ISO 9555-1:1994
(Main)Measurement of liquid flow in open channels — Tracer dilution methods for the measurement of steady flow — Part 1: General
Measurement of liquid flow in open channels — Tracer dilution methods for the measurement of steady flow — Part 1: General
Concerns principles of the constant rate injection method and the sudden injection method (integration method), and the principles of injection, sampling and analysis which apply for all types of tracer. The tracers used and their concentrations should be compatible with the legislation of each country regarding the occasional and short-durations discharges of foreign substances into natural waters.
Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts — Méthodes de dilution en régime permanent utilisant des traceurs — Partie 1: Généralités
La présente partie de l'ISO 9555 traite des principes généraux concernant les méthodes par injection à débit constant et par intégration (injection instantanée). Elle prescrit le choix d'un traceur et des principes d'injection, d'échantillonnage et d'analyse valables pour tous les types de traceurs. Il est important de souligner que les traceurs utilisés et leurs concentrations doivent être compatibles avec la législation propre à chaque pays, concernant les déversements, occasionnels et de courte durée, de substances étrangères dans les eaux naturelles. Il sera donc tenu compte des influences éventuelles, à court et à long terme, sur la flore et la faune, tant naturelles que domestiques. En l'absence de législation propre, le guide de l'Organisation mondiale de la santé (OMS) pour l'eau de boisson pourrait être utilisé, compte tenu du caractère momentané du mesurage et de l'usage de l'eau ayant reçu le traceur.
Meritve pretoka tekočin v odprtih kanalih - Metode z redčenjem markerja za merjenje enakomernega pretoka - 1. del: Splošno
Standard zadeva načela za metodo s stalno stopnjo dovajanja in metodo z nenadnim dovajanjem (metoda integracije) ter načela dovajanja, vzorčenja in analize, ki se uporabljajo za vse vrste markerja. Uporabljeni markerji in njihova koncentracija morajo biti v skladu z zakonodajo posamezne države v zvezi z občasnimi in kratkotrajnimi izpusti tujih snovi v naravne vode.
General Information
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Standards Content (Sample)
IS0
INTERNATIONAL
9555-I
STANDARD
First edition
1994-08-I 5
Measurement of liquid flow in open
- Tracer dilution methods for
channels
the measurement of steady flow -
Part 1:
General
Mesure de d&bit des liquides dans /es canaux dkouverts - M&hodes
de dilution en kgime permanent utilisan t des traceurs -
Par-tie I: G6n&alit&
Reference number
IS0 9555-l :1994(E)
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IS0 9555-l :1994(E)
Contents
Page
1 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .“. 1
2 Normative reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I
3 Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .*. 1
.,.,.,.,. 2
4 Symbols and units
2
4.1 Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .‘.
4.2 Subscripts .,,.,.*. 3
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
4.3 Units of measurement
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
5 Principles of the different dilution methods
,.,. 3
5.1 Constant rate injection method
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
5.2 Sudden injection method
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
6 Characteristics common to both methods
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
6.1 General formula for the calculation of discharge
6.2 Separate determination of tracer concentrations in the channel and
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
in the injection solution
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
6.3 Direct determination of the dilution factor
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
6.4 Influence of background - Clarification
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
6.5 Accuracy and limitations of the dilution method
9
7 Choice of tracer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
7.1 Characteristics required of a measuring tracer
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
7.2 Criteria for comparison
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
8 Choice of measuring reach
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
8.1 General considerations on the choice of a site
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
8.2 Preliminary tests and calculations
9 Procedure for the constant rate injection method . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
91 . Preparation of the injection solution
0 IS0 1994
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.
International Organization for Standardization
Case Postale 56 l CH-1211 Geneve 20 l Switzerland
Printed in Switzerland
ii
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0 IS0
IS0 9555=1:1994(E)
9.2 Injection of the solution
........................................................ 17
9.3 Measurement of injection rate
............................................. 17
9.4 Sampling
............................................................................... 21
10 Procedure for the sudden injection method . 21
Preparation of the injection solution
10.1 . 21
10.2 Determination of the injected volume . 21
10.3 Injection of the solution . 21
10.4 Sampling . 22
11 Comparison between the two dilution methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
11.1 General
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
11.2 Injection of tracer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
28
11.3 Sampling and analysis of results
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
12 Estimation of uncertainties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
12.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
12.2 Uncertainties due to different kinds of error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
12.3 Sources of systematic error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
12.4 Estimation of systematic uncertainty . 30
12.5 Computation of random uncertainties . 30
12.6 Computation of the total uncertainty . 32
12.7 Working examples of computation of uncertainties . 32
Annexes
A Standard dilutions using pipettes and flasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
B Standard dilution ranges obtained with a micrometer-type
microburette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
C Analysis for variance as a test of non-randomness . 42
D Bibliography . 44
. . .
III
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0 IS0
IS0 9555-l : 1994(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 9555-l was prepared by Technical Committee
lSO/rC 113, Hydrometric determinations, Subcommittee SC 4, Dilution
methods.
IS0 9555 consists of the following parts, under the general title
Measurement of liquid flow in open channels - Tracer dilution methods
for the measurement of steady flow:
- Part 7: General
- Part 2: Radioactive tracers
- Part 3: Chemical tracers
- Part 4: Fluorescent tracers
Annexes A, B and C form an integral part of this part of IS0 9555. Annex
D is for information only.
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0 IS0
IS0 9555=1:1994(E)
Introduction
The former standard series IS0 555 was subdivided into parts on the basis
of the method of field measurement, i.e. constant-rate injection method
and integration (sudden injection) method. Since the choice of the type
of tracer to be used in a field measurement will often depend on the ex-
pertise and the laboratory facilities available, this new series of standards
IS0 9555 is divided into parts based on the type of tracer used. This re-
vision has enabled the unnecessary repetition of text of the various parts
to be avoided and will, it is hoped, prove to be a more convenient form
of presentation for the user.
IS0 9555 deals with the measurement of steady flow in open channels
by dilution methods using tracers. The methods described may also be
applied to the measurement of slowly varying flow, but they may only be
used when flow conditions ensure adequate mixing of the injected sol-
ution throughout the flow.
For the measurement of very large flows, tracer methods can be onerous
in terms of tracer costs and measurement times. However, the use of
tracers often reduces danger to personnel during flood periods.
IS0 9555-l presents the general principles of the methods of constant-
rate injection and integration (sudden injection). IS0 9555-2, IS0 9555-3
and IS0 9555-4 deal with the specific aspects of the use of radioactive,
chemical and fluorescent tracers, respectively, as well as specific ana-
lytical procedures.
This approach has been adopted for the following reasons:
- to facilitate subsequent updating, additions or revisions which concern
only IS0 9555-2, IS0 9555-3 or IS0 9555-4;
- to provide a more practical document for the user, who is often obliged
to choose the tracer best suited to the available analytical equipment.
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This page intentionally left blank
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INTERNATIONAL STANDARD 0 60 IS0 9555=1:1994(E)
Measurement of liquid flow in open channels - Tracer
dilution methods for the measurement of steady
flow -
Part 1:
General
maintain registers of currently valid International
1 Scope
Standards.
This part of IS0 9555 concerns principles of the con-
IS0 772:1988, Liquid flow measurement in open
stant rate injection method and the sudden injection
channels - Vocabulary and symbols.
method (integration method), and the principles of in-
jection, sampling and analysis which apply for all types
of tracer.
3 Definitions
It is important to note that the tracers used and their
For the purposes of this part of IS0 9555, the defi-
concentrations should be compatible with the legis-
nitions given in IS0 772 and the following definitions
lation of each country regarding the occasional and
aPPlY*
short-duration discharges of foreign substances into
natural waters. They should also take into account
3.1 tracer: Ion, compound or radionuclide intro-
possible short-term or long-term influences on flora
duced into a flow system to follow the behaviour of
and fauna, both natural and domestic. In the absence
some component of that system. It is necessary that
of appropriate regulations, the World Health Organ-
the tracer, which can be observed, behave in exactly
ization’s (WHO) Guidelines for drinking water quality
the same fashion as the component to be followed,
should serve as a guide, taking account of the brief
whose behaviour cannot easily be observed.
nature of the measurement and of the use that is to
be made of water receiving the injected tracer.
3.2 dilution method: Method in which the dis-
charge is deduced from the determination of the ratio
2 Normative reference of the concentration of the tracer injected to that of
the tracer at the sampling cross-section (see also
The following standard contains provisions which, . .
3 9)
through reference in this text, constitute provisions
of this part of IS0 9555. At the time of publication, the 3.3 constant rate injection method: Method of
edition indicated was valid. All standards are subject measuring the discharge in which a tracer is injected
at a constant and known rate at one cross-section and
to revision, and parties to agreements based on this
its dilution is measured at another section down-
part of IS0 9555 are encouraged to investigate the
stream where complete mixing has taken place and
possibility of applying the most recent edition of the
the concentration plateau has been reached.
standard indicated below. Members of IEC and IS0
1
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IS0 9555=1:1994(E) 0 IS0
3.4 sudden injection method; integration 3.10 sampling cross-section; sampling station:
method: Method of measuring the discharge in which Cross-section of an open channel downstream of the
a known volume of tracer is injected over a short time injection cross-section, at which samples are taken
at one cross-section and its dilution is measured at or in which the concentration is directly measured.
another cross-section downstream where complete
3.11 reach: Length of open channel between two
mixing has taken place, over a period sufficient to al-
defined cross-sections.
low all the tracer to pass that cross-section, so that
the mean dilution of tracer during this period can be
3.12 degree of mixing: Measure of the extent to
determined.
which mixing has been achieved in a cross-section
downstream of the injection of tracer, varying from
3.5 multiple injection: Simultaneous injection of
near zero in a cross-section immediately downstream
tracer at several points in the injection cross-section,
of the injection to 100 % at a cross-section in which
with the aim of improving transverse mixing in a given
the tracer has been completely mixed across the
measuring reach.
whole cross-section.
3.13 mixing length: Distance, measured along the
3.6 constant level tank: Equipment for the injection
general path of flow, between the injection cross-
of the concentrated solution at constant rate, in
section and the downstream cross-section at which
which, using an overflow weir, a constant head is
the specified degree of mixing is obtained. For given
maintained above a selected nozzle or orifice.
conditions, this mixing length is not a fixed value: it
varies according to the admissible values for the de-
3.7 Mariotte vessel: Equipment for injection of the
gree of mixing. The higher the specified degree of
concentrated solution at constant rate. The constant
mixing, the longer the mixing length.
rate injection is achieved by means of an airtight ves-
sel that is provided with an orifice plate or nozzle at
4 Symbols and units
its bottom portion. The liquid flows through the re-
striction and air enters the vessel through a tube,
4.1 Symbols
maintaining atmospheric pressure at the lower end
of the tube, set at a determined height above the re-
The symbols used in this part of IS0 9555 are given
striction. The head on the restriction and conse-
below. Other symbols not listed here are used only in
quently the discharge from the vessel remain
passing and are defined where used.
constant, independently of the level of the liquid in the
vessel.
Symbol Explanation
3.8 floating siphon: Equipment for injection of the
iT Average stream surface width between
concentrated solution at constant rate. The solution is
the injection and sampling cross-sections
taken from a vessel by means of a siphon that is fixed
Background concentration of tracer
CO
on a float. The lower end of the siphon is fitted with
Concentration of tracer in injection solution
Cl
an orifice plate or nozzle. The head on the restriction
Concentration of added tracer
e2
and consequently the discharge from the vessel re-
main constant, independently of the level of the liquid Concentration of diluted injection solution
6
= q/D’ )
in the vessel. k’,
Relative concentration corresponding to
“ri
standard dilution D’
3.9 dilution ratio; dilution factor
D Dilution factor
(I) For the constant rate injection method, the ratio
D’ Estimated dilution factor used in dilution
between the concentration of the injected tracer sol- of injection solution
ution and the concentration of added tracer detected
D’i Standard dilution
at the sampling cross-section when steady conditions
2 Average depth of flow between injection
have been reached.
and sampling cross-sections
E Transverse mixing coefficient
(2) For the sudden injection method, the ratio be-
G Instrument response
tween the concentration of the injected tracer solution
and the mean, over the sampling period, of the con-
Acceleration due to gravity
g
centration of added tracer detected at the sampling
L Mixing length
cross-section.
