• Incidentele metingen waaronder wordt verstaan het meten van het debiet op een locatie gedurende een beperkte periode en met een frequentie van enkele keren per maand of per jaar;
• Continue metingen waaronder wordt verstaan het meten van het debiet op een locatie gedurende een langere periode en waarbij de informatie over het debiet semi-continu, bijvoorbeeld met een frequentie van eenmaal per kwartier of per dag wordt ingewonnen. Incidentele metingen zijn gericht op de behoefte aan éénmalige informatie over debieten (bijvoorbeeld capaciteitsmetingen) of slechts zo nu en dan. Incidentele metingen kunnen ook zijn gericht op de calibratie van een meetopstelling voor continue debietmetingen.
Continue metingen zijn gericht op de behoefte aan regelmatige en voortdurende informatie over debieten, bijvoorbeeld iedere 10 minuten, uur, 12 uur of dag.
Voor de incidentele debietmetingen kunnen de volgende meetmethoden worden gebruikt, die in dit hoofdstuk worden behandeld:
• De standaard velocity-area methode (par. 5.1), een methode die in vrijwel alle waterlopen kan worden uitgevoerd met een redelijke mate van nauwkeurigheid.
• De aangepaste velocity-area methode (par. 5.2), waar de standaard methode niet kan worden toegepast in verband met de grote breedte van de rivier, drukke scheepvaart, rivier met een steil verhang en getijderivieren. Tot deze methode behoren: de moving-boat methode (varende Doppler methode), de deflectiemethode en de drijvermethode.
• De verhangmethode (par. 5.3), een methode gebaseerd op de snelheidsformules van Chézy of Manning die tamelijk onnauwkeurig is en gebruikt kan worden om redelijk snel en eenvoudig een indruk van het debiet te verkrijgen.
• De verdunningsmethode (par. 5.4), een methode die werkt met een merkstof en veelal toege-past wordt in snelstromende beken om een indruk van het debiet te verkrijgen.
• Veldcalibratie (par. 5.5) van afvoerende kunstwerken zoals gemalen en stuwen, een methode die dient om in-situ een betere indruk te verkrijgen van de afvoercapaciteit van de kunst-werken dan met de standaard debietformules.
5.1 STAnDAArD velOciTy-AreA meThODe
Bij de standaard methode wordt de stroomsnelheid in één of meer punten in een verticaal gemeten alsmede de waterdiepte ter plaatse van de verticaal. De gemiddelde stroomsnelheid
v
i per verticaal wordt vermenigvuldigd met het doorstroomoppervlakA
i behorend bij iedere verticaal. Gesommeerd geeft dit het totale debietQ
ter plaatse van de meetraai.Figuur 5-1 principe STAnDAArD velOciTy-AreA meThODe
5.1.1 DOOrSTrOOmOppervlAK in meeTrAAi
De oppervlakte van het dwarsprofiel wordt berekend uit de gemeten breedte van de water-loop en een aantal dieptepeilingen. De breedte wordt gemeten met een meetlint of, bij bre-dere waterlopen, met behulp van optische of elektronische meetapparatuur. De diepte wordt gemeten in een aantal verticalen, bij voorkeur op onderling gelijke afstanden verdeeld over de breedte van de waterloop, zie Figuur 5-2. Het aantal dieptemetingen dient zodanig te zijn, dat de vorm van het dwarsprofiel voldoende nauwkeurig kan worden beschreven [ISO Stan-daard]. In het algemeen betekent dit, dat het interval tussen twee verticalen maximaal 1/5 van de breedte is voor regelmatige of smalle dwarsprofielen en maximaal 1/20 van de breedte voor onregelmatige of brede dwarsprofielen.
Figuur 5-2 vOOrbeelD vAn De verDeling vAn een DWArSprOFiel in SegmenTen
Gebruikelijk is om, in de stroomrichting gezien, steeds vanuit de linkeroever naar de rechter-oever te meten. Dit geldt voor de dieptepeilingen en daarna voor het meten van de stroom-snelheid. Op de linkeroever is dan een referentiepunt aangebracht ten opzichte waarvan alle afstanden in de meetraai worden vastgelegd [Lit. 3].
