SIST ISO 1438:2018
Hydrometry - Open channel flow measurement using thin-plate weirs
Hydrometry - Open channel flow measurement using thin-plate weirs
ISO 1438:2017 defines the requirements for the use of rectangular and triangular (V-notch) thin-plate weirs for the measurement of flow of clear water in open channels under free flow conditions. It includes the requirements for the use of full-width rectangular thin-plate weirs in submerged (drowned) flow conditions.
Hydrométrie - Mesure de débit dans les canaux découverts au moyen de déversoirs à paroi mince
Le présent document définit les exigences d'utilisation de déversoirs en mince paroi à échancrures rectangulaires et triangulaires pour le mesurage du débit d'eau claire dans des canaux à écoulement à surface libre pleinement aéré. Il comprend les exigences d'utilisation de déversoirs en mince paroi rectangulaires sans contraction latérale en conditions d'écoulement noyé.
Hidrometrija - Meritev pretoka odprtega kanala z uporabo jezov iz tanke plošče
Ta dokument določa zahteve za uporabo jezov iz pravokotne in trikotne (V-zareza) tanke plošče
za meritev pretoka čiste vode v odprtih kanalih v pogojih prostega pretoka. Vključuje zahteve za uporabo jezov iz široke pravokotne tanke plošče v pogojih potopljenega preliva.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
SLOVENSKI STANDARD
01-junij-2018
1DGRPHãþD
SIST ISO 1438:2015
SIST ISO 1438:2015/Cor 1:2015
+LGURPHWULMD0HULWHYSUHWRNDRGSUWHJDNDQDOD]XSRUDERMH]RYL]WDQNHSORãþH
Hydrometry - Open channel flow measurement using thin-plate weirs
Hydrométrie - Mesure de débit dans les canaux découverts au moyen de déversoirs à
paroi mince
Ta slovenski standard je istoveten z: ISO 1438:2017
ICS:
17.120.20 Pretok v odprtih kanalih Flow in open channels
2003-01.Slovenski inštitut za standardizacijo. Razmnoževanje celote ali delov tega standarda ni dovoljeno.
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 1438
Third edition
2017-04
Hydrometry — Open channel flow
measurement using thin-plate weirs
Hydrométrie — Mesure de débit dans les canaux découverts au moyen
de déversoirs à paroi mince
Reference number
©
ISO 2017
© ISO 2017, Published in Switzerland
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ii © ISO 2017 – All rights reserved
Contents Page
Foreword .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols and abbreviated terms . 1
5 Principle . 2
6 Installation . 2
6.1 General . 2
6.2 Selection of site . 2
6.3 Installation conditions. 2
6.3.1 General. 2
6.3.2 Weir . 3
6.3.3 Approach channel . 3
6.3.4 Downstream channel . 4
7 Measurement of head . 4
7.1 Head-measuring devices . 4
7.2 Stilling or float well . 5
7.3 Head-measurement section . 5
7.3.1 Upstream head-measurement . 5
7.3.2 Downstream head measurement . 5
7.4 Head-gauge datum (gauge zero) . 5
8 Maintenance . 6
9 Rectangular thin-plate weir . 6
9.1 Types. 6
9.2 Specifications for the standard weir . 8
9.3 Specifications for installation . 8
9.4 Determination of gauge zero . 8
9.5 Discharge formulae — General . 11
9.6 Formulae for the basic weir form (all values of b/B) . 11
9.6.1 Kindsvater-Carter formula . 11
9.6.2 Evaluation of C , k and k .
d b h 11
9.6.3 Formulae for C .
d 13
9.6.4 Practical limitations on h/p, h, b and p . 14
9.7 Formulae for full-width weirs (b/B = 1,0) .14
9.7.1 Modular flow discharge formula .14
9.7.2 Non-modular flow discharge formula .15
10 Triangular-notch thin-plate weir .16
10.1 Specifications for the standard weir .16
10.2 Specifications for the installation .19
10.3 Specifications for head measurement .19
10.3.1 General.19
10.3.2 Determination of notch angle .19
10.3.3 Determination of gauge zero .19
10.4 Discharge formulae — General .20
10.5 Formula for all notch angles between π/9 and 5 π/9 radians (20° and 100°) .20
10.5.1 Kindsvater-Shen formula .20
10.5.2 Evaluation of C and k .
d h 20
10.5.3 Practical limitations on α, h/p, p/B, h and p . 22
10.6 Formula for specific notch angles (fully-contracted weir) .22
10.7 Accuracy of discharge coefficients — Triangular-notch weirs .23
11 Uncertainties of flow measurement .23
11.1 General .23
11.2 Combining measurement uncertainties .24
*
11.3 Uncertainty of discharge coefficient, u (C ), for thin-plate weirs .25
d
11.4 Uncertainty budget.26
12 Example .26
12.1 General .26
12.2 Characteristics — Gauging structure .26
12.3 Characteristics — Gauged head instrumentation .27
12.4 Discharge coefficient .27
12.5 Discharge estimate .27
12.6 Uncertainty statement .27
Annex A (informative) Flow measurement with small weir tanks .30
Annex B (normative) Guide to the design and installation of a flow straightener .32
Annex C (informative) Introduction to measurement uncertainty.34
Annex D (informative) Sample measurement performance for use in
hydrometric worked examples .42
Annex E (informative) Specimen tables .45
Bibliography .60
iv © ISO 2017 – All rights reserved
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. 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.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
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on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).
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constitute an endorsement.
For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO’s adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following
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This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 113, Hydrometry, Subcommittee SC 2,
Flow measurement structures.
This third edition cancels and replaces the second edition (ISO 1438:2008), which has been technically
revised. It also incorporates the Technical Corrigendum ISO 1438:2008/Cor 1:2008.
The major changes from ISO 1438:2008 are as follows:
a) the modular flow discharge formula for weirs with weir plate height of 1 m ≤ p ≤ 2,5 m has been
supplemented in 9.7.1;
b) the C formula for rectangular weir with b/B = 1,0, Formula (5), has been corrected to the same
d
formula as the full-width weir, Formula (15);
c) subclause numbers of 9.6 have been re-numbered.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 1438:2017(E)
Hydrometry — Open channel flow measurement using
thin-plate weirs
1 Scope
This document defines the requirements for the use of rectangular and triangular (V-notch) thin-plate
weirs for the measurement of flow of clear water in open channels under free flow conditions. It includes
the requirements for the use of full-width rectangular thin-plate weirs in submerged (drowned) flow
conditions.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 772, Hydrometry — Vocabulary and symbols
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 772 apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
— ISO Online browsing platform: available at http:// www .iso .org/ obp
4 Symbols and abbreviated terms
Symbol Unit Description
A m Area of approach channel
B m Width of approach channel
b m Measured width of the notch
b m Width of notch at maximum head (V-notch)
max
C Discharge coefficient (gauged head)
C Coefficient of discharge
d
f Drowned flow reduction factor
C Coefficient of velocity
v
e m Random uncertainty in the width measurement
b
g m/s Acceleration due to gravity
H m Total head above crest level
h m Upstream gauged head above crest level (upstream head is inferred if no subscript is used)
J Numerical constant
l m Distance of the head measurement section upstream of the weir
n Number of measurements in a set
p m Height of the crest relative to the floor
Q m /s Volumetric rate of flow
Symbol Unit Description
S Submergence ratio, h /h
2 1
S Modular limit
m/s Mean velocity
V
U % Expanded percentage uncertainty
u*(b) % Percentage uncertainty in b
u*(C) % Percentage uncertainty in C
u*(E) % Percentage uncertainty in datum measurement
u*(h ) % Percentage uncertainty in h
1 1
u*(Q) % Percentage uncertainty in Q
α ° Notch angle
Subscripts
1 upstream
2 downstream
e effective
r rectangular
t triangular
5 Principle
The discharge over thin-plate weirs is a function of the upstream head on the weir (for free-flow),
upstream and downstream head (for drowned flow), the size and shape of the discharge area, and an
experimentally determined coefficient which takes into account the head, the geometrical properties of
the weir and approach channel, and the dynamic properties of the water.
6 Installation
6.1 General
General requirements of weir installations are described in the following clauses. Special requirements
of different types of weirs are described in clauses which deal with specific weirs (see Clause 9 and
Clause 10).
6.2 Selection of site
The type of weir to be used for discharge measurement is determined in part by the nature of the
proposed measuring site. Under some conditions of design and use, weirs shall be located in rectangular
flumes or in weir boxes which simulate flow conditions in rectangular flumes. Under other conditions,
weirs may be located in natural channels, as well as flumes or weir boxes, with no significant difference
in measurement accuracy. Specific site-related requirements of the installation are described in 6.3.
6.3 Installation conditions
6.3.1 General
Weir discharge is critically influenced by the physical characteristics of the weir and the weir
channel. Thin-plate weirs are especially dependent on installation features which control the velocity
2 © ISO 2017 – All rights reserved
distribution in the approach channel and on the construction and maintenance of the weir crest in
meticulous conformance with standard specifications.
6.3.2 Weir
Thin-plate weirs shall be vertical and perpendicular to the walls of the channel. The intersection of the
weir plate with the walls and floor of the channel shall be watertight and firm, while the weir shall be
capable of withstanding the maximum flow without distortion or damage.
Stated practical limits associated with different discharge formulae such as minimum width, minimum
weir height, minimum head, and maximum values of h/p and b/B (where h is the measured head, p is the
height of crest relative to floor, b is the measured width of the notch and B is the width of the approach
channel), are factors which influence both the selection of weir type and the installation.
6.3.3 Approach channel
For the purposes of this document, the approach channel is the portion of the weir channel which
extends upstream from the weir a distance not less than five times the width of the nappe at maximum
head. If the weir is located in a weir tank, ideally, the length of the tank should equal up to 10 times the
width of the nappe at maximum head. Information on the use of small weir tanks is given in Annex A.
The flow in the approach channel shall be uniform and steady, with the velocity distribution
approximating that in a channel of sufficient length to develop satisfactory flow in smooth, straight
channels. Figure 1 shows measured velocity distributions perpendicular to the direction of flow in
rectangular channels, upstream from the influence of a weir. Baffles and flow straighteners can be used
to simulate satisfactory velocity distribution, but their location with respect to the weir shall be not
less than the minimum length prescribed for the approach channel.
The influence of approach-channel velocity distribution on weir flow increases as h/p and b/B increase
in magnitude. If a weir installation unavoidably results in a velocity distribution that is appreciably non-
uniform, the possibility of error in calculated discharge should be checked by means of an alternative
discharge-measuring method for a representative range of discharges.
If the approach conditions are judged to be unsatisfactory, then flow straighteners shall be introduced
in accordance with Annex B.
If the maximum head to be measured is restricted to (2/3)p for all types of weirs, flow straighteners
can be used to reduce the effective length of the approach channel to B + 3h for triangular and
max
rectangular weirs and to B + 5h for full-width weirs.
max
NOTE This restriction on the maximum head to be measured is necessary due to distortion of the velocity
near the water surface in the approach channel that results from flow coming through the openings in the baffle
of the flow straightener.
a)
b)
c)
NOTE The contours refer to values of local flow velocity relative to the mean cross-sectional velocity.
Figure 1 — Examples of normal velocity distribution in rectangular channels
6.3.4 Downstream channel
For most applications, the level of the water in the downstream channel shall be a sufficient vertical
distance below the crest to ensure free, fully ventilated discharges. Free (non-submerged) discharge
occurs when the discharge is independent of the downstream water level. Fully ventilated discharge
is ensured when the air pressure on the lower surface of the nappe is fully ventilated. Drowned
flow operation is permitted for full-width weirs under certain conditions (see 9.7.2). Under these
circumstances, downstream water levels may rise above crest level.
7 Measurement of head
7.1 Head-measuring devices
In order to obtain the discharge measurement accuracies specified for the standard weirs, the head
on the weir shall be measured with a laboratory-grade hook gauge, point gauge, manometer, or other
gauge of equivalent accuracy. For a continuous record of head variants, precise float gauges and servo-
operated point gauges can be used. Staff and tape gauges can be used when less accurate measurements
are acceptable.
Additional specifications for head-measuring devices are given in ISO 4373.
4 © ISO 2017 – All rights reserved
7.2 Stilling or float well
For the exceptional case where surface velocities and disturbances in the approach channel are
negligible, the headwater level can be measured directly (for example, by means of a point gauge
mounted over the water surface). Generally, however, to avoid water-level variations caused by waves,
turbulence or vibration, the headwater level should be measured in a separate stilling well.
Separate stilling wells are connected to the approach channel by means of a suitable conduit, equipped
if necessary with a throttle valve to damp oscillations. At the channel end of the conduit, the connection
is made to floor or wall piezometers or a static tube at the head-measurement section.
Additional specifications for stilling wells are given in ISO 18365.
7.3 Head-measurement section
7.3.1 Upstream head-measurement
The head-measurement section shall be located a sufficient distance upstream from the weir to avoid
the region of surface drawdown caused by the formation of the nappe. On the other hand, it shall be
sufficiently close to the weir that the energy loss between the head-measurement section and the weir
is negligible. For the weirs included in this document, the location of the head-measurement section
will be satisfactory if it is at a distance equal to two to four times the maximum head (2h to 4h )
max max
upstream from the weir.
If high velocities occur in the approach channel or if water-surface disturbances or irregularities occur
at the head-measurement section because of high values of h/p or b/B, it may be necessary to install
several pressure intakes to ensure that the head measured in the gauge well is representative of the
average head across the measurement section.
In the case of a full-width thin-plate weir, the effect of frictional effects upon the upstream channel
requires an adjustment to the standard coefficient of discharge. The correction is in terms of both l/h
and h/p and given in Table 1.
Table 1 — Factors to be applied to the standard discharge coefficient values
h/p l/h
2 4 6 8
3,5 to 4,0 1,00 1,00 0,96 0,92
3,0 to 3,5 1,00 1,00 0,97 0,94
2,5 to 3,0 1,00 1,00 0,98 0,96
2,0 to 2,5 1,00 1,00 0,99 0,98
Less than 2,0 1,00 1,00 1,00 1,00
7.3.2 Downstream head measurement
If the weir is to be operated in the submerged (drowned) flow range, a measurement of downstream
head is required in addition to the upstream. The downstream head measurement position shall be
10 h downstream from the upstream face of the weir. If a stilling well is included in the design, it is
max
recommended that the downstream head measurement be located no closer to the weir than 4 h .
max
7.4 Head-gauge datum (gauge zero)
Accuracy of head measurements is critically dependent upon the determination of the head-gauge
datum or gauge zero, which is defined as the gauge reading corresponding to the level of the weir crest
(rectangular weirs) or the level of the vertex of the notch (triangular-notch weirs). When necessary,
the gauge zero shall be checked. Numerous acceptable methods of determining the gauge zero are in
use. Typical methods are described in subsequent clauses dealing specifically with rectangular and
triangular weirs. See Clause 9 and Clause 10.
