Mesures et indicateurs d’efficacité des ouvrages de stockage/dépollution

Mesures et indicateurs d’efficacité des ouvrages de stockage/dépollution

Travaux en cours

Objectifs

• Vérifier si l’argent a été bien utilisé pour un ouvrage particulier ? (efficacité locale et globale)

• Définir des critères de dimensionnement (simuler l’impact sur les indicateurs)

• Connaître le fonctionnement d’un ouvrage particulier pour améliorer son efficacité (règles de gestion, aménagements)

• Définir une politique et des règles de conception, de dimensionnement et de gestion des ouvrages

Indicateurs d’efficacité des ouvrages de stockage/dépollution

Contexte

• Equipement à la construction : pas de pb d’investissement mais simplicité d’exploitation des capteurs

• Simplicité d’exploitation des données• Simplicité d’interprétation des résultats(Indices génériques, adaptables à un maximum de

configurations)

Ce qui est simple est toujours faux. Ce qui ne l’est pas est inutilisable.

Indicateurs d’efficacité des ouvrages de stockage/dépollution

Alors, on continue ?

...ou pas ?

(ce qui nous sauve, c’est qu’il n’y a pas de guide passé)

Contexte unitaire

Contexte unitaireOuvrage en dérivation

Contexte unitaireOuvrage en dérivation

Contexte unitaireOuvrage en dérivation

Contexte unitaireOuvrage en série

Contexte séparatif

Contexte séparatifTypique: Pas de STEP; pas de DO; pas de flux permanent

(sinon: voir unitaire)

Contexte séparatif

Ouvrage en dérivation

Typique: Pas de STEP; pas de DO; pas de flux permanent(sinon: voir unitaire)

Contexte séparatif

Ouvrage en série

Typique: Pas de STEP; pas de DO; pas de flux permanent(sinon: voir unitaire)

Contexte séparatifOuvrage en série

~ ouvrage en parallèle( à confirmer)

Conclusion / séparatif

Le séparatif est assimilable à des cas particuliers d’unitaire

Les configurations les plus fréquentes sont a priori assez simples: série ~ dérivation

Efficacité : vue de l’ouvrage

Efficacité : vue de l’ouvrageTaux de sollicitation (alimentation/remplissage)

Taux de saturation

Taux de sollicitationTaux de saturationTaux d’interception

Efficacité : vue de l’ouvrage

Vue de l’ouvrage:Comment évaluer l’(in)efficacité ?

• L’ouvrage est-il beaucoup sollicité ?

• L’ouvrage est-il beaucoup sollicité ?– 0% = inefficace– 100% = efficace?

Vue de l’ouvrage:Comment évaluer l’(in)efficacité ?

• L’ouvrage est-il beaucoup sollicité ?– 0% = inefficace– 100% = efficace?

• Saturation ? optimum ≠ maximum ?

Vue de l’ouvrage:Comment évaluer l’(in)efficacité ?

• L’ouvrage est-il beaucoup sollicité ?– 0% = inefficace– 100% = efficace?

• Saturation ? optimum ≠ maximum ????

• 100 % de quoi ? – du temps ????? – d’un volume ??? – d’un nombre d’ «événements»? Événements pluvieux « d’une certaine importance »définis par:

• Bases de dimensionnement ? (Q>Qs, Objectifs et règles de gestion) • Règles de gestion ? (h>hs…)

Définir une unité et une échelle de mesure (%)

Vue de l’ouvrage:Comment évaluer l’efficacité ?

Taux de sollicitation• Durées %SolT= Tsol / Tref

Tref = Ttot; T- «événement» (/P, /h>hs, /Q>Qs, ...)

Définition des événementscas simples

P; h>hs; Q>Qs; Gest.

UN ou EP //

UN ou EP série

Taux de sollicitation• Durées %SolT= Tsol / Tref

Tref = Ttot; T(événement) (/P, /h>hs, /Q>Qs, ...)

Tsol =Talimentation (Qi>0 ou Qi>Qs) dans tous les cas

Si Stock: Tsol2 = T(V>%Vmax) est-ce utile ?

Taux de sollicitation• Durées %SolT = Tsol / Tref

Tref = Ttot; T(événement) (/P, /h>hs, /Q>Qs, ...)

