Le dimensionnement des réseaux d'assainissement

67
 LE DIMENSIONNEMENT DES RESEAUX D’ASSAINISSEMENT DES AGGLOMERATIONS Document réalisé par : KERLOC’H Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80) 

Transcript of Le dimensionnement des réseaux d'assainissement

  • LE DIMENSIONNEMENT DES RESEAUX

    DASSAINISSEMENT DES AGGLOMERATIONS

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

  • Table des matires CHAPITRE 1 LES RESEAUX DASSAINISSEMENT.................................. 4

    1. - LASSAINISSEMENT DES AGGLOMERATIONS ........................................... 5 1.1. DEFINITION ......................................................................................................... 5 1.2. HISTORIQUE........................................................................................................ 5

    2. - LES SYSTEMES DE COLLECTE ET DEVACUATION ................................. 6 2.1. SYSTEMES DEVACUATION ............................................................................ 6 2.2. SCHEMAS TYPES DES RESEAUX DEVACUATION .................................... 7 2.3. TYPES DE RESEAUX.......................................................................................... 9

    3. - CONCEPTION DES RESEAUX.......................................................................... 10 3.1. ENQUETES PREALABLES............................................................................... 10 3.2. ETUDES PREALABLES .................................................................................... 11

    CHAPITRE 2 LE CALCUL DES SECTIONS DOUVRAGES..................... 12

    1. - LE DIMENSIONNEMENT DES CANALISATIONS ....................................... 13 1.1. FORMULE DE CHEZY (ECOULEMENT UNIFORME) ........................................... 13 1.2. FORMULE DE MANNING-STRICKLER ......................................................... 14

    2. - CONTRAINTES DE CALAGE DES RESEAUX ............................................... 15 2.1. CANALISATIONS DEAUX USEES ................................................................ 15 2.2. CANALISATIONS DEAUX PLUVIALES OU UNITAIRES.......................... 15

    3. - LES ABAQUES DE LINSTRUCTION TECHNIQUE DE 1977 ..................... 16 3.1. UTILISATION DES ABAQUES ........................................................................ 22

    CHAPITRE 3 LES EAUX USEES............................................................... 26

    1. - LES DEBITS DEAUX USEES DOMESTIQUES.............................................. 27 2. - LES DEBITS DEAUX USEES INDUSTRIELLES........................................... 28 3. - LES DEBITS DEAUX CLAIRES PARASITES................................................ 29 4. - LES DEBITS DE TEMPS SEC............................................................................. 29 5. - DEBIT CAPABLE DUNE CANALISATION DEAUX USEES ..................... 29

    CHAPITRE 4 DONNEES HYDROLOGIQUES ........................................... 30

    1. - DONNEES PLUVIOMETRIQUES...................................................................... 31 1.1. MESURE DES PRECIPITATIONS .................................................................... 31 1.2. ANALYSE DES OBSERVATIONS ................................................................... 32

    2. - COURBES INTENSITE - DUREE - FREQUENCE IDF .................................. 34 2.1. FORMULE DE MONTANA ............................................................................... 34 2.2. VALEURS DE A ET B ......................................................................................... 34 2.3. PERIODE DE RETOUR T .................................................................................. 35 2.4. EXERCICE .......................................................................................................... 40

    3. - CARACTERISTIQUES DUN BASSIN VERSANT.......................................... 41 3.1. SURFACE DRAINEE A ..................................................................................... 41 3.2. COEFFICIENT DE RUISSELLEMENT C......................................................... 42 3.3. TEMPS DE CONCENTRATION TC................................................................... 44 3.4. HYDROGRAMME A LEXUTOIRE................................................................. 44

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    2

  • CHAPITRE 5 LES DEBITS DEAUX PLUVIALES..................................... 46

    1. - METHODE RATIONNELLE .............................................................................. 47 2. - METHODE SUPERFICIELLE DE CAQUOT................................................... 48 3. - BILAN HYDRAULIQUE DE CAQUOT............................................................. 48 4. - EVALUATION DES NEUF PARAMETRES ..................................................... 52

    4.1. PLUVIOMETRIE ................................................................................................ 52 4.2. EFFET DE STOCKAGE ET DECRETEMENT................................................ 53 4.3. TEMPS DE CONCENTRATION........................................................................ 53

    5. - DEFINITION DES VARIABLES......................................................................... 54 5.1. SURFACE A........................................................................................................ 54 5.2. PENTE MOYENNE I DU BASSIN VERSANT................................................. 54 5.3. COEFFICIENT DE RUISSELLEMENT............................................................. 54 5.4. PERIODE DE RETOUR T .................................................................................. 55 5.5. ALLONGEMENT DE BASSIN M...................................................................... 57

    6. - DOMAINE DE VALIDITE ET PRECISION DE LA METHODE .................. 57 7. - LES FORMULES PRATIQUES DE LA METHODE DE CAQUOT DE LINSTRUCTION DE 1977 ............................................................................................. 59 8. - DETERMINATION DU POINT CARACTERISTIQUE ET DELIMITATION DES BASSINS VERSANTS ELEMENTAIRES ............................................................ 61 9. - GROUPEMENT DES BASSINS .......................................................................... 62

    9.1. GROUPEMENT EN SERIE ................................................................................ 62 9.2. GROUPEMENT EN PARALLELE .................................................................... 63 9.3. REMARQUES ..................................................................................................... 64

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    3

  • CHAPITRE 1

    LES RESEAUX DASSAINISSEMENT

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    4

  • 1. - LASSAINISSEMENT DES AGGLOMERATIONS

    1.1. DEFINITION Lassainissement des agglomrations, au sens ou lentend linstruction relative lassainissement des agglomrations de 1977 a pour objet dassurer lvacuation de lensemble des eaux pluviales et uses ainsi que leur rejet dans les exutoires naturels sous des modes compatibles avec les exigences de la sant publique et de lenvironnement. Il est noter que le document la ville et son assainissement dit en juin 2003 par le CERTU a vocation remplacer linstruction technique relative lassainissement des agglomrations de 1977.

    1.2. HISTORIQUE Au sicle prcdent, la politique dassainissement (1894 loi sur le tout lgout ) consistait encore essentiellement en une vacuation rapide des eaux uses et pluviales le plus loin possible des zones agglomres. Cette situation considre comme satisfaisante se prolonge jusquen 1950. Ds 1970, la croissance rapide de la population urbaine (22 % en 1950, 75 % en 1970) rend la situation critique. En effet le dveloppement rapide de lurbanisation des villes leur priphrie a entran une forte augmentation des surfaces impermabilises, ce qui a accru considrablement les volumes et les dbits ruissels entranant ainsi une insuffisance des exutoires. On a donc assist une surcharge progressive des rseaux existants et une augmentation du risque dinondation. Si la solution traditionnelle de rseaux dassainissement est une bonne rponse sur le plan de lvacuation des eaux, elle a sa limite et prsente de nombreux inconvnients sur le cycle naturel de leau (augmentation des dbits vers les rivires entranant un manque deau vers les nappes, une saturation des exutoires.). Devant limpasse laquelle conduisait lassainissement pluvial classique, il a fallu innover. On a fait appel des techniques alternatives bases essentiellement sur un stockage temporaire des eaux de pluie permettant de retarder lcoulement avant lexutoire ou dinfiltrer au maximum. Pour atteindre cet objectif, les principes sont simples. Ils sont mis en uvre en particulier dans les bassins de retenues qui ont trois fonctions essentielles :

    - recueil des eaux de pluie, - rtention de ces eaux, - vacuation lente.