2
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IS0 9555-1:1994(E)
5 Principles of the different dilution
methods
The basic principle of dilution methods is the addition
Number of sampling points
of a suitably selected tracer to the flow. Downstream
Number of samples or measurements
of the injection point, when vertical and lateral dis-
Stream discharge
persion throughout the flow is complete, the dis-
charge may be calculated from the measurement of
Estimated stream discharge
the dilution of the tracer.
Mean hydraulic radius
If this tracer, or a substance with analytical charac-
teristics similar to the injected tracer, was present in
the flow before the injection, the increase in concen-
Duration of steady state concentration
tration of tracer due to the injection is known as the
Duration of injection
“concentration of added tracer”. The methods set out
Time of passage of tracer through the
in this part of IS0 9555 permit the calculation of the
sampling cross-section
discharge regardless of the prior concentration of
Elapsed time, usually taking as the origin
tracer, analogous with background noise, as long as
the start of injection
this can be assumed constant during the measure-
Time of arrival of first molecule of tracer
ment.
at a given sampling cross-section
Mean time of travel
5.1 Constant rate injection method
Volume of tracer solution injected
A solution of concentration cl of a suitably chosen
Shear velocity, equal to (g@)1’2
tracer is injected at a constant rate 4 into a cross-
Degree of mixing section located at the beginning of the measuring
reach of the channel, in which the discharge Q re-
Level of accuracy of analysis
mains constant for the duration of the gauging.
perature likely to be met dur-
At a second cross-section downstream of this reach,
at a sufficient distance for the injected solution to be
uniformly diluted, the concentration is measured for
a sufficient period of time and at a sufficient number
of points to ensure that good mixing has been ob-
4.2 Subscripts
tained and that the concentration of added tracer c2
has attained a constant value. Under these conditions,
if all of the tracer injected passes through the sam-
C Concentration
pling cross-section, the discharge rate of tracer at the
z Exponent
I I
injection points is equal to that passing through the
sampling cross-section:
NOTES
qq = (Q + q)c2
1 A bar (4 is used above the symbol to indicate an aver-
aging process; further averaging is indicated by a double bar
Hence:
=
.
( )
QEqv
. . .
(1)
2 For convenience in the use of this part of IS0 9555,
some of the symbols and their definitions are not consistent
with those defined in IS0 772.
In general cl is much greater than c2 and this leads to
a simplification of equation (I) as follows:
. . .
Q=s$ (2)
4.3 Units of measurement
The discharge Q can therefore be determined by
comparing the concentration of the injection solution
The units of measurement used in this part of
with that measured at the sampling cross-section of
IS0 9555 are those of the International System of
the channel.
Units (Sl).
3
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IS0 9555~1:1994( E)
5.2 Sudden injection method
4 + Tp
1
=-
c,
C2 w
I
TP t a
A volume V of a solution of concentration cl of a
suitably chosen tracer is injected over a short period
The practical condition of good mixing is that C, is
into a cross-section located at the beginning of the
identical at all points of the section, hence
measuring reach of the channel, in which the dis-
charge Q remains constant for the duration of the
4
=-
. . .
Q
(4)
gauging.
p2
At a second cross-section downstream of this reach,
V/Tp is the mean discharge of added tracer in the
at a distance sufficient for the injected solution to be
sampling cross-section, and is analogous with the in-
uniformly diluted, the concentration of tracer c2 is
jection rate q defined in 5.1.
determined over a period of time sufficiently long to
ensure that all the tracer has passed through the
second cross-section. 6 Characteristics common to both
methods
If all the tracer injected passes through the sampling
cross-section, the following equation is true:
6.1 General formula for the calculation of
discharge
M = vc, = Qjmc2(t)dt . . .
(3)
4
Relations (2) and (4) can be written in the general
form:
where
Q = kD . . .
(5)
is the mass of tracer injected;
For measurement by constant rate injection, D is the
V is the volume of injected solution;
dilution factor (= c.4~~) and k = q.
is the concentration of tracer in the in-
For measurement by sudden injection, D = cl/C2 and
jected solution;
k = V/Tp.
is the discharge in the channel;
Q
The dilution factor, D, which is the fundamental con-
cept of the dilution method, is determined by com-
is the concentration of added tracer at the
2
c (4
parative analysis of samples of the injection solution
fixed sampling point over the time interval
.
and samples taken from the sampling cross-section.
dt
I
This determination, although certain aspects are pe-
t is the elapsed time, taking as origin the
culiar to the tracer and to the associated method of
instant at which the injection started;
analysis, rests on several general principles which are
is the time of arrival of the first molecule
presented below. The details of the specific methods
of tracer at the sampling cross-section.
of determination for the commonly-used tracers are
given in IS0 9555-2, IS0 9555-3 and IS0 9555-4.
This equation requires that the value of the integral
6.2 Separate determination of tracer
C2 w
concentrations in the channel and in the
I*
4
injection solution
be the same at every point of the sampling cross-
The practice of dilution gauging shows that in most
section. This condition is satisfied if and only if the
cases the pursuit of maximum effectiveness and
injected solution is well mixed with the water in the
convenience leads to a reduction in the total quan-
channel.
tities injected, and to a dilution factor, D, which attains
high values, of the order of lo3 to lo*.
In practice, the presence of the tracer is no longer
detectable at any point in the sampling cross-section
All analytical procedures, whatever the tracer, the ap-
after a certain time (ta + TJ. The value TP is known
paratus or the method of analysis, are based on the
as the “time of passage of the tracer cloud through
existence of a physical relation between the concen-
the sampling cross-section”.
tration of tracer and a measurable quantity G = G(c),
Let for which the analytical instrument provides a value
4
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IS0 9555=1:1994(E)
Gi corresponding to ci. Experience shows that it is
the analysis of samples corresponding to a single flow
difficult, if not impossible, directly to obtain compar- measurement.
able accuracy for independent measurements of con-
Experience shows that the ratio D’/D rarely falls out-
centrations varying in so high a ratio as D with the
side the range 0,5 to 2. It is therefore possible to use
same instrument or method of analysis.
the analytical equipment in the vicinity of its optimum
range of sensitivity and accuracy.
6.2.1
Direct determination of cl and c;l
Let G’,, G’,, . . . . G’, be the responses of the analytical
Procedures for the direct determination of cl and c;!
equipment for standard dilution factors D’,, D’,, . . . .
are not recommended and thus are not discussed in
D’, and let G,, G2, . . . . G,, be the responses of the
this part of IS0 9555.
analytical equipment for given river samples corre-
sponding to unknown dilutions D,, D,, . . . . D,.
6.2.2 Indirect determination of cl and direct
It is then necessary to obtain the dilutions Di corre-
determination of C2
sponding to the responses Gi by using the relation
between D’ and G’ established for the analytical
Where the analytical method leads to an instrument
equipment.
response which is a linear function of concentration
in the range from zero to the usual value of c2, the
This relationship is established either graphically or by
following procedure of indirect determination of cl can
using a mathematical function.
be used. The solution of concentration cl is diluted by
a factor D’, of the same order as D, to obtain con-
As the response of analytical instruments is generally
centrations d1 = cl/D’ and c2 of the same order of
a linear function of concentration, it is logical to use
magnitude. This permits use of the same method for
the concept of relative concentration c’ri = 1 /D’ie
the determination of d1 and c2 with comparable ac-
The graphical representation of the relation
curacy. For this purpose, a sample of injection solution
G’ = G’(c’,) is a simple means of checking its linearity
is diluted by the gravimetric method using a precision
and the accuracy of preparation of the standard di-
balance, or by the volumetric method using flasks,
lutions.
calibrated pipettes or microburettes, preferably with
water taken from the flow upstream of the injection
cross-section or before the test.
6.3.2 Application to measurement by the
This method of determination is a simplified variant
constant rate injection method
of the procedure described in 6.3.
When the gauging is performed in good conditions,
the scatter of the Gi about their mean G is small, and
6.3 Direct determination of the dilution
a small number of standard dilutions suffices to define
factor
the response function over the range used (072
to 20’).
The method of comparative or standard dilutions is
particularly recommended because it minimizes the
effects of systematic errors in the determination.
6.3.3 Application to measurement by the sudden
injection method
6.3.1 Principle
The necessary range of G’i varies according to the
method of sampling selected (see 10.4.2). In the case
After estimating D’ from the dilution factor D [using
formula (511 from the test conditions and from the of a mean sample (see 10.4.2.3) or several mean
estimate Q’, however rough, of the discharge Q to be samples (see 10.4.2.4), conditions differ little from
measured, the method consists of preparing a series those of the constant rate injection method.
of standard dilutions of a sample of the injected sol-
In the case of discrete samples (see 10.4.2.2) or con-.
ution, having known dilution factors D’,, D’,, . . . . D’,
tinuous recording, the concentration c2i of the sam-
surrounding the estimated value D’.
ples may vary over a very large range, and it is
The analytical equipment is then used as a comparator necessary to determine the response of the analytical
to determine the value of the dilution factor D. The
equipment by a larger number of standard dilutions
basic requirements of the equipment are thus sensi- distributed over an interval which could extend for
tivity and stability. The latter is necessary only during example from D//IO to 1OD’.
5
---------------------- Page: 11 ----------------------
0 IS0
IS0 9555=1:1994(E)
6.3.4 Preparation of standard dilutions One-mark bulb-type pipettes, which are most
easily handled, are preferred;
6.3.4.1 Definition
d follow scrup ulously the recommend ations for use
laid down in the relevant standards;
The set of standard dilutions required is defined by
the number of standard dilutions, their range and their
d) maintain all glassware in a perfect state of clean-
distribution around the central value.
liness and discard any equipment which is
chipped or stained.
The range is a function of the accuracy with which
field conditions permit the estimation of the dilution
factor D', which corresponds to the central value?
The set of dilutions will comprise five to seven values,
6.3.4.2.1 Use of pipettes and flasks only
in a sequence approximating a geometric sequence.
This is the least sophisticated and the least expensive
For example, using either dilution Di ( = l/cri) or rela-
procedure, but it is not always possible to obtain
tive concentration (cri), most purposes can be served
conveniently the values proposed for the reference
by selecting seven consecutive values from the fol-
series. A guide to the procedure and a list of rec-
lowing reference series, multiplied by a factor of 1 Oz.
ommended equipment is presented in annex A.
The range can be extended by choosing alternate
values.
To obtain the best results, the following additional
For relative concentrations: recommendations are useful:
0,8; 1; 1,25; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12,5
a) one series of pipettes and flasks should be clearly
marked and reserved for the initial dilution oper-
For dilutions:
ations which involve the highest concentrations
and the greatest risks of persistent contamination,
12,5; 10; 8; 6,4; 5; 4; 3,2; 2,5; 2; 1,6; 1,25; 1;
...
SLOVENSKI STANDARD
SIST ISO 9555-1:2013
01-april-2013
0HULWYHSUHWRNDWHNRþLQYRGSUWLKNDQDOLK0HWRGH]UHGþHQMHPPDUNHUMD]D
PHUMHQMHHQDNRPHUQHJDSUHWRNDGHO 6SORãQR
Measurement of liquid flow in open channels - Tracer dilution methods for the
measurement of steady flow - Part 1: General
Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts - Méthodes de dilution en
régime permanent utilisant des traceurs - Partie 1: Généralités
Ta slovenski standard je istoveten z: ISO 9555-1:1994
ICS:
17.120.20 Pretok v odprtih kanalih Flow in open channels
SIST ISO 9555-1:2013 en
2003-01.Slovenski inštitut za standardizacijo. Razmnoževanje celote ali delov tega standarda ni dovoljeno.