Because of surface tension, the gauge zero cannot be determined with sufficient accuracy by reading the
head gauge with the water in the approach channel drawn down to the apparent crest (or notch) level.
8 Maintenance
Maintenance of the weir and the weir channel is necessary to ensure accurate measurements.
The approach channel shall be kept free of silt, vegetation and obstructions which might have deleterious
effects on the flow conditions specified for the standard installation. The downstream channel shall be
kept free of obstructions which might cause submergence or inhibit full ventilation of the nappe under
all conditions of flow.
The weir plate shall be kept clean and firmly secured. In the process of cleaning, care shall be taken
to avoid damage to the crest or notch, particularly the upstream edges and surfaces. Construction
specifications for these most sensitive features should be reviewed before maintenance is undertaken.
Head-measurement piezometers, connecting conduits and the stilling well shall be cleaned and checked
for leakage. The hook or point gauge, manometer, float or other instrument used to measure the head
shall be checked periodically to ensure accuracy.
If a flow straightener is used in the approach channel, perforated plates shall be kept clean so that the
percentage open area remains greater than 40 %.
9 Rectangular thin-plate weir
9.1 Types
The rectangular thin-plate weir is a general classification in which the rectangular-notch weir is the
basic form and the full-width weir is a limiting case. A diagrammatic illustration of the basic weir form
is shown in Figure 2 with intermediate values of b/B and h/p. When b/B = 1,0, that is, when the width
of the weir (b) is equal to the width of the channel at the weir section (B), the weir is of full-width type
(also referred to as a “suppressed” weir, because its nappe lacks side contractions).
6 © ISO 2017 – All rights reserved
Dimensions in millimetres
a)
b)
Key
1 upstream face of weir plate
2 head measurement section, measured value h
Figure 2 — Rectangular-notch, thin-plate weir
9.2 Specifications for the standard weir
The basic weir form consists of a rectangular notch in a vertical thin plate. The plate shall be plane and
rigid and perpendicular to the walls and the floor of the approach channel. The upstream face of the
plate shall be smooth (in the vicinity of the notch, it shall be equivalent in surface finish to that of rolled
sheet-metal).
The vertical bisector of the notch shall be equidistant from the two walls of the channel. The crest
surface of the notch shall be a horizontal, plane surface, which shall form a sharp edge at its intersection
with the upstream face of the weir plate. The width of the crest surface, measured perpendicular to the
face of the plate, shall be between 1 mm and 2 mm. The side surfaces of the notch shall be vertical plane
surfaces which shall make sharp edges at their intersection with the upstream face of the weir plate.
For the limiting case of the full-width weir, the crest of the weir shall extend to the walls of the channel,
which, in the vicinity of the crest, shall be plane and smooth (see also 9.3).
To ensure that the upstream edges of the crest and the sides of the notch are sharp, they shall be
machined or filed, perpendicular to the upstream face of the weir plate, free of burrs or scratches,
and untouched by abrasive cloth or paper. The downstream edges of the notch shall be chamfered if
the weir plate is thicker than the maximum allowable width of the notch surface. The surface of the
chamfer shall make an angle of not less than π/4 radians (45°) with the crest and side surfaces of the
notch (see detail shown in Figure 2). The weir plate in the vicinity of the notch preferably shall be made
of corrosion-resistant metal; but if it is not, all specified smooth surfaces and sharp edges shall be kept
coated with a thin protective film (for example, oil, wax and silicone) applied with a soft cloth.
9.3 Specifications for installation
The specifications stated in 6.3 shall apply. In general, the weir shall be located in a straight, horizontal,
rectangular approach channel if possible. However, if the effective opening of the notch is so small in
comparison with the area of the upstream channel that the approach velocity is negligible, the shape of
the channel is not significant. In any case, the flow in the approach channel shall be uniform and steady,
as specified in 6.3.3.
If the width of the weir is equal to the width of the channel at the weir section (i.e. a full-width weir), the
sides of the channel upstream from the plane of the weir shall be vertical, plane, parallel and smooth
(equivalent in surface finish to that of rolled sheet-metal). The sides of the channel above the level of
the crest of a full-width weir shall extend at least 0,3 h downstream from the plane of the weir. Fully
max
ventilated discharge shall be ensured as specified in 6.3.4.
The approach channel floor shall be smooth, flat and horizontal when the height of the crest relative
to the floor (p) is small and/or h/p is large. For rectangular weirs, the floor should be smooth, flat and
horizontal, particularly when p is less than 0,1 m and/or h /p is greater than 1. Additional conditions
max
are specified in connection with the recommended discharge formulae.
9.4 Determination of gauge zero
The head-gauge datum or gauge zero shall be determined with great care and it shall be checked
when necessary. A typical, acceptable method of determining the gauge zero for rectangular weirs is
described as follows.
a) Still water in the approach channel is drawn to a level below the weir crest.
b) A temporary hook gauge is mounted over the approach channel, a short distance upstream from
the weir crest.
c) A precise machinists’ level is placed with its axis horizontal, with one end lying on the weir crest
and the other end on the point of the temporary hook gauge (the gauge having been adjusted to
hold the level in this position). The reading of the temporary gauge is recorded.
8 © ISO 2017 – All rights reserved
d) The temporary hook gauge is lowered to the water surface in the approach channel and its reading
is recorded. The permanent gauge is adjusted to read the level in the gauge well and this reading is
recorded.
e) The computed difference between the two readings of the temporary gauge is added to the reading
of the permanent gauge. The sum is the gauge zero for the permanent gauge.
Figure 3 illustrates the use of this procedure with a form of temporary hook gauge which is conveniently
mounted on the weir plate.
a) b)
c)
Key
1 permanent gauge
2 temporary hook gauge
3 precision level
4 vernier micrometer
5 set screw
6 weir crest
Figure 3 — Determination of gauge zero for rectangular weir
10 © ISO 2017 – All rights reserved
9.5 Discharge formulae — General
Recommended discharge formulae for rectangular thin-plate weirs are presented in three categories:
a) modular discharge formula for the basic weir form (all values of b/B);
b) modular discharge formula for full-width weirs (b/B = 1,0);
c) non-modular discharge formula for full-width weirs.
9.6 Formulae for the basic weir form (all values of b/B)
9.6.1 Kindsvater-Carter formula
The Kindsvater-Carter formula for the basic weir form is given in Formula (1):
32/
QC= 2gb h (1)
de e
where
C is the coefficient of discharge;
d
b is the effective width;
e
h is the effective head.
e
9.6.2 Evaluation of C , k and k
d b h
Figure 4 shows experimentally determined values of C as a function of h/p for representative values of
d
b/B. Values of C for intermediate values of b/B can be determined by interpolation.
d
The coefficient of discharge C has been determined by experiment as a function of two variables from
d
Formula (2):
b h
Cf= , (2)
d
B p
The effective width and head are defined by Formula (3) and Formula (4):
b = b + k (3)
e b
h = h + k (4)
e h
in which k and k are experimentally determined quantities, in metres, which compensate for the
b h
combined effects of viscosity and surface tension.
Key
h
X value of
p
Y value of C
d
Figure 4 — Coefficient of discharge
Figure 5 shows values of k , which have been experimentally determined as a function of b/B.
b
Experiments have shown that k can be taken to have a constant value of 0,001 m for weirs constructed
h
in strict conformance with recommended specifications.
12 © ISO 2017 – All rights reserved
Key
X b/B
Y k , in millimetres
b
Figure 5 — Value of k related to b/B
b
9.6.3 Formulae for C
d
For specific values of b/B, the relationship between C and h/p has been shown by experiment (see
d
h
Figure 4) to be of the linear form Ca=+a′ .
d
p
Thus, for the values of b/B shown on Figure 4, formulae for C can be written as given in Formula (5) to
d
Formula (13):
b h
=10,:C =+0,,602 0 083 (5)
d
B p
b h
=09,:C =+0,,598 0 064 (6)
d
B p
b h
=08,:C =+0,,596 0 045 (7)
d
B p
b h
=07,:C =+0,,594 0 030 (8)
d
B p
b h
=06,:C =+0,,593 0 018 (9)
d
B p
b h
=05,:C =+0,,592 0 010 (10)
d
B p
b h
=04,:C =+0,,591 0 0058 (11)
d
B p
b h
=02,:C =−0,,589 0 0018 (12)
d
B p
b h
=00:,C =−587 0,0023 (13)
d
B p
For intermediate values of b/B, formulae for C can be determined satisfactorily by interpolation.
d
9.6.4 Practical limitations on h/p, h, b and p
Practical limits are placed on h/p because head-measurement difficulties and errors result from surges
and waves which occur in the approach channel at larger values of h/p. Limits are placed on h to avoid
the “clinging nappe” phenomenon which occurs at very low heads. Limits are placed on b because
of uncertainties regarding the combined effects of viscosity and surface tension represented by the
quantity of k at very small values of b. Limits are placed on p and B − b to avoid the instabilities which
b
result from eddies that form in the corners between the channel boundaries and the weir when values
of p and B − b are small.
For conservative practice, limitations applicable to the use of the Kindsvater-Carter formulae are:
a) h/p shall be not greater than 2,5;
b) h shall be not less than 0,03 m;
c) b shall be not less than 0,15 m;
d) p shall be not less than 0,10 m;
e) either (B − b)/2 = 0 (full-width weir) or (B − b)/2 shall not be less than 0,10 m (contracted weir).
9.7 Formulae for full-width weirs (b/B = 1,0)
9.7.1 Modular flow discharge formula
[8]
The Rehbock formula in the form proposed in 1929 is of the effective-head variety and is given in
Formula (14):
32/
QC= 2gbh (14)
de
in which for the case of p ≤ 1 m, Formula (15) and Formula (16) apply:
h
C =+0,,602 0 083 (15)
d
p
hh=+ 0,001 2 (16)
e
where practical limitations applicable to the use of the Rehbock formula are:
[3]
a) h/p shall be not greater than 4,0 ;
b) h shall be between 0,03 and 1,0 m;
c) b shall be not less than 0,30 m;
d) p shall be between 0,06 and 1 m;
[7]
and for the case of 1 m ≤ p ≤ 2,5 m ,
h
Cp=0,,602+−0 004 10++,,083 0 036 p−1 (17)
() {}()
d
p
14 © ISO 2017 – All rights reserved
hh=+0,0012 same as Formula (16)
e
where practical limitations for this case are:
a) h shall be between 0,03 and 0,80 m but not greater than b/4;
b) b shall be not less than 0,50 m;
c) p shall be between 1,0 and 2,5 m.
9.7.2 Non-modular flow discharge formula
Submerged (drowned) flow occurs when the tailwater level downstream from a weir affects the
flow. The weir operates in the non-modular condition. For this condition, an additional downstream
measurement of head (h ) is required and a drowned flow reduction factor (f ) is applied to the modular
discharge formula.
Since the modular limit of a full-width thin-plate weir is significantly influenced by the ratio h/p, the
modular limit increasing with h/p, drowned flow performance of the typical full-width thin-plate weir
is shown in Figure 6 and defined by the formulae below:
1,45 0,265
For h/p = 0,5, then f = 1,007 [0,975 – (h /h ) ] in the range 0,00 < h /h < 0,97
2 2
1,55 0,242
For h/p = 1,0, then f = 1,026 [0,960 – (h /h) ] in the range 0,20 < h /h < 0,97
2 2
1,75 0,220
For h/p = 1,5, then f = 1,098 [0,952 – (h /h) ] in the range 0,50 < h /h < 0,97
2 2
1,85 0,219
For h/p = 2,0, then f = 1,155 [0,950 – (h /h) ] in the range 0,63 < h /h < 0,97
2 2
Thus, the Rehbock Formula (1929) for drowned flow becomes Formula (18):
32/
Qf= Cg2 bh (18)
de
NOTE This adjustment only applies where the upstream and downstream measurements are in the same
horizontal plane, i.e. there is no drop in the channel bottom at, or downstream, of the weir.
Key
h
X
value of
h
Y value of f
Figure 6 — Drowned flow performance of the full-width thin-plate weir
10 Triangular-notch thin-plate weir
10.1 Specifications for the standard weir
The triangular-notch thin-plate weir consists of a V-shaped notch in a vertical, thin plate. A diagrammatic
illustration of the triangular-notch weir is shown in Figure 7. The weir plate shall be plane and rigid and
perpendicular to the walls and the floor of the channel. The upstream face of the plate shall be smooth
(in the vicinity of the notch, it shall be equivalent in surface finish to that of rolled sheet-metal).
The bisector of the notch shall be vertical and equidistant from the two walls of the channel. The
surfaces of the notch shall be plane surfaces, which shall form sharp edges at their intersection with the
upstream face of the weir plate. The width of the notch surfaces, measured perpendicular to the face of
the plate, shall be between 1 mm and 2 mm.
16 © ISO 2017 – All rights reserved
To ensure that the upstream edges of the notch are sharp, they shall be machined or filed, perpendicular
to the upstream face of the plate, free of burrs or scratches and untouched by abrasive cloth or paper.
The downstream edges of the notch shall be chamfered if the weir plate is thicker than the maximum
allowable width of the notch surface. The surface of the chamfer shall make an angle of not less than
π/4 radians (45°) with the surface of the notch (see detail, Figure 7). The weir plate in the vicinity of the
notch preferably shall be made of corrosion-resistant metal; but if it is not, all specified smooth surfaces
shall be kept coated wit
...