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    5

  • 2. - LES SYSTEMES DE COLLECTE ET DEVACUATION Ltablissement dun rseau dassainissement dune agglomration doit rpondre deux proccupations, savoir :

    - assurer une vacuation correcte des eaux pluviales de manire empcher la submersion des zones urbanises,

    - assurer llimination des eaux uses mnagres et des eaux vannes.

    2.1. SYSTEMES DEVACUATION Quatre systmes dvacuation sont susceptibles dtre mis en service, en application des dispositions contenues dans linstruction technique n 77 284 du 22 juin 1977. a) systmes fondamentaux, b) systme pseudo-sparatif, c) systme composite, d) systmes spciaux.

    a) systmes fondamentaux On distingue : - le systme sparatif Il consiste rserver un rseau lvacuation des eaux uses domestiques (eaux vannes et eaux mnagres) et sous certaines rserves de certains effluents industriels alors que lvacuation de toutes les eaux mtoriques ( eaux pluviales ) est assure par un autre rseau. - le systme unitaire Lvacuation de lensemble des eaux uses et pluviales est assure par un seul rseau gnralement pourvu de dversoirs dorages permettant en cas dorage le rejet direct, par surverse, dune partie des eaux dans le milieu naturel. - le systme mixte On appelle communment systme mixte, un rseau constitu suivant les zones en partie dun systme unitaire et dun systme sparatif.

    b) systme pseudo-sparatif Lusage a prvalu de dsigner sous ce vocable des rseaux sparatifs o le rseau deaux uses peut recevoir certaines eaux pluviales provenant des proprits riveraines.

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    6

  • c) systme composite

    Cest une variante du systme sparatif qui prvoit, grce divers amnagements, une drivation partielle des eaux les plus pollues du rseau pluvial vers le rseau deaux uses en vue de leur traitement.

    d) systmes spciaux

    systme sous pression sur la totalit du parcours Le rseau fonctionne en charge de faon permanente sur la totalit du parcours.

    systme sous dpression Le transport de leffluent seffectue par mise des canalisations en dpression.

    2.2. SCHEMAS TYPES DES RESEAUX DEVACUATION Bien que les rseaux dvacuation revtent des dispositions trs diverses selon le systme choisi, leur schma (page suivante) se rapproche le plus souvent de lun des cinq types dcrits ci-aprs :

    1) le schma perpendiculaire au cours deau Cest souvent celui des villes ou communes rurales qui ne se proccupent que de lvacuation par les voies les plus conomiques et les plus rapides sans avoir un souci dun assainissement efficace des eaux rejetes.

    2) le schma type collecteur latral Ce schma oblige parfois prvoir des stations de relvement.

    3) le schma type collecteur transversal Ce schma permet de reporter par simple gravit lensemble des effluents plus loin laval par rapport au schma prcdent.

    4) le schma type par zones tages Ce schma sapparente au schma prcdent. Le collecteur bas qui doit souvent faire lobjet de relvement, se trouve soulag des apports des bassins dominants qui peuvent tre vacus gravitairement.

    5) le schma type centre collecteur unique et le schma type radial Selon que le rseau converge vers un ou plusieurs points bas o lon peut reprendre leffluent pour le relever, on utilise ce type de schma.

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    7

  • Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    8

  • 2.3. TYPES DE RESEAUX

    On distingue deux types de rseaux, ramifi ou maill. Les rseaux dassainissement appartiennent gnralement au type ramifi ce qui est le cas des schmas ci-avant. En variante, on peut concevoir un rseau de type maill semblable celui des rseaux deau potable. En effet, ce rseau maill permet dans certaines zones urbaines dobtenir de meilleures conditions dcoulement, dautocurage, de gestion des fortes pluies et dentretien.

    Ramifi : Maill :

    EXUTOIRE

    EXUTOIRE

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    9

  • 3. - CONCEPTION DES RESEAUX Afin de raliser le projet dassainissement dune opration, le matre duvre doit ncessairement connatre : - les dispositions relatives la prservation de la sant, de la scurit des habitants

    et de la qualit de lenvironnement dictes par la MISE ( Mission Inter Services de lEau compose essentiellement de reprsentants de la DDASS, de la DDE, de la DDAF et des services navigation et maritimes),

    - les dispositions particulires relatives lassainissement adoptes par la collectivit

    locale (Mairie et ses services techniques).

    3.1. ENQUETES PREALABLES Lenqute pralable a pour objet de fournir les informations suivantes : - informations relatives lurbanisation

    prvision de lvolution de lurbanisation, existence des projets durbanisation futures devant transiter travers la

    zone tudie, rpartition des zones en fonctions des exutoires et de leur capacit

    dvacuation, amnagements particuliers la charge des propritaires pour leur

    raccordement. - informations sur les quipements existants * caractristiques du rseau existant : sa nature (unitaire ou sparatif), les conditions de rejets dans ce rseau (faisant lobjet dune autorisation), les dbits admissibles au droit du rejet de lopration, la cote de mise en charge du rseau pour connatre les rpercussions ventuelles, la profondeur du collecteur, les raccordements futurs provenant dautres oprations. - informations sur le milieu naturel La cration dun rseau collectif nous oblige rechercher lexistence dexutoires naturels ainsi que la charge de pollution quils peuvent admettre. Pour cela, il convient de contacter les services chargs de la police des eaux de lagence de bassin afin de connatre les caractristiques du rseau hydrographique, les activits qui y sont attaches ainsi que les objectifs de qualit fixs. Il importera galement de connatre la vulnrabilit des nappes souterraines.

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    10

  • 3.2. ETUDES PREALABLES

    Une tude pralable savre ncessaire pour rpondre aux questions suivantes :

    - quel est le devenir des eaux de ruissellement pluviales recueillies ? - comment limiter tout risque de dommage par inondations ? - est-il possible de choisir une solution alternative mieux adapte, plus

    conomique que la mise en place de canalisations. Ltude porte sur :

    - la connaissance du terrain et des pratiques du voisinage, - la connaissance du fonctionnement hydrologique du bassin (pluviomtrie,

    localisation des coulements des dbits attendus, topographie, taux dimpermabilisation),

    - lexistence et la capacit de lexutoire (dbit maximum de rejet), - la recherche des zones o il est possible dinfiltrer ou de prvoir des

    quipements de rtention (permabilit des sols et sous-sols, proprits mcaniques du sol sous linfluence de leau, fluctuation de la nappe, risque de pollution de la nappe),

    - la qualit des eaux de ruissellement (si rejet dans un milieu naturel de bonne qualit).

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    11

  • CHAPITRE 2

    LE CALCUL DES SECTIONS

    DOUVRAGES

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    12

  • 1. - LE DIMENSIONNEMENT DES CANALISATIONS

    Connaissant en chaque point, les dbits vacuer et la pente des ouvrages, le choix des sections sera dduit de la formule dcoulement adopte. Les dimensions des canalisations varient compte tenu des diamtres courants de fabrication, ce qui apporte de ce fait, une capacit supplmentaire dcoulement.