Tsol =Talimentation (Qi>0 ou Qi>Qs)

Si Stock: Tsol2 = T(V>%Vmax)

• NombreNref = N(événement) (/P, /h>hs, /Q>Qs, ...)

Nsol = N (%SolT(Evt) > T min (= % Tevt))

% SolN = Nsol /Nref

Taux de sollicitation• Durées %SolT = Tsol / TrefTref = Ttot; T(événement) (/P, /h>hs, /Q>Qs, ...)Tsol =Talimentation (Qi>0 ou Qi>Qs)Si Stock: Tsol2 = T(V>%Vmax)

• NombreNref = N(événement) (/P, /h>hs, /Q>Qs, ...)N sol = N (%SolT(Evt) > T min (= % Tevt))% SolN = Nsol /Nref

• VolumeVref (où ?)= Vtot; V [T(événement)] (/P, /h>hs, /Q>Qs, Objectifs Dim)%SolV = Vadmis / Vref Signification = f(où ?)

Taux de sollicitation• Durées %SolT = Tsol / TrefTref = Ttot; T(événement) (/P, /h>hs, /Q>Qs, ...)Tsol =Talimentation (Qi>0 ou Qi>Qs)Si Stock: Tsol2 = T(V>%Vmax)

• NombreNref = N(événement) (/P, /h>hs, /Q>Qs, ...)N sol = N (%SolT(Evt) > T min (= % Tevt))% SolN = Nsol /Nref

• VolumeVref (où ?)= Vtot; V [T(événement) ](/P, /h>hs, /Q>Qs, Objectifs Dim)%SolV = Vadmis / Vref Signification = f(où ?)

Taux de saturation

• Durées Tref = Ttot; T(événement) (/P, /h>hs, /Q>Qs, ...)T sat = T (Q = Qdim ou V=Vmax ou…)%satT =T sat / Tref

• NombreNref = N(événement) (/P, /h>hs, /Q>Qs, Gest. )N sat = N (Tsat(Evt) > T min = % Tevt)% satN = N sat /Nref

• VolumeVref (où ?)= Vtot; V [T(événement) ](/P, /h>hs, /Q>Qs, Gest. )V sat = ? V (où?) (T = Tsat(Evt))%satV= Vsat / VrefSignification = f(où ?)

Volumes: taux d’interception = taux de sollicitation particulier

• Durées voir plus loin (rendements)

• Nombre

Volumes: taux d’interception = taux de sollicitation particulier

• Durées voir plus loin (rendements)

• Nombre

• VolumeVref (où ?)= V [T(événement)] (/P, /h>hs, /Q>Qs, gest)

%solV = Vadmis / Vref

%i intV= Vadmis / Vadmis+Vrejeté

Vref= Vadmis+Vrejeté; T(événement) : Vadmis ≠ 0 ou Vrejeté ≠ 0

taux d’interception: définition des volumes de référence cas / simples

T(Evt): Vadmis ≠ 0 ou Vrejeté ≠ 0

EP //

UN //

taux d’interception: définition des volumes de référence cas / simples

T(Evt): Vadmis ≠ 0 ou Vrejeté ≠ 0

EP //

UN //

UN ou EP série

taux d’interception: définition des volumes de référence cas / simples

T(Evt): Vadmis ≠ 0 ou Vrejeté ≠ 0

.

EP //

UN //

UN ou EP série

taux d’interception: définition des volumes de référence cas / simples

Evt: Vadmis ≠ 0 ………..…….ou Vrejeté ≠ 0

EP //

UN //

Qs<Qe (DV>0)

UN ou EP série

taux d’interception: définition des volumes de référence cas / simples

Evt: Vadmis ≠ 0 ………..…….ou Vrejeté ≠ 0

EP //

UN //

Qs1<Qe

UN ou EP série

Qs1

Qs2

Volumes: taux d’interception = taux de sollicitation particulier

• Durées

• Nombre

• VolumeVref (où ?)= V [T(événement)] (/P, /h>hs, /Q>Qs, gest)

%solV = Vadmis / Vref

%i intV= Vadmis / Vadmis+Vrejeté

Vref= Vadmis+Vrejeté; T(événement) : Vadmis ≠ 0 ou Vrejeté ≠ 0

Interprétation / rendement à vérifier

Taux de remplissage, d’interception, de saturation:

modalités

• Période de référence:– Mois, saison, année

• Mode de quantification– cumulée (tous événements confondus)– distribuée (nb. Événements / classe(s) de

valeurs du paramètre)

Résumé

• % sollicitation : T , (Ntot > Seuil, distribution, V) • % saturation : T, (Ntot > Seuil, distribution)• % interception : V (=sollicitation), (distribution),

T?, N? (voir plus loin)

Définition des événements (et le cas échéant des volumes) de référence fonction de la configuration

• L’ouvrage est-il beaucoup sollicité ?• Pourrait-il l’être davantage ?

