ISO 748:2021
(Main)Hydrometry — Measurement of liquid flow in open channels — Velocity area methods using point velocity measurements
Hydrometry — Measurement of liquid flow in open channels — Velocity area methods using point velocity measurements
This document specifies methods for determining the velocity and cross-sectional area of water flowing in open channels and for calculating the discharge employing point velocity measurement devices. It is applicable to methods using rotating-element current meters, acoustic doppler velocimeters (ADVs), acoustic doppler current profiler (ADCP) stationary method, surface velocity measurement including floats and other surface velocity systems. Although some general procedures are discussed, this document does not describe in detail how to use or deploy these systems. NOTE For detailed procedures, refer to guidelines from instrument manufacturers and the appropriate public agencies.
Hydrométrie — Mesurage du débit des écoulements à surface libre — Méthodes d'exploration du champ des vitesses utilisant le mesurage de la vitesse par point
Le présent document spécifie des méthodes permettant de déterminer la vitesse et l’aire de la section transversale d’un écoulement d’eau à surface libre et de calculer le débit à l’aide de dispositifs de mesurage de la vitesse par point. Il est applicable aux méthodes utilisant les courantomètres à élément rotatif, les vélocimètres à effet Doppler acoustique (ADV), à la méthode stationnaire avec profileur acoustique de vitesse à effet Doppler (ADCP), et aux mesurages de la vitesse superficielle, y compris les flotteurs et autres systèmes de vitesse superficielle. Bien que certaines procédures générales soient abordées, le présent document ne décrit pas en détail comment utiliser ou déployer ces systèmes. NOTE Pour les procédures détaillées, se référer aux lignes directrices des fabricants d’instruments et des organismes publics appropriés.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 748
Fifth edition
2021-11
Hydrometry — Measurement of liquid
flow in open channels — Velocity
area methods using point velocity
measurements
Hydrométrie — Mesurage du débit des écoulements à surface libre —
Méthodes d'exploration du champ des vitesses utilisant le mesurage
de la vitesse par point
Reference number
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Published in Switzerland
ii
Contents Page
Foreword .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Principle of the methods of measurements . 1
5 Site selection .2
5.1 Selection of site . 2
5.2 Demarcation of site. 3
6 Measurement of cross-sectional area . 3
6.1 General . 3
6.2 Measurement of width . . 3
6.3 Measurement of depth . 3
7 Measurement of mean velocity . 4
7.1 Determination of mean velocity using point velocity measurements . 4
7.1.1 General . 4
7.1.2 Measurement procedure . 4
7.1.3 Oblique flow . 5
7.1.4 Determination of the mean velocity in a vertical . 5
7.1.5 Integration method . 8
7.1.6 Errors and limitations . 8
7.2 Determination of mean velocity from surface velocity . 8
7.2.1 General . 8
7.2.2 Non-contact systems . 9
7.2.3 Surface one-point method by current meter . 9
7.2.4 Measurement of velocity using floats . 9
7.2.5 Exceptions . 9
7.2.6 Main sources of error . 9
8 Computation of discharge .10
8.1 Arithmetic methods . 10
8.1.1 General . 10
8.1.2 Mean-section method. 10
8.1.3 Mid-section method . 10
8.1.4 Bathymetric verticals . 11
8.2 Independent vertical method . 11
8.3 Mean-section method — Horizontal planes . 13
9 Uncertainties in flow measurement .13
9.1 General .13
9.2 Method of calculating the uncertainty in discharge by measurement of velocity by
current meter . . 14
9.2.1 General . 14
9.2.2 Contributory uncertainties . 14
9.3 Method of calculating the uncertainty in discharge by measurement of velocity
using floats . 16
9.3.1 General . 16
9.3.2 Contributory uncertainties . 16
9.3.3 Combined uncertainty in discharge . 17
9.4 Limitations . 18
9.5 Interpolated variance estimator (IVE) . 19
9.6 Q+ . 19
9.7 Flaure . 19
Annex A (informative) Use of point velocity current meters .20
iii
Annex B (informative) Surface velocity measurement using floats .23
Annex C (informative) Example surface velocity systems .27
Annex D (informative) Uncertainties in the velocity-area measurement .29
Annex E (informative) Velocity measurement under ice conditions .32
Annex F (informative) Corrections for wetted length of wire when measuring depths with
wire not normal to surface .38
Bibliography .41
iv
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
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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.
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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
www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 113, Hydrometry, Subcommittee SC 1,
Velocity area methods, in collaboration with the European Committee for Standardization (CEN)
Technical Committee CEN/TC 318, Hydrometry, in accordance with the Agreement on technical
cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).
This fifth edition cancels and replaces the fourth edition (ISO 748:2007), which has been technically
revised. The main changes compared with the previous edition are as follows:
— the document has been updated to take account of technological developments;
— Clause 7 has been revised to reduce uncertainties in measurements;
— ISO 9196 regarding measurement under ice conditions has been incorporated.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
v
INTERNATIONAL STANDARD ISO 748:2021(E)
Hydrometry — Measurement of liquid flow in open
channels — Velocity area methods using point velocity
measurements
1 Scope
This document specifies methods for determining the velocity and cross-sectional area of water flowing
in open channels and for calculating the discharge employing point velocity measurement devices.
It is applicable to methods using rotating-element current meters, acoustic doppler velocimeters (ADVs),
acoustic doppler current profiler (ADCP) stationary method, surface velocity measurement including
floats and other surface velocity systems.
Although some general procedures are discussed, this document does not describe in detail how to use
or deploy these systems.
NOTE For detailed procedures, refer to guidelines from instrument manufacturers and the appropriate
public agencies.
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
ISO 25377:2020, Hydrometric uncertainty guidance (HUG)
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:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
4 Principle of the methods of measurements
The principle depends upon determining velocity and cross-sectional area.
This is characterized as shown by Formula (1):
QV= A (1)
where
Q is the flow (m /s);
is the mean velocity (m/s) (averaged over the cross-section);
V
A is the cross-sectional area (m ).
A measuring site shall be chosen conforming to the specified requirements.
The cross-sectional area shall be measured by a method specified in this document, appropriate to the
dimensions.
Velocity observations shall be made by a method specified in this document.
The discharge shall be calculated by a method specified in this document.
5 Site selection
5.1 Selection of site
The site selected should conform to the following requirements.
a) The channel at the measuring site shall be straight and of uniform cross-section and slope in order
to minimize abnormal velocity distribution. The straight length should be at least six times the
width of the channel upstream, and at least three times the downstream width.
b) Flow directions for all points on any vertical across the width shall be parallel to one another and
at right angles to the measurement section.
c) The bed and margins of the channels shall be stable and well defined at all stages of flow in order
to facilitate accurate measurement of the cross-section and ensure uniformity of conditions during
and between discharge measurements.
d) The curves of the distribution of velocities shall be regular in the vertical and horizontal planes of
measurement.
e) Conditions at the section and in its vicinity shall also be such as to preclude changes taking place in
the velocity distribution during the period of measurement.
f) Sites displaying vortices, reverse flow or dead water shall be avoided.
g) The measurement section (including approach and exit) shall be clearly visible across its width and
unobstructed by trees, aquatic growth or other obstacles.
h) When gauging from a bridge with divide piers, each section of the channel shall be measured
separately. Particular care shall be taken in determining the velocity distribution when bridge
apertures are surcharged or obstructed.
i) The depth of water at the section shall be sufficient at all stages to ensure whichever device is
deployed it conforms to the manufactures minimum criteria for use.
j) If the site is to be established as a permanent station, it shall be easily accessible at all times with all
necessary measurement equipment appropriate to the flow conditions.
k) The section shall be sited away from pumps, sluices and outfalls, if their operation during a
measurement is likely to create unsteady flow conditions.
l) Sites where there is converging or diverging flow shall be avoided.
m) If a suitable straight section includes a bridge, wading and boat measurements shall be made away
from the effects of the bridge.
n) The measurement of flow under ice cover is dealt with in Annex E. For streams that are subject
to formation of ice cover, the main part of this document shall be used when the stream is free
flowing.
o) It may, under certain conditions of river flow or level, prove necessary to carry out measurements
on sections upstream or downstream of the original chosen location. This is quite acceptable if
there are no substantial unmeasured losses or gains to the river in the intervening reach and so
long as all flow measurements can be related to any stage value recorded at the principal reference
section.