    1.1. FORMULE DE CHEZY (Ecoulement uniforme) Dans linstruction technique de 1977, les ouvrages sont calculs suivant une formule dcoulement rsultant de celle de CHEZY

    RICV= V : Vitesse dcoulement en m/s

    R : Rayon hydraulique avec RSP

    = S : section mouille en m P : primtre mouill en m I : Pente de louvrage en m.p.m C : Coefficient pour lequel on adopte celui donn par la formule de BAZIN

    C

    R

    =+87

    1

    est un coefficient dcoulement qui varie suivant les matriaux utiliss et la nature des eaux transportes 1.1.1. CANALISATIONS DEAUX USEES

    Il se forme une pellicule grasse dans les ouvrages qui amliore les conditions dcoulement. Aussi, le coefficient de Bazin peut tre pris gal 0,25 en tenant compte des ingalits dans le rseau et dventuelles intrusions de sable ou de terre. C peut donc tre reprsent approximativement par lexpression C=70.R1/6. On obtient donc :

    V = 70 . R2/3

    . I 1/2

    et le dbit capable de louvrage Qc :

    Qc = V . S = 70 . R2/3

    . I1/2

    . S Qc en m3/s V en m/s S en m2

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    13

  • 1.1.2. CANALISATIONS DEAUX PLUVIALES OU UNITAIRES

    Il convient de tenir compte que des dpts sont susceptibles de se former, ce qui conduit admettre un coulement sur des parois semi-rugueuses.

    Le coefficient de Bazin peut tre pris 0,46. C peut donc tre reprsent approximativement par lexpression C=60.R1/4 . On obtient donc :

    V = 60 . R3/4

    . I 1/2

    et le dbit capable de louvrage Qc :

    Qc = V . S = 60 . R3/4

    . I1/2

    . S Qc en m3/s V en m/s S en m2

    1.2. FORMULE DE MANNING-STRICKLER

    C = K . R1/6

    V = K . R2/3

    . I 1/2

    Qc = V . S = K . R2/3

    . I1/2

    . S K = Coefficient de Manning - Strickler S = Section mouille de louvrage au m2 P = Primtre mouill de louvrage en m R = Rayon hydraulique de louvrage S /P en m I = Pente longitudinale de louvrage en m/m V = Vitesse de leau dans louvrage en m/s Qc = Dbit capable de louvrage en m3/s Valeurs courantes de K utilises pour les tudes : - Ouvrages en fonte, bton, grs, PVC, PEHD, : K = 70 80 - Ouvrages mtalliques en tle ondule : K = 40 45

    - Fosss profonds engazonns : K = 25 30 Il faut distinguer les coefficients annoncs par les fabricants ( coefficients allant jusqu 110 calculs en laboratoire sur une canalisation neuve sans dpt ) et les coefficients rels qui tiennent compte de la fixation de matires en suspension dans le fond des ouvrages (ce biofilm se substitue alors au coefficient de Manning Strickler du matriau de louvrage).

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    14

  • 2. - CONTRAINTES DE CALAGE DES RESEAUX

    2.1. CANALISATIONS DEAUX USEES Les canalisations eaux uses sont gnralement circulaires. Les contraintes de calage des canalisations deaux uses sont : - diamtre minimum de 200 mm pour viter les risques dobstruction - pente minimum : 0,002 m/m Le relvement des eaux par pompage ne pourra dans certains cas tre vit - couverture minimale de la canalisation : 80 cm En dessous de cette valeur, la canalisation sera protge par une dalle de rpartition en bton pour viter son crasement sous les charges roulantes. - regard de visite tous les 80 m au maximum pour permettre un hydrocurage des rseaux ou une visite par camra. Distance standard : 50m - regard chaque changement de pente ou de direction - vitesse maximum : 4 m/s afin dviter labrasion des tuyaux. Sinon, il est ncessaire dadopter un tuyau en matriau rsistant tel que la fonte ou le polythylne haute densit. - CONDITIONS DAUTOCURAGE :

    1. A pleine ou demi-section : V 0,70 m/s ou lextrme rigueur 0,50 m/s ( dans ce cas, le rapport des vitesses est gal 1 donc on vrifiera que la vitesse pleine section est suprieure 0,70 m/s ) 2. Pour une hauteur deau gale au 2/10 du : V 0,30 m/s ( le rapport des vitesses tant gal 0,6 , on vrifiera que 0,6 VPS 0,3 m/s ) 3. La hauteur deau doit tre gale aux 2/10 du , assur par le dbit moyen actuel. ( le rapport des dbits tant gal 0,12 , on vrifiera que Qmoyen 0,12 QPS)

    En pratique, on pourra considrer que lautocurage est respect si V 0,30 m/s pour le dbit journalier moyen actuel.

    2.2. CANALISATIONS DEAUX PLUVIALES OU UNITAIRES Les contraintes de calage des canalisations deaux pluviales sont : - diamtre minimum de 300 mm pour viter les risques dobstruction. - pente minimum : 0,003 m/m

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    15

  • Le relvement des eaux par pompage sera si possible vit car les dbits deaux pluviales peuvent tre importants. - couverture minimale de la canalisation : 80 cm En dessous de cette valeur, la canalisation sera protge par une dalle de rpartition pour viter son crasement sous les charges roulantes. - regard de visite tous les 80 m au maximum pour permettre un hydrocurage des rseaux ou une visite par camra. - regard chaque changement de pente ou de direction. - vitesse maximum : 4 m/s afin dviter labrasion des tuyaux. Sinon, il est ncessaire dadopter un tuyau en matriau rsistant tel que la fonte ou le polythylne haute densit. Il est donc important de vrifier la vitesse de leau dans les canalisations pour le dbit de pointe vacuer. - CONDITIONS DAUTOCURAGE :

    1. Pour 1/10 du dbit pleine section : V 0,60 m/s ( quand rQ=Q/QPS= 0,1 ; rV=V/VPS=0,55 donc on vrifiera que VPS 1 m/s ) 2. Pour 1/100 du dbit pleine section : V 0,30 m/s

    Ces limites sont respectes avec des vitesses pleine section de 1 m/s dans les canalisations circulaires et 0,90 m/s dans les ovodes. 3. - LES ABAQUES DE LINSTRUCTION TECHNIQUE DE 1977 Elles reprsentent la relation de Chzy IRC H=V complte par la formule de Bazin

    HR+

    =1

    87C .

    Lhypothse est donc faite dun coulement uniforme, avec :

    = 0,25 en eaux uses abaque ab3

    = 0,46 en eaux pluviales ou en unitaire abaque ab4

    Ces abaques sont construits pour le dbit pleine section avec :

    4.

    4. 2

    =

    =

    HR

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    16

  • Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    17

  • Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    18

  • Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    19

  • Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    20

  • Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    21

  • 3.1. UTILISATION DES ABAQUES

    3.1.1. CHOIX DU DIAMETRE

    - choix par excs 1 : le dbit pleine section est suprieur au dbit de pointe vacuer. Qps1 > Qp - choix par dfaut 2 :la pente ncessaire lcoulement surface libre I2 est suprieure I pente disponible. Il en rsulte un risque de mise en charge du rseau, ce qui doit tre vit (remonte des eaux chez les riverains).