---------------------- Page: 1 ----------------------
SIST ISO 9555-1:2013
---------------------- Page: 2 ----------------------
SIST ISO 9555-1:2013
IS0
INTERNATIONAL
9555-I
STANDARD
First edition
1994-08-I 5
Measurement of liquid flow in open
- Tracer dilution methods for
channels
the measurement of steady flow -
Part 1:
General
Mesure de d&bit des liquides dans /es canaux dkouverts - M&hodes
de dilution en kgime permanent utilisan t des traceurs -
Par-tie I: G6n&alit&
Reference number
IS0 9555-l :1994(E)
---------------------- Page: 3 ----------------------
SIST ISO 9555-1:2013
IS0 9555-l :1994(E)
Contents
Page
1 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .“. 1
2 Normative reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I
3 Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .*. 1
.,.,.,.,. 2
4 Symbols and units
2
4.1 Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .‘.
4.2 Subscripts .,,.,.*. 3
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
4.3 Units of measurement
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
5 Principles of the different dilution methods
,.,. 3
5.1 Constant rate injection method
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
5.2 Sudden injection method
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
6 Characteristics common to both methods
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
6.1 General formula for the calculation of discharge
6.2 Separate determination of tracer concentrations in the channel and
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
in the injection solution
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
6.3 Direct determination of the dilution factor
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
6.4 Influence of background - Clarification
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
6.5 Accuracy and limitations of the dilution method
9
7 Choice of tracer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
7.1 Characteristics required of a measuring tracer
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
7.2 Criteria for comparison
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
8 Choice of measuring reach
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
8.1 General considerations on the choice of a site
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
8.2 Preliminary tests and calculations
9 Procedure for the constant rate injection method . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
91 . Preparation of the injection solution
0 IS0 1994
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.
International Organization for Standardization
Case Postale 56 l CH-1211 Geneve 20 l Switzerland
Printed in Switzerland
ii
---------------------- Page: 4 ----------------------
SIST ISO 9555-1:2013
0 IS0
IS0 9555=1:1994(E)
9.2 Injection of the solution
........................................................ 17
9.3 Measurement of injection rate
............................................. 17
9.4 Sampling
............................................................................... 21
10 Procedure for the sudden injection method . 21
Preparation of the injection solution
10.1 . 21
10.2 Determination of the injected volume . 21
10.3 Injection of the solution . 21
10.4 Sampling . 22
11 Comparison between the two dilution methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
11.1 General
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
11.2 Injection of tracer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
28
11.3 Sampling and analysis of results
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
12 Estimation of uncertainties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
12.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
12.2 Uncertainties due to different kinds of error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
12.3 Sources of systematic error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
12.4 Estimation of systematic uncertainty . 30
12.5 Computation of random uncertainties . 30
12.6 Computation of the total uncertainty . 32
12.7 Working examples of computation of uncertainties . 32
Annexes
A Standard dilutions using pipettes and flasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
B Standard dilution ranges obtained with a micrometer-type
microburette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
C Analysis for variance as a test of non-randomness . 42
D Bibliography . 44
. . .
III
---------------------- Page: 5 ----------------------
SIST ISO 9555-1:2013
0 IS0
IS0 9555-l : 1994(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 9555-l was prepared by Technical Committee
lSO/rC 113, Hydrometric determinations, Subcommittee SC 4, Dilution
methods.
IS0 9555 consists of the following parts, under the general title
Measurement of liquid flow in open channels - Tracer dilution methods
for the measurement of steady flow:
- Part 7: General
- Part 2: Radioactive tracers
- Part 3: Chemical tracers
- Part 4: Fluorescent tracers
Annexes A, B and C form an integral part of this part of IS0 9555. Annex
D is for information only.
---------------------- Page: 6 ----------------------
SIST ISO 9555-1:2013
0 IS0
IS0 9555=1:1994(E)
Introduction
The former standard series IS0 555 was subdivided into parts on the basis
of the method of field measurement, i.e. constant-rate injection method
and integration (sudden injection) method. Since the choice of the type
of tracer to be used in a field measurement will often depend on the ex-
pertise and the laboratory facilities available, this new series of standards
IS0 9555 is divided into parts based on the type of tracer used. This re-
vision has enabled the unnecessary repetition of text of the various parts
to be avoided and will, it is hoped, prove to be a more convenient form
of presentation for the user.
IS0 9555 deals with the measurement of steady flow in open channels
by dilution methods using tracers. The methods described may also be
applied to the measurement of slowly varying flow, but they may only be
used when flow conditions ensure adequate mixing of the injected sol-
ution throughout the flow.
For the measurement of very large flows, tracer methods can be onerous
in terms of tracer costs and measurement times. However, the use of
tracers often reduces danger to personnel during flood periods.
IS0 9555-l presents the general principles of the methods of constant-
rate injection and integration (sudden injection). IS0 9555-2, IS0 9555-3
and IS0 9555-4 deal with the specific aspects of the use of radioactive,
chemical and fluorescent tracers, respectively, as well as specific ana-
lytical procedures.
This approach has been adopted for the following reasons:
- to facilitate subsequent updating, additions or revisions which concern
only IS0 9555-2, IS0 9555-3 or IS0 9555-4;
- to provide a more practical document for the user, who is often obliged
to choose the tracer best suited to the available analytical equipment.
---------------------- Page: 7 ----------------------
SIST ISO 9555-1:2013
This page intentionally left blank
---------------------- Page: 8 ----------------------
SIST ISO 9555-1:2013
INTERNATIONAL STANDARD 0 60 IS0 9555=1:1994(E)
Measurement of liquid flow in open channels - Tracer
dilution methods for the measurement of steady
flow -
Part 1:
General
maintain registers of currently valid International
1 Scope
Standards.
This part of IS0 9555 concerns principles of the con-
IS0 772:1988, Liquid flow measurement in open
stant rate injection method and the sudden injection
channels - Vocabulary and symbols.
method (integration method), and the principles of in-
jection, sampling and analysis which apply for all types
of tracer.
3 Definitions
It is important to note that the tracers used and their
For the purposes of this part of IS0 9555, the defi-
concentrations should be compatible with the legis-
nitions given in IS0 772 and the following definitions
lation of each country regarding the occasional and
aPPlY*
short-duration discharges of foreign substances into
natural waters. They should also take into account
3.1 tracer: Ion, compound or radionuclide intro-
possible short-term or long-term influences on flora
duced into a flow system to follow the behaviour of
and fauna, both natural and domestic. In the absence
some component of that system. It is necessary that
of appropriate regulations, the World Health Organ-
the tracer, which can be observed, behave in exactly
ization’s (WHO) Guidelines for drinking water quality
the same fashion as the component to be followed,
should serve as a guide, taking account of the brief
whose behaviour cannot easily be observed.
nature of the measurement and of the use that is to
be made of water receiving the injected tracer.
3.2 dilution method: Method in which the dis-
charge is deduced from the determination of the ratio
2 Normative reference of the concentration of the tracer injected to that of
the tracer at the sampling cross-section (see also
The following standard contains provisions which, . .
3 9)
through reference in this text, constitute provisions
of this part of IS0 9555. At the time of publication, the 3.3 constant rate injection method: Method of
edition indicated was valid. All standards are subject measuring the discharge in which a tracer is injected
at a constant and known rate at one cross-section and
to revision, and parties to agreements based on this
its dilution is measured at another section down-
part of IS0 9555 are encouraged to investigate the
stream where complete mixing has taken place and
possibility of applying the most recent edition of the
the concentration plateau has been reached.
standard indicated below. Members of IEC and IS0
1
---------------------- Page: 9 ----------------------
SIST ISO 9555-1:2013
IS0 9555=1:1994(E) 0 IS0
3.4 sudden injection method; integration 3.10 sampling cross-section; sampling station:
method: Method of measuring the discharge in which Cross-section of an open channel downstream of the
a known volume of tracer is injected over a short time injection cross-section, at which samples are taken
at one cross-section and its dilution is measured at or in which the concentration is directly measured.
another cross-section downstream where complete
3.11 reach: Length of open channel between two
mixing has taken place, over a period sufficient to al-
defined cross-sections.
low all the tracer to pass that cross-section, so that
the mean dilution of tracer during this period can be
3.12 degree of mixing: Measure of the extent to
determined.
which mixing has been achieved in a cross-section
downstream of the injection of tracer, varying from
3.5 multiple injection: Simultaneous injection of
near zero in a cross-section immediately downstream
tracer at several points in the injection cross-section,
of the injection to 100 % at a cross-section in which
with the aim of improving transverse mixing in a given
the tracer has been completely mixed across the
measuring reach.
whole cross-section.
3.13 mixing length: Distance, measured along the
3.6 constant level tank: Equipment for the injection
general path of flow, between the injection cross-
of the concentrated solution at constant rate, in
section and the downstream cross-section at which
which, using an overflow weir, a constant head is
the specified degree of mixing is obtained. For given
maintained above a selected nozzle or orifice.
conditions, this mixing length is not a fixed value: it
varies according to the admissible values for the de-
3.7 Mariotte vessel: Equipment for injection of the
gree of mixing. The higher the specified degree of
concentrated solution at constant rate. The constant
mixing, the longer the mixing length.
rate injection is achieved by means of an airtight ves-
sel that is provided with an orifice plate or nozzle at
4 Symbols and units
its bottom portion. The liquid flows through the re-
striction and air enters the vessel through a tube,
4.1 Symbols
maintaining atmospheric pressure at the lower end
of the tube, set at a determined height above the re-
The symbols used in this part of IS0 9555 are given
striction. The head on the restriction and conse-
below. Other symbols not listed here are used only in
quently the discharge from the vessel remain
passing and are defined where used.
constant, independently of the level of the liquid in the
vessel.
Symbol Explanation
3.8 floating siphon: Equipment for injection of the
iT Average stream surface width between
concentrated solution at constant rate. The solution is
the injection and sampling cross-sections
taken from a vessel by means of a siphon that is fixed
Background concentration of tracer
CO
on a float. The lower end of the siphon is fitted with
Concentration of tracer in injection solution
Cl
an orifice plate or nozzle. The head on the restriction
Concentration of added tracer
e2
and consequently the discharge from the vessel re-
main constant, independently of the level of the liquid Concentration of diluted injection solution
6
= q/D’ )
in the vessel. k’,
Relative concentration corresponding to
“ri
standard dilution D’
3.9 dilution ratio; dilution factor
D Dilution factor
(I) For the constant rate injection method, the ratio
D’ Estimated dilution factor used in dilution
between the concentration of the injected tracer sol- of injection solution
ution and the concentration of added tracer detected
D’i Standard dilution
at the sampling cross-section when steady conditions
2 Average depth of flow between injection
have been reached.
and sampling cross-sections
E Transverse mixing coefficient
(2) For the sudden injection method, the ratio be-
G Instrument response
tween the concentration of the injected tracer solution
and the mean, over the sampling period, of the con-
Acceleration due to gravity
g
centration of added tracer detected at the sampling
L Mixing length
cross-section.
2
---------------------- Page: 10 ----------------------
SIST ISO 9555-1:2013
IS0 9555-1:1994(E)
5 Principles of the different dilution
methods
The basic principle of dilution methods is the addition
Number of sampling points
of a suitably selected tracer to the flow. Downstream
Number of samples or measurements
of the injection point, when vertical and lateral dis-
Stream discharge
persion throughout the flow is complete, the dis-
charge may be calculated from the measurement of
Estimated stream discharge
the dilution of the tracer.