– Y a-t’il une réserve de capacité (exploitable = dans des conditions à définir) ?

Vue de l’ouvrage:Comment évaluer l’efficacité ?

• L’ouvrage est-il beaucoup sollicité ?• Pourrait-il l’être davantage ?

– Y a-t’il une réserve de capacité (exploitable = dans des conditions à définir) ?

• Devrait-il l’être davantage ?

Vue de l’ouvrage:Comment évaluer l’efficacité ?

• L’ouvrage est-il beaucoup sollicité ?• Pourrait-il l’être davantage ?

– Y a-t’il une réserve de capacité (exploitable = dans des conditions à définir) ?

• Devrait-il l’être davantage ?– Qu’y gagnerait-on ?

Vue de l’ouvrage:Comment évaluer l’efficacité ?

• L’ouvrage est-il beaucoup sollicité ?• Pourrait-il l’être davantage ?

– Y a-t’il une réserve de capacité (exploitable = dans des conditions à définir) ?

• Devrait-il l’être davantage ?– Qu’y gagnerait-on ?

• Pourrait-il l’être moins ?– Qu’y perdrait-on?

Vue de l’ouvrage:Comment évaluer l’efficacité ?

• L’ouvrage est-il beaucoup sollicité ?• Pourrait-il l’être davantage ?

– Y a-t’il une réserve de capacité (exploitable = dans des conditions à définir) ?

• Devrait-il l’être davantage ?– Qu’y gagnerait-on ?

• Pourrait-il l’être moins ?– Qu’y perdrait-on?

Vue du milieu

Vue de l’ouvrage:Comment évaluer l’efficacité ?

Vue du milieu

• Combien de rejets avec ouvrage Les événements sont définis par les périodes

d’alimentation (ou de sollicitation) de l’ouvrage

Vue du milieu

• Combien de rejets avec ouvrage Les événements sont définis par les périodes

d’alimentation (ou de sollicitation) de l’ouvrage

• Référence: combien de rejets sans ouvrage ?

Il faut reconstituer des événements de référence

Vue du milieu - locale

Vue du milieu - locale

Suffisante pour séparatif pluvial

Rendement brutRendement net = Rtbrut x interception

Vue du milieu - locale

Suffisante pour séparatif pluvial et pour configurations unitaires particulières(entrée = rejet sans ouvrage ; sorties locales)

Rendement brutRendement net = Rtbrut x interception

Vue du milieu - locale

Généralisable pour configurations unitaires simples avec restitution(entrée = rejet sans ouvrage ; 1 sortie non locale)

Rendement brutRendement net = Rtbrut x interception

Vue du milieu - locale

Qques Pb. Pour configurations unitaires en série(superposition des flux de temps sec et de temps de pluie: à développer)

Rendement brut = ?Rendement net ≠ Rtbrut x interception

Rendements nets: paramètres

Durées Tref = T rejets sans ouvrage Touv = T rejets avec ouvrage %RT= 1- Touv/Tref

Rendements nets: paramètres

Durées Tref = T rejets sans ouvrage Touv = T rejets avec ouvrage %RT= 1- Touv/Tref

NombreNref = N rejets sans ouvrage Nouv = N rejets avec ouvrage (>seuil?)%RN= 1- Nouv/Nref

Rendements nets: paramètres

Durées Tref = T rejets sans ouvrage Touv = T rejets avec ouvrage %RT= 1- Touv/Tref

VolumeVref = V rejets sans ouvrage V ouv = V rejets avec ouvrage%RV= 1- Vouv/Vref

NombreNref = N rejets sans ouvrage Nouv = N rejets avec ouvrage (>seuil?)%RN= 1- Nouv/Nref

MasseMref = M rejets sans ouvrage M ouv = M rejets avec ouvrage%RM= 1- Mouv/Mref

Rendements nets: paramètres

Durées Tref = T rejets sans ouvrage Touv = T rejets avec ouvrage %RT= 1- Touv/Tref