    3.1.2. HAUTEUR DE REMPLISSAGE - VITESSE DECOULEMENT

    Le choix du diamtre tant fait par excs, il peut tre ncessaire de connatre la vitesse de lcoulement ou la hauteur de remplissage h.

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    22

  • h = R + R cos avec R = 2

    1 Section mouille : S () = R2 R2 + 21 R cos 2R sin = ( - + cos sin ) R2 Primtre mouill p () = 2R - 2R = 2R ( - ) n en dduit le rayon hydraulique RH = PS et la vitesse de lcoulement V () = C IRH Langle est donn par lquation : Q () = V S = Qp

    Cependant labaque ab5 est dune utilisation plus commode que le calcul pour rsoudre un tel problme.

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    23

  • Qps1 : dbit pleine section Q dbit vacuer

    rQ = 1QpsQ rv = Vps

    V et rH = 1h Dans lensemble ci-contre : rQ = 0,40 rv = 0,95 et rH = 0,42

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    24

  • 3.1.3. DEBIT CAPABLE DUNE CANALISATION DEAUX USEES

    Il sagit du dbit maximal que la canalisation peut vacuer obtenu par la

    relation ddQ = 0

    Daprs labaque n5, la valeur maximale de rQ est de 1,07. Le dbit capable de la canalisation est donc : Q MAX = 1,07 Q PS Il correspond une valeur de rH = 0,95

    RRR2

    cos+= 0,95 cos = 0,9 = 26

    Le dbit maximal est obtenu pour un angle au centre = 26 et non pour la pleine section.

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    25

  • CHAPITRE 3

    LES EAUX USEES

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    26

  • Les coulements deaux uses ou de temps sec se composent des coulements deaux uses (domestiques, artisanales et industrielles) et des coulements parasites (eaux pluviales injectes dans le rseau). Les dbits deaux uses sont estims en gnral daprs les consommations moyennes par habitant pour les eaux dorigines domestiques ou par activit pour les effluents industriels. Ces calculs sont simples et leur programmation ne ncessite pas des algorithmes complexes. Le calcul des rseaux deaux uses suppose une procdure en 3 tapes : - calcul des dbits permettant de dterminer les caractristiques dimensionnelles du rseau - calcul des sections douvrages - rsolution proprement dite du projet 1. - LES DEBITS DEAUX USEES DOMESTIQUES On dtermine une consommation journalire de lanne se situant dans la fourchette de 100 250 l/j/hab (Ceau variable en fonction du contexte local : 200 250 l/j/hab dans les habitats nouveaux ou rnovs et dans les grandes villes, 100 l/s pour des communes rurales). On calcule le dbit moyen Qm avec :

    QmCeau Nhab=

    86400 Ceau en l/j/hab Qm en l/s On dtermine le coefficient de pointe p qui est le rapport entre le dbit maximal et le dbit moyen au cours de la mme journe.

    p abQm

    = + Qm : dbit moyen journalier des eaux uses en l/s a : paramtre qui exprime la limite infrieure (par dfaut 1,5) b : paramtre qui exprime la valeur de croissance (par dfaut 2,5) do :

    15 1525

    4, ,, = + pQm

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    27

  • On obtient donc le dbit de pointe Qp :

    Qp Qm p= Qp en l/s

    Si des zones comportent des tablissements ayant des activits particulires (hpital, cantine, cole, caserne, etc...), le projeteur pourra se rfrer au tableau ci-aprs o figurent des valeurs moyennes de consommation journalire et des coefficients de pointe dtablissements courants:

    ACTIVITES CONSOMMATIONJOURNALIERE

    COEFFICIENTDE POINTE

    Cantines 10 l. par rationnaire 10Internat 150 l. par lve 6Ecoles 60 l. par lve 6

    Ateliers et bureaux 60 l. par personne 4Casernes 90 l. par soldat 3Hpitaux 400 l. par lit 3

    Htels 500 l. par chambre 4Gymnase 20 l. par usager 2

    Centres commerciaux 5 l. par m2 2,5

    2. - LES DEBITS DEAUX USEES INDUSTRIELLES Pour lvaluation des dbits deaux uses industrielles, le projeteur peut distinguer 3 cas : 1) Industrie existante : Un bilan de la consommation et de lusage permet dvaluer

    le dbit vacuer. 2) Cration de zone industrielle : Il faut recourir des donnes empiriques pour

    situer les dbits des rejets. LInstruction Technique prconise la prise en compte dun dbit de 30 60 m3/jour/hectare loti suivant le caractre de la zone industrielle concerne.

    3) Limplantation dindustrie connue : Dans ce cas, il sera possible de dterminer

    les dbits vacuer en fonction du type et de la quantit de la production envisage.

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    28

  • 3. - LES DEBITS DEAUX CLAIRES PARASITES Les eaux claires parasites correspondent aux inversions de branchement (raccordement des eaux pluviales sur le rseau deaux uses) ou au drainage de la nappe (du fait dune canalisation comportant des fissurations). A dfaut dlments quantifis sur les dbits deaux parasites, on peut valuer le dbit moyen des eaux parasites lexutoire du bassin lmentaire par le produit du dbit moyen des eaux uses au centime du taux de dilution.

    Qecp = Qm x (Tdilu/100)

    Avec : Qecp : Dbit des eaux claires parasites en l/s Qm : Dbit moyen des eaux uses en l/s Tdilu :Taux de dilution en %

    4. - LES DEBITS DE TEMPS SEC Qts = Qeud + Qeui + Qecp

    Avec : Qts : Dbit de temps sec en l/s Qeud : Dbit des eaux uses domestiques en l/s Qeui : Dbit des eaux uses industrielles en l/s Qecp : Dbit des eaux claires parasites en l/s

    5. - DEBIT CAPABLE DUNE CANALISATION DEAUX USEES Il faut savoir quun collecteur 200 mm pos avec une pente minimale de 0,004 m.p.m permet lvacuation de 20 l/s une vitesse de 0,6 m/s alors que 300 logements correspondent un dbit de pointe infrieur 5 l/s sur la base de 250 l/j./hab et de 3,5 eq.hab. par logement. En zone rurale, les diamtres EU seront rarement suprieurs 200 mm.

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    29

  • CHAPITRE 4

    DONNEES HYDROLOGIQUES

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    30

  • Le calcul des dbits de pointe en diffrents points dun rseau deaux pluviales pour un vnement pluvieux doccurrence donne (dcennale, centennale etc) dans une rgion prcise du territoire, ncessite videmment :

    - une bonne connaissance statistique des prcipitations qui peuvent sy produire, - une dfinition prcise des caractristiques des bassins versants, (cest dire des surfaces draines en amont des points o seffectuent les calculs), qui sont les oprateurs de la transformation de la pluie en dbit.

    1. - DONNEES PLUVIOMETRIQUES

    1.1. MESURE DES PRECIPITATIONS

    Les prcipitations sous forme de pluie ou de neige sont mesures dans des stations pluviomtriques o les relevs se font soit manuellement (pluviomtres), soit laide dappareils enregistreurs (pluviographes).

    - hauteur deau prcipite :

    Si travers une section de 1m2 on a recueilli au bout de un an 875 litres deau, ce volume reprsente une hauteur de 875 mm, on dira quil est tomb une hauteur H = 875 mm en un an. 1 mm deau 1 litre/m2 Moyenne annuelle Paris : 611 mm par an dtermine sur une priode dobservation de 150 ans.