NOTE Ideal measurement conditions can be found when all requirements are satisfied. If ideal conditions
are not available, it is still possible to make a measurement, but uncertainty will be increased.
5.2 Demarcation of site
5.2.1 A permanent station, or one likely to be used frequently for future measurement, shall be
provided with means for demarcation of the cross-section and for determination of stage.
5.2.2 The position of each cross-section, normal to the mean direction of flow, shall be defined on the
two banks by clearly visible and readily identifiable markers. Where a site is subject to considerable
snow cover, the section line-markers may be referenced to other natural objects and, if possible, the
position noted using a global navigation satellite system (GNSS).
5.2.3 The stage shall be read from a gauge at the start and end of the measurement period. If the
water level changes rapidly, a level measurement is recommended to be taken at least every 30 min.
5.2.4 An auxiliary gauge on the opposite bank shall be installed where there is likelihood of a
difference in the level of water surface between the two banks. The mean of the measurements taken
from the two gauges shall be used as the mean level of the water surface and as a base for the cross-
sectional profile of the stream.
6 Measurement of cross-sectional area
6.1 General
The cross-sectional profile of the open channel at the gauging-site shall be determined at a sufficient
number of points to establish the shape of the bed and to minimize the uncertainty in the calculation of
the cross-sectional area.
6.2 Measurement of width
Measurement of the width of the channel and the width of the individual segments shall be obtained by
measuring the horizontal distance from or to a fixed reference point which shall be in the same vertical
plane as the cross-section at the measuring site.
6.3 Measurement of depth
Measurement of depth shall be made at intervals close enough to define the cross-sectional profile
accurately. The number of points at which depth is to be measured shall be at each vertical where
velocity is measured.
The number of sampling verticals depends on the variability of the water depth in the cross-section.
This number is adequate when the number of points does not significantly change the value of the
cross-section obtained.
Where it is impracticable to take more than one reading of the depth, the uncertainty in measurement
may be increased (see Clause 9).
When measuring depths with a wire not normal to the surface, see Annex F.
7 Measurement of mean velocity
7.1 Determination of mean velocity using point velocity measurements
7.1.1 General
A range of instruments are available to measure point velocity. These are described in Annex A.
7.1.2 Measurement procedure
Velocity observations are normally made at the same time as measurements of the depth. Where,
however, the two measurements are made at different times, such as at a pre-surveyed station, the
velocity observations shall be taken at a sufficient number of places, and the horizontal distance
between observations shall be measured as described in 6.2 and 6.3
For all measurements, the best professional judgement of an experienced hydrographer should be used,
and detailed notes regarding the measurement and assumptions made should be included in the record.
In judging the recommended minimum number of verticals in small channels that are to be defined for
the purpose of determining flow at a particular location, the following criteria shall be applied.
— Channel width < 0,5 m n ≥ 15
— Channel width > 0,5 m and < 5m n ≥ 20
— Channel width > 5 m n ≥ 22
As far as possible, verticals should be chosen so that the discharge of each segment is less than 5 % of
the total and shall not exceed 10 % of the total.
For very small channels, practical considerations do not always allow the recommended minimum
number of verticals.
The distance between two verticals shall be greater than the width of the sensor and should not be less
than the minimum recommendations of the specific instrument used.
In all instances, measurements of depth made at the water’s edge are additional to the above. The first
and last verticals shall be as close as practically possible to the water’s edge.
The device used for point velocity measurement shall be held in position for a minimum of 30 s to obtain
a good representation of mean velocity. It shall be held so movement of the instrument is minimized
during the measurement period.
In channels where the flow is unsteady, it is possible to correct for the variations in the total discharge
during the period of the measurement not only by observing the change in stage, but also by continuously
measuring the velocity at some conveniently chosen point in the main current.
For continuity with previous versions of this document, the following criteria can be used but the level
of uncertainty of the overall measurement will be much greater.
— Channel width < 0,5 m n = 5 to 6
— Channel width > 0,5 m and < 1 m n = 6 to 7
— Channel width > 1 m and < 3 m n = 7 to 12
— Channel width > 3 m and < 5 m n = 13 to 16
— Channel width > 5 m n ≥ 22
See Table D.6 for guidance on percentage uncertainty in measurement of mean velocity due to a limited
number of verticals.
7.1.3 Oblique flow
If oblique flow is unavoidable, either the velocity component perpendicular to the cross-section should
be measured directly or the velocity magnitude measured and corrected based upon the angle from
perpendicular. Special instruments have been developed for measuring the angle and velocity at a
point simultaneously. Where, however, these are not available and there is insignificant wind, the angle
of flow throughout the vertical can be assumed to be the same as that observed on the surface. This
angle can be measured with appropriate equipment provided that the operator is located above the
measurement vertical. If the channel is very deep, subjected to tides or the local bed profile is changing
rapidly, this assumption shall not be accepted without confirmation.
If the measured angle between the flow direction and the perpendicular to the cross-section is θ, the
velocity used for the computation of flow discharge shall be as shown by Formula (2):
v =v × cosθ (2)
c m
where
v is the velocity corrected;
c
v is the velocity measured.
m
NOTE Some current meters are equipped to measure the normal component of velocity directly when held
perpendicular to the measurement cross-section in oblique flow. This correction is not applied in such cases.
7.1.4 Determination of the mean velocity in a vertical
7.1.4.1 Choice and classification
The choice of the method for determining mean velocity depends on certain factors. These are safety,
time available, width and depth of the channel, bed conditions in the measuring section and the
upstream reach, rate of change of stage, degree of accuracy desired and equipment used.
These methods are classified as follows:
a) velocity distribution method (see 7.1.4.2);
b) reduced point methods (see 7.1.4.3);
c) integration method (see 7.1.5).
7.1.4.2 Velocity distribution method
Using this method, the values of the velocity are obtained from observations at a number of points in
each vertical between the surface of the water and the bed of the channel. The number and spacing
of the points shall be so chosen as to define accurately the velocity distribution in each vertical with
a difference in readings between two adjacent points of not more than 20 % with respect to the
higher value. The location of the top and the bottom readings shall be chosen, taking into account the
specification under 7.1.2 and 7.1.3.
This subclause deals primarily with the determination of mean velocity in the vertical. It can be
necessary to apply the same principle to the determination of mean velocity close to the vertical side
or wall of a channel. The velocity curve can be extrapolated from the last measuring point to the bed or
vertical side of the channel by calculating v from Formula (3):
x
x
m
vv= (3)
xa
a
where
v is the open point velocity in the extrapolated zone at a distance x from the bed or vertical side;
x
v is the velocity at the last measuring point at a distance a from the bed or vertical side;
a
m is an exponent.