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 1438
Third edition
2017-04
Hydrometry — Open channel flow
measurement using thin-plate weirs
Hydrométrie — Mesure de débit dans les canaux découverts au moyen
de déversoirs à paroi mince
Reference number
©
ISO 2017
© ISO 2017, Published in Switzerland
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Fax +41 22 749 09 47
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www.iso.org
ii © ISO 2017 – All rights reserved
Contents Page
Foreword .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols and abbreviated terms . 1
5 Principle . 2
6 Installation . 2
6.1 General . 2
6.2 Selection of site . 2
6.3 Installation conditions. 2
6.3.1 General. 2
6.3.2 Weir . 3
6.3.3 Approach channel . 3
6.3.4 Downstream channel . 4
7 Measurement of head . 4
7.1 Head-measuring devices . 4
7.2 Stilling or float well . 5
7.3 Head-measurement section . 5
7.3.1 Upstream head-measurement . 5
7.3.2 Downstream head measurement . 5
7.4 Head-gauge datum (gauge zero) . 5
8 Maintenance . 6
9 Rectangular thin-plate weir . 6
9.1 Types. 6
9.2 Specifications for the standard weir . 8
9.3 Specifications for installation . 8
9.4 Determination of gauge zero . 8
9.5 Discharge formulae — General . 11
9.6 Formulae for the basic weir form (all values of b/B) . 11
9.6.1 Kindsvater-Carter formula . 11
9.6.2 Evaluation of C , k and k .
d b h 11
9.6.3 Formulae for C .
d 13
9.6.4 Practical limitations on h/p, h, b and p . 14
9.7 Formulae for full-width weirs (b/B = 1,0) .14
9.7.1 Modular flow discharge formula .14
9.7.2 Non-modular flow discharge formula .15
10 Triangular-notch thin-plate weir .16
10.1 Specifications for the standard weir .16
10.2 Specifications for the installation .19
10.3 Specifications for head measurement .19
10.3.1 General.19
10.3.2 Determination of notch angle .19
10.3.3 Determination of gauge zero .19
10.4 Discharge formulae — General .20
10.5 Formula for all notch angles between π/9 and 5 π/9 radians (20° and 100°) .20
10.5.1 Kindsvater-Shen formula .20
10.5.2 Evaluation of C and k .
d h 20
10.5.3 Practical limitations on α, h/p, p/B, h and p . 22
10.6 Formula for specific notch angles (fully-contracted weir) .22
10.7 Accuracy of discharge coefficients — Triangular-notch weirs .23
11 Uncertainties of flow measurement .23
11.1 General .23
11.2 Combining measurement uncertainties .24
*
11.3 Uncertainty of discharge coefficient, u (C ), for thin-plate weirs .25
d
11.4 Uncertainty budget.26
12 Example .26
12.1 General .26
12.2 Characteristics — Gauging structure .26
12.3 Characteristics — Gauged head instrumentation .27
12.4 Discharge coefficient .27
12.5 Discharge estimate .27
12.6 Uncertainty statement .27
Annex A (informative) Flow measurement with small weir tanks .30
Annex B (normative) Guide to the design and installation of a flow straightener .32
Annex C (informative) Introduction to measurement uncertainty.34
Annex D (informative) Sample measurement performance for use in
hydrometric worked examples .42
Annex E (informative) Specimen tables .45
Bibliography .60
iv © ISO 2017 – All rights reserved
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. 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.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO’s adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following
URL: w w w . i s o .org/ iso/ foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 113, Hydrometry, Subcommittee SC 2,
Flow measurement structures.
This third edition cancels and replaces the second edition (ISO 1438:2008), which has been technically
revised. It also incorporates the Technical Corrigendum ISO 1438:2008/Cor 1:2008.
The major changes from ISO 1438:2008 are as follows:
a) the modular flow discharge formula for weirs with weir plate height of 1 m ≤ p ≤ 2,5 m has been
supplemented in 9.7.1;
b) the C formula for rectangular weir with b/B = 1,0, Formula (5), has been corrected to the same
d
formula as the full-width weir, Formula (15);
c) subclause numbers of 9.6 have been re-numbered.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 1438:2017(E)
Hydrometry — Open channel flow measurement using
thin-plate weirs
1 Scope
This document defines the requirements for the use of rectangular and triangular (V-notch) thin-plate
weirs for the measurement of flow of clear water in open channels under free flow conditions. It includes
the requirements for the use of full-width rectangular thin-plate weirs in submerged (drowned) flow
conditions.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 772, Hydrometry — Vocabulary and symbols
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 772 apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
— ISO Online browsing platform: available at http:// www .iso .org/ obp
4 Symbols and abbreviated terms
Symbol Unit Description
A m Area of approach channel
B m Width of approach channel
b m Measured width of the notch
b m Width of notch at maximum head (V-notch)
max
C Discharge coefficient (gauged head)
C Coefficient of discharge
d
f Drowned flow reduction factor
C Coefficient of velocity
v
e m Random uncertainty in the width measurement
b
g m/s Acceleration due to gravity
H m Total head above crest level
h m Upstream gauged head above crest level (upstream head is inferred if no subscript is used)
J Numerical constant
l m Distance of the head measurement section upstream of the weir
n Number of measurements in a set
p m Height of the crest relative to the floor
Q m /s Volumetric rate of flow
Symbol Unit Description
S Submergence ratio, h /h
2 1
S Modular limit
m/s Mean velocity
V
U % Expanded percentage uncertainty
u*(b) % Percentage uncertainty in b
u*(C) % Percentage uncertainty in C
u*(E) % Percentage uncertainty in datum measurement
u*(h ) % Percentage uncertainty in h
1 1
u*(Q) % Percentage uncertainty in Q
α ° Notch angle
Subscripts
1 upstream
2 downstream
e effective
r rectangular
t triangular
5 Principle
The discharge over thin-plate weirs is a function of the upstream head on the weir (for free-flow),
upstream and downstream head (for drowned flow), the size and shape of the discharge area, and an
experimentally determined coefficient which takes into account the head, the geometrical properties of
the weir and approach channel, and the dynamic properties of the water.
6 Installation
6.1 General
General requirements of weir installations are described in the following clauses. Special requirements
of different types of weirs are described in clauses which deal with specific weirs (see Clause 9 and
Clause 10).
6.2 Selection of site
The type of weir to be used for discharge measurement is determined in part by the nature of the
proposed measuring site. Under some conditions of design and use, weirs shall be located in rectangular
flumes or in weir boxes which simulate flow conditions in rectangular flumes. Under other conditions,
weirs may be located in natural channels, as well as flumes or weir boxes, with no significant difference
in measurement accuracy. Specific site-related requirements of the installation are described in 6.3.
6.3 Installation conditions
6.3.1 General
Weir discharge is critically influenced by the physical characteristics of the weir and the weir
channel. Thin-plate weirs are especially dependent on installation features which control the velocity
2 © ISO 2017 – All rights reserved
distribution in the approach channel and on the construction and maintenance of the weir crest in
meticulous conformance with standard specifications.
6.3.2 Weir
Thin-plate weirs shall be vertical and perpendicular to the walls of the channel. The intersection of the
weir plate with the walls and floor of the channel shall be watertight and firm, while the weir shall be
capable of withstanding the maximum flow without distortion or damage.
Stated practical limits associated with different discharge formulae such as minimum width, minimum
weir height, minimum head, and maximum values of h/p and b/B (where h is the measured head, p is the
height of crest relative to floor, b is the measured width of the notch and B is the width of the approach
channel), are factors which influence both the selection of weir type and the installation.
6.3.3 Approach channel
For the purposes of this document, the approach channel is the portion of the weir channel which
extends upstream from the weir a distance not less than five times the width of the nappe at maximum
head. If the weir is located in a weir tank, ideally, the length of the tank should equal up to 10 times the
width of the nappe at maximum head. Information on the use of small weir tanks is given in Annex A.
The flow in the approach channel shall be uniform and steady, with the velocity distribution
approximating that in a channel of sufficient length to develop satisfactory flow in smooth, straight
channels. Figure 1 shows measured velocity distributions perpendicular to the direction of flow in
rectangular channels, upstream from the influence of a weir. Baffles and flow straighteners can be used
to simulate satisfactory velocity distribution, but their location with respect to the weir shall be not
less than the minimum length prescribed for the approach channel.
The influence of approach-channel velocity distribution on weir flow increases as h/p and b/B increase
in magnitude. If a weir installation unavoidably results in a velocity distribution that is appreciably non-
uniform, the possibility of error in calculated discharge should be checked by means of an alternative
discharge-measuring method for a representative range of discharges.
If the approach conditions are judged to be unsatisfactory, then flow straighteners shall be introduced
in accordance with Annex B.
If the maximum head to be measured is restricted to (2/3)p for all types of weirs, flow straighteners
can be used to reduce the effective length of the approach channel to B + 3h for triangular and
max
rectangular weirs and to B + 5h for full-width weirs.
max
NOTE This restriction on the maximum head to be measured is necessary due to distortion of the velocity
near the water surface in the approach channel that results from flow coming through the openings in the baffle
of the flow straightener.
a)
b)
c)
NOTE The contours refer to values of local flow velocity relative to the mean cross-sectional velocity.
Figure 1 — Examples of normal velocity distribution in rectangular channels
6.3.4 Downstream channel
For most applications, the level of the water in the downstream channel shall be a sufficient vertical
distance below the crest to ensure free, fully ventilated discharges. Free (non-submerged) discharge
occurs when the discharge is independent of the downstream water level. Fully ventilated discharge
is ensured when the air pressure on the lower surface of the nappe is fully ventilated. Drowned
flow operation is permitted for full-width weirs under certain conditions (see 9.7.2). Under these
circumstances, downstream water levels may rise above crest level.
7 Measurement of head
7.1 Head-measuring devices
In order to obtain the discharge measurement accuracies specified for the standard weirs, the head
on the weir shall be measured with a laboratory-grade hook gauge, point gauge, manometer, or other
gauge of equivalent accuracy. For a continuous record of head variants, precise float gauges and servo-
operated point gauges can be used. Staff and tape gauges can be used when less accurate measurements
are acceptable.
Additional specifications for head-measuring devices are given in ISO 4373.
4 © ISO 2017 – All rights reserved
7.2 Stilling or float well
For the exceptional case where surface velocities and disturbances in the approach channel are
negligible, the headwater level can be measured directly (for example, by means of a point gauge
mounted over the water surface). Generally, however, to avoid water-level variations caused by waves,
turbulence or vibration, the headwater level should be measured in a separate stilling well.
Separate stilling wells are connected to the approach channel by means of a suitable conduit, equipped
if necessary with a throttle valve to damp oscillations. At the channel end of the conduit, the connection
is made to floor or wall piezometers or a static tube at the head-measurement section.
Additional specifications for stilling wells are given in ISO 18365.
7.3 Head-measurement section
7.3.1 Upstream head-measurement
The head-measurement section shall be located a sufficient distance upstream from the weir to avoid
the region of surface drawdown caused by the formation of the nappe. On the other hand, it shall be
sufficiently close to the weir that the energy loss between the head-measurement section and the weir
is negligible. For the weirs included in this document, the location of the head-measurement section
will be satisfactory if it is at a distance equal to two to four times the maximum head (2h to 4h )
max max
upstream from the weir.
If high velocities occur in the approach channel or if water-surface disturbances or irregularities occur
at the head-measurement section because of high values of h/p or b/B, it may be necessary to install
several pressure intakes to ensure that the head measured in the gauge well is representative of the
average head across the measurement section.
In the case of a full-width thin-plate weir, the effect of frictional effects upon the upstream channel
requires an adjustment to the standard coefficient of discharge. The correction is in terms of both l/h
and h/p and given in Table 1.
Table 1 — Factors to be applied to the standard discharge coefficient values
h/p l/h
2 4 6 8
3,5 to 4,0 1,00 1,00 0,96 0,92
3,0 to 3,5 1,00 1,00 0,97 0,94
2,5 to 3,0 1,00 1,00 0,98 0,96
2,0 to 2,5 1,00 1,00 0,99 0,98
Less than 2,0 1,00 1,00 1,00 1,00
7.3.2 Downstream head measurement
If the weir is to be operated in the submerged (drowned) flow range, a measurement of downstream
head is required in addition to the upstream. The downstream head measurement position shall be
10 h downstream from the upstream face of the weir. If a stilling well is included in the design, it is
max
recommended that the downstream head measurement be located no closer to the weir than 4 h .
max
7.4 Head-gauge datum (gauge zero)
Accuracy of head measurements is critically dependent upon the determination of the head-gauge
datum or gauge zero, which is defined as the gauge reading corresponding to the level of the weir crest
(rectangular weirs) or the level of the vertex of the notch (triangular-notch weirs). When necessary,
the gauge zero shall be checked. Numerous acceptable methods of determining the gauge zero are in
use. Typical methods are described in subsequent clauses dealing specifically with rectangular and
triangular weirs. See Clause 9 and Clause 10.
Because of surface tension, the gauge zero cannot be determined with sufficient accuracy by reading the
head gauge with the water in the approach channel drawn down to the apparent crest (or notch) level.
8 Maintenance
Maintenance of the weir and the weir channel is necessary to ensure accurate measurements.
The approach channel shall be kept free of silt, vegetation and obstructions which might have deleterious
effects on the flow conditions specified for the standard installation. The downstream channel shall be
kept free of obstructions which might cause submergence or inhibit full ventilation of the nappe under
all conditions of flow.
The weir plate shall be kept clean and firmly secured. In the process of cleaning, care shall be taken
to avoid damage to the crest or notch, particularly the upstream edges and surfaces. Construction
specifications for these most sensitive features should be reviewed before maintenance is undertaken.
Head-measurement piezometers, connecting conduits and the stilling well shall be cleaned and checked
for leakage. The hook or point gauge, manometer, float or other instrument used to measure the head
shall be checked periodically to ensure accuracy.
If a flow straightener is used in the approach channel, perforated plates shall be kept clean so that the
percentage open area remains greater than 40 %.
9 Rectangular thin-plate weir
9.1 Types
The rectangular thin-plate weir is a general classification in which the rectangular-notch weir is the
basic form and the full-width weir is a limiting case. A diagrammatic illustration of the basic weir form
is shown in Figure 2 with intermediate values of b/B and h/p. When b/B = 1,0, that is, when the width
of the weir (b) is equal to the width of the channel at the weir section (B), the weir is of full-width type
(also referred to as a “suppressed” weir, because its nappe lacks side contractions).
6 © ISO 2017 – All rights reserved
Dimensions in millimetres
a)
b)
Key
1 upstream face of weir plate
2 head measurement section, measured value h
Figure 2 — Rectangular-notch, thin-plate weir
9.2 Specifications for the standard weir
The basic weir form consists of a rectangular notch in a vertical thin plate. The plate shall be plane and
rigid and perpendicular to the walls and the floor of the approach channel. The upstream face of the
plate shall be smooth (in the vicinity of the notch, it shall be equivalent in surface finish to that of rolled
sheet-metal).
The vertical bisector of the notch shall be equidistant from the two walls of the channel. The crest
surface of the notch shall be a horizontal, plane surface, which shall form a sharp edge at its intersection
with the upstream face of the weir plate. The width of the crest surface, measured perpendicular to the
face of the plate, shall be between 1 mm and 2 mm. The side surfaces of the notch shall be vertical plane
surfaces which shall make sharp edges at their intersection with the upstream face of the weir plate.
For the limiting case of the full-width weir, the crest of the weir shall extend to the walls of the channel,
which, in the vicinity of the crest, shall be plane and smooth (see also 9.3).