    - pluviomtre :

    Relev manuel de la hauteur prcipite toutes les 24 heures, - pluviographe :

    Enregistre la hauteur deau tombe toutes les 10 minutes en gnral. La densit des stations pluviomtriques en France est en moyenne dune station par 200 km2. En ralit elle est variable suivant les besoins : les stations sont nombreuses en montagne au voisinage des grands barrages par exemple, o lon a besoin de connatre prcisment les quantits deau recueillies.

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    31

  • 1.2. ANALYSE DES OBSERVATIONS

    Les observations effectues sont exploites sous diffrentes formes numres ci-aprs :

    - Hytogramme :

    Graphique chronologique o lon porte en ordonnes les hauteurs deau en mm et en abscisse la priode des mesures.

    - Courbe des hauteurs cumules :

    Hauteur cumule en fonction du temps

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    32

  • - intensit de prcipitation :

    Supposons que lon ait enregistr au pluviographe la courbe des hauteurs cumules pour une averse. Pour un intervalle de temps t ont lit sur la courbe la variation h correspondante. Lintensit moyenne associe lintervalle de temps t est dfinie par le rapport :

    iM = th

    En dplaant les deux verticales espaces de t le long de la courbe, on lira pour chaque position la valeur de h. Lintensit moyenne maximale de laverse associe la valeur t est dfinie par :

    iM = max ( th ) = t

    h

    )max(

    On recommence lexprience pour une nouvelle valeur de t et lon constatera que lintensit moyenne maximale diminue quand t augmente.

    Exemple :

    iM = 131 mm/heure pour t = 10 mm iM = 23 mm/heure pour t = 120 mm Enfin iM est galement une fonction dcroissante de la dure totale de laverse.

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    33

  • 2. - COURBES INTENSITE - DUREE - FREQUENCE IDF

    2.1. FORMULE DE MONTANA

    Au stade actuel de nos connaissances, les intensits de prcipitations sont considres comme des variables alatoires. Cest donc en terme de risque de dfaillance, que seront dimensionns les ouvrages dassainissement. Aussi les hydrologues ont-ils cherch dfinir des vnements auxquels pouvait tre associe une probabilit doccurrence. Les modles pluviomtriques utiliss sont par consquent des modles probabilistes empiriques. Dans les mthodes visant dterminer le dbit de pointe dcoulement en un point du rseau, il est dusage davoir recours aux courbes intensit - dure - frquence traduisant lvolution de lintensit moyenne maximale iM en fonction de la dure de lintervalle de temps t et de la frquence doccurrence F, dont la formulation analytique correspond la formule de MONTANA.

    iM (t, F) = a . t-b

    a et b sont des paramtres fonctions de la frquence F ou de son inverse

    la priode de retour T = F1

    2.2. VALEURS DE a ET b

    Les instructions interministrielles INT 77 proposent des valeurs rgionales de a et b, la France tant partage en trois rgions selon la carte ci-jointe en page 34.

    Des valeurs locales sont galement disponibles pour les villes les plus importantes du pays.

    Exemple :

    LYON T = 10 ans (pluie dcennale) Intervalle de temps t = 15 mm

    - valeurs rgionales de a et b : Rgion II a = 6,7 b = 0,55 iM = 1,51 mm/mm En exprimant en I/s/ha, unit de lassainissement urbain, il vient :

    iM = 1,51 60104 = 251,8 I/s/ha

    - valeurs spcifiques LYON :

    a = 8,6 b = 0,65 iM = 1,48 mm/mm soit 246,5 I/s/ha

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    34

  • 2.3. PERIODE DE RETOUR T

    Considrons une valeur particulire P de lintensit moyenne maximale : iM = P Si dans lanalyse des observations portant sur N annes, on observe n vnements ayant dpass cette intensit, la priode de retour T de la valeur P est dfinie par le

    rapport T = nN

    Pour T = 10 , la valeur P est dite dcennale. La priode de retour T apparat comme une dure moyenne. Il peut donc se produire plusieurs pluies dcennales successivement comme il peut ne pas sen produire pendant plusieurs dcennies.

    Exemple :

    Montpellier, srie dobservations 1921 - 1979 Plus forte hauteur prcipite en six heures jamais observe :

    174 mm le 7 octobre 1979 158 mm le 26 octobre 1979

    Soit 2 pluies exceptionnelles 19 jours dintervalle. Le fait quil vienne de se produire une pluie dcennale ne modifie en rien la probabilit den observer une autre dans lanne en cours.

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    35

  • Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    36

  • Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    37

  • Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    38

  • Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    39

  • 2.4. EXERCICE Construction dun hytogramme partir de la formule de MONTANA : Donnes : - dure de prcipitation DP = 2 heures - hytogramme symtrique - intervalle de temps t = 20 mn - priode de pluie intense centre sur 1 heure, dure de pluie intense DM = 20 mn - rgion II, T = 10 ans a = 6,7 b = 0,55 Hauteur deau prcipite pendant la dure de pluie intense : HM = iM . DM iM = 6,7 . 20 -0,55 = 1,29 mm/mn HM = 1,29 . 20 = 25,8 mm/mn

    Hauteur prcipite entre les instants 30 et 90 :

    H (3t) = a (3t) -b. 3t = 6,7 . 60 (1-0,55) = 42,3 mm

    Hauteur prcipite entre les instants 30 et 50, et entre les instants 70 et 90 : h1 = [ ]MH - ). 3( tH 21 = 8,25 mm Hauteur prcipite entre les instants 10 et 110 : H (5.t) = a (5 .t) -b .5t =6,7 (100) (1-0,55) = 53,2 mm

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    40

  • Hauteur prcipite entre les instants 10 et 30, et entre les instants 90 et 110 : h2 = [ t)(3 H - ).5( tH ] 21 = 5,45 mm Hauteur totale prcipite entre les instants 0 et 120 : H (6t) = a (6t)b 6t = 57,8 mm Hauteur prcipite entre les instants 0 et 10 mn et les instants 110 et 120 mn : h3 = [ ]t)(5 H - ).6( tH 21 = 2,3 mm En appliquant la loi de MONTANA, nous avons ainsi bti une pluie fictive dite pluie de projet , discrtise selon le pas de temps t = 20 mn. Il est vident que nous aurions pu choisir un pas de temps t plus faible, t = 10 mn par exemple qui correspond au temps de mesure dun pluviographe, tout en gardant la mme dure de pluie intense. DM = 20 mn. Nous dvelopperons par la suite les notions de pluies de projet et de dure de pluie intense. 3. - CARACTERISTIQUES DUN BASSIN VERSANT

    3.1. SURFACE DRAINEE A Revenons lexemple du chapitre prcdent. Le dcoupage de lagglomration obit deux rgles : - les points du rseau o lon effectue les calculs de dbit de pointe deaux pluviales sont les exutoires des bassins versants, - les limites latrales des bassins versants correspondent aux limites des surfaces bties effectivement raccordes au rseau.

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    41

  • Au point Ac : la surface draine A1 correspond au bassin versant B1, gnrant le dbit de pointe Qp1, qui permettra le choix du diamtre sur le tronon AB.