The mean velocity, v , between the bottom (or a vertical side) of the channel and the nearest point of
measurement (where the measured velocity is v ) can be calculated directly from Formula (4):
a
m
v = v (4)
a
m+1
Generally, m lies between 5 and 7 but it can vary over a wider range depending on the hydraulic
resistance. The value m = 4 applies to coarse beds or coarse vertical sides while m = 10 is characteristic
of smooth beds or smooth vertical sides.
m is obtained as shown by Formula (5):
C
2 g
ver
m= +03, (5)
g gC+
ver
where
g is the acceleration due to gravity (m/s );
0,5
C is Chezy’s coefficient on a vertical (m /s).
ver
NOTE An alternative method of obtaining the velocity in the region below the last measuring point is based
on the assumption that the velocity for some distance up from the bed of the channel is proportional to the
logarithm of the distance X from that boundary. If the observed velocities at points approaching the bed are
plotted against log X, then the best-fitting straight line through these points can be extended to the boundary.
The velocities close to the boundary can then be read from the graph.
7.1.4.2.1 ADCP stationary method
In the ADCP stationary method, the ADCP is held in a specific location for a specified time and then
averaging the data at that vertical to obtain a mean velocity profile or a depth-integrated mean velocity
at that location.
It should be noted that ADCP instrumentation cannot measure velocity near the ADCP transducers,
above the transducers or near the bed. Current manufacturer software allows extrapolation in these
areas based upon the measured velocities to compute a mean velocity for the vertical.
7.1.4.3 Reduced point methods
7.1.4.3.1 General
These methods, less strict than methods exploring the entire field of velocity, are used frequently
because they require less time than the velocity-distribution method (see 7.1.4.2).
It is recommended that for a new gauging section the accuracy of the selected method be assessed by
the velocity distribution method.
7.1.4.3.2 One-point method
Velocity observations shall be made on each vertical by exposing the current meter at 0,6 of the depth
below the surface. The value observed shall be taken as the mean velocity in the vertical.
7.1.4.3.3 Two-point method
Velocity observations shall be made on each vertical by exposing the current meter at 0,2 and 0,8 of
the depth below the surface. The average of the two values shall be taken as the mean velocity in the
vertical. See Formula (6):
vv=+05, v (6)
()
02,,08
An alternative method of determining the mean velocity of a vertical is the Kreps method which uses
velocity observations at the surface and at 0,62 of the depth below the surface.
When using the Kreps method, velocity observations shall be made as near as possible to the surface
and 0,62 of the depth below the surface. See Formula (7):
vv=×03,,10+×634 v (7)
00,62
NOTE The Kreps method, which was developed by the Austrian hydrologist Harald Kreps, is also a two-
[21]
point method .
7.1.4.3.4 Three-point method
Velocity observations shall be made on each vertical by exposing the current meter at 0,2, 0,6 and 0,8 of
the depth below the surface. The 0,6 measurement may be weighted and the mean velocity v obtained
from Formula (8):
vv=+02, 52vv+ (8)
()
02,,06 08,
7.1.4.3.5 Five-point method
Velocity measurements are made by exposing the current meter on each vertical at 0,2, 0,6 and 0,8 of
the depth below the surface and as near as possible to the surface and the bed. The mean velocity v is
obtained from Formula (9):
vv=+01, 33vv++2vv+ (9)
()
00,,20 60,b8 ed
7.1.4.3.6 Six-point method
Velocity observations are made by exposing the current meter on each vertical at 0,2, 0,4, 0,6 and 0,8 of
the depth below the surface and as near as possible to the surface and the bed. The mean velocity v can
be found from Formula (10):
vv=+01, ()22vv ++22vv + v (10)
00,,20 40,,60 8 bed
7.1.4.3.7 Alternate sampling methods
Alternative sampling methods for determining the mean velocity in the vertical may be utilized under
exceptional circumstances, e.g. high velocity, rapidly changing stage or floating debris, provided the
method applied can be demonstrated by experiment to give results of a similar accuracy to those listed
above.
7.1.5 Integration method
In the integration method, the velocity throughout each vertical is measured by raising and lowering a
current meter through the entire depth on each vertical at a uniform rate. The speed at which the meter
is lowered or raised should not be more than 5 % of the mean water velocity and should not in any event
exceed 0,04 m/s. Two complete cycles should be made on each vertical and, if the results differ by more
than 10 %, the operation (two complete cycles) should be repeated until results within this limit are
obtained.
The integration method gives good results if the time of measurement allowed is sufficiently long (60 s
to 100 s). The technique can be, but is not normally, used in depths of less than 1 m.
The average number of revolutions is the total number of revolutions divided by the total time taken for
the measurement in that vertical. The average velocity can then be read from the instrument calibration
corresponding to the average number of revolutions. Uncertainties introduced by using meters with
more than one calibration equation should be avoided.
7.1.6 Errors and limitations
Estimates of the possible errors that can occur when using the various methods detailed in 7.2 are given
in Clause 9. It should be noted that these estimates are of possible random errors which can occur even
when all the precautions noted earlier and below are observed. If the measurement is not made under
these best conditions, additional uncertainty shall be included when estimating the overall uncertainty
of the measurement.
Errors can arise:
a) if the flow is unsteady;
b) if material in suspension interferes with the performance of the current meter;
c) if oblique flow occurs, and the appropriate correction factors are not known accurately;
d) if the instrument used for measurement of velocity is outside the range established by the
calibration;
e) if the set-up for measurement (such as rods or cables suspending the current meter, the boat, etc.) is
different from that used during the calibration of the instrument, in which case it is possible that a
systematic error is introduced;
f) if there is significant disturbance of the water surface by wind;
g) if the device is not held steadily in the correct place during the measurement or when an oscillating
movement occurs; in the latter case, the resultant of the flow velocity and the transverse velocities
gives rise to serious positive errors.
7.2 Determination of mean velocity from surface velocity
7.2.1 General
Traditionally, determination of mean velocity from surface velocity was not encouraged as uncertainties
are high. As technologies have developed, there are a greater range of techniques and instruments that
are able to calculate mean velocity more accurately using measurements from the water surface.
Instruments that are designed to measure discharge by measuring surface velocity only shall conform
to the relevant parts of this document.
7.2.2 Non-contact systems
A range of instruments are available to measure surface velocity. Some are described in Annex C.
Particular attention shall be paid to Clause 5.
Measurement of the cross-sectional area shall be in accordance with Clause 6.
The velocity coefficient at a site shall be derived using a proven technique. If the site is to be used
regularly, an index rating shall be calculated. This shall be applied to the surface velocity measured to
ensure the mean velocity is used in the calculation of the discharge.
Calculation of uncertainties shall be with reference to 9.3 and ISO 25377:2020.
7.2.3 Surface one-point method by current meter
The depth of submergence of the current meter shall be uniform over all the verticals; care shall be
taken to ensure that the current meter observations are not affected by random surface-waves and
wind. This “surface” velocity may be converted to the mean velocity in the vertical by multiplying it by
a predetermined coefficient specific to the section and to the discharge.
The coefficient shall be computed for all stages by correlating the velocity at the surface with the
velocity at 0,6 of the depth or, where greater accuracy is desired, with the mean velocity obtained by
one of the other methods described previously.
7.2.4 Measurement of velocity using floats
A full description of this method is described in Annex B.
This method shall only be used when it is impossible to employ other point measurement devices,
however, it is a useful technique in cases of reconnaissance or because of access difficulties, excessive
velocities and depths or the presence of material in suspension.
7.2.5 Exceptions
Where it is not possible to check the coefficient directly, it may be assumed for guidance that, in general,
the coefficient of the surface velocity varies between 0,84 and 0,90 depending on the shape and velocity
profile of the channel.
