreurs sérieuses par suite des effets de tension superficielle et il
faut donc l’éviter.
7.2.7 Une profondeur de réserve doit être prévue dans les
puits pour empêcher l’échouage des flotteurs sur le fond ou sur
7.3.4 Les valeurs de la pente transversale du seuil, m, et du
les limons ou les débris accumulés. Le puits de mesurage peut
zéro de l’échelle peuvent être obtenues par mesure de la hau-
comporter une chambre intermédiaire de dimensions et de pro-
teur du seuil à intervalles réguliers sur la ligne de crête. On trace
portions similaires, placée entre lui et le chenal d’approche pour
ensuite des droites optimales passant par les points de mesure
permettre le dépôt des limons et autres débris à un endroit où il
de chaque côté du déversoir et l’intersection de ces deux droi-
est facile de les repérer et de les éliminer.
tes donne le niveau du zéro de l’échelle. Dans les formules du
débit, on prend pour m la moyenne des deux pentes transversa-
7.2.8 Le diametre de la tuyauterie de raccordement ou la lar-
les. Dans les installations in situ, il est recommandé d’utiliser les
geur de la fente doit être suffisant pour permettre au niveau techniques de nivellement normalisées mais, pour les mesures
d’eau dans le puits de suivre les fluctuations en hausse ou en en laboratoire, il faut utiliser des micromètres ou des verniers de
baisse de la hauteur de charge sans retard appréciable, mais précision.
5
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 4377 : 1990 (FI
des sections de mesure de CD est le coefficient de débit;
7.4 Emplacement
la charge
Cv est le coefficient de vitesse d’approche;
7.4.1 L’écoulement arrivant sur un déversoir en V ouvert est
Cs est le coefficient de forme;
tridimensionnel. Le rabattement est plus prononcé le long du
filet se dirigeant vers le point le plus bas du seuil que dans les
C,, est le coefficient de réduction pour écoulement noyé;
autres emplacements situés sur la largeur du chenal d’approche
et cela provoque un abaissement de la surface de l’eau immé-
m est la pente transversale du seuil;
diatement en amont du point le plus bas du seuil. Cet abaisse-
ment est moins prononcé plus en amont et, à une distance de
g est l’accélération due à la pesanteur;
10 fois la hauteur du triangle, 10 h’, le niveau de l’eau reste
approximativement constant sur toute la largeur du chenal.
h est la hauteur de charge mesurée à l’amont par rapport à
Donc, pour évaluer de façon précise la charge amont, il con-
la hauteur du point le plus bas du seuil.
vient de situer la prise à IOh’ en amont de la ligne de crête.
h’ =
b/2 m est la différence entre le point le plus élevé et le
point le plus bas du seuil du déversoir. Si, toutefois, cette dis-
8.2 Coefficient de débit
tance est inférieure à 3.Hmax,
la prise doit être située à une dis-
tance de 3&,,, en amont du seuil pour éviter le phénoméne de
Le coefficient de débit est donné par la formule suivante:
rabattement.
- k,lh)5’2 . . ,
= CD, (1
7.4.2 Si d’autres considérations exigent que la prise soit
située plus près du déversoir, et si HI /PI > 1, des corrections
devront être apportées aux coefficients de débit. Dans tous les
où
cas, un accroissement du coefficient est nécessaire et le pour-
centage d’accroissement dépend de l’emplacement de la prise
CD, est le coefficient de débit en régime dénoyé;
L1 et de la valeur de HI /PI, comme montré au tableau 2, où
h, est la hauteur de charge effective, égale à h-k,;
HI est la hauteur de charge totale amont par rapport à la
hauteur du point le plus bas du seuil;
est le facteur de correction de la charge.
4n
PI est la hauteur du point le plus bas du seuil par rapport
au niveau du lit amont; CD, et k, dépendent tous les deux de la pente transversale du
seuil. Ils sont indiqués au tableau 3.
L1 est la distance entre le point de mesure de la charge à
l’amont et la ligne de crête.
Dans le cas des mesures in situ, k,, est négligeable parce qu’il
est inférieur à 1 mm.