    Au point Bc : surface A12 = A1 + A2 Bassin : B12 = B1 + B2 quivalent aux deux basins en srie.

    Dbit de pointe : Qp12

    Choix du diamtre BC etc

    3.2. COEFFICIENT DE RUISSELLEMENT C

    Le coefficient de ruissellement C dun bassin versant est un coefficient volumtrique mesurant limportance des pertes lcoulement des eaux dans le bassin. Il en rsulte la notion de pluie nette dduite de la pluie prcipite aprs abattement des pertes.

    pertes Pluie prcipite Pluie nette

    In(t) = C I(t) I(t) : intensit de la pluie prcipite In(t) = intensit de la pluie nette Les diffrents types de pertes sont les suivants :

    - vaporation : ngligeable en hydrologie urbaine, car lvaporation survient pour lessentiel

    dans latmosphre au cours du trajet des gouttes de pluie entre le nuage et le sol. - interception par la vgtation - infiltration - rtention de surface : consistant en un stockage permanent de leau dans les dpressions du sol.

    Chaque surface de ruissellement peut par consquent tre envisage comme le lieu dun ensemble de transformations particulires. Les types de surface seront classs : - en fonction du revtement : permable/impermable - en fonction de la morphologie : en liaison directe avec le rseau EP ou non - en fonction du comportement : active/non active On constate que des surfaces dites non actives le deviennent pour les fortes prcipitations (aprs saturation des sols). Les instructions techniques interministrielles de 1977 proposent de retenir lexpression :

    C = AA' = IMP

    A superficie impermable A superficie du bassin versant

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    42

  • Dans ce modle le coefficient de ruissellement C est pris gal au taux dimpermabilisation IMP. Ce modle est acceptable dans un bassin urbain o les surfaces permables ne sont pas draines. En gnral on observe une variation de C en fonction de lintensit de prcipitation.

    Pour les vnements faibles C < IMP

    Pour les vnements forts C > IMP

    Pour les vnements moyens I < T < 10 ans C # IMP

    Lvaluation du coefficient de ruissellement C est llment dterminant de tout projet dassainissement. Nous indiquons ci-aprs des valeurs observes en fonction du type dhabitat : Habitations trs denses : C = 0,9 Habitations denses : C = 0,6 0,7 Habitations moins denses : C = 0,4 0,5 Quartiers rsidentiels : C = 0,2 0,3

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    43

  • 3.3. TEMPS DE CONCENTRATION Tc

    La goutte deau tombe en un point M du bassin versant :

    - ruisselle selon le trajet Mm (gouttires, caniveaux) pendant un temps t - scoule dans le collecteur entre les points m et O pendant un temps t"

    La dure totale de lcoulement est t = t + t" La dure maximale dcoulement dans le bassin est appele TEMPS de CONCENTRATION tc = max (t+t") Sur le plan pratique, ce temps peut-tre mesur laide de traceurs injects dans leau (ex : fluorescine).

    3.4. HYDROGRAMME A LEXUTOIRE Lhydrogramme lexutoire exprime la variation du dbit en fonction du temps.

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    44

  • A linstant ti < tc : Seule leau de la partie infrieure du bassin versant a pu atteindre lexutoire O. A linstant tc la totalit du bassin donne un dbit au point O. Si la dure de prcipitation DP est suprieure tc le dbit maximal sera observ un instant voisin de tc. Si DP < tc le dbit maximal ne sera pas atteint.

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    45

  • CHAPITRE 5

    LES DEBITS DEAUX PLUVIALES

    LA METHODE SUPERFICIELLE

    DE CAQUOT

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    46

  • Le nombre considrable de facteurs intervenant dans le calcul des dbits de pointe deaux pluviales en diffrents points dun rseau dassainissement a conduit les chercheurs et les ingnieurs la mise au point de mthodes donnant une reprsentation globale et simplifie des phnomnes de pluie, de ruissellement, et de transfert en collecteur. 1. - METHODE RATIONNELLE Cette mthode est fonde sur le concept du temps de concentration tc du bassin versant en amont du point o seffectue le calcul. Elle admet les trois hypothses suivantes :

    - le dbit de pointe ne peut tre observ que si laverse a une dure au moins gale au temps de concentration. A ce moment l, en effet, la totalit du bassin contribue la formation de la pointe du dbit, - le dbit de pointe est proportionnel lintensit moyenne maximale de laverse dtermine avec un intervalle de temps gal au temps de concentration soit iM= a . tc - b - le dbit de pointe a la mme priode de retour T que lintensit iM qui le provoque . Ceci suppose le coefficient de ruissellement C soit constant.

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    47

  • Dans ces conditions, lexutoire Ac dun bassin versant de surface A, le dbit de pointe Qp scrit :

    Qp = C . iM . A Formule dite rationnelle Cette mthode est encore utilise pour dterminer lapport pluvial dune plate-

    forme routire, la formule utilise pour calculer le temps de concentration tant en gnral celle du service routier de Californie.

    Tc = 0,0195 . L0,77 . I0,385 Avec Tc temps de concentration en minute L longueur du parcours de leau en m I pente selon le parcours de leau en mtre par mtre.

    2. - METHODE SUPERFICIELLE DE CAQUOT

    Linconvnient majeur de la mthode rationnelle rside dans lestimation souvent laborieuse des temps de concentration. De plus cette mthode ne tient pas compte de la distribution spatiale des prcipitations (variations de lintensit) et surtout de leffet de stockage de leau dans le bassin versant. Lamnagement propos par lingnieur CAQUOT vers 1940 permet de tenir compte de ces deux derniers facteurs et de saffranchir de lestimation de tc. Cette mthode dite superficielle est fonde sur la conservation des volumes mis en jeu dans le ruissellement. Elle a ensuite t amliore par le groupe de travail charg dlaborer les instructions INT 77, notamment par M. Desbordes de luniversit de Montpellier.

    3. - BILAN HYDRAULIQUE DE CAQUOT Problme : Dterminer le dbit de pointe lexutoire dun bassin versant urbanis pour

    une priode de retour T donne.

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    48

  • Rappel : Le dbit de pointe Qp associ la pente disponible in situ IAB permet de

    dterminer le diamtre qui sera appliqu sur la longueur du tronon considr.

    Qp 4AbIab AB

    Observateur au point Ac du collecteur dassainissement EP.

    Hydrogramme du bassin versant : Instant t = 0 : dbut de laverse Instant t = : le dbit de pointe Qp est observ

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    49

  • - H hauteur deau tombe sur le bassin versant pendant le temps - A surface du bassin versant.

    CAQUOT tablit le bilan hydraulique du volume deau ruissel sur le bassin versant. Soit V ce volume : V = C . A . H . C coefficient de ruissellement du bassin versant coefficient dabattement spatial de laverse O < < 1

    Ce coefficient tient compte de la distribution spatiale de laverse, lintensit de prcipitation diminuant au fur et mesure que lon scarte de lpicentre de lorage.

    V en m3 A en hectare V = C . A . 104 . H . 10-3 . = 10 . . C . H . A H en mm deau Ce volume se rpartit en : a) volume qui sest coul lexutoire pendant le temps V1 = Qm Qm dbit moyen entre les instants O et

    Mathmatiquement :

    Qm = =V1 Qp

    V1 en m3 Qm en m3/s V1 = 60 . . Qp . en mn

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    50

  • b) capacit des surfaces de rception interne du bassin versant, cest dire le stockage de leau non parvenue au point Ac1 sur les chausses, toitures et dans les caniveaux et collecteurs.