To ensure that the upstream edges of the crest and the sides of the notch are sharp, they shall be
machined or filed, perpendicular to the upstream face of the weir plate, free of burrs or scratches,
and untouched by abrasive cloth or paper. The downstream edges of the notch shall be chamfered if
the weir plate is thicker than the maximum allowable width of the notch surface. The surface of the
chamfer shall make an angle of not less than π/4 radians (45°) with the crest and side surfaces of the
notch (see detail shown in Figure 2). The weir plate in the vicinity of the notch preferably shall be made
of corrosion-resistant metal; but if it is not, all specified smooth surfaces and sharp edges shall be kept
coated with a thin protective film (for example, oil, wax and silicone) applied with a soft cloth.
9.3 Specifications for installation
The specifications stated in 6.3 shall apply. In general, the weir shall be located in a straight, horizontal,
rectangular approach channel if possible. However, if the effective opening of the notch is so small in
comparison with the area of the upstream channel that the approach velocity is negligible, the shape of
the channel is not significant. In any case, the flow in the approach channel shall be uniform and steady,
as specified in 6.3.3.
If the width of the weir is equal to the width of the channel at the weir section (i.e. a full-width weir), the
sides of the channel upstream from the plane of the weir shall be vertical, plane, parallel and smooth
(equivalent in surface finish to that of rolled sheet-metal). The sides of the channel above the level of
the crest of a full-width weir shall extend at least 0,3 h downstream from the plane of the weir. Fully
max
ventilated discharge shall be ensured as specified in 6.3.4.
The approach channel floor shall be smooth, flat and horizontal when the height of the crest relative
to the floor (p) is small and/or h/p is large. For rectangular weirs, the floor should be smooth, flat and
horizontal, particularly when p is less than 0,1 m and/or h /p is greater than 1. Additional conditions
max
are specified in connection with the recommended discharge formulae.
9.4 Determination of gauge zero
The head-gauge datum or gauge zero shall be determined with great care and it shall be checked
when necessary. A typical, acceptable method of determining the gauge zero for rectangular weirs is
described as follows.
a) Still water in the approach channel is drawn to a level below the weir crest.
b) A temporary hook gauge is mounted over the approach channel, a short distance upstream from
the weir crest.
c) A precise machinists’ level is placed with its axis horizontal, with one end lying on the weir crest
and the other end on the point of the temporary hook gauge (the gauge having been adjusted to
hold the level in this position). The reading of the temporary gauge is recorded.
8 © ISO 2017 – All rights reserved
d) The temporary hook gauge is lowered to the water surface in the approach channel and its reading
is recorded. The permanent gauge is adjusted to read the level in the gauge well and this reading is
recorded.
e) The computed difference between the two readings of the temporary gauge is added to the reading
of the permanent gauge. The sum is the gauge zero for the permanent gauge.
Figure 3 illustrates the use of this procedure with a form of temporary hook gauge which is conveniently
mounted on the weir plate.
a) b)
c)
Key
1 permanent gauge
2 temporary hook gauge
3 precision level
4 vernier micrometer
5 set screw
6 weir crest
Figure 3 — Determination of gauge zero for rectangular weir
10 © ISO 2017 – All rights reserved
9.5 Discharge formulae — General
Recommended discharge formulae for rectangular thin-plate weirs are presented in three categories:
a) modular discharge formula for the basic weir form (all values of b/B);
b) modular discharge formula for full-width weirs (b/B = 1,0);
c) non-modular discharge formula for full-width weirs.
9.6 Formulae for the basic weir form (all values of b/B)
9.6.1 Kindsvater-Carter formula
The Kindsvater-Carter formula for the basic weir form is given in Formula (1):
32/
QC= 2gb h (1)
de e
where
C is the coefficient of discharge;
d
b is the effective width;
e
h is the effective head.
e
9.6.2 Evaluation of C , k and k
d b h
Figure 4 shows experimentally determined values of C as a function of h/p for representative values of
d
b/B. Values of C for intermediate values of b/B can be determined by interpolation.
d
The coefficient of discharge C has been determined by experiment as a function of two variables from
d
Formula (2):
b h
Cf= , (2)
d
B p
The effective width and head are defined by Formula (3) and Formula (4):
b = b + k (3)
e b
h = h + k (4)
e h
in which k and k are experimentally determined quantities, in metres, which compensate for the
b h
combined effects of viscosity and surface tension.
Key
h
X value of
p
Y value of C
d
Figure 4 — Coefficient of discharge
Figure 5 shows values of k , which have been experimentally determined as a function of b/B.
b
Experiments have shown that k can be taken to have a constant value of 0,001 m for weirs constructed
h
in strict conformance with recommended specifications.
12 © ISO 2017 – All rights reserved
Key
X b/B
Y k , in millimetres
b
Figure 5 — Value of k related to b/B
b
9.6.3 Formulae for C
d
For specific values of b/B, the relationship between C and h/p has been shown by experiment (see
d
h
Figure 4) to be of the linear form Ca=+a′ .
d
p
Thus, for the values of b/B shown on Figure 4, formulae for C can be written as given in Formula (5) to
d
Formula (13):
b h
=10,:C =+0,,602 0 083 (5)
d
B p
b h
=09,:C =+0,,598 0 064 (6)
d
B p
b h
=08,:C =+0,,596 0 045 (7)
d
B p
b h
=07,:C =+0,,594 0 030 (8)
d
B p
b h
=06,:C =+0,,593 0 018 (9)
d
B p
b h
=05,:C =+0,,592 0 010 (10)
d
B p
b h
=04,:C =+0,,591 0 0058 (11)
d
B p
b h
=02,:C =−0,,589 0 0018 (12)
d
B p
b h
=00:,C =−587 0,0023 (13)
d
B p
For intermediate values of b/B, formulae for C can be determined satisfactorily by interpolation.
d
9.6.4 Practical limitations on h/p, h, b and p
Practical limits are placed on h/p because head-measurement difficulties and errors result from surges
and waves which occur in the approach channel at larger values of h/p. Limits are placed on h to avoid
the “clinging nappe” phenomenon which occurs at very low heads. Limits are placed on b because
of uncertainties regarding the combined effects of viscosity and surface tension represented by the
quantity of k at very small values of b. Limits are placed on p and B − b to avoid the instabilities which
b
result from eddies that form in the corners between the channel boundaries and the weir when values
of p and B − b are small.
For conservative practice, limitations applicable to the use of the Kindsvater-Carter formulae are:
a) h/p shall be not greater than 2,5;
b) h shall be not less than 0,03 m;
c) b shall be not less than 0,15 m;
d) p shall be not less than 0,10 m;
e) either (B − b)/2 = 0 (full-width weir) or (B − b)/2 shall not be less than 0,10 m (contracted weir).
9.7 Formulae for full-width weirs (b/B = 1,0)
9.7.1 Modular flow discharge formula
[8]
The Rehbock formula in the form proposed in 1929 is of the effective-head variety and is given in
Formula (14):
32/
QC= 2gbh (14)
de
in which for the case of p ≤ 1 m, Formula (15) and Formula (16) apply:
h
C =+0,,602 0 083 (15)
d
p
hh=+ 0,001 2 (16)
e
where practical limitations applicable to the use of the Rehbock formula are:
[3]
a) h/p shall be not greater than 4,0 ;
b) h shall be between 0,03 and 1,0 m;
c) b shall be not less than 0,30 m;
d) p shall be between 0,06 and 1 m;
[7]
and for the case of 1 m ≤ p ≤ 2,5 m ,
h
Cp=0,,602+−0 004 10++,,083 0 036 p−1 (17)
() {}()
d
p
14 © ISO 2017 – All rights reserved
hh=+0,0012 same as Formula (16)
e
where practical limitations for this case are:
a) h shall be between 0,03 and 0,80 m but not greater than b/4;
b) b shall be not less than 0,50 m;
c) p shall be between 1,0 and 2,5 m.
9.7.2 Non-modular flow discharge formula
Submerged (drowned) flow occurs when the tailwater level downstream from a weir affects the
flow. The weir operates in the non-modular condition. For this condition, an additional downstream
measurement of head (h ) is required and a drowned flow reduction factor (f ) is applied to the modular
discharge formula.
Since the modular limit of a full-width thin-plate weir is significantly influenced by the ratio h/p, the
modular limit increasing with h/p, drowned flow performance of the typical full-width thin-plate weir
is shown in Figure 6 and defined by the formulae below:
1,45 0,265
For h/p = 0,5, then f = 1,007 [0,975 – (h /h ) ] in the range 0,00 < h /h < 0,97
2 2
1,55 0,242
For h/p = 1,0, then f = 1,026 [0,960 – (h /h) ] in the range 0,20 < h /h < 0,97
2 2
1,75 0,220
For h/p = 1,5, then f = 1,098 [0,952 – (h /h) ] in the range 0,50 < h /h < 0,97
2 2
1,85 0,219
For h/p = 2,0, then f = 1,155 [0,950 – (h /h) ] in the range 0,63 < h /h < 0,97
2 2
Thus, the Rehbock Formula (1929) for drowned flow becomes Formula (18):
32/
Qf= Cg2 bh (18)
de
NOTE This adjustment only applies where the upstream and downstream measurements are in the same
horizontal plane, i.e. there is no drop in the channel bottom at, or downstream, of the weir.
Key
h
X
value of
h
Y value of f
Figure 6 — Drowned flow performance of the full-width thin-plate weir
10 Triangular-notch thin-plate weir
10.1 Specifications for the standard weir
The triangular-notch thin-plate weir consists of a V-shaped notch in a vertical, thin plate. A diagrammatic
illustration of the triangular-notch weir is shown in Figure 7. The weir plate shall be plane and rigid and
perpendicular to the walls and the floor of the channel. The upstream face of the plate shall be smooth
(in the vicinity of the notch, it shall be equivalent in surface finish to that of rolled sheet-metal).
The bisector of the notch shall be vertical and equidistant from the two walls of the channel. The
surfaces of the notch shall be plane surfaces, which shall form sharp edges at their intersection with the
upstream face of the weir plate. The width of the notch surfaces, measured perpendicular to the face of
the plate, shall be between 1 mm and 2 mm.
16 © ISO 2017 – All rights reserved
To ensure that the upstream edges of the notch are sharp, they shall be machined or filed, perpendicular
to the upstream face of the plate, free of burrs or scratches and untouched by abrasive cloth or paper.
The downstream edges of the notch shall be chamfered if the weir plate is thicker than the maximum
allowable width of the notch surface. The surface of the chamfer shall make an angle of not less than
π/4 radians (45°) with the surface of the notch (see detail, Figure 7). The weir plate in the vicinity of the
notch preferably shall be made of corrosion-resistant metal; but if it is not, all specified smooth surfaces
shall be kept coated with a thin protective film (for example, oil, wax, silicone) applied with a soft cloth.
Dimensions in millimetres
a)
b)
Key
1 upstream face of weir plate
2 head measurement section
Figure 7 — Triangular-notch thin-plate weir
18 © ISO 2017 – All rights reserved
10.2 Specifications for the installation
The specifications stated in 6.3 shall apply. In general, the weir shall be located in a straight, horizontal,
rectangular channel if possible. However, if the effective opening of the notch is so small in comparison
with the area of the upstream channel that the approach velocity is negligible, the shape of the channel
is not significant. In any case, the flow in the approach channel shall be uniform and steady, as specified
in 6.3.3.
If the top width of the nappe at maximum head is large in comparison with the width of the channel,
the channel walls shall be straight, vertical and parallel. If the height of the vertex relative to the level
of the floor is small in comparison with the maximum head, the channel floor shall be smooth, flat and
horizontal. In general
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 1438
Troisième édition
2017-04
Hydrométrie — Mesure de débit dans
les canaux à écoulement à surface libre
au moyen de déversoirs en mince paroi
Hydrometry — Open channel flow measurement using thin-plate weirs
Numéro de référence
©
ISO 2017
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Publié en Suisse
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Sommaire Page
Avant-propos .v
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles et abréviations . 1
5 Principe . 2
6 Installation . 2
6.1 Généralités . 2
6.2 Choix du site . 2
6.3 Conditions d'installation . 3
6.3.1 Généralités . 3
6.3.2 Déversoir . 3
6.3.3 Chenal d'approche . 3
6.3.4 Chenal à l’aval du déversoir . 4
7 Mesurage de la charge . 4
7.1 Appareils de mesurage de la charge . 4
7.2 Puits de tranquillisation ou puits à flotteur . 5
7.3 Section de mesurage de la charge . 5
7.3.1 Mesurage de la charge à l'amont . 5
7.3.2 Mesurage de la charge à l'aval . 6
7.4 Zéro de l’échelle . 6
8 Entretien . 6
9 Déversoir en mince paroi rectangulaire . 6
9.1 Types. 6
9.2 Spécifications relatives au déversoir normalisé. 8
9.3 Spécifications d'installation . 8
9.4 Détermination du zéro de l'échelle . 8
9.5 Formules de débit — Généralités .11
9.6 Formules pour la forme de déversoir de base (toutes valeurs de b/B) .11
9.6.1 Formule de Kindsvater-Carter .11
9.6.2 Évaluation de C , k et k .11
d b h
9.6.3 Formule pour C .13
d
9.6.4 Limites pratiques de h/p, h, b et p .14
9.7 Formules pour déversoirs sans contraction latérale (b/B = 1,0) .14
9.7.1 Formule de débit en écoulement dénoyé.14
9.7.2 Formule de débit en écoulement noyé .15
10 Déversoir triangulaire en mince paroi .16
10.1 Spécifications relatives au déversoir normalisé.16
10.2 Spécifications relatives à l'installation .19
10.3 Spécifications relatives au mesurage de la hauteur de charge .19
10.3.1 Généralités .19
10.3.2 Détermination de l'angle de l'échancrure .19
10.3.3 Détermination du zéro de l'échelle .19
10.4 Formules de débit — Généralités .20
10.5 Formule pour tous les angles d'échancrure entre π/9 et 5π/9 radians (20° et 100°) .20
10.5.1 Formule de Kindsvater-Shen .20
10.5.2 Évaluation de C et de k .21
d h
10.5.3 Limites pratiques pour α, h/p, p/B, h et p .22
10.6 Formule pour les angles d'échancrure spécifiques (déversoir totalement contracté) .22
10.7 Précision des coefficients de débit — Déversoirs triangulaires .23
11 Incertitudes relatives à la mesure de débit .23
11.1 Généralités .23
11.2 Combinaison d'incertitudes de mesure .24
11.3 Incertitude du coefficient de débit, u*(C ), pour les déversoirs en mince paroi .26
d
11.4 Bilan d'incertitude .26
12 Exemple .26
12.1 Généralités .26
12.2 Caractéristiques — Structure de jaugeage.27
12.3 Caractéristiques — Instrumentation de charge mesurée .27
12.4 Coefficient de débit .27
12.5 Estimation de débit .27
12.6 Calcul de l’incertitude .28
Annexe A (informative) Mesure de débit avec petits bassins de déversoir .30
Annexe B (normative) Guide de conception et d'installation d'un stabilisateur d'écoulement .32
Annexe C (informative) Introduction à l'incertitude de mesure .34
Annexe D (informative) Performance des essais de mesure à utiliser à titre d’exemple
en hydrométrie .42
Annexe E (informative) Tableaux de la relation hauteur/débit .45
Bibliographie .60
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Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/ directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/ brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l'intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l'Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/ iso/ fr/ avant -propos .html.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 113, Hydrométrie, sous-comité SC 2,
Structures mesurant le débit.