Tableau 2 - Corrections du coefficient de débit
8.3 Coefficient de vitesse d’approche
Augmentation (%) de CD pour les valeurs
suivantes de HI /PI
Comme la formule de débit est dérivée d’une formule dans
1 2
3
1
laquelle la charge totale est utilisée, un coefficient de vitesse
d’approche, Cvl est introduit pour corriger la hauteur mesurée:
C” =
(H,/h)5’2 . . .
(3)
où HI est la hauteur de la charge totale à l’amont par rapport à
la hauteur du point le plus bas du seuil.
7.4.3 Les déversoirs en V ouvert peuvent être utilisés pour
jauger des ecoulements noyés si une prise est incorporée au
En utilisant la formule (1)
seuil (voir 7.2.6).
Nl
=h+%
8 Relations de débit
1 0,4 C,, CD Cs Cd,. m h 512 2
8.1 Formule de débit
=h+-
2 b (P, + h) 1
La formule du débit est basée sur l’utilisation de la hauteur
mesurée :
où
~1 est la vitesse moyenne dans le chenal d’approche;
c&C&&7Z~“2h5’2 . . , (1)
PI est la différence entre la hauteur du point le plus bas du
où
seuil et le niveau moyen du lit dans le chenal d’approche;
Q est le débit total;
b est la largeur du seuil;
6
---------------------- Page: 8 ----------------------
60 4377 : 1990 (FI
on obtient h, est la hauteur de charge mesurée dans la zone de décol-
lement par rapport à la hauteur du point le plus bas du seuil;
1
c 2’5 = 1 + - Y, cv2 . . . (4) He est la hauteur de charge totale effective à l’amont par
v
2
rapport à la hauteur du point le plus bas du seuil, He =
h + v2/2g - k,.
où
Les valeurs de C,, calculées à partir de la formule (8) sont don-
nées dans le tableau 5 en fonction de deux paramètres, h,,lh,
0,4 CD cs Cd, m h2 2
2
et Y2 = C, C, mh /lb (P, + hH.
Y, = . . . (5)
b (P, + h)
[ 1
Pour hpelhe < 0,9, Cd, peut être calculé, en deux temps avec
une bonne approximation (erreur relative inférieure à 1 %)
L’équation (4) peut être résolue itérativement; les valeurs de Cv
comme suit
sont obtenues en fonction de Y1 et sont données dans le
tableau 4.
a) Évaluer la valeur de Cdfi en fonction de la valeur de
hplhe:
Pour Y1 < 0,08, Cv est donné avec une bonne approximation
par la formule suivante:
c&o = 1
si hpe/he < 0,55
C&-(j = 0,9
1,25 Y, si 0,55 G hpelhe < 0,7
. . .
C” = 1 + (6)
. . . (9)
1 - 2,5 Y,
Cdro = 0,8 si 0,7 G hpelhe < 0,85
L’erreur relative due à cette approximation est inférieure à
= 0,75 si 0,85 < hpelhe < 0,9
cdrO
0,7 %.
b) Calculer les grandeurs suivantes:
2
8.4 Coefficient de forme
CDCs mh
Y2 =
b (P, + h)
Un coefficient de forme apparaît dans la formule de débit des
déversoirs en V ouvert, car la géométrie de l’écoulement
= 0,16 c,,s 2 Y22
y1
change lorsque le débit dépasse la condition totale du triangle
2
c OP4 . . . (10)
du déversoir. Ainsi
= 1 + 0,5 Y, C”
v
He = Cvor4 he
cs = 1 si h, < h’
. . .
(7)
cs = l- (1 - h’ lh )5’2 si he > h’
e
cd,. = 1,078 [,., -( :r2ra
où h’ = b/2m est la différence de hauteur entre le point le plus
haut et le point le plus bas du seuil. Lorsque hpelhe > 0,9, d’autres opérations d’itération sont
nécessaires et l’emploi du tableau 5 est recommandé.
8.5 Coefficient de réduction pour écoulement noyé
8.6 Limites d’application
Lorsque le déversoir est noyé, c’est-à-dire hpe > 0,4 He, le
8.6.1 La limite pratique inférieure de la hauteur de charge
débit diminue. Un coefficient de réduction est utilisé pour cal-
amont dépend de la grandeur de l’influence des propriétés du
culer le débit en écoulement noyé:
fluide et de
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.