5.1.2 SnelheiDSverDeling in verTicAAl
Bij de standaard velocity-area methode wordt uitgegaan van stationaire stroming in de water-loop, hetgeen betekent dat het debiet niet verandert in de tijd. Daarnaast wordt aangenomen dat de stroming turbulent is, wat in de praktijk vrijwel altijd het geval is. Tengevolge van wrij-ving is de stroomsnelheid langs de bodem en de oevers van een waterloop lager dan de
gemid-STOWA 2009-41 Handboek debietmeten in open waterlopen
delde snelheid. De snelheidsverdeling in het dwarsprofiel is bovendien afhankelijk van de vorm van het dwarsprofiel en de aanwezigheid van obstakels en bochten bovenstrooms van de meetraai, zie Figuur 5-3 [Lit. 3].
Figuur 5-3 vOOrbeelDen AFhAnKelijKheiD SnelheiDSverDeling vAn vOrm DWArSprOFiel
Er zijn twee veel gebruikte benaderingen voor het verticale stroomsnelheidsprofiel, namelijk het machtsprofiel en logaritmisch profiel.
De snelheidsverdeling in de verticaal volgens het machtsprofiel luidt:
met:
v
z : stroomsnelheid op afstandz
boven de bodem [m/s]v
a : referentiestroomsnelheid opz = a
boven de bodem [m/s]a
: afstand boven de bodem behorend bijv
a [m]z
: afstand boven de bodem behorende bijv
z [m]h
: locale waterdiepte [m]n
: macht afhankelijk van vorm en ruwheid van het profiel [-]De waarde van
n
varieert van circa 7 voor waterlopen met een relatief glad en breed profiel, tot circa 5 voor waterlopen met een relatief ruw en smal profiel. De gemiddelde snelheid in de verticaal bevindt zich op een afstand van ongeveer 0,4h
vanaf de bodem [Lit. 3]. De referen-tie- snelheidv
a kan vrij worden gekozen. Een praktische keuze is de dieptegemiddelde stroom-snelheidv
gem op een afstand vana =
0,4h
boven de bodem. Een andere praktische keuze isv(h)
de stroomsnelheid aan het oppervlakz = h
. De keuze hangt af van de nauwkeurigheid van de ‘fit’ van de kromme door meetpunten.Figuur 5-4 SnelheiDSverDeling in een verTicAAl
29
5.1.2 Snelheidsverdeling in verticaal
Bij de standaard velocity-area methode wordt uitgegaan van stationaire stroming in de waterloop, hetgeen betekent dat het debiet niet verandert in de tijd. Daarnaast wordt aangenomen dat de stroming turbulent is, wat in de praktijk vrijwel altijd het geval is. Tengevolge van wrijving is de stroomsnelheid langs de bodem en de oevers van een waterloop lager dan de gemiddelde snelheid. De snelheidsverdeling in het dwarsprofiel is bovendien afhankelijk van de vorm van het dwarsprofiel en de aanwezigheid van obstakels en bochten bovenstrooms van de meetraai, zie Figuur 5-3 [Lit. 3].
Figuur 5-3 Voorbeelden afhankelijkheid snelheidsverdeling van vorm dwarsprofiel
Er zijn twee veel gebruikte benaderingen voor het verticale stroomsnelheidsprofiel, namelijk het machtsprofiel en logaritmisch profiel.
De snelheidsverdeling in de verticaal volgens het machtsprofiel luidt:
n a z
a
z
v
v
1⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
⋅
=
met:
v
z : stroomsnelheid op afstandz
boven de bodem [m/s]v
a : referentiestroomsnelheid opz = a
boven de bodem [m/s]a
: afstand boven de bodem behorend bijv
a [m]z
: afstand boven de bodem behorende bijv
z [m]h
: locale waterdiepte [m]n
: macht afhankelijk van vorm en ruwheid van het profiel [-]De waarde van
n
varieert van circa 7 voor waterlopen met een relatief glad en breed profiel, tot circa 5 voor waterlopen met een relatief ruw en smal profiel. De gemiddelde snelheid in de verticaal bevindt zich op een afstand van ongeveer 0,4h
vanaf de bodem [Lit. 3]. De referentie- snelheidv
a kan vrij worden gekozen. Een praktische keuze is de dieptegemiddelde stroomsnelheidv
gem op een afstand vana =
0,4h
boven de bodem. Een andere praktische keuze isv(h)
de stroomsnelheid aan het oppervlakz = h
. De keuze hangt af van de nauwkeurigheid van de 'fit' van de kromme door meetpunten.Figuur 5-4 Snelheidsverdeling in een verticaal
h v(z) z va vgem a z0 windinvloed op snelheidsprofiel