7.2.6 Main sources of error
Errors that can occur during the measurement of surface velocity are listed below. They shall be taken
into consideration when estimating the overall error as given in Clause 9.
Errors can arise:
a) if the coefficient from which the mean velocity is obtained from the surface velocity is not known
accurately;
b) if the cross-section has been measured incorrectly;
c) if the cross-section is unstable, i.e. has a moving bed;
d) if the measured velocity does not reflect the true velocity due to unstable flow or oblique currents;
e) if floats are used and their motion is biased relative to the water surface motion due to wind.
8 Computation of discharge
8.1 Arithmetic methods
8.1.1 General
The methods shown below can be enhanced by adding additional bathymetric verticals with no velocity.
This is especially useful for surface velocity gaugings and for varying discharge conditions, but also to
improve the efficiency of routine measurements.
Where the bed is uneven, and if time and cost allow, determining the depth at points midway between
the annotated verticals as shown in Figure 2 can provide a more accurate determination of the area of
each panel.
8.1.2 Mean-section method
The cross-section is regarded as being made up of a number of segments, n, each bounded by two
adjacent verticals (see Figure 1).
Figure 1 — Diagram illustrating the mean section method
The flow in the shaded panel is calculated as shown by Formula (11):
dd+ v +v
nn++11nn
qb=−b (11)
()
nn+1
where v is the average velocity in each vertical.
The additional discharge in the segments between the bank and the first vertical, and between the
last vertical and the other bank, can be estimated from Formula (11), on the assumption that the
velocity at the banks is zero. If, however, this discharge is a significant proportion of the total flow, then
Formula (4) may be used to obtain the mean velocity in the region of the bank.
The total flow is equal to the sum of the discharge in each panel, thus, as shown by Formula (12):
dd+ v +v
m
nn++11nn
Qb=−()b (12)
∑ nn+1
n=1
8.1.3 Mid-section method
The cross-section is regarded as being made up of a number of segments, each containing a vertical (see
Figure 2).
The discharge in each segment shall be computed by multiplying vn⋅ by the corresponding depth and
width as measured along the water-surface line. This width shall be taken to be the sum of half the
width from the adjacent vertical to the vertical for which vn⋅ has been calculated plus half the width
from this vertical to the corresponding adjacent vertical on the other side. The value for vn⋅ in the two
half-widths next to the banks may be taken as zero.
For this reason, the first and last verticals of a measurement should be as close to the banks as possible
if the mid-section method of calculation is used.
Figure 2 — Diagram illustrating the mid-section method
For this method, the flow in each panel is calculated as shown by Formula (13):
bb−
nn+−11
qv= d (13)
nn
where v is the average velocity in the vertical.
The computation is carried out at each vertical and the total discharge through the section is obtained
by summing these partial discharges, as shown by Formula (14):
m bb−
nn+−11
Qv= d (14)
∑ nn
n=1
8.1.4 Bathymetric verticals
Adding additional verticals to define the channel bathymetry but with no velocity measurements is a
very useful procedure, especially for surface velocity gaugings and for varying discharge conditions,
but also to improve the efficiency of routine measurements.
Bathymetric verticals can be inserted anywhere between the normal verticals (one or several, and not
necessarily “midway”). There are two computation options, both acceptable:
a) correct the wetted area of each panel using the bathymetric verticals, and no change to estimated
panel velocities;
b) estimate the missing velocities at bathymetric verticals: instead of a simple linear interpolation,
V
interpolate linearly the ratios (proportional to the local Froude or Chezy numbers).
H
The advantage of b) is to account for the measured depth in the estimation of the mean velocities over
the panels. This option is not recommended when there is no velocity vertical between the edge and a
bathymetric vertical.
8.2 Independent vertical method
This method is useful for measuring streams with rapidly changing discharge. Several verticals are
chosen and their distances measured from a fixed reference point (see Figure 3). For each gauging,
measurements of velocity and depth are made using one of the methods described above. The water
level is measured at the beginning and end of the series of measurements on each vertical. For each
segment, a separate stage discharge relation is prepared. Subsequently, the discharge of the river at a
given stage can be determined by combining the discharges for each segment when corrected for the
change in water level between the moment of measurement and the moment of calculation of the total
discharge.
Over time and across a large range of flow, it is possible to derive a relationship between stage and unit-
width discharge for each vertical. A family of curves can then be constructed. Each curve represents
an independent stage discharge relationship for the corresponding segment of channel width (see
Figure 4). This assumes that the channel geometry remains constant and that no change occurs in the
position of a vertical relative to the reference point.
For a given value of stage, total flow in the cross-section is obtained by using a mathematical method
by summation of all segment discharges (see Figure 5), or with a graphical method (see Figure 6) by
plotting the unit-width discharge for all verticals and determining the area under this curve.
Total flow in the cross-section for any given value of stage can be obtained by either of these methods.
Key
X channel width (m) 1 verticals
Y stage (m) 2 channel bed
3 stage datum
Figure 3 — Verticals in cross-section
Key
X discharge per unit (m /s)
Y stage (m)
Figure 4 — Stage/discharge curves for individual verticals
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 748
Cinquième édition
2021-11
Hydrométrie — Mesurage du débit
des écoulements à surface libre —
Méthodes d'exploration du champ des
vitesses utilisant le mesurage de la
vitesse par point
Hydrometry — Measurement of liquid flow in open channels —
Velocity area methods using point velocity measurements
Numéro de référence
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publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
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Publié en Suisse
ii
Sommaire Page
Avant-propos .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions . 1
4 Principe des méthodes de mesurage . 1
5 Sélection du site . 2
5.1 Choix de l’emplacement . . 2
5.2 Délimitation de l’emplacement . 3
6 Mesurage de l’aire de la section transversale . 3
6.1 Généralités . 3
6.2 Mesurage de la largeur . 3
6.3 Mesurage de la profondeur . 4
7 Mesurage de la vitesse moyenne . 4
7.1 Détermination de la vitesse moyenne par mesurage de la vitesse par point . 4
7.1.1 Généralités . 4
7.1.2 Mode opératoire de mesurage . 4
7.1.3 Écoulement oblique . 5
7.1.4 Détermination de la vitesse moyenne sur une verticale . 5
7.1.5 Méthode d’intégration . 8
7.1.6 Erreurs et limites d’emploi . 8
7.2 Détermination de la vitesse moyenne à partir de la vitesse superficielle . 9
7.2.1 Généralités . 9
7.2.2 Systèmes sans contact . 9
7.2.3 Méthode du point unique en surface avec un courantomètre . 9
7.2.4 Mesurage de la vitesse à l’aide de flotteurs . 9
7.2.5 Exceptions . 10
7.2.6 Principales sources d’erreur . 10
8 Calcul du débit .10
8.1 Méthodes arithmétiques . 10
8.1.1 Généralités . 10
8.1.2 Méthode de la section moyenne . 10
8.1.3 Méthode de la section médiane . 11
8.1.4 Verticales bathymétriques .12
8.2 Méthode des verticales indépendantes .12
8.3 Méthode de la section moyenne — Plans horizontaux . 14
9 Incertitudes sur le mesurage du débit .14
9.1 Généralités . 14
9.2 Méthode de calcul de l’incertitude sur la détermination du débit par mesurage de
la vitesse à l’aide de courantomètres . 14
9.2.1 Généralités . 14
9.2.2 Incertitudes contributives . 15
9.3 Méthode de calcul de l’incertitude sur la détermination du débit par mesurage de
la vitesse à l’aide de flotteurs . 17
9.3.1 Généralités . 17
9.3.2 Incertitudes contributives . 17
9.3.3 Incertitude composée sur le débit . 18
9.4 Limites . 19
9.5 Méthode par estimation de la variance par interpolation (IVE – Interpolated
Variance Estimator) . 19
9.6 Q+ . 20
9.7 Flaure . 20
iii
Annexe A (informative) Utilisation des courantomètres à vitesse ponctuelle .21
Annexe B (informative) Mesurage de la vitesse superficielle à l’aide de flotteurs .24
Annexe C (informative) Exemples de systèmes de vitesse superficielle .28
Annexe D (informative) Incertitudes sur le mesurage par exploration du champ des vitesses .30
Annexe E (informative) Mesurage de la vitesse dans des conditions de glace .34
Annexe F (informative) Corrections de longueur immergée du câble dans le mesurage des
profondeurs par un câble non perpendiculaire à la surface .40
Bibliographie .43
iv
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 www.iso.org/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 113, Hydrométrie, sous-comité SC 1,
Méthodes d’exploration du champ des vitesses, en collaboration avec le comité technique CEN/TC 318,
Hydrométrie, du Comité européen de normalisation (CEN), conformément à l’Accord de coopération
technique entre l’ISO et le CEN (Accord de Vienne).