Cette troisième édition annule et remplace la deuxième édition (ISO 1438:2008), qui a fait l'objet d'une
révision technique. Elle contient également le rectificatif technique ISO 1438:2008/Cor 1:2008.
Les principaux changements par rapport à l'ISO 1438:2008 sont les suivants:
a) la formule de débit en écoulement dénoyé pour les déversoirs dont la hauteur de paroi est de
1 m ≤ p ≤ 2,5 m a été complétée en 9.7.1;
b) la formule C pour un déversoir rectangulaire avec b/B = 1,0, Formule (5), a été corrigée d'après la
d
même formule que pour le déversoir sans contraction latérale, Formule (15);
c) les paragraphes du 9.6 ont été re-numérotés.
NORME INTERNATIONALE ISO 1438:2017(F)
Hydrométrie — Mesure de débit dans les canaux à
écoulement à surface libre au moyen de déversoirs en
mince paroi
1 Domaine d'application
Le présent document définit les exigences d'utilisation de déversoirs en mince paroi à échancrures
rectangulaires et triangulaires pour le mesurage du débit d'eau claire dans des canaux à écoulement
à surface libre pleinement aéré. Il comprend les exigences d'utilisation de déversoirs en mince paroi
rectangulaires sans contraction latérale en conditions d'écoulement noyé.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 772, Hydrométrie — Vocabulaire et symboles
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 772 s'appliquent.
L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— IEC Electropedia: disponible à l'adresse http:// www .electropedia .org/
— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse http:// www .iso .org/ obp
4 Symboles et abréviations
Symbole Unité Description
A m Surface du chenal d'approche
B m Largeur du chenal d'approche
b m Largeur mesurée de l'échancrure
b m Largeur de l'échancrure à la hauteur maximale de charge (échancrure en V)
max
C Coefficient de débit (charge mesurée)
C Coefficient de débit
d
f Facteur de réduction
C Coefficient de vitesse
v
e m Incertitude aléatoire de la mesure de la largeur
b
g m/s Accélération due à la pesanteur
H m Hauteur de charge totale au-dessus du niveau de crête
h m Hauteur de charge mesurée en amont au-dessus du niveau de crête (en l'absence
d'indice, la charge à l'amont est déduite)
J Constante numérique
Symbole Unité Description
l m Distance de la section de mesurage de la charge à l'amont du déversoir
n Nombre de mesures dans un ensemble
p m Hauteur de pelle
Q m /s Débit
S Rapport de submersion, h /h
2 1
S Limite modulaire
m/s Vitesse moyenne
V
U % Incertitude de pourcentage élargie
u*(b) % Incertitude de pourcentage en b
u*(C) % Incertitude de pourcentage en C
u*(E) % Incertitude de pourcentage du mesurage du plan de référence
u*(h ) % Incertitude de pourcentage en h
1 1
u*(Q) % Incertitude de pourcentage en Q
α ° Angle de l'échancrure
Indices
1 en amont
2 en aval
e réel
r rectangulaire
t triangulaire
5 Principe
Le débit à travers des déversoirs en mince paroi dépend de la hauteur de charge (assimilée à la
hauteur d’eau) à l’amont du déversoir (pour l'écoulement libre), de la charge à l’amont et à l’aval (pour
l'écoulement noyé), de la taille et de la forme de la zone de déversement, et d'un coefficient déterminé
expérimentalement qui tient compte de la charge, des propriétés géométriques du déversoir et du
chenal d'approche, et des propriétés dynamiques de l'eau.
6 Installation
6.1 Généralités
Les conditions générales relatives à l’installation des déversoirs sont décrites dans les articles suivants.
Les conditions particulières applicables aux différents types de déversoir sont décrites dans les articles
qui traitent de déversoirs spécifiques (voir les Articles 9 et 10).
6.2 Choix du site
Le type de déversoir à utiliser pour la mesure de débit est en partie déterminé par la nature du site
de mesurage proposé. Dans certaines conditions de conception et d'utilisation, les déversoirs mince
paroi doivent être situés dans des canaux jaugeurs rectangulaires ou dans des chambres de déversoir
qui simulent les conditions d'écoulement dans des canaux jaugeurs rectangulaires. Dans d'autres
conditions, les déversoirs minces paroi peuvent être situés dans des chenaux naturels, dans des canaux
jaugeurs ou des chambres de déversoir, sans aucune différence significative dans la précision des
mesures. Les conditions particulières liées au site sont décrites en 6.3.
2 © ISO 2017 – Tous droits réservés
6.3 Conditions d'installation
6.3.1 Généralités
Le débit mesuré à l’aide du déversoir mince paroi est influencé de manière critique par les
caractéristiques physiques de celui-ci et du chenal d’approche. Les déversoirs en mince paroi sont
particulièrement dépendants des conditions d’implantation, qui ont une influence sur la répartition
des vitesses dans le chenal d'approche, et de la fabrication et de l'entretien de la crête du déversoir
conformément aux spécifications normalisées.
6.3.2 Déversoir
Les déversoirs en mince paroi doivent être verticaux et perpendiculaires aux parois du chenal.
L'intersection de la plaque du déversoir avec les parois et le fond du chenal doit être étanche et
indéformable, et le déversoir doit être capable de résister à l'écoulement maximal sans déformation ni
dommage.
Les limites pratiques indiquées, liées aux diverses formules de débit telles que la largeur minimale, la
hauteur minimale du déversoir, la charge minimale et les valeurs maximales de h/p et b/B (où h est
la hauteur d’eau mesurée à l’amont du déversoir, p est la hauteur de pelle, b est la largeur mesurée de
l'échancrure et B est la largeur du chenal d'approche), sont des facteurs qui ont une influence à la fois
sur le choix du type de déversoir et sur l'installation.
6.3.3 Chenal d'approche
Dans le cadre du présent document, le chenal d'approche est la partie du chenal du déversoir qui s'étend
vers l'amont à partir du déversoir sur une distance d'au moins cinq fois la largeur de la lame déversante
à la hauteur maximale de charge. Si le déversoir est situé dans un bassin de déversoir, il convient dans
l'idéal que la longueur du bassin soit égale à jusqu'à 10 fois la largeur de la lame déversante à la hauteur
maximale de charge. Des informations sur l'utilisation de petits bassins de déversoir sont données à
l'Annexe A.
L'écoulement dans le chenal d'approche doit être au régime permanent et uniforme, avec une répartition
des vitesses proche de celle que l'on trouve dans un chenal d'une longueur suffisante pour générer
un écoulement satisfaisant dans des chenaux lisses et rectilignes. La Figure 1 indique la répartition
normale des vitesses mesurées perpendiculairement à la direction d'écoulement dans des chenaux
rectangulaires, en amont de l'influence d'un déversoir. Des chicanes et des stabilisateurs d'écoulement
peuvent être utilisés pour obtenir une répartition normale des vitesses, mais leur emplacement
par rapport au déversoir ne doit pas être inférieur à la longueur minimale spécifiée pour le chenal
d'approche.
L'influence de la répartition des vitesses dans le chenal d'approche sur l'écoulement ou sur le déversoir
augmente avec les rapports h/p et b/B. Si l’installation d’un déversoir conduit inévitablement à une
répartition des vitesses sensiblement non uniforme, il convient que la possibilité d’erreur dans le débit
calculé soit vérifiée au moyen d'une autre méthode de mesure de débit pour une plage représentative
de débits.
Si les conditions d'approche sont considérées comme non satisfaisantes, des stabilisateurs d'écoulement
devront être mis en place conformément à l'Annexe B.
Si la hauteur maximale de charge à mesurer est limitée à (2/3)p pour tous les types de déversoir, des
stabilisateurs d'écoulement peuvent être utilisés pour réduire la longueur effective du chenal d'approche
à B + 3h pour les déversoirs triangulaires et rectangulaires, et à B + 5h pour les déversoirs sans
max max
contraction latérale.
NOTE Cette limite sur la hauteur maximale de charge à mesurer est nécessaire en raison de la déformation
de la vitesse à proximité de la surface de l'eau dans le chenal d'approche due à l'écoulement provenant des
ouvertures dans la chicane du stabilisateur d'écoulement.
a)
b)
c)
NOTE Les contours font référence aux valeurs de vitesse d'écoulement locale par rapport à la vitesse de
section transversale moyenne.
Figure 1 — Exemples de distribution normale des vitesses dans les chenaux rectangulaires
6.3.4 Chenal à l’aval du déversoir
Pour la plupart des applications, le niveau de l'eau dans le chenal à l'aval du déversoir doit être à une
distance verticale suffisante en dessous de la crête, afin de garantir un déversement libre et pleinement
aéré. Un déversement est dit aéré (dénoyé) lorsque le niveau aval n’a pas d’influence sur le niveau
amont, donc sur le débit. On obtient un déversement pleinement aéré lorsque la pression de l’air sur la
surface inférieure de la lame déversante est égale à la pression atmosphérique. De plus, il faut que la
lame déversante soit bien décollée à l’aval de la paroi du seuil. Un fonctionnement en écoulement noyé
est autorisé pour les déversoirs sans contraction latérale dans certaines conditions (voir 9.7.2). Dans le
cas d’un écoulement noyé, le niveau de l'eau à l’aval peut être au-dessus du niveau de crête.
7 Mesurage de la charge
7.1 Appareils de mesurage de la charge
Dans le but d'obtenir des mesures de débit précises telles que spécifiées pour les déversoirs normalisés,
la hauteur de charge sur le déversoir doit être mesurée au moyen d’une pointe limnimétrique droite
ou recourbée, d’un manomètre, ou de tout autre limnimètre de précision équivalente. Pour un
4 © ISO 2017 – Tous droits réservés
enregistrement en continu des variations de charge, des limnimètres à flotteur précis et des pointes
limnimétriques droites à servomécanismes peuvent être utilisés. Des échelles limnimétriques verticales
et des jauges à ruban peuvent être utilisées lorsque des mesures moins précises sont acceptables.
Des spécifications complémentaires pour les appareils de mesurage de la charge sont données dans
l'ISO 4373.
7.2 Puits de tranquillisation ou puits à flotteur
Dans les cas exceptionnels où les vitesses superficielles et les perturbations dans le chenal d'approche
sont négligeables, le niveau de l’eau à l’amont du déversoir peut être mesuré directement (par exemple,
au moyen d'une pointe limnimétrique droite montée au-dessus de la surface de l'eau). Toutefois, afin
de s’affranchir des variations du régime de l’eau dans le chenal d’approche causées par les vagues, les
turbulences ou les vibrations, il convient de mesurer le niveau de l’eau à l’amont du déversoir dans un
puits de tranquillisation.
Les puits de tranquillisation sont reliés au chenal d'approche par une conduite appropriée, équipée, si
nécessaire, d'une vanne papillon pour amortir les oscillations. Du côté du chenal, la conduite est reliée
à des prises piézométriques (en parois ou dans le fond) ou à un tube de prises de pression statique
situées dans la section de mesure de la hauteur de charge.
Des spécifications complémentaires pour les puits de tranquillisation sont données dans l'ISO 18365.
7.3 Section de mesurage de la charge
7.3.1 Mesurage de la charge à l'amont
La section de mesurage de la charge doit être située à une distance suffisante en amont du déversoir
pour éviter la zone d'abaissement de la surface causée par la formation de la lame déversante. D’autre
part, elle doit être suffisamment proche du déversoir pour que la perte de charge entre la section de
mesurage de la hauteur de charge et le déversoir soit négligeable. Pour les déversoirs faisant l’objet de
la présente norme, l'emplacement de la section de mesurage de la charge sera satisfaisant s'il est situé
à une distance égale à deux à quatre fois la hauteur maximale de charge (2h à 4h ) en amont du
max max
déversoir.
Si de grandes vitesses se produisent dans le chenal d'approche, ou si des perturbations ou des
irrégularités à la surface de l'eau se produisent à la section de mesurage de la hauteur de charge en
raison des valeurs élevées de h/p ou de b/B, il peut être nécessaire d'installer plusieurs prises de pression
afin de s’assurer que la hauteur de charge mesurée dans le puits de mesurage soit représentative de la
moyenne des hauteurs de charge mesurées sur l'ensemble de la section de mesurage.
Dans le cas d'un déversoir mince paroi sans contraction latérale, l'effet de la friction sur le chenal en
amont nécessite un ajustement du coefficient de débit. La correction s'applique à la foi en l/h et en h/p
et est donnée dans le Tableau 1.
Tableau 1 — Facteurs à appliquer aux valeurs de coefficient de débit normalisé
h/p l/h
2 4 6 8
3,5 à 4,0 1,00 1,00 0,96 0,92
3,0 à 3,5 1,00 1,00 0,97 0,94
2,5 à 3,0 1,00 1,00 0,98 0,96
2,0 à 2,5 1,00 1,00 0,99 0,98
Moins de 2,0 1,00 1,00 1,00 1,00
7.3.2 Mesurage de la charge à l'aval
Si le déversoir doit fonctionner en écoulement noyé, un mesurage de la hauteur de charge à l’aval du
déversoir est demandé, en plus de la mesure de la hauteur de charge à l’amont du déversoir. La position
de mesurage de la hauteur de charge à l’aval du déversoir doit être à une distance de 10 h en aval de la
max
face amont du déversoir. Si un puits de tranquillisation est prévu dans la conception, il est recommandé
de réaliser le mesurage de la hauteur de charge à l'aval au-delà de 4 h .
max
7.4 Zéro de l’échelle
La précision des mesures de la hauteur de charge dépend essentiellement de la détermination du zéro
de l'échelle de la charge, lequel est défini comme étant la lecture du limnimètre correspondant au niveau
de la crête du déversoir (déversoirs rectangulaires) ou au niveau du point le plus bas de l'échancrure
(déversoirs triangulaires). Le zéro de l'échelle doit être toujours vérifié. De nombreuses méthodes
acceptables de détermination du zéro de l'échelle sont utilisées. Des méthodes types sont décrites dans
les articles suivants, qui portent spécifiquement sur les déversoirs rectangulaires et triangulaires. Voir
les Articles 9 et 10.
