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Mise à jour le 31.05.2008 HU 0601 - Page 1 ENAC/ISTE/HYDRAM HYDROTHEQUE : base

Mise à jour le 31.05.2008 HU 0601 - Page 1 ENAC/ISTE/HYDRAM HYDROTHEQUE : base de données d’exercices en Hydrologie Cours : Hydrologie Urbaine / Thématique : Maîtrise de la pollution par temps de pluie ÉCOLE POLYTECHNIQUE FÉDÉRALE DE LAUSANNE Logo optimisé par J.-D.Bonjour, SI-DGR 13.4.93 Exercice n° HU 0601 - Corrigé Réseau unitaire et réseau séparatif : Flux de pollution vers le milieu récepteur. Données de l’exercice : Les résultats sont aussi sur le fichier Excel « HU0601_corrige.xls ». Résolution - Partie I Démarche à appliquer : Le raisonnement suivant est basé uniquement sur les flux de MES transportés sur une année complète par l’un ou l’autre réseau de collecteurs (pour les notations cf.énoncé). Question 1. Pour les deux réseaux : Débit d’Eaux de Ruissellement (EP) : QEP = Hp . IMP . A / ∆Tp Volume de MES provenant des Eaux de Ruissellement : VMOB = VMES . IMP Débit d’Eaux Usées (sans Eaux Claires Parasites) : QEU = q . p avec q = 300l/jour : consommation par EqH et p : population en EqH Volume annuel de MES provenant des effluents (ECP + EU) et entrant dans le réseau Eaux Usées : VEFF = (CECP.QECP + CEU.QEU).∆T Flux annuel total de MES produit par l’ensemble du réseau d’assainissement (exporté dans le milieu récepteur (MR) + récupéré dans la STEP) : Ftot(∆T) = VEFF + VSED + VMOB Question 2. Pour le réseau séparatif (RS) : La chasse du réseau Eaux Usées du réseau RS est réalisée artificiellement par temps sec. On a : Volume annuel de MES provenant des eaux de pluie et se déversant dans le MR par le réseau Eaux Claires : V1 = VMOB Volume annuel provenant du réseau EU et allant dans le réseau EC : V2 = α.VEFF Volume annuel déversé par le réseau EC vers le MR : FEC(∆T) = V1+V2 Volume annuel exporté par le réseau EU vers la STEP : VeSTEP = (1-α).VEFF + VSED Volume annuel exporté par la STEP vers le MR : FSTEP (∆T) = (1-r).VeSTEP Volume total exporté vers le MR sur une année : FRS(∆T) = FEC(∆T) + FSTEP(∆T) Volume total conservé et traité par la STEP sur une année : VRScons = r.VeSTEP « Rendement » total annuel moyen du système « réseau séparatif » (Abattement): ARS = VRScons / (VEFF +VSED+VMOB) = r.((1-α).VEFF + VSED)/ (VEFF+VSED+VMOB) Volume de MES exporté par temps sec par l’ensemble du réseau RS vers le MR : FRS(∆Ts) = (1-r) . [(1-α) VEFF . ∆Ts/∆T + VSED] + α VEFF . ∆Ts/∆T Concentration moyenne en MES des débits liquides exportés par le réseau RS par temps sec : CRS(∆Ts) = FRS(∆Ts) / (QEU + QECP) / ∆Ts Volume de MES exporté par temps de pluie par l’ensemble du réseau RS vers le MR : FRS(∆Tp) = (1-r) . [(1-α) VEFF . ∆Tp/∆T ] + VMOB + αVEFF . ∆Tp/∆T Concentration moyenne en MES des débits liquides exportés par le réseau RS par temps de pluie : CRS(∆Tp) = FRS(∆Tp) / (QEP + QEU + QECP) / ∆Tp Mise à jour le 31.05.2008 HU 0601 - Page 2 Question 3. Pour le réseau Unitaire (RU) : La chasse du réseau RU est supposée faite automatiquement par les débits d’eau de ruissellement. Par temps sec : Volume de MES transitant dans le RU et exporté vers la STEP: VeSTEP(∆Ts) = VEFF.∆Ts/∆T Volume de MES exporté par la STEP vers le MR: FSTEP (∆Ts) = (1-r).VeSTEP(∆Ts) Volume de MES exporté par l’ensemble du RU vers le MR : FRU (∆Ts) = FSTEP(∆Ts) Par temps de pluie Volume de MES transitant dans le réseau : V3 = VMOB + VSED + VEFF.∆Tp/∆T Débit liquide entrant dans le réseau : QTP = QEP + QTS = QEP + QECP + QEU Proportion β du débit liquide QTP dirigé vers la STEP : β=QSTEP/QTP=aQTS /(QEP+QECP+QEU) Proportion β’ du débit solide V3 dirigé vers la STEP : β’= β Volume de MES entrant dans la STEP : VeSTEP(∆Tp) = β.V3 Volume de MES exporté par la STEP vers le MR : FSTEP (∆Tp)= (1-r).VeSTEP(∆Tp) Volume de MES déversé dans le MR par le déversoir d’orage : FDO (∆Tp) = (1-β).V3 Volume de MES total exporté par le RU en temps de pluie : FRU(∆Tp) = FSTEP (∆Tp) + FDO (∆Tp) Volume total exporté vers le MR sur une année : FRU(∆T) = FRU(∆Tp) + FRU(∆Ts) FRU(∆T) = VSED+VMOB+VEFF – [r.QSTEP/(QEU+QECP+QEP)*(VSED+VMOB+VEFF.∆Tp/∆T)] – r.VEFF.∆Ts/∆T Volume total conservé et traité par la STEP sur une année: VRUcons = [r.QSTEP/(QEU+QECP+QEP)*(VSED+VMOB+VEFF.