Cette cinquième édition annule et remplace la quatrième édition (ISO 748:2007), qui a fait l’objet d’une
révision technique. Les principales modifications par rapport à l’édition précédente sont les suivantes:
— mise à jour du document pour tenir compte des évolutions technologiques;
— révision de l’Article 7 pour réduire les incertitudes relatives aux mesurages;
— intégration de l’ISO 9196 pour les mesurages dans des conditions de glace.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
v
NORME INTERNATIONALE ISO 748:2021(F)
Hydrométrie — Mesurage du débit des écoulements à
surface libre — Méthodes d'exploration du champ des
vitesses utilisant le mesurage de la vitesse par point
1 Domaine d’application
Le présent document spécifie des méthodes permettant de déterminer la vitesse et l’aire de la section
transversale d’un écoulement d’eau à surface libre et de calculer le débit à l’aide de dispositifs de
mesurage de la vitesse par point.
Il est applicable aux méthodes utilisant les courantomètres à élément rotatif, les vélocimètres à
effet Doppler acoustique (ADV), à la méthode stationnaire avec profileur acoustique de vitesse à
effet Doppler (ADCP), et aux mesurages de la vitesse superficielle, y compris les flotteurs et autres
systèmes de vitesse superficielle.
Bien que certaines procédures générales soient abordées, le présent document ne décrit pas en détail
comment utiliser ou déployer ces systèmes.
NOTE Pour les procédures détaillées, se référer aux lignes directrices des fabricants d’instruments et des
organismes publics appropriés.
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
ISO 25377:2020, Lignes directrices relatives à l’incertitude en hydrométrie
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et les définitions de 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:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse https:// www .electropedia .org/
4 Principe des méthodes de mesurage
Le principe dépend de la détermination de la vitesse et de l’aire de la section transversale.
Cela est caractérisé par la Formule (1):
QV= A (1)
où
Q est le débit (m /s);
V est la vitesse moyenne (m/s) (moyenne sur la section transversale);
A est l’aire de la section transversale (m ).
Un emplacement de mesurage doit être choisi conformément aux exigences spécifiées.
L’aire de la section transversale doit être mesurée selon une méthode spécifiée dans le présent
document et adaptée aux dimensions.
Les relevés de la vitesse doivent être réalisés selon une méthode spécifiée dans le présent document.
Le débit doit être calculé à l’aide d’une méthode spécifiée dans le présent document.
5 Sélection du site
5.1 Choix de l’emplacement
Il convient que l’emplacement satisfasse aux exigences suivantes:
a) à l’emplacement du mesurage, le chenal doit être rectiligne, ainsi que de section et de pente
uniformes afin de réduire au minimum la distribution anormale des vitesses. Il convient que la
longueur droite soit équivalente à au moins six fois la largeur du chenal en amont, et à au moins
trois fois la largeur en aval;
b) les directions d’écoulement de tous les points des verticales sur la largeur doivent être parallèles
les unes aux autres et perpendiculaires à la section de mesurage;
c) le lit et les bords des chenaux doivent être stables et bien définis à tous les niveaux de l’écoulement
de façon à permettre un mesurage précis de la section transversale et à garantir des conditions
uniformes pendant et entre deux jaugeages;
d) les courbes de distribution des vitesses doivent être régulières dans les plans de mesurage vertical
et horizontal;
e) les conditions d’écoulement à la section transversale et son voisinage doivent être telles qu’aucun
changement n’intervient dans la distribution des vitesses pendant la durée de mesurage;
f) les sites où des vortex ou des courants de retour ont tendance à se produire, ainsi que les zones
d’eau morte doivent être évités;
g) la section de mesurage (y compris à l’amont et à l’aval) doit être bien visible sur sa largeur et ne doit
pas être obstruée par des arbres, de la végétation aquatique ou tout autre obstacle;
h) lorsque le mesurage est effectué à partir d’un pont avec piliers de division, chaque section du chenal
doit être mesurée séparément. La détermination de la distribution des vitesses doit faire l’objet
d’une attention particulière lorsque les ouvertures du pont sont en charge ou obstruées;
i) la hauteur d’eau à la section de mesure choisie doit être suffisante à tous les niveaux pour garantir
la conformité aux critères minimaux du fabricant, quel que soit le dispositif déployé;
j) si l’emplacement est appelé à être défini comme une station permanente, il doit être aisément
accessible à tout moment avec le matériel de mesurage nécessaire adapté aux conditions
d’écoulement;
k) la section ne doit pas se trouver à proximité d’une pompe, d’un conduit de décharge ou d’un déversoir,
si la proximité de ces derniers est à même de créer des conditions d’écoulement transitoires;
l) les emplacements présentant un écoulement convergent ou divergent doivent être évités;
m) si une section transversale appropriée comprend un pont, les mesurages à partir d’un bateau ou en
passant à gué doivent être effectués à distance des effets engendrés par le pont;
n) le mesurage du débit sous la glace est traité à l’Annexe E. Pour les cours d’eau sujets à formation de
glace en surface, la partie principale du présent document doit être utilisée lorsque l’écoulement du
cours d’eau est libre;
o) dans certaines conditions d’écoulement ou de niveau du cours d’eau, il peut s’avérer nécessaire
d’effectuer les mesurages sur des sections en amont ou en aval de l’emplacement initialement choisi.
Cela est tout à fait acceptable si les pertes ou apports non mesurés par rapport à l’écoulement sont
mineurs le long du bief d’intervention et tant que tous les mesurages du débit peuvent être reliés à
une valeur de niveau enregistrée dans la section de référence principale.
NOTE Les conditions de mesurage idéales peuvent être obtenues lorsque toutes les exigences sont satisfaites.
Si les conditions idéales ne sont pas disponibles, il est encore possible de réaliser un mesurage, mais l’incertitude
sera accrue.
5.2 Délimitation de l’emplacement
5.2.1 Une station permanente ou une station susceptible d’être fréquemment utilisée pour des
mesurages ultérieurs doit être équipée de moyens de repérage de la section et de détermination du
niveau.
5.2.2 La position de chaque section, perpendiculaire à la direction moyenne de l’écoulement, doit être
définie sur les deux rives par des repères clairement visibles et immédiatement identifiables. Lorsqu’un
emplacement peut être couvert par une importante couche de neige, les repères de la ligne de section
peuvent être référencés par rapport à d’autres objets et, si possible, la position notée à l’aide d’un
système mondial de navigation par satellite (GNSS).