    Mm parcours en surface pendant le temps 1 M Ac parcours dans le collecteur pendant le temps 2

    Le stockage est exprim sous la forme : V2 = 60 Qp (1 + 2) Do le bilan CAQUOT : 10 C H A = 60 Qp ( + (1 + 2)) 1 + 2 correspond par dfinition au temps de concentration tc Exprimentalement, on constate en gnral que est lgrement suprieur tc. On obtiendra donc une valeur par excs de Qp en assimilant tc. Il en rsulte Qp = 6

    1 + C tcH A Si on assimile H la hauteur cumule entre les instants O et tc la hauteur maximale correspond lintervalle t = tc

    H est donn par la formule de Montana :

    H = Mi tc avec Mi = a t hc Expression du temps de concentration propose par Caquot

    tc = Ic Ad Qfp coefficient dajustement fonction de la forme du bassin I pente moyenne calcule selon le plus long parcours de leau L do :

    Qp = ( )+6 C a

    b Icb Adb Qpbf A

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    51

  • Caquot adopte la formule suivante pour le coefficient dabattement spatial :

    = A Il en rsulte la formule de Caquot :

    Qp = ( ) bfdb

    bfcb

    bfbfb

    AICa +

    +1

    111

    11

    1

    6

    Avec : Qp en m3/s A en ha I en m.p.m

    Cinq variables A, C, I, L, T Neuf paramtres :

    a, b, paramtres de la pluie + caractrisant le mode de transformation de la pluie en dbit , c, d, f caractrisant le bassin versant

    4. - EVALUATION DES NEUF PARAMETRES

    Nous indiquons ci-aprs les valeurs ou formules adoptes par les INT 77 partir de ltude de bassins versants urbains pilotes par luniversit de Montpellier.

    4.1. PLUVIOMETRIE

    a,b, a) a et b sont des fonctions de la priode de retour T selon les courbes IDF.

    A dfaut de valeurs locales, les INT 77 partagent la France en trois rgions.

    Exemple : rgion II T = 10 ans a = 6,7 b = -0,55 b) abattement spatial les rsultats sur les bassins exprimentaux dmontrent que est fonction du temps de concentration = f(tc).

    - pour les surfaces de 100 200 Ha, la valeur = 0,05 semble correcte et correspond des temps de concentration de lordre de 30 mn.

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    52

  • - pour les surfaces infrieures 100 Ha, = 0,03 semble mieux adapte. - dans les INT 77 la valeur = 0,05 a t adopte. Il na pas sembl utile

    de faire varier en fonction de tc. Ceci correspond une majoration de Qp pour tc < 15 mn une minoration de Qp pour tc > 30 mn

    4.2. EFFET DE STOCKAGE ET DECRETEMENT

    + En analysant les hydrogrammes observs sur les petits bassins exprimentaux (A < 5 ha), on a pu constater que + variait notablement pour un mme bassin avec des valeurs extrmes de 0,63 1,53. Les INT 77 retiennent la valeur moyenne + = 1,1 En fait, cette valeur devrait augmenter avec la taille des bassins.

    4.3. TEMPS DE CONCENTRATION , c, d et f Pour un bassin versant homogne et de surface infrieure 200 Ha, les INT 77 retiennent les valeurs suivantes : = 0,50 = 0,28 M0,84 M =

    AL

    caractrise la forme du bassin comparant le plus long parcours de leau L dans le bassin au ct du carr quivalent. c = - 0,41 d = 0,507 f = - 0,287 soit : Tc = 0,28 M0,84 I-0,41 A0,51 Qp0,29 Tc en mn I en m.p.m A en Ha Qp en m3/s

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    53

  • 5. - DEFINITION DES VARIABLES

    5.1. SURFACE A A : surface draine en amont du point o lon effectue le calcul de Qp

    5.2. PENTE MOYENNE I DU BASSIN VERSANT

    Il sagit dune pente moyenne au sens hydraulique. Elle se calcule selon le plus long parcours de leau L dans le bassin versant. L correspond au temps de concentration Tc. Si L est dcompose en tronons Lk de pente Ik.

    L = Lk de mme Tc = Tk = K

    K

    VL

    Vk : vitesse moyenne sur le tronon Lk est donne par la formule de Chzy Vk = Ck KHK IR (hypothse de lcoulement uniforme jamais vrifie) si on suppose Ck HKR = Cte dun tronon lautre

    Tc = IL

    RCIL

    RC HKK

    H

    11 =

    Do la formule donnant la pente moyenne adopte par les INT 77 (dmontre dans des hypothses grossires).

    I =

    2

    K

    K

    ILLk

    5.3. COEFFICIENT DE RUISSELLEMENT

    Dans le modle retenu par les INT 77, C est dfini par le rapport des

    surfaces impermabilises et de la surface totale

    C = AA'

    A est en fait la somme des surfaces impermabilises en liaison directe avec

    le rseau : A = Aj

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    54

  • Ceci revient dcomposer le bassin en surface lmentaires homognes de coefficient :

    Cj = AjjA'

    C apparat alors comme un coefficient moyen pondr par la surface :

    C = AAC jj

    Les coefficients lmentaires Cj sont calculs partir des valeurs ci-aprs :

    - Surface totalement impermabilise (toitures, chausses et trottoirs) C = 0,9 - Pavage larges joints C = 0,6 - Voie en macadam non goudronn C = 0,35 - Alles en gravier C = 0,2

    5.4. PERIODE DE RETOUR T Approximativement on constate que le dbit de pointe Qp varie comme LogT Ainsi : Qp (T=100) = 2 Qp (T = 10) Dbit centennal Dbit dcennal

    Si la priode de retour choisie augmente, le dbit de pointe croit, le diamtre du collecteur est plus grand, les dpenses dinvestissement saccroissent, mais le risque dinondation diminue. Il y a donc un juste milieu trouver.

    En assainissement urbain, les projets sont en gnral dtermins pour la priode dcennale T = 10 ans en prcisant la nature des dbordements prvisibles pour la priode centennale T = 100 ans.

    Dans certains cas, il peut apparatre judicieux de proposer variation de la priode de retour de lamont vers laval (2 5 ans dans la partie amont du rseau, 10 ans dans les zones durbanisation plus denses en aval et 25 ans voire plus sur les secteurs conomiquement importants).

    Le calcul est alors effectu par application au dbit dcennal dun coefficient multiplicateur.

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    55

  • 5.4.1. INFERIEUR A 1 AN

    Priode de retour Coefficient multiplicateur 1 mois 0,12 2 mois 0,20 3 mois 0,24 4 mois 0,28 6 mois 0,34 9 mois 0,40

    5.4.2. SUPERIEUR A 10 ANS

    Priode de retour Coefficient multiplicateur

    20 ans 1,25 50 ans 1,60

    100 ans 2,00 Prcisons la valeur du surcot pour les priodes suprieures T = 10 ans.