VolumeVref = V rejets sans ouvrage V ouv = V rejets avec ouvrage%RV= 1- Vouv/Vref = %I

NombreNref = N rejets sans ouvrage Nouv = N rejets avec ouvrage (>seuil?)%RN= 1- Nouv/Nref

MasseMref = M rejets sans ouvrage M ouv = M rejets avec ouvrage%RM= 1- Mouv/Mref

Rendements nets: paramètres

Durées Tref = T rejets sans ouvrage Touv = T rejets avec ouvrage %RT= 1- Touv/Tref = %IT

NombreNref = N rejets sans ouvrage Nouv = N rejets avec ouvrage (>seuil?)%RN= 1- Nouv/Nref= %IN

VolumeVref = V rejets sans ouvrage V ouv = V rejets avec ouvrage%RV= 1- Vouv/Vref = %IV

MasseMref = M rejets sans ouvrage M ouv = M rejets avec ouvrage%RM= 1- Mouv/Mref

Est-il utile de généraliser la notion de taux d’interception ?

Définition des événements(rejets sans ouvrage)

cas simples

P; h>hs; Q>Qs; Gest.

UN ou EP //

UN ou EP série

Rendements locaux

• Rendements nets OK: à définir précisément (cf papier)

• Rendements bruts moins universels

Vue du milieu - globale(/situation antérieure)

Nécessaire sientrée ≠ rejet sans ouvrage et/ou DO aval

Evaluation de l’efficacité des ouvrages de stockage/dépollution des eaux de temps

de pluie

Configurations types en réseaux unitaires

Configurations idéales

Ce qui est stocké/traité à l’instant t aurait été déversé à l’instant t, en débit et en flux (même organe de contrôle, même stratégie de régulation des débits)

Que se serait-il passé en l’absence d’ouvrage ? = les volumes et les masses stockés/traités

auraient-ils été déversés directement ?

Configurations réellesla stratégie d’alimentation de l’ouvrage n’est pas identique à la stratégie de déversement en absence d’ouvrage car ces deux stratégies s’appliquent à deux organes de contrôles différents, soumis à des débits différents (déformation de l’hydrogramme, apports intermédiaires concentrés ou diffus)

Que se serait-il passé en l’absence d’ouvrage ? = les volumes et les masses stockés/traités

auraient-ils été déversés directement ?

1 2

Déformation + composition de l’hydrogramme

temps

Seuil de déversementQ

t

Seuil de stockage

Ce qui est stocké/traité à l’instant t aurait été déversé à l’instant t, en débit et en flux

1-2 1 2

1 2 1 2

Que se serait-il passé en l’absence d’ouvrage ? = les volumes stockés/traités auraient-ils été déversés directement ?

c) distance entre 1 et 2 importante, apports intermédiaires négligeables

a) Un seul ouvrage de contrôle sur le réseau principal, pour l’alimentation du bassin et les déversements (avec ou sans bassin)

b) distance entre 1 et 2 limitée (hydrogramme translaté non déformé), apports intermédiaires négligeables

d) distance entre 1 et 2 importante, apports intermédiaires significatifs

Ce qui est stocké/traité à l’instant t aurait été déversé à l’instant t, en débit et en flux

1-2 1

2

1

2

1

2

Que se serait-il passé en l’absence d’ouvrage ? = les volumes stockés/traités auraient-ils été déversés directement ?

c) distance entre 1 et 2 importante, apports intermédiaires négligeables

a) Un seul ouvrage de contrôle sur le réseau principal, pour l’alimentation du bassin et les déversements (avec ou sans bassin)

b) distance entre 1 et 2 limitée (hydrogramme translaté non déformé), apports intermédiaires négligeables

d) distance entre 1 et 2 importante, apports intermédiaires significatifs

b) Organes de contrôle dissociés mais relativement proches

(translation sans déformation de l’hydrogramme)

1 2

• Ce qui est stocké/traité à l’instant t aurait été déversé (en débit et en flux) à l’instant t+t si l’ouvrage 2 est actif à cet instant.

• Plus généralement tout ce qui est stocké/traité à l’instant t aurait été probablement été déversé à l’instant t+t si le seuil d’activation de l’ouvrage 1 est analogue à celui de l’ouvrage 2. C’est en principe le cas.