Mean hydraulic radius
If this tracer, or a substance with analytical charac-
teristics similar to the injected tracer, was present in
the flow before the injection, the increase in concen-
Duration of steady state concentration
tration of tracer due to the injection is known as the
Duration of injection
“concentration of added tracer”. The methods set out
Time of passage of tracer through the
in this part of IS0 9555 permit the calculation of the
sampling cross-section
discharge regardless of the prior concentration of
Elapsed time, usually taking as the origin
tracer, analogous with background noise, as long as
the start of injection
this can be assumed constant during the measure-
Time of arrival of first molecule of tracer
ment.
at a given sampling cross-section
Mean time of travel
5.1 Constant rate injection method
Volume of tracer solution injected
A solution of concentration cl of a suitably chosen
Shear velocity, equal to (g@)1’2
tracer is injected at a constant rate 4 into a cross-
Degree of mixing section located at the beginning of the measuring
reach of the channel, in which the discharge Q re-
Level of accuracy of analysis
mains constant for the duration of the gauging.
perature likely to be met dur-
At a second cross-section downstream of this reach,
at a sufficient distance for the injected solution to be
uniformly diluted, the concentration is measured for
a sufficient period of time and at a sufficient number
of points to ensure that good mixing has been ob-
4.2 Subscripts
tained and that the concentration of added tracer c2
has attained a constant value. Under these conditions,
if all of the tracer injected passes through the sam-
C Concentration
pling cross-section, the discharge rate of tracer at the
z Exponent
I I
injection points is equal to that passing through the
sampling cross-section:
NOTES
qq = (Q + q)c2
1 A bar (4 is used above the symbol to indicate an aver-
aging process; further averaging is indicated by a double bar
Hence:
=
.
( )
QEqv
. . .
(1)
2 For convenience in the use of this part of IS0 9555,
some of the symbols and their definitions are not consistent
with those defined in IS0 772.
In general cl is much greater than c2 and this leads to
a simplification of equation (I) as follows:
. . .
Q=s$ (2)
4.3 Units of measurement
The discharge Q can therefore be determined by
comparing the concentration of the injection solution
The units of measurement used in this part of
with that measured at the sampling cross-section of
IS0 9555 are those of the International System of
the channel.
Units (Sl).
3
---------------------- Page: 11 ----------------------
SIST ISO 9555-1:2013
IS0 9555~1:1994( E)
5.2 Sudden injection method
4 + Tp
1
=-
c,
C2 w
I
TP t a
A volume V of a solution of concentration cl of a
suitably chosen tracer is injected over a short period
The practical condition of good mixing is that C, is
into a cross-section located at the beginning of the
identical at all points of the section, hence
measuring reach of the channel, in which the dis-
charge Q remains constant for the duration of the
4
=-
. . .
Q
(4)
gauging.
p2
At a second cross-section downstream of this reach,
V/Tp is the mean discharge of added tracer in the
at a distance sufficient for the injected solution to be
sampling cross-section, and is analogous with the in-
uniformly diluted, the concentration of tracer c2 is
jection rate q defined in 5.1.
determined over a period of time sufficiently long to
ensure that all the tracer has passed through the
second cross-section. 6 Characteristics common to both
methods
If all the tracer injected passes through the sampling
cross-section, the following equation is true:
6.1 General formula for the calculation of
discharge
M = vc, = Qjmc2(t)dt . . .
(3)
4
Relations (2) and (4) can be written in the general
form:
where
Q = kD . . .
(5)
is the mass of tracer injected;
For measurement by constant rate injection, D is the
V is the volume of injected solution;
dilution factor (= c.4~~) and k = q.
is the concentration of tracer in the in-
For measurement by sudden injection, D = cl/C2 and
jected solution;
k = V/Tp.
is the discharge in the channel;
Q
The dilution factor, D, which is the fundamental con-
cept of the dilution method, is determined by com-
is the concentration of added tracer at the
2
c (4
parative analysis of samples of the injection solution
fixed sampling point over the time interval
.
and samples taken from the sampling cross-section.
dt
I
This determination, although certain aspects are pe-
t is the elapsed time, taking as origin the
culiar to the tracer and to the associated method of
instant at which the injection started;
analysis, rests on several general principles which are
is the time of arrival of the first molecule
presented below. The details of the specific methods
of tracer at the sampling cross-section.
of determination for the commonly-used tracers are
given in IS0 9555-2, IS0 9555-3 and IS0 9555-4.
This equation requires that the value of the integral
6.2 Separate determination of tracer
C2 w
concentrations in the channel and in the
I*
4
injection solution
be the same at every point of the sampling cross-
The practice of dilution gauging shows that in most
section. This condition is satisfied if and only if the
cases the pursuit of maximum effectiveness and
injected solution is well mixed with the water in the
convenience leads to a reduction in the total quan-
channel.
tities injected, and to a dilution factor, D, which attains
high values, of the order of lo3 to lo*.
In practice, the presence of the tracer is no longer
detectable at any point in the sampling cross-section
All analytical procedures, whatever the tracer, the ap-
after a certain time (ta + TJ. The value TP is known
paratus or the method of analysis, are based on the
as the “time of passage of the tracer cloud through
existence of a physical relation between the concen-
the sampling cross-section”.
tration of tracer and a measurable quantity G = G(c),
Let for which the analytical instrument provides a value
4
---------------------- Page: 12 ----------------------
SIST ISO 9555-1:2013
IS0 9555=1:1994(E)
Gi corresponding to ci. Experience shows that it is
the analysis of samples corresponding to a single flow
difficult, if not impossible, directly to obtain compar- measurement.
able accuracy for independent measurements of con-
Experience shows that the ratio D’/D rarely falls out-
centrations varying in so high a ratio as D with the
side the range 0,5 to 2. It is therefore possible to use
same instrument or method of analysis.
the analytical equipment in the vicinity of its optimum
range of sensitivity and accuracy.
6.2.1
Direct determination of cl and c;l
Let G’,, G’,, . . . . G’, be the responses of the analytical
Procedures for the direct determination of cl and c;!
equipment for standard dilution factors D’,, D’,, . . . .
are not recommended and thus are not discussed in
D’, and let G,, G2, . . . . G,, be the responses of the
this part of IS0 9555.
analytical equipment for given river samples corre-
sponding to unknown dilutions D,, D,, . . . . D,.
6.2.2 Indirect determination of cl and direct
It is then necessary to obtain the dilutions Di corre-
determination of C2
sponding to the responses Gi by using the relation
between D’ and G’ established for the analytical
Where the analytical method leads to an instrument
equipment.
response which is a linear function of concentration
in the range from zero to the usual value of c2, the
This relationship is established either graphically or by
following procedure of indirect determination of cl can
using a mathematical function.
be used. The solution of concentration cl is diluted by
a factor D’, of the same order as D, to obtain con-
As the response of analytical instruments is generally
centrations d1 = cl/D’ and c2 of the same order of
a linear function of concentration, it is logical to use
magnitude. This permits use of the same method for
the concept of relative concentration c’ri = 1 /D’ie
the determination of d1 and c2 with comparable ac-
The graphical representation of the relation
curacy. For this purpose, a sample of injection solution
G’ = G’(c’,) is a simple means of checking its linearity
is diluted by the gravimetric method using a precision
and the accuracy of preparation of the standard di-
balance, or by the volumetric method using flasks,
lutions.
calibrated pipettes or microburettes, preferably with
water taken from the flow upstream of the injection
cross-section or before the test.
6.3.2 Application to measurement by the
This method of determination is a simplified variant
constant rate injection method
of the procedure described in 6.3.
When the gauging is performed in good conditions,
the scatter of the Gi about their mean G is small, and
6.3 Direct determination of the dilution
a small number of standard dilutions suffices to define
factor
the response function over the range used (072
to 20’).
The method of comparative or standard dilutions is
particularly recommended because it minimizes the
effects of systematic errors in the determination.
6.3.3 Application to measurement by the sudden
injection method
6.3.1 Principle
The necessary range of G’i varies according to the
method of sampling selected (see 10.4.2). In the case
After estimating D’ from the dilution factor D [using
formula (511 from the test conditions and from the of a mean sample (see 10.4.2.3) or several mean
estimate Q’, however rough, of the discharge Q to be samples (see 10.4.2.4), conditions differ little from
measured, the method consists of preparing a series those of the constant rate injection method.
of standard dilutions of a sample of the injected sol-
In the case of discrete samples (see 10.4.2.2) or con-.
ution, having known dilution factors D’,, D’,, . . . . D’,
tinuous recording, the concentration c2i of the sam-
surrounding the estimated value D’.
ples may vary over a very large range, and it is
The analytical equipment is then used as a comparator necessary to determine the response of the analytical
to determine the value of the dilution factor D. The
equipment by a larger number of standard dilutions
basic requirements of the equipment are thus sensi- distributed over an interval which could extend for
tivity and stability. The latter is necessary only during example from D//IO to 1OD’.
5
---------------------- Page: 13 ----------------------
SIST ISO 9555-1:2013
0 IS0
IS0 9555=1:1994(E)
6.3.4 Preparation of standard dilutions One-mark bulb-type pipettes, which are most
easily handled, are preferred;
6.3.4.1 Definition
d follow scrup ulously the recommend ations for use
laid down in the relevant standards;
The set of standard dilutions required is defined by
the number of standard dilutions, their range and their
d) maintain all glassware in a perfect state of clean-
distribution around the central value.
liness and discard any equipment which is
chipped or stained.
The range is a function of the accuracy with which
field conditions permit the estimation of the dilution
factor D', which corresponds to the central value?
The set of dilutions
...
NORME
ISO
INTERNATIONALE.
9555-1
Première édition
1994-08-I 5
Mesure de débit des liquides dans les
canaux découverts - Méthodes de
dilution en régime permanent utilisant des
traceurs -
Partie 1:
Généralités
Measurement of liquid flow in open channels - Tracer dilution methods
for the measurement of steady flow -
Part 1: General
Numéro de référence
ISO 9555-l :1994(F)
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 9555~1:1994( F)
Sommaire
Page
1 Domaine d’application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1
2 Référence normative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 Définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
4 Symboles, indices et unites de mesure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .*. 2
4.1 Symboles
4.2 Indices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
. . . . . . . .I.,.,,,., 3
4.3 Unites de mesure
5 Principe des différentes méthodes de dilution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
5.1 Méthode d’injection a débit constant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
4
5.2 Méthode par intégration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6 Caractéristiques communes aux deux methodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
6.1 Formule générale de calcul du debit
6.2 Détermination séparée des concentrations de traceur dans I e chenal
et dans la solution d’injection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
. . . . . . . . . . . . . . . . . 5
6.3 Détermination directe du facteur de dilution
8
6.4 Influence du bruit de fond - Clarification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.5 Precision et limites de la méthode de dilution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
7 Choix d’un traceur
9
7.1 Caractéristiques exigées d’un traceur de mesure . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .*. 10
7.2 Criteres de comparaison
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
8 Choix du bief de mesurage
8.1 Considerations générales sur le choix d’un emplacement . . 10
8.2 Essais et calculs préliminaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
9 Mode opératoire pour la méthode d’injection à débit constant 17
17
9.1 Préparation de la solution d’injection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
0 ISO 1994
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publi-
cation ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun pro-
cédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord
ecrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case Postale 56 l CH-l 211 Genève 20 •~ Suisse
Imprimé en Suisse
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
0 ISO SO 9555-l :1994(F)
17
9.2 Injection de la solution .
18
9.3 Mesure du débit d’injection .
9.4 Échantillonnage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .‘. 18
22
10 Mode opératoire pour la méthode par injection instantanee
22
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.1 Préparation de la solution d’injection
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
10.2 Determination du volume injecte
..,..........................,.....,................... 22
10.3 Injection de la solution
22
10.4 Échantillonnage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 29
11 Comparaison entre les deux méthodes de dilution
29
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11 .l Généralites
29
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.2 Injection du traceur
29
11.3 Échantillonnage et analyse des résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12 Estimation des incertitudes
29
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12.1 Généralités
. . . . . . . . . 29
12.2 Incertitudes dues aux différentes sources d’erreurs
30
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12.3 Sources d’erreurs systématiques
31
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12.4 Estimation de l’incertitude systématique
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
12.5 Calcul des incertitudes aléatoires
33
12.6 Calcul de l’incertitude totale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
12.7 Exemples réels de calcul d’incertitudes
Annexes
39
A Réalisation des dilutions étalons a l’aide de pipettes et ballons
B Réalisation des gammes de dilutions étalons avec une burette a vis
41
,,.,.,.,.,.,.
micrométrique
C Analyse de variante considérée comme test de
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
non-indépendance
45
D Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 9555-1:1994(F) 0 ISO
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 a cet effet. Les
organisations internationales, gouvernementales et non gouvernemen-
tales, en liaison avec NS0 participent également aux travaux. L’ISO colla-
bore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI)
en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques
sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication comme
Normes internationales requiert l’approbation de 75 % au moins des co-
mités membres votants.