∆Tp/∆T)] + r.VEFF.∆Ts/∆T « Rendement » total moyen annuel du système « réseau unitaire » (Abattement) : ARS = VRUcons / (VEFF +VSED+VMOB) Concentration moyenne des effluents exportés par l’ensemble du système en temps sec : CRU(∆Ts) = FRU(∆Ts) / (QEU + QECP) / ∆Ts Concentration moyenne des effluents exportés par l’ensemble du système en temps de pluie : CRU(∆Tp) = FRU(∆Tp) / (QEP + QEU + QECP) / ∆Tp Question 4. Résultats : Comparaison de la pollution exportée par les deux réseaux Les valeurs des différents flux et concentrations sont données dans le tableau ci-dessous pour la configuration décrite dans l’énoncé de l’exercice. La variation du rapport RF lorsque l’on modifie le taux de connexions parasites entre les réseaux Eaux Usées et Eaux Claires du RS est présentée sur la figure ci dessous. 0 1250 2500 0.00 0.03 0.05 0.08 0.10 0.13 0.15 0.18 0.20 0.23 0.25 coefficient de fuite RU vers RS Flux (kg/ha/an) 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 Flux RU Flux RS FRS/FRU Mise à jour le 31.05.2008 HU 0601 - Page 3 Commentaires : Il suffit d’un très faible taux de connexions parasites pour que le réseau séparatif exporte plus de MES dans le MR que le réseau unitaire. Dans cette configuration, la valeur critique de connexion est α ~ 0.065. Si les flux annuels exportés sont similaires pour les deux types de réseau, la dynamique de la pollution ne l’est en revanche pas : pour le réseau unitaire, les concentrations en temps sec et en temps de pluie sont très différentes (rapport 1 à 3 avec une forte concentration en période de débordement) ; elles le sont beaucoup moins pour le réseau séparatif (rapport 1 à 1,5). Variables communes aux deux réseaux Débit Eaux de Pluie QEP m3/h/ha 18.3 Débit Eaux Usées QEU m3/h/ha 1.5 Débit Eaux Claires Parasites QECP m3/h/ha 0.3 Capacité de traitement de la STEP QSTEP m3/h/ha 3.6 Réseau Unitaire flux déversés par le Déversoir d'Orage Débit de déversement par temps de pluie QDO m3/h/ha 16.5 Flux MES déversé dans le milieu récepteur FDO(DTp) kg/ha 772 flux déversés par la STEP Flux MES entrée STEP pendant temps sec kg/ha 3934 Flux MES entrée STEP pendant temps pluie kg/ha 168 Flux sortie STEP temps sec kg/ha 787 Flux sortie STEP temps pluie kg/ha 34 Flux sortie STEP annuel FRU STEP kg/ha 820 Flux total annuel exporté par le RU FRU Tot kg/ha 1592 Abattement RU ARU % 67 Flux temps pluie exporté par RU FRU(DTP) kg/ha 805 Flux temps sec exporté par RU FRU(DTS) kg/ha 787 Concentration moyenne (EU+EP) temps pluie exporté par RU CRU(DTP) mg/l 146 Concentration temps sec (EU) exporté par RU CRU(DTS) mg/l 52 Réseau Séparatif Coefficient de fuite du réseau Eaux Usées α 0 0.025 0.05 0.075 flux déversés par le Réseau Eaux Claires en temps sec FEC(DTs) kg/ha 0 98 197 295 en temps de pluie FEC(DTp) kg/ha 500 503 507 510 sur l'année FEC(DT) kg/ha 500 602 704 806 flux déversés par la STEP Flux MES entrée STEP tous temps FEU entrée kg/ha 4373 4272 4170 4068 Flux MES sortie STEP tous temps FEU STEP kg/ha 875 854 834 814 Flux total annuel exporté par le RS FRS Tot kg/ha 1375 1456 1538 1619 Abattement RS ARS % 73 71 70 68 Flux temps pluie exporté par RS FRS(DTP) kg/ha 530 533 536 538 Flux temps sec exporté par RS FRS(DTS) kg/ha 845 923 1002 1081 Concentration moyenne (EU+EP) temps pluie exporté par RS CRS(DTP) mg/l 88 88 89 89 Concentration temps sec (EU) exporté par RS CRS(DTS) mg/l 55 61 66 71 Rapport Flux RS / Flux RU RF (-) 0.86 0.91 0.97 1.02 Mise à jour le 31.05.2008 HU 0601 - Page 4 Résolution - Partie II Question 5. Résultats de l’analyse de « sensibilité relative » : La sensibilité relative SX du rapport RF aux différentes variables X1, X2, X3… a été déterminée autour de la configuration initiale définie par les différentes valeurs données à ces variables dans l’énoncé. Les résultats montrent pour cette configuration et suivant les hypothèses effectuées dans l’énoncé pour résoudre le problème, que le rapport RF est peu sensible à l’ensemble des variables impliquées. La sensibilité relative est pour toutes les variables inférieure à 15% en valeur absolue. Pour une variation initiale de 5% d’une variable donnée, uploads/Ingenierie_Lourd/ hu0601-corrige.pdf