•Sinon ce qui est stocké/traité à l’instant t aurait probablement été déversé (en débit et en flux) à l’instant t+t si l’ouvrage 2 est proche de la saturation à cet instant

c) Organes de contrôle éloignés, apports intermédiaires négligeables

(translation et déformation de l’hydrogramme)

1 2

Ce qui est stocké/traité à l’instant t aurait probablement été déversé (en débit et en flux) pendant la période [t+t1, t+t2] lorsque l’ouvrage 2 est proche de la saturation durant toute cette période, et l’aurait certainement été si l’ouvrage est actif pendant toute cette période.

Si la saturation est atteinte ou dépassée seulement pendant une partie de la période, une fraction difficile à évaluer n’aurait pas été déversée.

La valeur t devient un intervalle [t1, t2] et elle est plus difficile à déterminer compte tenu de l’amortissement des hydrogrammes. De même la cohérence des seuils d’activation des deux ouvrages est plus difficile à définir, mais en principe recherchée.

d) Organes de contrôle éloignés, apports intermédiaires non négligeables

(déformation et non-conservation de l’hydrogramme)

1 2

Ce qui est stocké/traité à l’instant t aurait probablement été déversé (en débit mais pas en flux) pendant la période [t+t1, t+t2] lorsque l’ouvrage 2 est proche de la saturation durant toute cette période, et l’aurait certainement été si l’ouvrage est actif pendant toute cette période.

Si la saturation est atteinte ou dépassée seulement pendant une partie de la période, une fraction difficile à évaluer n’aurait pas été déversée.

Comme précédemment la valeur t devient un intervalle [t1, t2] et elle est plus difficile à déterminer compte tenu de l’amortissement des hydrogrammes. La cohérence des seuils est très difficile à définir compte tenu des apports intermédiaires

Q1+Q2,C1

Q3,C3(Q1+Q2).C1+Q3.C3

Q1+Q2+Q3C4 =

(Q+Q2).C4

Q1+Q2,C1

Q2,C1 Q3,C3

Q1.C1+Q3.C3

Q1+Q3C’4 =

Q.C’4

Cas d): Les flux stockés sont différents de ceux qui auraient été déversés

Cas d): Les flux stockés sont différents de ceux qui auraient été déversés

Q 40

C1 100

C3 200

C4 145

C'4 150

QC'4 6000

(Q+Q2).C4 8727

deltaflux deversé 2727

flux stocké 2000

Leur rapport est proportionnel au rapport des concentrations

Plusieurs DO à l’aval

1 2 3 4

Plusieurs DO à l’aval

• Evaluer le gain – modélisation– empiriquement / fonctionnement d’un seul DO

• Le plus proche possible de l’ouvrage• Actif ou proche de la saturation• en donnant d’autant moins de crédit aux états

courts que le DO est éloigné• Quelle priorité donner aux 3 critères ?

– proximité– État: activité ou quasi saturation– durée de l’état / éloignement

Plusieurs DO à l’aval

• 2 actif > 3 actif• 2 quasi saturé > 3 actif• 2 non saturé, 4 actif long > 3 actif court• 2 non saturé, 4 quasi saturé long > 3 quasi

saturé court• 2 non saturé, 4 quasi saturé long > 3 actif court

Exemple de hiérarchisation des critères pour le choix d’un DO de référence

1) De combien diminue-t’on les déversements en remplissant l’ouvrage ?

= ce qu’on admet à l’instant t aurait sans doute été en partie déversé si à l’instant t+t, le DO était proche de la saturation(toutes choses égales par ailleurs

En partie seulement car le débit amont à l’instant t se répartit dans le temps autour de l’instant t+t (amortissement de l’hydrogramme)

2) Pourrait-on les diminuer davantage ?

• Un déversoir fonctionne-t’il à l’instant t alors qu’il existe une réserve de capacité à l’amont à l’instant t-t ?

( Simulation nécessaire pour quantifier le gain supplémentaire possible)

• N’augmente-t’on pas les déversements en vidangeant

le réservoir ? = comment savoir si ce qui a été déstocké a été déversé ?

ce qu’on destocke à l’instant t a sans doute été en partie déversé si à l’instant t+t, le DO était actif

Un exemple

temps

Seuil de déversementQ

V Capacité de stockage

t

A suivre ?