5.2.3 Le niveau doit être lu sur une échelle limnimétrique au début et à la fin de la période de
mesurage. Si le niveau d’eau change rapidement, il est recommandé d’effectuer un mesurage du niveau
au moins toutes les 30 min.
5.2.4 Lorsqu’il y a lieu de craindre une différence du niveau de l’eau entre les deux rives, une échelle
limnimétrique auxiliaire doit être installée sur la rive opposée. La moyenne des valeurs relevées par les
deux échelles doit être utilisée comme niveau moyen de la surface de l’eau et comme base de tracé du
profil de la section transversale du cours d’eau.
6 Mesurage de l’aire de la section transversale
6.1 Généralités
Le profil de la section du chenal à l’emplacement des mesurages doit être déterminé en un nombre de
points suffisant pour établir la forme du fond et pour réduire au minimum l’incertitude liée au calcul de
l’aire de la section transversale.
6.2 Mesurage de la largeur
Les valeurs de la largeur du chenal et des éléments individuels de section doivent être obtenues en
mesurant les distances horizontales à partir d’un point de référence fixe ou jusqu’à un point de référence
fixe qui doit être situé dans le plan vertical de la section de mesurage.
6.3 Mesurage de la profondeur
Les mesurages de profondeur doivent être effectués à des intervalles suffisamment rapprochés pour
définir avec précision le profil de la section. Le nombre de points de mesurage de la profondeur doit
correspondre à chaque verticale où la vitesse est mesurée.
Le nombre de verticales d’échantillonnage dépend de la variabilité de la profondeur de l’eau dans la
section. Le nombre de points est adéquat lorsqu’il n’affecte pas sensiblement la valeur de la section
transversale obtenue.
Lorsqu’il est impossible de faire plus d’une seule lecture de la profondeur, l’incertitude de mesure peut
être augmentée (voir Article 9).
Lors de la mesure de profondeurs par un câble non perpendiculaire à la surface, voir l’Annexe F.
7 Mesurage de la vitesse moyenne
7.1 Détermination de la vitesse moyenne par mesurage de la vitesse par point
7.1.1 Généralités
Toute une gamme d’instruments est disponible pour mesurer la vitesse par point. Ils sont décrits à
l’Annexe A.
7.1.2 Mode opératoire de mesurage
Les relevés de la vitesse sont normalement effectués en même temps que les mesurages de profondeur.
Cependant, si les deux mesurages sont effectués à des moments différents, par exemple sur une station
préalablement étudiée, les relevés de vitesse doivent être effectués en un nombre suffisant de positions
et la distance horizontale entre les mesurages doit être mesurée comme spécifié en 6.2 et 6.3.
Il convient de faire appel au jugement professionnel d’un hydromètre expérimenté pour tous les
mesurages. Il convient également d’inclure des notes détaillées concernant les mesurages et les
hypothèses formulées dans l’enregistrement.
Pour apprécier le nombre minimal recommandé de verticales à définir dans les chenaux étroits pour
déterminer le débit à un endroit particulier, les critères suivants doivent être appliqués.
— Largeur du chenal < 0,5 m n ≥ 15
— Largeur du chenal > 0,5 m et < 5 m n ≥ 20
— Largeur du chenal > 5 m n ≥ 22
Dans la mesure du possible, il convient de choisir les verticales de sorte que le débit de chaque élément
de section soit inférieur à 5 % du total et, en aucun cas, il ne doit dépasser 10 % du total.
Pour les chenaux très étroits, les considérations d’ordre pratique ne permettent pas toujours d’atteindre
le nombre minimal de verticales recommandé.
La distance entre deux verticales doit être supérieure à la largeur du capteur et il convient que cette
distance ne soit pas inférieure aux recommandations minimales relatives à l’instrument utilisé.
Dans tous les cas, les mesurages de profondeur effectués en bordure de l’eau s’ajoutent aux exigences
ci-dessus. Les première et dernière verticales doivent être aussi proches que possible de la bordure de
l’eau.
Le dispositif utilisé pour réaliser le mesurage de la vitesse par point doit être maintenu en position
pendant au moins 30 s afin d’obtenir une bonne représentation de la vitesse moyenne. Il doit être
maintenu afin de réduire au minimum le mouvement de l’instrument pendant le mesurage.
Dans les chenaux où l’écoulement est transitoire, il est possible de corriger les variations du débit total
pendant la période de mesurage, non seulement en observant les changements du niveau, mais aussi en
mesurant de façon continue la vitesse en un point approprié du courant principal.
À des fins de continuité avec les précédentes versions du présent document, les critères suivants
peuvent être utilisés, mais le niveau d’incertitude du mesurage global sera beaucoup plus élevé.
— Largeur du chenal < 0,5 m n = 5 à 6
— Largeur du chenal > 0,5 m et < 1 m n = 6 à 7
— Largeur du chenal > 1 m et < 3 m n = 7 à 12
— Largeur du chenal > 3 m et < 5 m n = 13 à 16
— Largeur du chenal > 5 m n ≥ 22
Voir le Tableau D.6 pour des recommandations relatives au pourcentage d’incertitude lié au mesurage
de la vitesse moyenne en raison d’un nombre de verticales limité.
7.1.3 Écoulement oblique
Si un écoulement oblique est inévitable, il convient de mesurer soit directement la composante de
vitesse perpendiculaire à la section transversale, soit l’amplitude de la vitesse mesurée et corrigée en
fonction de l’angle par rapport à la perpendiculaire. Des instruments spéciaux ont été mis au point pour
mesurer simultanément l’angle et la vitesse en un point. Cependant, si l’on n’en dispose pas et s’il n’y a
pratiquement pas de vent, on peut admettre que l’angle de l’écoulement le long d’une verticale est égal
à celui observé en surface. Cet angle peut être mesuré à l’aide d’un équipement approprié à condition
que l’opérateur soit placé au-dessus de la verticale de mesurage. Si le chenal est très profond, sujet à des
marées ou si le profil local de son lit varie rapidement, cette hypothèse ne doit pas être admise sans
vérification.
Si θ est l’angle mesuré entre la direction de l’écoulement et la perpendiculaire à la section transversale,
la vitesse servant au calcul du débit d’écoulement doit être obtenue comme indiqué par la Formule (2):
v=v × cosθ (2)
c m
où
v est la vitesse corrigée;
c
v est la vitesse mesurée.
m
NOTE Certains courantomètres permettent de mesurer directement la composante normale de la vitesse
lorsqu’ils sont maintenus perpendiculairement à la section de mesurage dans l’écoulement oblique. Dans ce cas,
cette correction n’est pas appliquée.
7.1.4 Détermination de la vitesse moyenne sur une verticale
7.1.4.1 Choix et classification
Le choix de la méthode permettant de déterminer la vitesse moyenne dépend de certains facteurs:
sécurité, temps disponible, largeur et profondeur du chenal, état du fond dans la section de mesurage et
en amont du bief, taux de variation du niveau, degré de précision souhaité et matériel utilisé.
Ces méthodes sont classées de la façon suivante:
a) méthode de distribution des vitesses (voir 7.1.4.2);
b) méthodes utilisant un nombre réduit de points (voir 7.1.4.3);
c) méthode d’intégration (voir 7.1.5).