En raison de la tension superficielle, le zéro de l'échelle ne peut pas être déterminé avec une précision
suffisante en faisant une lecture du limnimètre lorsque le niveau de l’eau dans le chenal d’approche est
abaissé au raz de la crête (ou de l'échancrure).
8 Entretien
Il est nécessaire et important d'entretenir le déversoir et le chenal du déversoir pour assurer des
mesurages précis.
Le chenal d'approche doit être exempt de limon, de végétation et d'obstructions qui pourraient avoir
des effets néfastes sur les conditions d'écoulement spécifiées pour l'installation normalisée. Le chenal
à l'aval du déversoir doit être exempt d'obstructions qui pourraient causer une submersion ou gêner
l'aération complète de la lame déversante dans toutes les conditions d'écoulement.
La plaque du déversoir doit être maintenue propre et solidement fixée. Au cours du nettoyage, il
faut prendre soin d'éviter tout dommage de la crête ou de l'échancrure, et en particulier des arêtes
et surfaces en amont. Il convient également que les spécifications de fabrication pour ces éléments
particulièrement sensibles soient examinées avant la réalisation de l'entretien.
Les piézomètres de mesurage de charge, les conduites de liaison et le puits de tranquillisation doivent
être nettoyés, et l'absence de fuite vérifiée. La pointe limnimétrique recourbée ou droite, le manomètre,
le flotteur ou autre instrument utilisé pour mesurer la hauteur de charge doivent être régulièrement
vérifiés pour garantir la pérennité de leur précision.
Si un stabilisateur d'écoulement est utilisé dans le chenal d'approche, les parois perforées doivent être
maintenues propres de manière que le pourcentage de surface ouverte reste supérieur à 40 %.
9 Déversoir en mince paroi rectangulaire
9.1 Types
Le déversoir rectangulaire en mince paroi est une appellation générale, où le déversoir à échancrure
rectangulaire représente la forme de base et où le déversoir sans contraction latérale est un cas
limite. La forme de base du déversoir est schématiquement représentée à la Figure 2, avec des valeurs
intermédiaires de b/B et de h/p. Lorsque b/B = 1,0, c'est-à-dire lorsque la largeur du déversoir (b) est
égale à la largeur du chenal à la section transversale du déversoir (B), le déversoir est du type sans
contraction latérale.
6 © ISO 2017 – Tous droits réservés
Dimensions en millimètres
a)
b)
Légende
1 face amont de la plaque du déversoir
2 section de mesurage de charge, valeur mesurée h
Figure 2 — Déversoir en mince paroi à échancrure rectangulaire
9.2 Spécifications relatives au déversoir normalisé
Le déversoir de base est formé d’une échancrure rectangulaire située dans une mince paroi verticale.
La paroi doit être plane et rigide et perpendiculaire aux parois et au fond du chenal d'approche. La face
amont de la paroi doit être lisse (à proximité de l'échancrure, son état de surface doit être équivalent à
celui d'une plaque en métal laminée).
L’axe vertical de l'échancrure doit être équidistant des deux parois du chenal. La surface de crête
de l'échancrure doit être une surface horizontale et plane, qui doit former une arête vive à son
intersection avec la face amont de la plaque du déversoir. La largeur de la surface de crête, mesurée
perpendiculairement à la face amont de la plaque, doit être comprise entre 1 mm et 2 mm. Les surfaces
latérales de l'échancrure doivent être des surfaces verticales planes qui doivent former des arêtes vives
à leur intersection avec la face amont de la plaque du déversoir. Dans le cas limite du déversoir sans
contraction latérale, la crête du déversoir doit s'étendre jusqu'aux parois du chenal, qui, à proximité de
la crête, doivent être planes et lisses (voir également 9.3).
Pour s'assurer que les arêtes en amont de la crête et les arêtes latérales de l'échancrure sont vives,
elles doivent être usinées ou limées perpendiculairement à la face amont de la plaque du déversoir et
doivent être exemptes de bavures d’usinage ou de rayures. Les arêtes aval de l'échancrure doivent être
chanfreinées si la plaque du déversoir est plus épaisse que la largeur maximale admise de la surface de
l'échancrure. La surface du chanfrein doit former un angle d'au moins π/4 radians (45°) avec la crête et
les surfaces latérales de l'échancrure (voir détail à la Figure 2). La plaque du déversoir à proximité de
l'échancrure doit de préférence être faite en métal résistant à la corrosion; dans le cas contraire, toutes
les surfaces lisses et arêtes vives spécifiées doivent être revêtues en permanence d'une mince pellicule
de protection (par exemple, huile, cire et silicone) appliquée avec un chiffon doux.
9.3 Spécifications d'installation
Les spécifications décrites en 6.3 doivent s'appliquer. D'une manière générale, le déversoir doit être
situé dans un chenal d'approche rectiligne, horizontal et rectangulaire si possible. Toutefois, la forme du
chenal est sans importance si l'échancrure du déversoir est suffisamment petite par rapport à la surface
du chenal en amont pour que la vitesse d'approche soit négligeable. Dans tous les cas, l'écoulement dans
le chenal d'approche doit être au régime permanent et uniforme, comme spécifié en 6.3.3.
Si la largeur du déversoir est égale à la largeur du chenal à la section transversale du déversoir (c'est-
à-dire un déversoir sans contraction latérale), les parois du chenal en amont du déversoir doivent être
verticales, planes, parallèles et lisses (équivalentes à l'état de surface d'une plaque en métal laminée).
Les parois du chenal au-dessus du niveau de la crête d'un déversoir sans contraction latérale doivent
s'étendre à l’aval du déversoir d’une longueur d'au moins 0,3 h . Un déversement totalement aéré doit
max
être assuré comme spécifié en 6.3.4.
Le fond du chenal d'approche doit être lisse, plan et horizontal lorsque la hauteur de pelle (p) est
réduite et/ou h/p est élevé. Pour les déversoirs rectangulaires, il convient que le fond soit lisse, plan
et horizontal, en particulier quand p est inférieur à 0,1 m et /ou h /p est supérieur à 1. Des critères
max
supplémentaires sont spécifiés en ce qui concerne les formules de débit normalisées.
9.4 Détermination du zéro de l'échelle
Le zéro de l'échelle, doit être déterminé avec le plus grand soin, et doit être régulièrement et
rigoureusement vérifié le cas échéant. Une méthode type acceptable de détermination du zéro de
l'échelle pour les déversoirs rectangulaires est décrite ci-dessous.
a) Le niveau de l’eau dans le chenal d'approche est abaissé à un niveau en dessous de la crête du
déversoir.
b) Une pointe limnimétrique recourbée provisoire est montée sur le chenal d'approche, à une courte
distance en amont de la crête du déversoir.
c) Un niveau de précision est placé avec son axe horizontal, l'une de ses extrémités se trouvant
sur la crête du déversoir et l'autre sur le bout de la pointe limnimétrique recourbée provisoire
8 © ISO 2017 – Tous droits réservés
(celle-ci ayant été ajustée pour maintenir le niveau dans cette position). La lecture de la pointe
limnimétrique provisoire est enregistrée.
d) La pointe limnimétrique recourbée provisoire est abaissée à la surface de l'eau dans le chenal
d'approche, et sa lecture est faite et enregistrée. Le limnimètre permanent (ou à poste fixe)
est ajusté pour lire le niveau (ou la hauteur) dans le puits de mesurage, et la valeur est notée et
enregistrée.
e) La différence calculée entre les deux lectures de la pointe limnimétrique provisoire est ajoutée à
la valeur de la lecture du limnimètre permanent. La somme correspond au zéro de l'échelle pour le
limnimètre permanent.
La Figure 3 montre l'utilisation de cette procédure avec une forme de pointe limnimétrique recourbée
provisoire convenablement montée sur la plaque du déversoir.
a) b)
c)
Légende
1 limnimètre permanent
2 pointe limnimétrique recourbée provisoire
3 niveau de précision
4 micromètre à vernier
5 vis de serrage
6 crête du déversoir
Figure 3 — Détermination du zéro de l'échelle pour déversoir rectangulaire
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9.5 Formules de débit — Généralités
Les formules de débit normalisées pour les déversoirs en mince paroi rectangulaires sont présentées
en trois catégories:
a) formule de débit (en écoulement dénoyé) pour la forme de déversoir de base (toutes valeurs de b/B);
b) formule de débit (en écoulement dénoyé) pour déversoirs sans contraction latérale (b/B = 1,0);
c) formule de débit (en écoulement noyé) pour déversoirs sans contraction latérale.
9.6 Formules pour la forme de déversoir de base (toutes valeurs de b/B)
9.6.1 Formule de Kindsvater-Carter
La formule de Kindsvater-Carter pour la forme de déversoir de base est donnée dans la Formule (1):
32/
QC= 2gb h (1)
de e
où
C est le coefficient de débit;
d
b est la largeur réelle;
e
h est la hauteur de charge réelle.
e
9.6.2 Évaluation de C , k et k
d b h
La Figure 4 montre des valeurs de C déterminées expérimentalement en fonction de h/p pour des
d
valeurs représentatives de b/B. Les valeurs de C pour les valeurs intermédiaires de b/B peuvent être
d
déterminées par interpolation.
Le coefficient de débit, C , a été déterminé expérimentalement en fonction de deux variables de la
d
Formule (2):
b h
Cf= , (2)
d
B p
La largeur et la hauteur de charge réelles sont définies par les Formules (3) et (4):
b = b + k (3)
e b
h = h + k (4)
e h
dans lesquelles k et k sont des grandeurs déterminées expérimentalement, en mètres, qui tiennent
b h
compte des effets combinés de la viscosité et de la tension superficielle.
Légende
h
X
valeur de
p
Y valeur de C
d
Figure 4 — Coefficient de débit
La Figure 5 montre les valeurs de k , déterminées expérimentalement en fonction de b/B.
b
Des expériences ont montré que k peut être considéré comme ayant une valeur constante de 0,001 m
h
pour les déversoirs rigoureusement construits conformément aux spécifications de la présente norme.
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Légende
X b/B
Y k , en millimètres
b
Figure 5 — Valeur de k liée à b/B
b
9.6.3 Formule pour C
d
Pour des valeurs spécifiques de b/B, il a été démontré expérimentalement que la relation entre C et h/p
d
h
(voir Figure 4) est de forme linéaireCa=+a′ .
d
p
Ainsi, pour les valeurs de b/B montrées à la Figure 4, les formules pour C peuvent être écrites comme
d
dans les Formules (5) à (13):
b h
=10,:C =+0,,602 0 083 (5)
d
B p
b h
=09,:C =+0,,598 0 064 (6)
d
B p
b h
=08,:C =+0,,596 0 045 (7)
d
B p
b h
=07,:C =+0,,594 0 030 (8)
d
B p
b h
=06,:C =+0,,593 0 018 (9)
d
B p
b h
=05,:C =+0,,592 0 010 (10)
d
B p
b h
=04,:C =+0,,591 0 0058 (11)
d
B p
b h
=02,:C =−0,,589 0 0018 (12)
d
B p
b h
=00:,C =−587 0,0023 (13)
d
B p
Pour les valeurs intermédiaires de b/B, les formules pour C peuvent être déterminées de manière
d
satisfaisante par interpolation.
9.6.4 Limites pratiques de h/p, h, b et p
Des limites pratiques sont imposées à h/p, en raison des difficultés de mesurage de la hauteur de charge
et des erreurs générées par les ressauts et les vagues pouvant apparaître dans le chenal d'approche
à des valeurs plus élevées de h/p. Des limites sont imposées à h pour éviter le phénomène de «nappe
adhérente» qui se produit à des hauteurs de charge très basses. Des limites sont imposées à b en raison
des incertitudes concernant les effets combinés de la viscosité et de la tension superficielle représentées
par la grandeur k à des valeurs très faibles de b. Des limites sont imposées à p et à (B – b) pour éviter
b
les instabilités provoquées par les courants parasites se manifestant dans les angles entre les parois du
chenal et le déversoir lorsque les valeurs de p et (B – b) sont faibles.
Dans la pratique courante, les limites applicables à l'utilisation des formules de Kindsvater-Carter sont:
a) h/p ne doit pas être supérieur à 2,5;
b) h ne doit pas être inférieur à 0,03 m;
c) b ne doit pas être inférieur à 0,15 m;
d) p ne doit pas être inférieur à 0,10 m;
e) (B − b)/2 = 0 (déversoir sans contraction latérale) ou (B − b)/2 ne doit pas être inférieur à 0,10 m
(déversoir à contraction).
9.7 Formules pour déversoirs sans contraction latérale (b/B = 1,0)
9.7.1 Formule de débit en écoulement dénoyé
[8]
La formule de Rehbock, sous la forme proposée en 1929 est la variante à largeur réelle et est donnée
en Formule (14):
32/
QC= 2gbh (14)
de
dans laquelle pour le cas de p ≤ 1 m, la Formule (15) et la Formule (16) s'appliquent:
h
C =+0,,602 0 083 (15)
d
p
hh=+ 0,001 2 (16)
e
où les limites pratiques applicables à l'utilisation de la formule de Rehbock sont:
[3]
a) h/p ne doit pas être supérieur à 4,0 ;
b) h doit être compris entre 0,03 m et 1,0 m;
c) b ne doit pas être inférieur à 0,30 m;
d) p doit être compris entre 0,06 et 1 m;
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[7]
et pour le cas de 1 m ≤ p ≤ 2,5 m ,
h
Cp=0,,602+−0 004()10++,,083 0 036()p−1 (17)
{}
d
p
hh=+0,0012 identique à la Formule (16)
e
où les limites pratiqu
...