La Norme internationale ISO 9555-l a été élaborée par le comité techni-
que lSO/TC 113, Déterminations hydrométriques, sous-comité SC 4,
Méthodes de dilution.
L’ISO 9555 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre gé-
néral Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts - Mé-
thodes de dilution en régime permanent utilisant des traceurs:
- Partie 1: Généralités
- Partie 2: Traceurs radioactifs
- Partie 3: Traceurs chimiques
- Partie 4: Traceurs fluorescents
Les annexes A, B et C font partie intégrante de la présente partie de I’ISO
9555. L’annexe D est donnée uniquement à titre d’information.
---------------------- Page: 4 ----------------------
0 ISO
ISO 9555-l :1994(F)
Introduction
L’ancienne série de normes ISO 555 était subdivisée en fonction de la
méthode utilisée in situ, c’est-a-dire la méthode d’injection a débit
constant et la méthode par intégration (injection instantanée). Étant donné
que le choix du traceur à utiliser in situ dépend souvent de la compétence
de l’utilisateur et de l’équipement de laboratoire disponible, la nouvelle
série de normes ISO 9555 est divisée en fonction du type de traceur uti-
lisé. Ainsi, une telle division s’avérera plus pratique pour l’utilisateur et
permettra d’éviter les répétitions inutiles dans le texte des différentes
parties.
L’ISO 9555 traite du mesurage de débits dans les canaux découverts, en
régime permanent, par les méthodes de dilution utilisant des traceurs.
Toutefois, ces méthodes peuvent être étendues au mesurage de débits
variant lentement. Ces méthodes ne s’appliquent que lorsque les condi-
tions d’écoulement assurent un mélange convenable de la solution injec-
tée a l’ensemble de l’écoulement.
Pour le mesurage de débits trés importants, toute méthode utilisant des
traceurs peut être onéreuse en termes de coût de traceur et de durée de
mesurage. Néanmoins, l’utilisation des traceurs minimise souvent les
dangers pour le personnel pendant les fortes crues.
L’ISO 9555-l présente les principes généraux des méthodes par injection
a débit constant et par intégration (injection instantanée). L’ISO 9555-2,
I’ISO 9555-3 et I’ISO 9555-4 traitent des aspects spécifiques de l’usage
des traceurs radioactifs, chimiques et fluorescents, respectivement, ainsi
que des procédés spécifiques d’analyse.
Ce plan a été retenu pour les raisons suivantes:
- faciliter les opérations ultérieures de mise a jour, les compléments ou
révisions qui ne devraient concerner que I’ISO 9555-2, I’ISO 9555-3 ou
I’ISO 9555-4;
- rendre le document plus pratique pour l’utilisateur qui est souvent
conduit à choisir le traceur le plus approprié à l’équipement d’analyse
disponible.
---------------------- Page: 5 ----------------------
Page blanche
---------------------- Page: 6 ----------------------
NORME INTERNATIONALE 0 ISO
ISO 9555-l :1994(F)
Mesure de débit des liquides dans les canaux
découverts - Méthodes de dilution en régime
permanent utilisant des traceurs -
Partie 1:
Généralités
cher la possibilité d’appliquer l’édition la plus récente
1 Domaine d’application
de la norme indiquée ci-après. Les membres de la CEI
et de I’ISO possèdent le registre des Normes inter-
La présente partie de I’ISO 9555 traite des principes
nationales en vigueur a un moment donné.
généraux concernant les méthodes par injection a
débit constant et par intégration (injection instanta-
ISO 772:1988, Mesure de débit des liquides dans les
née). Elle prescrit le choix d’un traceur et des princi-
canaux découverts - Vocabulaire et symboles.
pes d’injection, d’échantillonnage et d’analyse
valables pour tous les types de traceurs.
3 Définitions
II est important de souligner que les traceurs utilisés
et leurs concentrations doivent être compatibles avec
Pour les besoins de la présente partie de I’ISO 9555,
la législation propre a chaque pays, concernant les
les définitions données dans I’ISO 772 et les défini-
déversements, occasionnels et de courte durée, de
tions suivantes s’appliquent.
substances étrangères dans les eaux naturelles. II
sera donc tenu compte des influences éventuelles, a
3.1 traceur: Ion, composé ou radionucléide, intro-
court et a long terme, sur la flore et la faune, tant na-
duit dans l’écoulement pour y suivre le comportement
turelles que domestiques. En l’absence de législation
d’un élément du fluide. II est nécessaire que le tra-
propre, le guide de l’Organisation mondiale de la santé
ceur, qui peut être observé, se comporte exactement
(OMS) pour l’eau de boisson pourrait être utilisé,
de la même façon que l’élément que l’on veut suivre
compte tenu du caractére momentané du mesurage
et qui ne peut pas être observé facilement.
et de l’usage de l’eau ayant reçu le traceur.
3.2 méthode de dilution: Méthode selon laquelle
le débit est déduit de la détermination du rapport de
2 Référence normative
la concentration du traceur injecté a celle du même
traceur dans la section d’échantillonnage (voir 3.9).
La norme suivante contient des dispositions qui, par
suite de la référence qui en est faite, constituent des 3.3 méthode par injection à débit constant: Mé-
dispositions valables pour la présente partie de I’ISO thode de mesurage du débit selon laquelle un traceur
9555. Au moment de la publication, l’édition indiquée est injecté à débit constant et connu dans une section
était en vigueur. Toute norme est sujette a révision et sa dilution est mesurée dans une autre section, a
et les parties prenantes des accords fondés sur la l’aval, lorsque le mélange complet et un l palier de
présente partie de I’ISO 9555 sont invitées a recher- concentration ont été obtenus.
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 9555-I : 1994(F) 0 ISO
3.4 méthode par injection instantanée; méthode
dans laquelle les échantillons sont prélevés ou la
par intégration: Methode de mesurage du debit se-
concentration directement mesurée.
lon laquelle un volume connu de traceur est injecte
rapidement dans une section et sa dilution est mesu- 3.11 bief: Partie d’un cours d’eau située entre deux
rée dans une autre section, a l’aval, lorsque le mé- sections transversales.
lange complet a été obtenu, pendant une période
suffisante pour que tout le traceur soit passe dans 3.12 degré de mélange: Mesure de la qualité du
cette section pour déterminer la dilution moyenne de mélange effectué par le cours d’eau dans une section
à l’aval du point d’injection du traceur, variant de
traceur pendant cette période.
presque zéro dans une section située immédiatement
à l’aval du point d’injection, à 100 % dans la section
3.5 injection multiple: Injection simultanée de tra-
où le traceur est parfaitement mélangé dans toute la
ceur en plusieurs points de la section d’injection, dans
section.
le but de faciliter le mélange transversal dans le bief
de mesurage.
3.13 longueur [distance] de mélange: Distance,
mesurée dans l’axe de l’écoulement, entre la section
3.6 vase à niveau constant: Équipement destiné a
d’injection et la section, à l’aval, où le degré de mé-
l’injection de la solution concentrée de traceur avec
lange désiré est obtenu. La longueur de mélange
un débit constant. Un déversoir maintient une charge
n’est pas une valeur fixe; elle varie avec le degré de
constante au-dessus d’un orifice ou d’un diaphragme.
mélange admis. Plus celui-ci est grand, plus la lon-
gueur de mélange est grande. Le degré de mélange
3.7 vase de Mariotte: Équipement destiné a I’in-
admis est qualifié dans le texte de la présente partie
jection de la solution concentrée de traceur avec un
de I’ISO 9555 de ((bon mélange».
débit constant. Le débit d’injection constant est ob-
tenu grâce à l’étanchéité à l’air du vase muni d’un
diaphragme ou d’un ajutage à la base. L’air ne peut
4 Symboles, indices et unités de mesure
entrer dans le vase que par un tube dont l’extrémité
inférieure (à la pression atmosphérique) est réglée à
4.1 Symboles
une hauteur déterminée au-dessus de l’orifice calibré.
La charge au-dessus de celui-ci est constante et le
Les symboles et indices utilisés dans la présente
débit reste donc constant, quel que soit le niveau de
partie de I’ISO 9555 sont donnés ci-dessous. D’autres
la solution dans le vase.
symboles, utilisés ponctuellement, ne sont pas repris
mais sont définis dans le paragraphe où ils apparais-
3.8 siphon à flotteur: Équipement destiné à I’injec-
sent.
tion de la solution concentrée de traceur avec un débit
constant. La solution est extraite d’un réservoir au
moyen d’un siphon fixé sur un flotteur. L’extrémité
Symbole Grandeur
inférieure du siphon est munie d’un diaphragme ou
b Largeur moyenne de la section mouillée
d’un ajutage. La charge sur cet orifice est constante
entre les sections d’injection et d’échan-
et le débit reste donc constant, quel que soit le niveau
tillonnage
de la solution dans le réservoir.
Concentration préexistante en traceur
CO
3.9 rapport de dilution; facteur de dilution Concentration en traceur de la solution
Cl
d’injection
(1) Pour la méthode par injection à débit constant,
Concentration en traceur ajouté
C2
rapport entre la concentration de la solution de traceur
Concentration de la solution d’injection
C'l
injectée et la concentration en traceur ajouté, détec-
aprés dilution (c', = C~/D')
tée dans la section d’échantillonnage lorsque le palier
t
Concentration relative correspondant au
c ri
de concentration a été atteint.
facteur de dilution étalon D'i
D Facteur de dilution
(2) Pour la méthode par injection instantanée, rap-
port entre la concentration de la solution de traceur D' Facteur de dilution estimé
injectée et la moyenne, durant la période d’échan-
D'i Facteur de dilution étalon
tillonnage, de la concentration en traceur injecté de-
d Profondeur moyenne de la section
tectée dans la section d’échantillonnage.
mouillée entre les sections d’injection et
d’échantillonnage
3.10 section d’khantillonnage: Section transver-
sale d’un cours d’eau, à l’aval de la section d’injection,
2
---------------------- Page: 8 ----------------------
Q ISO
ISO 9555-l :1994(F)
4.3 Unités de mesure
Grandeur
Symbole
Les unités de mesure utilisées dans la présente partie
E Coefficient de mélange transversal
de I’ISO 9555 sont celles du Système International
Réponse d’un instrument
G
.
61)
Accélération due a la pesanteur
g
Distance (longueur) de mélange
L
5 Principe des différentes méthodes de
Masse
dilution
M m
m Nombre de points d’échantillonnage
Le principe de base des méthodes de dilution est
n Nombre d’échantillons ou de points
l’injection d’un traceur convenablement choisi dans
Débit du cours d’eau
Q
l’écoulement. À l’aval du point d’injection, lorsque la
?
Débit estime du cours d’eau dispersion verticale et latérale dans tout l’écoulement
Q
est effectuée, la mesure de la dilution du traceur per-
Débit d’injection
met de calculer le débit.
Rayon hydraulique moyen
Pente de la ligne d’énergie Si ce traceur ou une substance possédant les mêmes
caractéristiques d’analyse existe dans l’écoulement
Durée du palier de concentration
avant l’injection, l’accroissement de la concentration
Durée de l’injection
en traceur du à l’injection est appelé «concentration
Temps de passage du nuage de traceur
en traceur ajouté». Les méthodes exposées dans la
dans la section d’échantillonnage
présente partie de I’ISO 9555 permettent de calculer
Temps écoulé depuis le début de I’injec-
le débit de l’écoulement, sans tenir compte de la
tion
concentration en traceur préexistante, analogue à un
Instant d’arrivée de la première molécule bruit de fond, pourvu que celle-ci puisse être consi-
ta
de traceur dans une section d’échantillon-
dérée comme constante durant le mesurage.
nage donnée
Temps de passage moyen du traceur
t+
5.1 Méthode d’injection à débit constant
V Volume de la solution injectée
Une solution de concentration cl d’un traceur conve-
v Vitesse moyenne
nablement choisi est injectée à débit constant 4 dans
V+ Vitesse de frottement égale a (g@)1’2
une section située à l’entrée du bief de mesurage du
Degré de mélange
x
chenal où le débit Q reste constant pendant toute la
durée du mesurage.