7.1.4.2 Méthode de distribution des vitesses
Avec cette méthode, les valeurs de vitesse sont obtenues par des relevés effectués en un certain
nombre de points le long de chaque verticale entre la surface de l’eau et le fond du chenal. Le nombre et
l’espacement des points doivent être choisis de manière à déterminer précisément la distribution des
vitesses sur chaque verticale, la différence des relevés entre deux points adjacents ne dépassant pas
20 % de la vitesse la plus élevée. Les emplacements de relevé supérieur et inférieur doivent être choisis
en tenant compte des spécifications en 7.1.2 et 7.1.3.
Le présent paragraphe traite principalement de la détermination de la vitesse moyenne sur une
verticale. Il peut s’avérer nécessaire d’appliquer le même principe à la détermination de la vitesse
moyenne à proximité de la berge ou de la paroi verticale d’un chenal. La courbe des vitesses peut être
extrapolée à partir du dernier point de mesurage jusqu’au fond ou jusqu’à la paroi verticale du chenal en
calculant v au moyen de la Formule (3):
x
x
m
vv= (3)
xa
a
où
v est la vitesse ponctuelle dans la zone d’extrapolation à une distance x du lit ou de la paroi verticale;
x
v est la vitesse au niveau du dernier point de mesurage, à une distance a du lit ou de la paroi verticale;
a
m est un exposant.
La vitesse moyenne, v , entre le fond (ou une paroi verticale) du chenal et le point de mesurage le plus
proche (où la vitesse mesurée est v ) peut être calculée directement par la Formule (4):
a
m
v = v (4)
a
m+1
En général, m varie entre 5 et 7, mais il peut varier sur une plage plus étendue selon la résistance
hydraulique. La valeur m = 4 s’applique aux lits ou parois verticales rugueux, alors que m = 10 caractérise
les lits ou parois verticales lisses.
La valeur de m est obtenue comme indiqué par la Formule (5):
C
2 g
ver
m= +03, (5)
g gC+
ver
où
g est l’accélération due à la pesanteur (m/s );
0,5
C est le coefficient de Chézy sur une verticale (m /s).
ver
NOTE Une autre méthode permettant d’obtenir la vitesse dans la zone située au-dessous du dernier
point de mesurage repose sur l’hypothèse que, jusqu’à une certaine distance du fond du chenal, la vitesse est
proportionnelle au logarithme de la distance X par rapport à cette paroi. Si les vitesses relevées aux points voisins
du fond sont représentées graphiquement en fonction de log X, la droite ajustée passant par ces points peut être
prolongée jusqu’à la paroi. Les vitesses au voisinage de la paroi peuvent alors être lues sur le graphique.
7.1.4.2.1 Méthode stationnaire à l’aide d’un ADCP
Pour la méthode stationnaire avec ADCP, celui-ci est maintenu à un emplacement spécifique pendant
une durée déterminée, la moyenne des données à cette verticale est ensuite calculée pour obtenir un
profil de vitesse moyenne ou une vitesse moyenne intégrée sur la profondeur à cet emplacement.
Il convient de noter que l’instrument ADCP ne peut pas mesurer la vitesse à proximité des transducteurs
de l’ADCP, au-dessus des transducteurs ou à proximité du lit. Les logiciels actuels des fabricants
permettent l’extrapolation dans ces zones sur la base des vitesses mesurées afin de calculer une vitesse
moyenne pour la verticale.
7.1.4.3 Méthodes utilisant un nombre réduit de points
7.1.4.3.1 Généralités
Ces méthodes, moins strictes que celles examinant l’intégralité du champ des vitesses, sont fréquemment
utilisées parce qu’elles sont plus rapides que la méthode de distribution des vitesses (voir 7.1.4.2).
Pour une nouvelle section de mesurage, il est préférable d’évaluer la précision de la méthode choisie par
la méthode de distribution des vitesses.
7.1.4.3.2 Méthode du point unique
Les relevés de la vitesse doivent être effectués sur chaque verticale en plaçant le courantomètre à
0,6 fois la profondeur au-dessous de la surface. La valeur mesurée doit être prise comme vitesse
moyenne sur la verticale.
7.1.4.3.3 Méthode des deux points
Les relevés de la vitesse doivent être effectués sur chaque verticale en plaçant le courantomètre à 0,2 et
à 0,8 fois la profondeur au-dessous de la surface. La moyenne de ces deux valeurs doit être prise comme
vitesse moyenne sur la verticale. Voir la Formule (6):
vv=+05, v (6)
()
02,,08
La méthode Kreps est une autre méthode permettant de déterminer la vitesse moyenne d’une verticale.
Elle utilise les relevés de la vitesse à la surface et à 0,62 fois la profondeur au-dessous de la surface.
Lorsque la méthode Kreps est utilisée, les relevés de la vitesse doivent être réalisés aussi près que
possible de la surface et à 0,62 fois la profondeur sous la surface. Voir la Formule (7):
vv=×03,,10+×634 v (7)
00,62
NOTE La méthode Kreps, développée par l’hydrologue autrichien Harald Kreps, est également une méthode
[21]
en deux points .
7.1.4.3.4 Méthode des trois points
Les relevés de la vitesse doivent être effectués sur chaque verticale en plaçant le courantomètre à 0,2,
0,6 et 0,8 fois la profondeur au-dessous de la surface. Le mesurage à 0,6 peut être pondéré et la vitesse
moyenne v calculée à l’aide de la Formule (8):
vv=+02, 52vv+ (8)
()
02,,06 08,
7.1.4.3.5 Méthode des cinq points
Les relevés de la vitesse sont effectués sur chaque verticale en plaçant le courantomètre à 0,2, 0,6
et 0,8 fois la profondeur au-dessous de la surface et aussi près que possible de la surface et du lit. La
vitesse moyenne v est obtenue à l’aide de la Formule (9):
vv=+01, 33vv++2vv+ (9)
()
00,,20 60,b8 ed
7.1.4.3.6 Méthode des six points
Les relevés de la vitesse sont effectués sur chaque verticale en plaçant le courantomètre à 0,2, 0,4, 0,6
et 0,8 fois la profondeur au-dessous de la surface et aussi près que possible de la surface et du lit. La
vitesse moyenne v peut être obtenue à l’aide de la Formule (10):
vv=+01, 22vv ++22vv +v (10)
()
00,,20 40,,60 8 bed
7.1.4.3.7 Autres méthodes d’échantillonnage
D’autres méthodes d’échantillonnage permettant de déterminer la vitesse moyenne sur la verticale
peuvent être utilisées dans des circonstances exceptionnelles (par exemple vitesse élevée, niveau
fluctuant rapidement ou débris flottants), à condition qu’il puisse être démontré expérimentalement
que la méthode appliquée donne des résultats ayant la même précision que ceux obtenus par les
méthodes indiquées ci-dessus.
7.1.5 Méthode d’intégration
Avec la méthode d’intégration, la vitesse sur chaque verticale est mesurée en élevant et en abaissant un
courantomètre à une vitesse uniforme sur toute la profondeur. Il convient que la vitesse de déplacement
du courantomètre ne soit pas supérieure à 5 % de la vitesse moyenne de l’eau et ne dépasse en aucun cas
0,04 m/s. Il convient de réaliser deux cycles complets sur chaque verticale et, si les résultats diffèrent
de plus de 10 %, il convient de répéter l’opération (deux cycles complets) jusqu’à ce que les résultats
cadrent avec cette limite.
La méthode d’intégration donne de bons résultats si le temps de mesurage est suffisamment long (60 s
à 100 s). Cette technique peut être utilisée, mais ne l’est normalement pas, lorsque la profondeur de
l’eau est inférieure à 1 m.