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2017-04
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Date : 2017-04
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Hydrométrie — Mesure de débit dans les canaux à écoulement à
Left
surface libre au moyen de déversoirs en mince paroi Style Definition: Heading 6: Font: Bold, English (United
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Hydrometry — Open channel flow measurement using thin-plate weirs
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Sommaire Page
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Avant-propos . vi
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1 Domaine d'application . 1
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Don't adjust space between Asian text and numbers
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles et abréviations . 1
5 Principe . 2
6 Installation . 2
6.1 Généralités . 2
6.2 Choix du site . 2
6.3 Conditions d'installation . 2
6.3.1 Généralités . 2
6.3.2 Déversoir . 2
6.3.3 Chenal d'approche . 4
6.3.4 Chenal à l’aval du déversoir . 5
7 Mesurage de la charge . 6
7.1 Appareils de mesurage de la charge . 6
7.2 Puits de tranquillisation ou puits à flotteur . 6
7.3 Section de mesurage de la charge . 6
7.3.1 Mesurage de la charge à l'amont. 6
7.3.2 Mesurage de la charge à l'aval . 8
7.4 Zéro de l’échelle . 8
8 Entretien . 8
9 Déversoir en mince paroi rectangulaire . 9
9.1 Types . 9
9.2 Spécifications relatives au déversoir normalisé . 11
9.3 Spécifications d'installation . 11
9.4 Détermination du zéro de l'échelle . 12
9.5 Formules de débit — Généralités . 15
9.6 Formules pour la forme de déversoir de base (toutes valeurs de b/B) . 15
9.6.1 Formule de Kindsvater-Carter . 15
9.6.2 Évaluation de C , k et k . 15
d b h
9.6.3 Formule pour C . 18
d
9.6.4 Limites pratiques de h/p, h, b et p. 19
9.7 Formules pour déversoirs sans contraction latérale (b/B = 1,0) . 20
9.7.1 Formule de débit en écoulement dénoyé . 20
9.7.2 Formule de débit en écoulement noyé. 21
10 Déversoir triangulaire en mince paroi . 23
10.1 Spécifications relatives au déversoir normalisé . 23
10.2 Spécifications relatives à l'installation . 26
10.3 Spécifications relatives au mesurage de la hauteur de charge . 26
iv © ISO 2017 – Tous droits réservés
10.3.1 Généralités . 26
10.3.2 Détermination de l'angle de l'échancrure . 26
10.3.3 Détermination du zéro de l'échelle . 27
10.4 Formules de débit — Généralités . 27
10.5 Formule pour tous les angles d'échancrure entre π/9 et 5π/9 radians (20° et 100°) . 28
10.5.1 Formule de Kindsvater-Shen . 28
10.5.2 Évaluation de C et de k . 28
d h
10.5.3 Limites pratiques pour α, h/p, p/B, h et p . 31
10.6 Formule pour les angles d'échancrure spécifiques (déversoir totalement contracté) . 31
10.7 Précision des coefficients de débit — Déversoirs triangulaires . 33
11 Incertitudes relatives à la mesure de débit . 33
11.1 Généralités . 33
11.2 Combinaison d'incertitudes de mesure . 34
*
11.3 Incertitude du coefficient de débit, u (Cd), pour les déversoirs en mince paroi . 36
11.4 Bilan d'incertitude . 36
12 Exemple . 37
12.1 Généralités . 37
12.2 Caractéristiques — Structure de jaugeage . 37
12.3 Caractéristiques — Instrumentation de charge mesurée . 37
12.4 Coefficient de débit . 38
12.5 Estimation de débit . 38
12.6 Calcul de l’incertitude . 39
Annexe A (informative) Mesure de débit avec petits bassins de déversoir . 43
Annexe B (normative) Guide de conception et d'installation d'un stabilisateur d'écoulement . 45
Annexe C (informative) Introduction à l'incertitude de mesure . 48
Annexe D (informative) Performance des essais de mesure à utiliser à titre d’exemple en
hydrométrie . 59
Annexe E (informative) Tableaux de la relation hauteur/débit . 62
Bibliographie . 78
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Formatted: Don't adjust space between Latin and Asian text,
Avant-propos
Don't adjust space between Asian text and numbers
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de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général
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Structures mesurant le débit.
Formatted: std_publisher
Cette troisième édition annule et remplace la deuxième édition (ISO 1438:2008), qui a fait l'objet d'une Formatted: std_docNumber
révision technique. Elle contient également le rectificatif technique ISO 1438:2008/Cor 1:2008.
Formatted: std_year
Formatted: std_publisher
Les principaux changements par rapport à l'ISO 1438:2008 sont les suivants :
Formatted: std_docNumber
Formatted: std_year
a) la formule de débit en écoulement dénoyé pour les déversoirs dont la hauteur de paroi est de
1 m ≤ p ≤ 2,5 m a été complétée en 9.7.1 ; Formatted: std_suppl
Formatted: std_publisher
b) la formule Cd pour un déversoir rectangulaire avec b/B = 1,0, Formule (5), a été corrigée d'après la
Formatted: std_docNumber
même formule que pour le déversoir sans contraction latérale, Formule (15) ;);
Formatted: std_year
Formatted: cite_sec
c) les paragraphes du 9.6 ont été re-numérotés.
Formatted: cite_eq
Formatted: cite_eq
Formatted: cite_sec
vi © ISO 2017 – Tous droits réservés
NORME INTERNATIONALE ISO 1438:2017(F)
Formatted: Font color: Blue, French (France)
Hydrométrie — Mesure de débit dans les canaux à écoulement à
Formatted: French (France)
surface libre au moyen de déversoirs en mince paroi
Formatted: Font color: Blue, French (France)
Formatted: French (France)
Formatted: Font color: Blue, French (France)
1 Domaine d'application Formatted: Tab stops: 21.6 pt, Left
Le présent document définit les exigences d'utilisation de déversoirs en mince paroi à échancrures
rectangulaires et triangulaires pour le mesurage du débit d'eau claire dans des canaux à écoulement à
surface libre pleinement aéré. Il comprend les exigences d'utilisation de déversoirs en mince paroi
rectangulaires sans contraction latérale en conditions d'écoulement noyé.
Formatted: Tab stops: 21.6 pt, Left
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur Formatted: French (Switzerland)
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l'éditionl’édition citée
Formatted: Adjust space between Latin and Asian text,
Adjust space between Asian text and numbers
s'appliques’applique. Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence
s'applique (y compris les éventuels amendements). Formatted: French (Switzerland)
Formatted: French (Switzerland)
ISO 772, Hydrométrie — Vocabulaire et symboles
Formatted: French (Switzerland)
Formatted: French (Switzerland)
Formatted: std_publisher
3 Termes et définitions
Formatted: std_docNumber
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 772 s'appliquent.
Formatted: std_docTitle, Font: Not Italic
Formatted: Tab stops: 21.6 pt, Left
L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
Formatted: std_publisher
normalisation, consultables aux adresses suivantes :
Formatted: std_docNumber
— IEC Electropedia : disponible à l'adresse http://www.electropedia.org/
— ISO Online browsing platform : disponible à l'adresse http://www.iso.org/obp
NORME INTERNATIONALE ISO 1438:2017(F)
Formatted: Left, Space After: 24 pt, Line spacing: At least
12 pt, Tab stops: 207.65 pt, Centered + 415.3 pt, Right
Formatted: Section start: Odd page
54 Symboles et abréviations
Formatted: Tab stops: 21.6 pt, Left
Symbole Unité Description Formatted: Left
2 Formatted Table
A m Surface du chenal d'approche
Formatted: Don't adjust space between Latin and Asian text,
B m Largeur du chenal d'approche
Don't adjust space between Asian text and numbers
b m Largeur mesurée de l'échancrure Formatted: Left
Formatted: Left
b m Largeur de l'échancrure à la hauteur maximale de charge (échancrure en V)
max
Formatted: Left
C Coefficient de débit (charge mesurée)
Formatted: Left
C Coefficient de débit
d
Formatted: Font: Italic
f Facteur de réduction
Formatted: Left
Formatted: Left
C Coefficient de vitesse
v
Formatted: Left
e m Incertitude aléatoire de la mesure de la largeur
b
Formatted: Left
g m/s Accélération due à la pesanteur
Formatted: Left
H m Hauteur de charge totale au-dessus du niveau de crête
Formatted: Left
h m Hauteur de charge mesurée en amont au-dessus du niveau de crête (en l'absence d'indice, Formatted: Left
la charge à l'amont est déduite)
J Constante numérique
Formatted: Left
l m Distance de la section de mesurage de la charge à l'amont du déversoir Formatted: Left
n Nombre de mesures dans un ensemble
Formatted: Left
p m Hauteur de pelle Formatted: Left
Q m /s Débit
Formatted: Left
S Rapport de submersion, h /h
2 1 Formatted: Left
S1 Limite modulaire Formatted: Left
m/s Vitesse moyenne
Field Code Changed
V V
Formatted: Left
U % Incertitude de pourcentage élargie
Formatted: Left
u*(b) % Incertitude de pourcentage en b
Formatted: Left
u*(C) % Incertitude de pourcentage en C
Formatted: Left
u*(E) % Incertitude de pourcentage du mesurage du plan de référence
Formatted: Left
u*(h1) % Incertitude de pourcentage en h1 Formatted: Left
u*(Q) % Incertitude de pourcentage en Q
Formatted: Left
α ° Angle de l'échancrure Formatted: Left
Formatted: Font: 11 pt, Bold
Indices
Formatted: Space After: 0 pt
1 en amont
Formatted: Font: 8 pt
Formatted: Normal, Right, Line spacing: single
2 en aval
e réel
r rectangulaire
t triangulaire
65 Principe Formatted: Tab stops: 21.6 pt, Left
Le débit à travers des déversoirs en mince paroi dépend de la hauteur de charge (assimilée à la hauteur
d’eau) à l’amont du déversoir (pour l'écoulement libre), de la charge à l’amont et à l’aval (pour
l'écoulement noyé), de la taille et de la forme de la zone de déversement, et d'un coefficient déterminé
expérimentalement qui tient compte de la charge, des propriétés géométriques du déversoir et du
chenal d'approche, et des propriétés dynamiques de l'eau.
76 Installation Formatted: Tab stops: 21.6 pt, Left
7.16.1 Généralités
Les conditions générales relatives à l’installation des déversoirs sont décrites dans les articles suivants.
Les conditions particulières applicables aux différents types de déversoir sont décrites dans les articles
qui traitent de déversoirs spécifiques (voir les Articles 9 et 10). Formatted: cite_sec
Formatted: Tab stops: 21.6 pt, Left
7.26.2 Choix du site
Le type de déversoir à utiliser pour la mesure de débit est en partie déterminé par la nature du site de
mesurage proposé. Dans certaines conditions de conception et d'utilisation, les déversoirs mince paroi
doivent être situés dans des canaux jaugeurs rectangulaires ou dans des chambres de déversoir qui
simulent les conditions d'écoulement dans des canaux jaugeurs rectangulaires. Dans d'autres
conditions, les déversoirs minces paroi peuvent être situés dans des chenaux naturels, dans des canaux
jaugeurs ou des chambres de déversoir, sans aucune différence significative dans la précision des
mesures. Les conditions particulières liées au site sont décrites en 6.3. Formatted: cite_sec
7.36.3 Conditions d'installation Formatted: Tab stops: 21.6 pt, Left
7.3.16.3.1 Généralités
Le débit mesuré à l’aide du déversoir mince paroi est influencé de manière critique par les
caractéristiques physiques de celui-ci et du chenal d’approche. Les déversoirs en mince paroi sont
particulièrement dépendants des conditions d’implantation, qui ont une influence sur la répartition des
vitesses dans le chenal d'approche, et de la fabrication et de l'entretien de la crête du déversoir
conformément aux spécifications normalisées.
7.3.26.3.2 Déversoir Formatted: Tab stops: 21.6 pt, Left
Les déversoirs en mince paroi doivent être verticaux et perpendiculaires aux parois du chenal.
L'intersection de la plaque du déversoir avec les parois et le fond du chenal doit être étanche et
Formatted: Space After: 0 pt
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Formatted: Justified
indéformable, et le déversoir doit être capable de résister à l'écoulement maximal sans déformation ni
dommage.
Les limites pratiques indiquées, liées aux diverses formules de débit telles que la largeur minimale, la
hauteur minimale du déversoir, la charge minimale et les valeurs maximales de h/p et b/B (où h est la
hauteur d’eau mesurée à l’amont du déversoir, p est la hauteur de pelle, b est la largeur mesurée de
l'échancrure et B est la largeur du chenal d'approche), sont des facteurs qui ont une influence à la fois
sur le choix du type de déversoir et sur l'installation.
Formatted: Tab stops: 21.6 pt, Left
Formatted: Space After: 0 pt
7.3.36.3.3 Chenal d'approche
Dans le cadre du présent document, le chenal d'approche est la partie du chenal du déversoir qui
s'étend vers l'amont à partir du déversoir sur une distance d'au moins cinq fois la largeur de la lame
déversante à la hauteur maximale de charge. Si le déversoir est situé dans un bassin de déversoir, il
convient dans l'idéal que la longueur du bassin soit égale à jusqu'à 10 fois la largeur de la lame
déversante à la hauteur maximale de charge. Des informations sur l'utilisation de petits bassins de
déversoir sont données à l'Annexe A. Formatted: cite_app
L'écoulement dans le chenal d'approche doit être au régime permanent et uniforme, avec une
répartition des vitesses proche de celle que l'on trouve dans un chenal d'une longueur suffisante pour
générer un écoulement satisfaisant dans des chenaux lisses et rectilignes. La Figure 1 indique la Formatted: cite_fig
répartition normale des vitesses mesurées perpendiculairement à la direction d'écoulement dans des
chenaux rectangulaires, en amont de l'influence d'un déversoir. Des chicanes et des stabilisateurs
d'écoulement peuvent être utilisés pour obtenir une répartition normale des vitesses, mais leur
emplacement par rapport au déversoir ne doit pas être inférieur à la longueur minimale
prescritespécifiée pour le chenal d'approche.
L'influence de la répartition des vitesses dans le chenal d'approche sur l'écoulement ou sur le déversoir
augmente avec les rapports h/p et b/B. Si l’installation d’un déversoir conduit inévitablement à une
répartition des vitesses sensiblement non uniforme, il convient que la possibilité d’erreur dans le débit
calculé soit vérifiée au moyen d'une autre méthode de mesure de débit pour une plage représentative
de débits.
Si les conditions d'approche sont considérées comme non satisfaisantes, des stabilisateurs
d'écoulement devront être mis en place conformément à l'Annexe B. Formatted: cite_app
Si la hauteur maximale de charge à mesurer est limitée à (2/3)p pour tous les types de déversoir, des
stabilisateurs d'écoulement peuvent être utilisés pour réduire la longueur effective du chenal
d'approche à B + 3h pour les déversoirs triangulaires et rectangulaires, et à B + 5h pour les
max max
déversoirs sans contraction latérale.
NOTE Cette limite sur la hauteur maximale de charge à mesurer est nécessaire en raison de la déformation de
la vitesse à proximité de la surface de l'eau dans le chenal d'approche due à l'écoulement provenant des
ouvertures dans la chicane du stabilisateur d'écoulement.
Formatted: Body Text, Don't adjust space between Latin and
Asian text, Don't adjust space between Asian text and
numbers
Formatted: Space After: 0 pt
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Formatted: Justified
Formatted Table
a)
b)
c)
NOTE Les contours font référence aux valeurs de vitesse d'écoulement locale par rapport à la vitesse de
section transversale moyenne.