Niveau de précision de l’analyse
E
8 Température la plus basse atteinte pen-
Dans une seconde section située à l’aval de ce bief,
dant le mesurage
suffisamment éloignée de la première pour que la
solution injectée y soit uniformément mélangée sur la
largeur du chenal, la concentration est mesurée pen-
dant un temps suffisant et en un nombre de points
4.2 Indices
suffisant, pour permettre de vérifier d’une part qu’un
bon mélange est obtenu, et d’autre part que la
C Concentration
concentration en traceur ajouté c2 atteint une valeur
z Exposant
constante. Dans ces conditions, si tout le traceur in-
I I
jecté passe dans la section d’échantillonnage, le débit
du traceur au point d’injection est égal à celui qui tra-
NOTES
verse la section d’échantillonnage:
1 Une moyenne est indiquée par un trait (-) et une
VI = (Q + q)c2
moyenne de valeurs moyennes par un double trait (=) au-
dessus du symbole.
d’où
2 Par commodité d’usage, dans la présente partie de
1’60 9555, certains symboles et leur définition ne corres-
Qzqv
* . .
(1)
pondent pas avec ceux définis dans I’ISO 772.
---------------------- Page: 9 ----------------------
0 ISO
ISO 9555~1:1994( F)
En général, cl est beaucoup plus grand que c2 ce qui
soit la même en chaque point de la section d’échan-
conduit à simplifier l’équation (1) comme suit: tillonnage. Cette condition est satisfaite si, et seu-
lement si, la solution injectée est bien mélangée à
l’eau du chenal.
. . .
Q=4% (2)
En pratique, la présence de traceur n’est plus déce-
Le débit Q peut donc être déterminé par comparaison
lable en tout point de la section d’échantillonnage
de la concentration de la solution injectée à celle dé-
après un certain temps (ta + TP). La valeur TP est ap-
terminée dans la section d’échantillonnage du chenal.
pelée ((temps de passage du nuage de traceur dans
la section d’échantillonnage».
5.2 Méthode par intégration
Soit
Un volume, V, d’une solution de concentration cl, d’un
ta + TP
traceur convenablement choisi, est injecté pendant
1
=-
ë2 C2 (6 dt
une courte durée dans une section située à l’entrée
I
TP t a
du bief de mesure du chenal où le débit Q reste
constant pendant toute la durée du mesurage.
La condition pratique de bon mélange est que c2 soit
identique en tout point de la section, d’où
Dans une seconde section située à l’aval de ce bief,
suffisamment éloignée de la première pour que la
VCl
=-
. . .
Q (4)
solution injectée y soit uniformément mélangée sur
qc2
toute la largeur du chenal, la concentration en traceur
ajouté c2 est déterminée pendant un temps suffisam-
est le débit moyen de traceur ajouté dans la
V/Tp
ment long pour être sûr que tout le traceur est passé
section d’échantillonnage et il peut donc être rappro-
dans la seconde section.
ché du débit d’injection 4 défini en 5.1.
traceur njecté passe dans la section
Si tout le
tillon n peut écrire l’équation su ivante:
d’échan nage, 0
6 Caractéristiques communes aux deux
méthodes
M = vc, = Qjms(r)dt . . .
(3)
ta
6.1 Formule générale de calcul du débit
Les relations (2) et (4) peuvent être écrites sous la
A4 est la masse du traceur injecté;
forme générale:
V est le volume de la solution injectée;
Q = kD . . .
(5)
est la concentration en traceur dans la so-
Cl
Dans le mesurage par débit constant, D est le facteur
lution injectée;
de dilution (= cl/c2) et k = 4.
est le débit-volume du cours d’eau;
Q
Dans le mesurage par intégration, D = cl/C2 et
c2(t) est la concentration en traceur ajouté au k = V/Tp.
point fixe d’échantillonnage pendant I’in-
Le facteur de dilution, D, qui est le concept fonda-
tervalle de temps dt;
mental de la méthode par dilution, est déterminé par
t est le temps écoulé en prenant comme analyse comparée d’échantillons de la solution injec-
origine l’instant du debut de l’injection; tée et d’échantillons prélevés dans la section
d’échantillonnage.
est le temps de l’arrivée de la premier-e
molécule de traceur dans la section Cette détermination, bien que certains aspects soient
d’échantillonnage. spécifiques du traceur et de la méthode d’analyse qui
lui est associée, repose sur quelques principes géné-
Cette équation implique que la valeur de l’intégrale
raux exposés ci-après. Les details des méthodes
spécifiques de détermination pour les traceurs usuels
sont donnés dans I’ISO 9555-2, NS0 9555-3 et
I’ISO 9555-4.
---------------------- Page: 10 ----------------------
Q ISO
ISO 9555~1:1994( F)
minimise les effets des erreurs systématiques lors de
6.2 Détermination séparée des
la détermination.
concentrations de traceur dans le chenal et
dans la solution d‘injection
6.3.1 Principe
La pratique des mesurages par méthode de dilution
montre que dans la quasi-totalité des cas, la recherche La méthode consiste, après avoir déterminé à l’aide
de l’efficacité et de la commodité maximales conduit de la formule (5), l’ordre de grandeur D' de D (à partir
à diminuer les quantités totales injectées. En consé- des conditions de l’essai et de l’estimation Q’, même
grossière du débit Q à mesurer), à réaliser une série
quence le facteur de dilution, D, atteint des valeurs
de dilutions étalons d’un échantillon de la solution in-
élevées, de l’ordre de 1 O3 à lO*.
jectée, présentant des facteurs de dilution D',, D',, . . . .
Tous les procédés d’analyse (quels que soient le tra-
D', connus encadrant la valeur estimée D'.
ceur, l’appareillage et le mode d’analyse choisis) re-
posent sur l’existence d’une relation physique entre L’analyseur est alors utilisé en comparateur pour dé-
la concentration en traceur et une grandeur mesurable terminer la valeur du facteur de dilution D. Les quali-
G = G(C) dont l’analyseur fournit la valeur Gi corres- tés essentielles de l’appareil sont donc la sensibilité
pondant à ci. L’expérience montre la difficulté, sinon et la stabilité. Cette dernier-e n’est nécessaire que
l’impossibilité d’obtenir commodément des précisions durant l’analyse des échantillons correspondant à un
comparables pour des mesures indépendantes de mesurage de débit.
concentrations variant dans le rapport D, avec le
L’expérience montre que le rapport D'/D s’écarte ra-
même appareil ou le même mode d’analyse.
rement de l’intervalle 0,5 à 2. On peut donc utiliser
l’analyseur au voisinage de sa plage optimale de sen-
6.2.1 Détermination directe de cl et C,
sibilité et de précision.
Les procédés de détermination directe de cl et ë2 ne
Soit G’,, G’,, . . . . G’, les réponses de l’analyseur pour
sont pas recommandés et ne figurent donc pas dans
les facteurs de dilutions étalons D',, D',, . . . . D',. Soit
la présente partie de I’ISO 9555.
G, les réponses de l’analyseur pour les
G,, G2, . .t
échantillons-riviere correspondant aux dilutions incon-
6.2.2 Détermination indirecte de cl et directe de
nues Dl, D,, . . . . D,.
C2
II faut alors faire correspondre aux réponses Gi les di-
Lorsque le procédé d’analyse implique une loi de ré-
lutions Di en utilisant la relation liant D' à G’ fixée par
ponse de l’analyseur en fonction de la concentration
l’analyseur.
qui est linéaire dans l’intervalle (de 0 à la valeur
usuelle de c,), le procédé suivant de détermination
Cette correspondance est établie soit à l’aide d’un
indirecte de cl peut être utilisé: diluer la solution de
graphique, soit en utilisant un ajustement mathéma-
concentration cl d’un facteur D' voisin de D pour ra-
tique.
mener les concentrations cil = C~/D’ et c2 au même
ordre de grandeur. Ceci permet d’utiliser le même
La loi de réponse des appareils d’analyse est en gé-
mode de détermination de cil et c2 avec des préci- néral linéaire en fonction de la concentration; il est
sions comparables. À cet effet, un échantillon de la donc plus logique d’utiliser la notion de concentration
solution d’injection est dilué par des méthodes gra- relative c’,i = 1 /D'im
vimétriques (balance de précision) ou volumétriques
La représentation graphique de cette loi G’ = G’(c’,)
(fioles, pipettes étalonnées ou microburettes), de
permet aisément de contrôler sa linéarité et la préci-
préférence avec de l’eau prise dans l’écoulement en
sion de la réalisation des dilutions étalons.
amont de la section d’injection ou avant les essais.
Cette détermination est une variante simplifiée du
6.3.2 Application au mesurage par la méthode
procédé décrit en 6.3.
d’injection à débit constant
6.3 Détermination directe du facteur de
Lorsque le mesurage se déroule dans de bonnes
conditions, la dispersion des Gi autour de leur
dilution
moyenne G est faible et il suffit d’un nombre réduit
La méthode des dilutions comparées ou ((dilutions de dilutions étalons pour définir la loi de réponse de
étalons)) est particuliérement recommandée car elle
l’analyseur dans la plage utile (072 à 20').
---------------------- Page: 11 ----------------------
0 ISO
ISO 9555-l : 1994(F)
6.3.3 Application au mesurage par la méthode
Deux méthodes sont utilisables pour obtenir ces
par intégration gammes: la méthode volumétrique et la méthode
gravimétrique.
Selon le mode d’échantillonnage retenu (voir 10.4.2),
le problème se pose différemment. Dans le cas d’un
6.3.4.2 Méthode volumétrique
échantillon moyen (voir 10.4.2.3) ou de plusieurs
échantillons moyens (voir 10.4.2.4), on retrouve des
Cette méthode utilise de la verrerie étalonnée de
conditions peu différentes de celles de la méthode précision
(c’est-à-dire les pipettes, ballons et
d’injection à débit constant. microburettes) pour réaliser par opérations succes-
sives de dilution, la série des étalons recherchée. Les
Dans le cas d’échantillons discrets (voir 10.4.2.2) ou
précautions essentielles pour obtenir par
...
NORME
ISO
INTERNATIONALE.