Le nombre moyen de tours est le nombre total de tours divisé par le temps total pris pour le mesurage
sur cette verticale. La vitesse moyenne donnée par l’étalonnage de l’instrument correspond au nombre
moyen de tours. Il convient d’éviter les incertitudes introduites par l’utilisation de courantomètres
ayant plus d’une équation d’étalonnage.
7.1.6 Erreurs et limites d’emploi
Une estimation des erreurs qui peuvent se produire lorsque les diverses méthodes détaillées en 7.2
sont utilisées est donnée à l’Article 9. Il convient de noter que cette estimation concerne les erreurs
aléatoires qui peuvent survenir même si toutes les précautions signalées ci-dessus et ci-dessous ont été
prises. Si le mesurage n’est pas effectué dans des conditions optimales, une incertitude supplémentaire
doit être ajoutée lors de l’estimation de l’incertitude globale de la mesure.
Des erreurs peuvent survenir:
a) si l’écoulement est transitoire;
b) si les matières en suspension perturbent le fonctionnement du courantomètre;
c) si un écoulement oblique apparaît et si les facteurs de correction appropriés ne sont pas connus
avec précision;
d) si l’instrument est utilisé pour mesurer des vitesses situées en dehors de la plage pour laquelle il a
été étalonné;
e) si le dispositif utilisé pour le mesurage (perche ou câble de suspension du courantomètre, bateau,
etc.) diffère de celui employé pour l’étalonnage de l’instrument; dans ce cas, il est possible qu’une
erreur systématique soit introduite;
f) si la surface de l’eau est nettement perturbée par le vent;
g) si le dispositif n’est pas maintenu à la position appropriée pendant le mesurage ou si une
oscillation se produit; dans ce dernier cas, la résultante de la vitesse de l’écoulement et des vitesses
transversales donne lieu à d’importantes erreurs positives.
7.2 Détermination de la vitesse moyenne à partir de la vitesse superficielle
7.2.1 Généralités
La détermination de la vitesse moyenne à partir de la vitesse superficielle n’est habituellement pas
recommandée car les incertitudes sont importantes. Avec le développement des technologies, un plus
grand nombre d’instruments et de techniques sont en mesure de calculer la vitesse moyenne avec
davantage de précision à partir de mesurages réalisés à la surface de l’eau.
Les instruments conçus pour mesurer le débit en mesurant uniquement la vitesse superficielle doivent
être conformes aux parties pertinentes du présent document.
7.2.2 Systèmes sans contact
Toute une gamme d’instruments est disponible pour mesurer la vitesse superficielle. Certains sont
décrits à l’Annexe C.
Une attention particulière doit être accordée à l’Article 5.
Le mesurage de l’aire de la section transversale doit être conforme à l’Article 6.
Le coefficient de vitesse d’un site doit être obtenu à l’aide d’une technique éprouvée. S’il est prévu que
le site soit utilisé régulièrement, l’étalonnage de la vitesse témoin doit être réalisé. Cela doit s’appliquer
à la vitesse superficielle mesurée afin de garantir que la vitesse moyenne est utilisée dans le calcul du
débit.
Le calcul des incertitudes doit être réalisé conformément à 9.3 et à l’ISO 25377:2020.
7.2.3 Méthode du point unique en surface avec un courantomètre
La profondeur d’immersion du courantomètre doit être uniforme pour toutes les verticales et il est
nécessaire de s’assurer que les relevés effectués au courantomètre ne sont pas affectés par les vagues
aléatoires de la surface ou par le vent. Cette vitesse «superficielle» peut être convertie en vitesse
moyenne sur la verticale en la multipliant par un coefficient prédéterminé, propre à la section et au
débit.
Ce coefficient doit être calculé pour tous les niveaux par corrélation entre la vitesse à la surface et la
vitesse à 0,6 fois la profondeur ou, pour une plus grande précision, avec la vitesse moyenne obtenue par
l’une des méthodes décrites ci-dessus.
7.2.4 Mesurage de la vitesse à l’aide de flotteurs
Une description complète de cette méthode est fournie à l’Annexe B.
Cette méthode ne doit être utilisée que lorsqu’il est impossible d’employer d’autres dispositifs de
mesurage par point. Il s’agit toutefois d’une technique utile dans les cas de reconnaissance ou de
difficultés d’accès, de vitesses ou de profondeurs excessives, ou encore de présence de matières en
suspension.
7.2.5 Exceptions
Lorsqu’il est impossible de déterminer directement le coefficient de la vitesse superficielle, il peut
être supposé, à titre indicatif, qu’il varie généralement entre 0,84 et 0,90 selon la forme et le profil des
vitesses du chenal.
7.2.6 Principales sources d’erreur
Les erreurs pouvant se produire pendant le mesurage de la vitesse superficielle sont énumérées ci-
dessous. Elles doivent être prises en considération lors de l’estimation de l’erreur globale comme
indiqué à l’Article 9.
Des erreurs peuvent survenir:
a) si le coefficient permettant d’obtenir la vitesse moyenne à partir de la vitesse superficielle n’est pas
connu avec précision;
b) si la section transversale n’a pas été mesurée correctement;
c) si la section transversale est instable, c’est-à-dire avec un fond mobile;
d) si la vitesse mesurée ne reflète pas la vitesse réelle en raison d’un écoulement instable ou de
courants obliques;
e) si des flotteurs sont utilisés et que leur mouvement est biaisé par rapport à celui de la surface de
l’eau en raison du vent.
8 Calcul du débit
8.1 Méthodes arithmétiques
8.1.1 Généralités
Les méthodes présentées ci-dessous peuvent être améliorées par l’ajout de verticales bathymétriques
sans vitesse. Cela s’avère particulièrement utile pour les jaugeages avec la méthode de la vitesse
superficielle et pour ceux réalisés dans des conditions où le débit est variable, mais aussi pour améliorer
l’efficacité des jaugeages classiques.
Lorsque le lit est irrégulier et que le temps et le coût le permettent, la détermination de la profondeur
en des points situés à mi-distance entre les verticales annotées à la Figure 2 peut fournir une évaluation
plus précise de l’aire de chaque élément de section.
8.1.2 Méthode de la section moyenne
La section est considérée comme étant constituée d’un certain nombre (n) d’éléments de section, limité
chacun par deux verticales adjacentes (voir Figure 1).
Figure 1 — Diagramme illustrant la méthode de la section moyenne
Le débit dans l’élément de section ombré est calculé comme indiqué par la Formule (11):
dd+ v +v
nn++11nn
qb=−()b (11)
nn+1
où v est la vitesse moyenne sur chaque verticale.
Le débit supplémentaire s’écoulant par les éléments de section situés entre la rive et la première
verticale et entre la dernière verticale et l’autre rive peut être évalué à l’aide de la Formule (11) et de
l’hypothèse que la vitesse est nulle sur la rive. Toutefois, si ce débit représente une fraction importante
du débit total, la Formule (4) peut être utilisée pour obtenir la vitesse moyenne dans la zone de la rive.
Le débit total est égal à la somme des débits dans chaque élément de section, conformément à la
Formule (12):
m dd+ v +v
nn++11nn
Qb=−b (12)
()
nn+1
∑
n=1
8.1.3 Méthode de la section médiane
La section est considérée comme étant constituée d’un certain nombre d’éléments de section, contenant
chacun une verticale (voir Figure 2).
Le débit dans chaque élément de section doit être calculé en multipliant vn⋅ par la profondeur et la
largeur correspondantes mesurées le long de la surface de l’eau. La largeur retenue doit être la somme
de la demi-distance entre la verticale adjacente et la
...
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