Figure 1 — Exemples de distribution normale des vitesses dans les chenaux rectangulaires
7.3.46.3.4 Chenal à l’aval du déversoir Formatted: Tab stops: 21.6 pt, Left
Pour la plupart des applications, le niveau de l'eau dans le chenal à l'aval du déversoir doit être à une
distance verticale suffisante en dessous de la crête, afin de garantir un déversement libre et pleinement
aéré. Un déversement est dit aéré (dénoyé) lorsque le niveau aval n’a pas d’influence sur le niveau
amont, donc sur le débit. On obtient un déversement pleinement aéré lorsque la pression de l’air sur la
surface inférieure de la lame déversante est égale à la pression atmosphérique. De plus, il faut que la
lame déversante soit bien décollée à l’aval de la paroi du seuil. Un fonctionnement en écoulement noyé
est autorisé pour les déversoirs sans contraction latérale dans certaines conditions (voir 9.7.2). Dans le Formatted: cite_sec
cas d’un écoulement noyé, le niveau de l'eau à l’aval peut être au-dessus du niveau de crête.
Formatted: Space After: 0 pt
87 Mesurage de la charge Formatted: Tab stops: 21.6 pt, Left
8.17.1 Appareils de mesurage de la charge Formatted: French (France)
Dans le but d'obtenir des mesures de débit précises telles que spécifiées pour les déversoirs normalisés,
la hauteur de charge sur le déversoir doit être mesurée au moyen d’une pointe limnimétrique droite ou
recourbée, d’un manomètre, ou de tout autre limnimètre de précision équivalente. Pour un
enregistrement en continu des variations de charge, des limnimètres à flotteur précis et des pointes
limnimétriques droites à servomécanismes peuvent être utilisés. Des échelles limnimétriques verticales
et des jauges à ruban peuvent être utilisées lorsque des mesures moins précises sont acceptables.
Des spécifications complémentaires pour les appareils de mesurage de la charge sont données dans
l'ISO 4373. Formatted: std_publisher
Formatted: std_docNumber
8.27.2 Puits de tranquillisation ou puits à flotteur Formatted: French (France)
Formatted: Tab stops: 21.6 pt, Left
Dans les cas exceptionnels où les vitesses superficielles et les perturbations dans le chenal d'approche
sont négligeables, le niveau de l’eau à l’amont du déversoir peut être mesuré directement (par exemple,
au moyen d'une pointe limnimétrique droite montée au-dessus de la surface de l'eau). Toutefois, afin de
s’affranchir des variations du régime de l’eau dans le chenal d’approche causées par les vagues, les
turbulences ou les vibrations, il convient de mesurer le niveau de l’eau à l’amont du déversoir dans un
puits de tranquillisation.
Les puits de tranquillisation sont reliés au chenal d'approche par une conduite appropriée, équipée, si
nécessaire, d'une vanne papillon pour amortir les oscillations. Du côté du chenal, la conduite est reliée à
des prises piézométriques (en parois ou dans le fond) ou à un tube de prises de pression statique
situées dans la section de mesure de la hauteur de charge.
Des spécifications complémentaires pour les puits de tranquillisation sont données dans l'ISO 18365. Formatted: std_publisher
Formatted: std_docNumber
8.37.3 Section de mesurage de la charge
Formatted: French (France)
Formatted: Tab stops: 21.6 pt, Left
8.3.17.3.1 Mesurage de la charge à l'amont
La section de mesurage de la charge doit être située à une distance suffisante en amont du déversoir
pour éviter la zone d'abaissement de la surface causée par la formation de la lame déversante. D’autre
part, elle doit être suffisamment proche du déversoir pour que la perte de charge entre la section de
mesurage de la hauteur de charge et le déversoir soit négligeable. Pour les déversoirs faisant l’objet de
la présente norme, l'emplacement de la section de mesurage de la charge sera satisfaisant s'il est situé à
une distance égale à deux à quatre fois la hauteur maximale de charge (2h à 4h ) en amont du
max max
déversoir.
Si de grandes vitesses se produisent dans le chenal d'approche, ou si des perturbations ou des
irrégularités à la surface de l'eau se produisent à la section de mesurage de la hauteur de charge en
raison des valeurs élevées de h/p ou de b/B, il peut être nécessaire d'installer plusieurs prises de
pression afin de s’assurer que la hauteur de charge mesurée dans le puits de mesurage soit
représentative de la moyenne des hauteurs de charge mesurées sur l'ensemble de la section de
mesurage.
Formatted: Space After: 0 pt
6 © ISO 2017 – Tous droits réservés
Formatted: Justified
Dans le cas d'un déversoir mince paroi sans contraction latérale, l'effet de la friction sur le chenal en
amont nécessite un ajustement du coefficient de débit. La correction s'applique à la foi en l/h et en h/p
et est donnée dans le Tableau 1. Formatted: cite_tbl
Formatted: Space After: 0 pt
Tableau 1 — Facteurs à appliquer aux valeurs de coefficient de débit normalisé
h/p l/h Formatted Table
2 4 6 8
3,5 à 4,0 1,00 1,00 0,96 0,92
Formatted Table
3,0 à 3,5 1,00 1,00 0,97 0,94
2,5 à 3,0 1,00 1,00 0,98 0,96
2,0 à 2,5 1,00 1,00 0,99 0,98
Moins de 2,0 1,00 1,00 1,00 1,00
8.3.27.3.2 Mesurage de la charge à l'aval Formatted: French (France)
Formatted: Tab stops: 21.6 pt, Left
Si le déversoir doit fonctionner en écoulement noyé, un mesurage de la hauteur de charge à l’aval du
déversoir est demandé, en plus de la mesure de la hauteur de charge à l’amont du déversoir. La position
de mesurage de la hauteur de charge à l’aval du déversoir doit être à une distance de 10 hmax en aval de
la face amont du déversoir. Si un puits de tranquillisation est prévu dans la conception, il est
recommandé de réaliser le mesurage de la hauteur de charge à l'aval au -delà de 4 hmax.
Formatted: Tab stops: 21.6 pt, Left
8.47.4 Zéro de l’échelle
La précision des mesures de la hauteur de charge dépend essentiellement de la détermination du zéro
de l'échelle de la charge, lequel est défini comme étant la lecture du limnimètre correspondant au
niveau de la crête du déversoir (déversoirs rectangulaires) ou au niveau du point le plus bas de
l'échancrure (déversoirs triangulaires). Le zéro de l'échelle doit être toujours vérifié. De nombreuses
méthodes acceptables de détermination du zéro de l'échelle sont utilisées. Des méthodes types sont
décrites dans les articles suivants, qui portent spécifiquement sur les déversoirs rectangulaires et
triangulaires. Voir les Articles 9 et 10. Formatted: cite_sec
En raison de la tension superficielle, le zéro de l'échelle ne peut pas être déterminé avec une précision
suffisante en faisant une lecture du limnimètre lorsque le niveau de l’eau dans le chenal d’approche est
abaissé au raz de la crête (ou de l'échancrure).
98 Entretien Formatted: Tab stops: 21.6 pt, Left
Il est nécessaire et important d'entretenir le déversoir et le chenal du déversoir pour assurer des
mesurages précis.
Le chenal d'approche doit être exempt de limon, de végétation et d'obstructions qui pourraient avoir
des effets néfastes sur les conditions d'écoulement spécifiées pour l'installation normalisée. Le chenal à
l'aval du déversoir doit être exempt d'obstructions qui pourraient causer une submersion ou gêner
l'aération complète de la lame déversante dans toutes les conditions d'écoulement.
La plaque du déversoir doit être maintenue propre et solidement fixée. Au cours du nettoyage, il faut
prendre soin d'éviter tout dommage de la crête ou de l'échancrure, et en particulier des arêtes et
surfaces en amont. Il convient également que les spécifications de fabrication pour ces éléments
particulièrement sensibles soient examinées avant la réalisation de l'entretien.
Les piézomètres de mesurage de charge, les conduites de liaison et le puits de tranquillisation doivent
être nettoyés, et l'absence de fuite vérifiée. La pointe limnimétrique recourbée ou droite, le manomètre,
Formatted: Space After: 0 pt
8 © ISO 2017 – Tous droits réservés
Formatted: Justified
le flotteur ou autre instrument utilisé pour mesurer la hauteur de charge doivent être régulièrement
vérifiés pour garantir la pérennité de leur précision.
Si un stabilisateur d'écoulement est utilisé dans le chenal d'approche, les parois perforées doivent être
maintenues propres de manière à ce que le pourcentage de surface ouverte reste supérieur à 40 %.
Formatted: Tab stops: 21.6 pt, Left
109 Déversoir en mince paroi rectangulaire
10.19.1 Types
Le déversoir rectangulaire en mince paroi est une appellation générale, où le déversoir à échancrure
rectangulaire représente la forme de base et où le déversoir sans contraction latérale est un cas limite.
La forme de base du déversoir est schématiquement représentée à la Figure 2, avec des valeurs Formatted: cite_fig
intermédiaires de b/B et de h/p. Lorsque b/B = 1,0, c'est-à-dire lorsque la largeur du déversoir (b) est
égale à la largeur du chenal à la section transversale du déversoir (B), le déversoir est du type sans
contraction latérale.
Dimensions en millimètres
Formatted Table
a)
Formatted: Space After: 0 pt
Formatted: Space Before: 3 pt, After: 3 pt
b)
Légende
Formatted: Space After: 0 pt
10 © ISO 2017 – Tous droits réservés
Formatted: Justified
1 face amont de la plaque du déversoir
2 section de mesurage de charge, valeur mesurée h
Figure 2 — Déversoir en mince paroi à échancrure rectangulaire Formatted: Space Before: 12 pt, After: 18 pt
Formatted: Tab stops: 21.6 pt, Left
10.29.2 Spécifications relatives au déversoir normalisé
Le déversoir de base est formé d’une échancrure rectangulaire située dans une mince paroi verticale. La
paroi doit être plane et rigide et perpendiculaire aux parois et au fond du chenal d'approche. La face
amont de la paroi doit être lisse (à proximité de l'échancrure, son état de surface doit être équivalent à
celui d'une plaque en métal laminée).
L’axe vertical de l'échancrure doit être équidistant des deux parois du chenal. La surface de crête de
l'échancrure doit être une surface horizontale et plane, qui doit former une arête vive à son intersection
avec la face amont de la plaque du déversoir. La largeur de la surface de crête, mesurée
perpendiculairement à la face amont de la plaque, doit être comprise entre 1 mm et 2 mm. Les surfaces
latérales de l'échancrure doivent être des surfaces verticales planes qui doivent former des arêtes vives
à leur intersection avec la face amont de la plaque du déversoir. Dans le cas limite du déversoir sans
contraction latérale, la crête du déversoir doit s'étendre jusqu'aux parois du chenal, qui, à proximité de
la crête, doivent être planes et lisses (voir également 9.3). Formatted: cite_sec
Pour s'assurer que les arêtes en amont de la crête et les arêtes latérales de l'échancrure sont vives, elles
doivent être usinées ou limées perpendiculairement à la face amont de la plaque du déversoir et
doivent être exemptes de bavures d’usinage ou de rayures. Les arêtes aval de l'échancrure doivent être
chanfreinées si la plaque du déversoir est plus épaisse que la largeur maximale admise de la surface de
l'échancrure. La surface du chanfrein doit former un angle d'au moins π/4 radians (45°) avec la crête et
Formatted: cite_fig
les surfaces latérales de l'échancrure (voir détail à la Figure 2). La plaque du déversoir à proximité de
l'échancrure doit de préférence être faite en métal résistant à la corrosion ; dans le cas contraire, toutes
les surfaces lisses et arêtes vives spécifiées doivent être revêtues en permanence d'une mince pellicule
de protection (par exemple, huile, cire et silicone) appliquée avec un chiffon doux.
Formatted: Tab stops: 21.6 pt, Left
10.39.3 Spécifications d'installation
Les spécifications décrites en 6.3 doivent s'appliquer. D'une manière générale, le déversoir doit être Formatted: cite_sec
situé dans un chenal d'approche rectiligne, horizontal et rectangulaire si possible. Toutefois, la forme du
chenal est sans importance si l'échancrure du déversoir est suffisamment petite par rapport à la surface
du chenal en amont pour que la vitesse d'approche soit négligeable. Dans tous les cas, l'écoulement dans
le chenal d'approche doit être au régime permanent et uniforme, comme spécifié en 6.3.3. Formatted: cite_sec
Si la largeur du déversoir est égale à la largeur du chenal à la section transversale du déversoir (c'est-à-
dire un déversoir sans contraction latérale), les parois du chenal en amont du déversoir doivent être
verticales, planes, parallèles et lisses (équivalentes à l'état de surface d'une plaque en métal laminée).
Les parois du chenal au-dessus du niveau de la crête d'un déversoir sans contraction latérale doivent
s'étendre à l’aval du déversoir d’une longueur d'au moins 0,3 h . Un déversement totalement aéré doit
max
être assuré comme spécifié en 6.3.4. Formatted: cite_sec
Le fond du chenal d'approche doit être lisse, plan et horizontal lorsque la hauteur de pelle (p) est
réduite et/ou h/p est élevé. Pour les déversoirs rectangulaires, il convient que le fond soit lisse, plan et
horizontal, en particulier quand p est inférieur à 0,1 m et /ou h /p est supérieur à 1. Des critères
max
supplémentaires sont spécifiés en ce qui concerne les formules de débit normalisées.
Formatted: Tab stops: 21.6 pt, Left
Formatted: Space After: 0 pt
10.49.4 Détermination du zéro de l'échelle
Le zéro de l'échelle, doit être déterminé avec le plus grand soin, et doit être régulièrement et
rigoureusement vérifié le cas échéant. Une méthode type acceptable de détermination du zéro de
l'échelle pour les déversoirs rectangulaires est décrite ci-dessous.
a) Le niveau de l’eau dans le chenal d'approche est abaissé à un niveau en dessous de la crête du
déversoir.
b) Une pointe limnimétrique recourbée provisoire est montée sur le chenal d'approche, à une courte
distance en amont de la crête du déversoir.
c) Un niveau de précision est placé avec son axe horizontal, l'une de ses extrémités se trouvant sur la
crête du déversoir et l'autre sur le bout de la pointe limnimétrique recourbée provisoire (celle-ci
ayant été ajustée pour maintenir le niveau dans cette position). La lecture de la pointe
limnimétrique provisoire est enregistrée.
d) La pointe limnimétrique recourbée provisoire est abaissée à la surface de l'eau dans le chenal
d'approche, et sa lecture est faite et enregistrée. Le limnimètre permanent (ou à poste fixe) est
ajusté pour lire le niveau (ou la hauteur) dans le puits de mesurage, et la valeur est notée et
enregistrée.
e) La différence calculée entre les deux lectures de la pointe limnimétrique provisoire est ajoutée à la
valeur de la lecture du limnimètre permanent. La somme correspond
...
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