9555-1
Première édition
1994-08-I 5
Mesure de débit des liquides dans les
canaux découverts - Méthodes de
dilution en régime permanent utilisant des
traceurs -
Partie 1:
Généralités
Measurement of liquid flow in open channels - Tracer dilution methods
for the measurement of steady flow -
Part 1: General
Numéro de référence
ISO 9555-l :1994(F)
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 9555~1:1994( F)
Sommaire
Page
1 Domaine d’application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1
2 Référence normative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 Définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
4 Symboles, indices et unites de mesure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .*. 2
4.1 Symboles
4.2 Indices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
. . . . . . . .I.,.,,,., 3
4.3 Unites de mesure
5 Principe des différentes méthodes de dilution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
5.1 Méthode d’injection a débit constant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
4
5.2 Méthode par intégration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6 Caractéristiques communes aux deux methodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
6.1 Formule générale de calcul du debit
6.2 Détermination séparée des concentrations de traceur dans I e chenal
et dans la solution d’injection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
. . . . . . . . . . . . . . . . . 5
6.3 Détermination directe du facteur de dilution
8
6.4 Influence du bruit de fond - Clarification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.5 Precision et limites de la méthode de dilution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
7 Choix d’un traceur
9
7.1 Caractéristiques exigées d’un traceur de mesure . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .*. 10
7.2 Criteres de comparaison
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
8 Choix du bief de mesurage
8.1 Considerations générales sur le choix d’un emplacement . . 10
8.2 Essais et calculs préliminaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
9 Mode opératoire pour la méthode d’injection à débit constant 17
17
9.1 Préparation de la solution d’injection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
0 ISO 1994
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publi-
cation ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun pro-
cédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord
ecrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case Postale 56 l CH-l 211 Genève 20 •~ Suisse
Imprimé en Suisse
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
0 ISO SO 9555-l :1994(F)
17
9.2 Injection de la solution .
18
9.3 Mesure du débit d’injection .
9.4 Échantillonnage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .‘. 18
22
10 Mode opératoire pour la méthode par injection instantanee
22
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.1 Préparation de la solution d’injection
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
10.2 Determination du volume injecte
..,..........................,.....,................... 22
10.3 Injection de la solution
22
10.4 Échantillonnage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 29
11 Comparaison entre les deux méthodes de dilution
29
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11 .l Généralites
29
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.2 Injection du traceur
29
11.3 Échantillonnage et analyse des résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12 Estimation des incertitudes
29
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12.1 Généralités
. . . . . . . . . 29
12.2 Incertitudes dues aux différentes sources d’erreurs
30
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12.3 Sources d’erreurs systématiques
31
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12.4 Estimation de l’incertitude systématique
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
12.5 Calcul des incertitudes aléatoires
33
12.6 Calcul de l’incertitude totale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
12.7 Exemples réels de calcul d’incertitudes
Annexes
39
A Réalisation des dilutions étalons a l’aide de pipettes et ballons
B Réalisation des gammes de dilutions étalons avec une burette a vis
41
,,.,.,.,.,.,.
micrométrique
C Analyse de variante considérée comme test de
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
non-indépendance
45
D Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 9555-1:1994(F) 0 ISO
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 a cet effet. Les
organisations internationales, gouvernementales et non gouvernemen-
tales, en liaison avec NS0 participent également aux travaux. L’ISO colla-
bore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI)
en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques
sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication comme
Normes internationales requiert l’approbation de 75 % au moins des co-
mités membres votants.
La Norme internationale ISO 9555-l a été élaborée par le comité techni-
que lSO/TC 113, Déterminations hydrométriques, sous-comité SC 4,
Méthodes de dilution.
L’ISO 9555 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre gé-
néral Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts - Mé-
thodes de dilution en régime permanent utilisant des traceurs:
- Partie 1: Généralités
- Partie 2: Traceurs radioactifs
- Partie 3: Traceurs chimiques
- Partie 4: Traceurs fluorescents
Les annexes A, B et C font partie intégrante de la présente partie de I’ISO
9555. L’annexe D est donnée uniquement à titre d’information.
---------------------- Page: 4 ----------------------
0 ISO
ISO 9555-l :1994(F)
Introduction
L’ancienne série de normes ISO 555 était subdivisée en fonction de la
méthode utilisée in situ, c’est-a-dire la méthode d’injection a débit
constant et la méthode par intégration (injection instantanée). Étant donné
que le choix du traceur à utiliser in situ dépend souvent de la compétence
de l’utilisateur et de l’équipement de laboratoire disponible, la nouvelle
série de normes ISO 9555 est divisée en fonction du type de traceur uti-
lisé. Ainsi, une telle division s’avérera plus pratique pour l’utilisateur et
permettra d’éviter les répétitions inutiles dans le texte des différentes
parties.
L’ISO 9555 traite du mesurage de débits dans les canaux découverts, en
régime permanent, par les méthodes de dilution utilisant des traceurs.
Toutefois, ces méthodes peuvent être étendues au mesurage de débits
variant lentement. Ces méthodes ne s’appliquent que lorsque les condi-
tions d’écoulement assurent un mélange convenable de la solution injec-
tée a l’ensemble de l’écoulement.
Pour le mesurage de débits trés importants, toute méthode utilisant des
traceurs peut être onéreuse en termes de coût de traceur et de durée de
mesurage. Néanmoins, l’utilisation des traceurs minimise souvent les
dangers pour le personnel pendant les fortes crues.
L’ISO 9555-l présente les principes généraux des méthodes par injection
a débit constant et par intégration (injection instantanée). L’ISO 9555-2,
I’ISO 9555-3 et I’ISO 9555-4 traitent des aspects spécifiques de l’usage
des traceurs radioactifs, chimiques et fluorescents, respectivement, ainsi
que des procédés spécifiques d’analyse.
Ce plan a été retenu pour les raisons suivantes:
- faciliter les opérations ultérieures de mise a jour, les compléments ou
révisions qui ne devraient concerner que I’ISO 9555-2, I’ISO 9555-3 ou
I’ISO 9555-4;
- rendre le document plus pratique pour l’utilisateur qui est souvent
conduit à choisir le traceur le plus approprié à l’équipement d’analyse
disponible.
---------------------- Page: 5 ----------------------
Page blanche
---------------------- Page: 6 ----------------------
NORME INTERNATIONALE 0 ISO
ISO 9555-l :1994(F)
Mesure de débit des liquides dans les canaux
découverts - Méthodes de dilution en régime
permanent utilisant des traceurs -
Partie 1:
Généralités
cher la possibilité d’appliquer l’édition la plus récente
1 Domaine d’application
de la norme indiquée ci-après. Les membres de la CEI
et de I’ISO possèdent le registre des Normes inter-
La présente partie de I’ISO 9555 traite des principes
nationales en vigueur a un moment donné.
généraux concernant les méthodes par injection a
débit constant et par intégration (injection instanta-
ISO 772:1988, Mesure de débit des liquides dans les
née). Elle prescrit le choix d’un traceur et des princi-
canaux découverts - Vocabulaire et symboles.
pes d’injection, d’échantillonnage et d’analyse
valables pour tous les types de traceurs.
3 Définitions
II est important de souligner que les traceurs utilisés
et leurs concentrations doivent être compatibles avec
Pour les besoins de la présente partie de I’ISO 9555,
la législation propre a chaque pays, concernant les
les définitions données dans I’ISO 772 et les défini-
déversements, occasionnels et de courte durée, de
tions suivantes s’appliquent.
substances étrangères dans les eaux naturelles. II
sera donc tenu compte des influences éventuelles, a
3.1 traceur: Ion, composé ou radionucléide, intro-
court et a long terme, sur la flore et la faune, tant na-
duit dans l’écoulement pour y suivre le comportement
turelles que domestiques. En l’absence de législation
d’un élément du fluide. II est nécessaire que le tra-
propre, le guide de l’Organisation mondiale de la santé
ceur, qui peut être observé, se comporte exactement
(OMS) pour l’eau de boisson pourrait être utilisé,
de la même façon que l’élément que l’on veut suivre
compte tenu du caractére momentané du mesurage
et qui ne peut pas être observé facilement.
et de l’usage de l’eau ayant reçu le traceur.
3.2 méthode de dilution: Méthode selon laquelle
le débit est déduit de la détermination du rapport de
2 Référence normative
la concentration du traceur injecté a celle du même
traceur dans la section d’échantillonnage (voir 3.9).
La norme suivante contient des dispositions qui, par
suite de la référence qui en est faite, constituent des 3.3 méthode par injection à débit constant: Mé-
dispositions valables pour la présente partie de I’ISO thode de mesurage du débit selon laquelle un traceur
9555. Au moment de la publication, l’édition indiquée est injecté à débit constant et connu dans une section
était en vigueur. Toute norme est sujette a révision et sa dilution est mesurée dans une autre section, a
et les parties prenantes des accords fondés sur la l’aval, lorsque le mélange complet et un l palier de
présente partie de I’ISO 9555 sont invitées a recher- concentration ont été obtenus.
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 9555-I : 1994(F) 0 ISO
3.4 méthode par injection instantanée; méthode
dans laquelle les échantillons sont prélevés ou la
par intégration: Methode de mesurage du debit se-
concentration directement mesurée.
lon laquelle un volume connu de traceur est injecte
rapidement dans une section et sa dilution est mesu- 3.11 bief: Partie d’un cours d’eau située entre deux
rée dans une autre section, a l’aval, lorsque le mé- sections transversales.
lange complet a été obtenu, pendant une période
suffisante pour que tout le traceur soit passe dans 3.12 degré de mélange: Mesure de la qualité du
cette section pour déterminer la dilution moyenne de mélange effectué par le cours d’eau dans une section
à l’aval du point d’injection du traceur, variant de
traceur pendant cette période.
presque zéro dans une section située immédiatement
à l’aval du point d’injection, à 100 % dans la section
3.5 injection multiple: Injection simultanée de tra-
où le traceur est parfaitement mélangé dans toute la
ceur en plusieurs points de la section d’injection, dans
section.
le but de faciliter le mélange transversal dans le bief
de mesurage.
3.13 longueur [distance] de mélange: Distance,
mesurée dans l’axe de l’écoulement, entre la section
3.6 vase à niveau constant: Équipement destiné a
d’injection et la section, à l’aval, où le degré de mé-
l’injection de la solution concentrée de traceur avec
lange désiré est obtenu. La longueur de mélange
un débit constant. Un déversoir maintient une charge
n’est pas une valeur fixe; elle varie avec le degré de
constante au-dessus d’un orifice ou d’un diaphragme.
mélange admis. Plus celui-ci est grand, plus la lon-
gueur de mélange est grande. Le degré de mélange
3.7 vase de Mariotte: Équipement destiné a I’in-
admis est qualifié dans le texte de la présente partie
jection de la solution concentrée de traceur avec un
de I’ISO 9555 de ((bon mélange».
débit constant. Le débit d’injection constant est ob-
tenu grâce à l’étanchéité à l’air du vase muni d’un
diaphragme ou d’un ajutage à la base. L’air ne peut
4 Symboles, indices et unités de mesure
entrer dans le vase que par un tube dont l’extrémité
inférieure (à la pression atmosphérique) est réglée à
4.1 Symboles
une hauteur déterminée au-dessus de l’orifice calibré.
La charge au-dessus de celui-ci est constante et le
Les symboles et indices utilisés dans la présente
débit reste donc constant, quel que soit le niveau de
partie de I’ISO 9555 sont donnés ci-dessous. D’autres
la solution dans le vase.
symboles, utilisés ponctuellement, ne sont pas repris
mais sont définis dans le paragraphe où ils apparais-
3.8 siphon à flotteur: Équipement destiné à I’injec-
sent.
tion de la solution concentrée de traceur avec un débit
constant. La solution est extraite d’un réservoir au
moyen d’un siphon fixé sur un flotteur. L’extrémité
Symbole Grandeur
inférieure du siphon est munie d’un diaphragme ou
b Largeur moyenne de la section mouillée
d’un ajutage. La charge sur cet orifice est constante
entre les sections d’injection et d’échan-
et le débit reste donc constant, quel que soit le niveau
tillonnage
de la solution dans le réservoir.
Concentration préexistante en traceur
CO
3.9 rapport de dilution; facteur de dilution Concentration en traceur de la solution
Cl
d’injection
(1) Pour la méthode par injection à débit constant,
Concentration en traceur ajouté
C2
rapport entre la concentration de la solution de traceur
Concentration de la solution d’injection
C'l
injectée et la concentration en traceur ajouté, détec-
aprés dilution (c', = C~/D')
tée dans la section d’échantillonnage lorsque le palier
t
Concentration relative correspondant au
c ri
de concentration a été atteint.
facteur de dilution étalon D'i
D Facteur de dilution
(2) Pour la méthode par injection instantanée, rap-
port entre la concentration de la solution de traceur D' Facteur de dilution estimé
injectée et la moyenne, durant la période d’échan-
D'i Facteur de dilution étalon
tillonnage, de la concentration en traceur injecté de-
d Profondeur moyenne de la section
tectée dans la section d’échantillonnage.
mouillée entre les sections d’injection et
d’échantillonnage
3.10 section d’khantillonnage: Section transver-
sale d’un cours d’eau, à l’aval de la section d’injection,
2
---------------------- Page: 8 ----------------------
Q ISO
ISO 9555-l :1994(F)
4.3 Unités de mesure
Grandeur
Symbole
Les unités de mesure utilisées dans la présente partie
E Coefficient de mélange transversal
de I’ISO 9555 sont celles du Système International
Réponse d’un instrument
G
.
61)
Accélération due a la pesanteur
g
Distance (longueur) de mélange
L
5 Principe des différentes méthodes de
Masse
dilution
M m
m Nombre de points d’échantillonnage
Le principe de base des méthodes de dilution est
n Nombre d’échantillons ou de points
l’injection d’un traceur convenablement choisi dans
Débit du cours d’eau
Q
l’écoulement. À l’aval du point d’injection, lorsque la
?
Débit estime du cours d’eau dispersion verticale et latérale dans tout l’écoulement
Q
est effectuée, la mesure de la dilution du traceur per-
Débit d’injection
met de calculer le débit.
Rayon hydraulique moyen
Pente de la ligne d’énergie Si ce traceur ou une substance possédant les mêmes
caractéristiques d’analyse existe dans l’écoulement
Durée du palier de concentration
avant l’injection, l’accroissement de la concentration
Durée de l’injection
en traceur du à l’injection est appelé «concentration
Temps de passage du nuage de traceur
en traceur ajouté». Les méthodes exposées dans la
dans la section d’échantillonnage
présente partie de I’ISO 9555 permettent de calculer
Temps écoulé depuis le début de I’injec-
le débit de l’écoulement, sans tenir compte de la
tion
concentration en traceur préexistante, analogue à un
Instant d’arrivée de la première molécule bruit de fond, pourvu que celle-ci puisse être consi-
ta
de traceur dans une section d’échantillon-
dérée comme constante durant le mesurage.
nage donnée
Temps de passage moyen du traceur
t+
5.1 Méthode d’injection à débit constant
V Volume de la solution injectée
Une solution de concentration cl d’un traceur conve-
v Vitesse moyenne
nablement choisi est injectée à débit constant 4 dans
V+ Vitesse de frottement égale a (g@)1’2
une section située à l’entrée du bief de mesurage du
Degré de mélange
x
chenal où le débit Q reste constant pendant toute la
durée du mesurage.
Niveau de précision de l’analyse
E
8 Température la plus basse atteinte pen-
Dans une seconde section située à l’aval de ce bief,
dant le mesurage
suffisamment éloignée de la première pour que la
solution injectée y soit uniformément mélangée sur la
largeur du chenal, la concentration est mesurée pen-
dant un temps suffisant et en un nombre de points
4.2 Indices
suffisant, pour permettre de vérifier d’une part qu’un
bon mélange est obtenu, et d’autre part que la
C Concentration
concentration en traceur ajouté c2 atteint une valeur
z Exposant
constante. Dans ces conditions, si tout le traceur in-
I I
jecté passe dans la section d’échantillonnage, le débit
du traceur au point d’injection est égal à celui qui tra-
NOTES
verse la section d’échantillonnage:
1 Une moyenne est indiquée par un trait (-) et une
VI = (Q + q)c2
moyenne de valeurs moyennes par un double trait (=) au-
dessus du symbole.
d’où
2 Par commodité d’usage, dans la présente partie de
1’60 9555, certains symboles et leur définition ne corres-
Qzqv
* . .
(1)
pondent pas avec ceux définis dans I’ISO 772.
---------------------- Page: 9 ----------------------
0 ISO
ISO 9555~1:1994( F)
En général, cl est beaucoup plus grand que c2 ce qui
soit la même en chaque point de la section d’échan-
conduit à simplifier l’équation (1) comme suit: tillonnage. Cette condition est satisfaite si, et seu-
lement si, la solution injectée est bien mélangée à
l’eau du chenal.
. . .
Q=4% (2)
En pratique, la présence de traceur n’est plus déce-
Le débit Q peut donc être déterminé par comparaison
lable en tout point de la section d’échantillonnage
de la concentration de la solution injectée à celle dé-
après un certain temps (ta + TP). La valeur TP est ap-
terminée dans la section d’échantillonnage du chenal.
pelée ((temps de passage du nuage de traceur dans
la section d’échantillonnage».
5.2 Méthode par intégration
Soit
Un volume, V, d’une solution de concentration cl, d’un
ta + TP
traceur convenablement choisi, est injecté pendant
1
=-
ë2 C2 (6 dt
une courte durée dans une section située à l’entrée
I
TP t a
du bief de mesure du chenal où le débit Q reste
constant pendant toute la durée du mesurage.
La condition pratique de bon mélange est que c2 soit
identique en tout point de la section, d’où
Dans une seconde section située à l’aval de ce bief,
suffisamment éloignée de la première pour que la
VCl
=-
. . .
Q (4)
solution injectée y soit uniformément mélangée sur
qc2
toute la largeur du chenal, la concentration en traceur
ajouté c2 est déterminée pendant un temps suffisam-
est le débit moyen de traceur ajouté dans la
V/Tp
ment long pour être sûr que tout le traceur est passé
section d’échantillonnage et il peut donc être rappro-
dans la seconde section.
ché du débit d’injection 4 défini en 5.1.
traceur njecté passe dans la section
Si tout le
tillon n peut écrire l’équation su ivante:
d’échan nage, 0
6 Caractéristiques communes aux deux
méthodes
M = vc, = Qjms(r)dt . . .
(3)
ta
6.1 Formule générale de calcul du débit
Les relations (2) et (4) peuvent être écrites sous la
A4 est la masse du traceur injecté;
forme générale:
V est le volume de la solution injectée;
Q = kD . . .
(5)
est la concentration en traceur dans la so-
Cl
Dans le mesurage par débit constant, D est le facteur
lution injectée;
de dilution (= cl/c2) et k = 4.
est le débit-volume du cours d’eau;
Q
Dans le mesurage par intégration, D = cl/C2 et
c2(t) est la concentration en traceur ajouté au k = V/Tp.
point fixe d’échantillonnage pendant I’in-
Le facteur de dilution, D, qui est le concept fonda-
tervalle de temps dt;
mental de la méthode par dilution, est déterminé par
t est le temps écoulé en prenant comme analyse comparée d’échantillons de la solution injec-
origine l’instant du debut de l’injection; tée et d’échantillons prélevés dans la section
d’échantillonnage.
est le temps de l’arrivée de la premier-e
molécule de traceur dans la section Cette détermination, bien que certains aspects soient
d’échantillonnage. spécifiques du traceur et de la méthode d’analyse qui
lui est associée, repose sur quelques principes géné-
Cette équation implique que la valeur de l’intégrale
raux exposés ci-après. Les details des méthodes
spécifiques de détermination pour les traceurs usuels
sont donnés dans I’ISO 9555-2, NS0 9555-3 et
I’ISO 9555-4.
---------------------- Page: 10 ----------------------
Q ISO
ISO 9555~1:1994( F)
minimise les effets des erreurs systématiques lors de
6.2 Détermination séparée des
la détermination.
concentrations de traceur dans le chenal et
dans la solution d‘injection
6.3.1 Principe
La pratique des mesurages par méthode de dilution
montre que dans la quasi-totalité des cas, la recherche La méthode consiste, après avoir déterminé à l’aide
de l’efficacité et de la commodité maximales conduit de la formule (5), l’ordre de grandeur D' de D (à partir
à diminuer les quantités totales injectées. En consé- des conditions de l’essai et de l’estimation Q’, même
grossière du débit Q à mesurer), à réaliser une série
quence le facteur de dilution, D, atteint des valeurs
de dilutions étalons d’un échantillon de la solution in-
élevées, de l’ordre de 1 O3 à lO*.
jectée, présentant des facteurs de dilution D',, D',, . . . .
Tous les procédés d’analyse (quels que soient le tra-
D', connus encadrant la valeur estimée D'.
ceur, l’appareillage et le mode d’analyse choisis) re-
posent sur l’existence d’une relation physique entre L’analyseur est alors utilisé en comparateur pour dé-
la concentration en traceur et une grandeur mesurable terminer la valeur du facteur de dilution D. Les quali-
G = G(C) dont l’analyseur fournit la valeur Gi corres- tés essentielles de l’appareil sont donc la sensibilité
pondant à ci. L’expérience montre la difficulté, sinon et la stabilité. Cette dernier-e n’est nécessaire que
l’impossibilité d’obtenir commodément des précisions durant l’analyse des échantillons correspondant à un
comparables pour des mesures indépendantes de mesurage de débit.
concentrations variant dans le rapport D, avec le
L’expérience montre que le rapport D'/D s’écarte ra-
même appareil ou le même mode d’analyse.
rement de l’intervalle 0,5 à 2. On peut donc utiliser
l’analyseur au voisinage de sa plage optimale de sen-
6.2.1 Détermination directe de cl et C,
sibilité et de précision.
Les procédés de détermination directe de cl et ë2 ne
Soit G’,, G’,, . . . . G’, les réponses de l’analyseur pour
sont pas recommandés et ne figurent donc pas dans
les facteurs de dilutions étalons D',, D',, . . . . D',. Soit
la présente partie de I’ISO 9555.
G, les réponses de l’analyseur pour les
G,, G2, . .t
échantillons-riviere correspondant aux dilutions incon-
6.2.2 Détermination indirecte de cl et directe de
nues Dl, D,, . . . . D,.
C2
II faut alors faire correspondre aux réponses Gi les di-
Lorsque le procédé d’analyse implique une loi de ré-
lutions Di en utilisant la relation liant D' à G’ fixée par
ponse de l’analyseur en fonction de la concentration
l’analyseur.
qui est linéaire dans l’intervalle (de 0 à la valeur
usuelle de c,), le procédé suivant de détermination
Cette correspondance est établie soit à l’aide d’un
indirecte de cl peut être utilisé: diluer la solution de
graphique, soit en utilisant un ajustement mathéma-
concentration cl d’un facteur D' voisin de D pour ra-
tique.
mener les concentrations cil = C~/D’ et c2 au même
ordre de grandeur. Ceci permet d’utiliser le même
La loi de réponse des appareils d’analyse est en gé-
mode de détermination de cil et c2 avec des préci- néral linéaire en fonction de la concentration; il est
sions comparables. À cet effet, un échantillon de la donc plus logique d’utiliser la notion de concentration
solution d’injection est dilué par des méthodes gra- relative c’,i = 1 /D'im
vimétriques (balance de précision) ou volumétriques
La représentation graphique de cette loi G’ = G’(c’,)
(fioles, pipettes étalonnées ou microburettes), de
permet aisément de contrôler sa linéarité et la préci-
préférence avec de l’eau prise dans l’écoulement en
sion de la réalisation des dilutions étalons.
amont de la section d’injection ou avant les essais.
Cette détermination est une variante simplifiée du
6.3.2 Application au mesurage par la méthode
procédé décrit en 6.3.
d’injection à débit constant
6.3 Détermination directe du facteur de
Lorsque le mesurage se déroule dans de bonnes
conditions, la dispersion des Gi autour de leur
dilution
moyenne G est faible et il suffit d’un nombre réduit
La méthode des dilutions comparées ou ((dilutions de dilutions étalons pour définir la loi de réponse de
étalons)) est particuliérement recommandée car elle
l’analyseur dans la plage utile (072 à 20').
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0 ISO
ISO 9555-l : 1994(F)
6.3.3 Application au mesurage par la méthode
Deux méthodes sont utilisables pour obtenir ces
par intégration gammes: la méthode volumétrique et la méthode
gravimétrique.
Selon le mode d’échantillonnage retenu (voir 10.4.2),
le problème se pose différemment. Dans le cas d’un
6.3.4.2 Méthode volumétrique
échantillon moyen (voir 10.4.2.3) ou de plusieurs
échantillons moyens (voir 10.4.2.4), on retrouve des
Cette méthode utilise de la verrerie étalonnée de
conditions peu différentes de celles de la méthode précision
(c’est-à-dire les pipettes, ballons et
d’injection à débit constant. microburettes) pour réaliser par opérations succes-
sives de dilution, la série des étalons recherchée. Les
Dans le cas d’échantillons discrets (voir 10.4.2.2) ou
précautions essentielles pour obtenir par
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.