    Qp = C(RH . I) 4

    221 D pleine section RH = D/4

    Qp = K 44

    221

    32

    DID

    Formule de Manning Strickler

    Do : Qp = 38

    D

    DD

    QQ =

    38

    Pour T = 100 ans QQ= 375,0=DD

    Majoration des diamtres de 37,5 %

    Pour T = 25 ans Q25 = 1010 4,11025 QQ

    LogLog =

    QQ 4,0= 15,0834,0 ==

    DD

    Majoration des diamtres de 15 %

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    56

  • 5.5. ALLONGEMENT DE BASSIN M

    Dans les instructions techniques INT 77 la valeur de M est borne

    infrieurement par la valeur 0,8 : M 0,8

    0,8 correspond un bassin versant en forme de demi cercle

    A = 2

    2R L = R

    M = 8,0

    2

    1 =

    Le demi cercle est la forme la plus ramasse possible autour du point o

    lon calcule de dbit.

    6. - DOMAINE DE VALIDITE ET PRECISION DE LA METHODE

    Les INT 77 sont applicables des bassins assez homognes. Elles proposent en effet des valeurs moyennes pour les paramtres et f qui correspond aux observations faites sur les bassins pilotes grs par luniversit de Montpellier.

    dc,,,, +

    Le domaine de validit est donc dfini par les caractristiques de ces bassins pilotes, cest dire :

    - Limitation de la surface dassemblage des bassins lmentaires 200 hectares

    A 200 Ha - Le coefficient de ruissellement doit voluer entre 0,20 et 1

    0,20 C 1,00 - Les pentes doivent tre comprises entre 0,2 % et 5 %

    0,002 m.p.m. I 0,05 m.p.m

    - Pour lassemblage de bassins lmentaires, le rapport de la pente maximale la pente minimale ne doit pas dpasser 20

    Imax 20 Imini

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    57

  • Les paramtres pluviomtriques sont connus 10 % prs ; les variables A, C, M sont dtermines de 15 30 % prs. Il en rsulte sur le calcul du dbit de pointe Qp une prcision comprise entre

    20 et 40 %.

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    58

  • 7. - LES FORMULES PRATIQUES DE LA METHODE DE CAQUOT DE LINSTRUCTION DE 1977

    LInstruction Technique de 1977 fournit pour les trois rgions climatiques franaises les valeurs suivantes des divers paramtres : Priodes de retour T = 1/F

    Paramtres Formules superficielles en m3/s Q = K x I x C x A Attention : a et b pour i en mm/mn

    a (F) b (F) K I C A REGION I 10 ans 5 ans 2 ans 1 an

    5,9 5,0 3,7 3,1

    - 0,59 - 0,61 - 0,62 - 0,64

    1,430 1,192 0,834 0,682

    I 0,29 I 0,30 I 0,31 I 0,32

    C 1,20 C 1,21 C 1,22 C 1,28

    A 0,78 A 0,78 A 0,77 A 0,77

    REGION II 10 ans 5 ans 2 ans 1 an

    6,7 5,5 4,6 3,5

    - 0,55 - 0,57 - 0,62 - 0,62

    1,601 1,290 1,087 0,780

    I 0,27 I 0,28 I 0,31 I 0,31

    C 1,19 C 1,20 C 1,22 C 1,22

    A 0,80 A 0,79 A 0,77 A 0,77

    REGION III 10 ans 5 ans 2 ans 1 an

    6,1 5,9 5,0 3,8

    - 0,44 - 0,51 -0,54 - 0,53

    1,296 1,327 1,121 0,804

    I 0,21 I 0,24 I 0,20 I 0,26

    C 1,14 C 1,17 C 1,18 C 1,18

    A 0,83 A 0,81 A 0,80 A 0,80

    Avec : = v/u = 1/u = w/u

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    59

  • Dtermination de m : Coefficient correcteur Pour tenir compte de la forme plus ou moins ramasse des sous-bassins, un coefficient correcteur m est applique au calcul des dbits. Ce coefficient m est dduit du coefficient dallongement du bassin M exprim daprs une formule base sur la surface et le plus long parcours hydraulique du sous-bassin.

    MLA

    = 0 8,

    avec : L : Longueur du plus long cheminement hydraulique (L en hectomtres) A : aire quivalente (A en hectares) M : facteur de forme du bassin puis lobtention du coefficient correcteur (m) est tir de labaque Ab.2. ou par lapplication de la formule suivante :

    ( )( )

    m Mb Fb F=

    +

    2

    0 841 0 287

    ..

    Le calcul des dbits est effectu pour chaque sous-bassin puis dans chaque branche du rseau suivant un principe dassemblage dpendant de la structure du rseau (assemblage en srie ou en parallle). Le dbit rsultant est recalcul par la formule de CAQUOT sur un bassin quivalent au groupement de ces bassins. Les paramtres Aeq (surface quivalente), Ceq (Coefficient de ruissellement quivalent), Ieq (pente quivalente) et Meq (allongement quivalent) sont obtenus partir des caractristiques des bassins lmentaires par deux familles de relations, lune pour les groupements en srie, lautre pour les groupements en parallle. Ces paramtres seront dtermins par application des formules suivantes :

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    60

  • ASSEMBLAGE DES BASSINS ELEMENTAIRES Paramtres quivalents

    Aeq

    Ceq

    Ieq

    Meq

    Bassins en srie

    Aj

    CjAjAj

    L jL jI j

    2

    Lj

    Aj

    Bassins en parallle

    Aj

    CjAjAj

    Ij QpjQpj.

    ( )L QpjMaxAj

    .

    L(QpjMax) est le parcours du bassin lmentaire ayant le plus fort dbit de pointe. 8. - DETERMINATION DU POINT CARACTERISTIQUE ET DELIMITATION DES

    BASSINS VERSANTS ELEMENTAIRES Un tronon de collecteur est dfini en fonction du trac de ces collecteurs et des pentes du terrain. Chaque noeud du collecteur correspond une extrmit de tronon. Chaque tronon doit avoir une longueur raisonnable < 250m. En effet, chaque tronon se calcule partir de son point caractristique du dbit transit en son point caractristique : la partie amont est excdentaire alors que la partie avale est sous estime. Ce point caractristique, qui va servir la dlimitation des bassins lmentaires, se situe : - au 5/9 de la longueur du collecteur partir de lamont pour les bassins de tte - pour les autres bassins (bassins de parcours), il se situe la moiti du tronon Les bassins lmentaires sont alors dlimits par les limites du bassin versant (crte des bassins) et les habitations. La dlimitation passe obligatoirement par le point caractristique.

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    61

  • 9. - GROUPEMENT DES BASSINS

    A dfaut dune tude vritable de la propagation des hydrogrammes de bassin

    versant dun point un autre du rseau, le modle retenu par les instructions techniques de 1977 propose de considrer le bassin quivalent lensemble des bassins considrs. Les formules retenues par M. Desbordes, permettant de calculer les caractristiques du bassin quivalent sont les suivantes :

    9.1. GROUPEMENT EN SERIE

    Sur le schma ci-dessus les bassins B1 et B2 sont en srie.

    Au point Bc :

    - lhydrogramme du bassin 1 arrive dcal du temps de parcours TACBC et amorti par les pertes de charge sur le parcours ACBC

    - il se combine avec lhydrogramme du bassin 2 au point BC, il en rsulte

    lhydrogramme permettant dobtenir le dbit de pointe Qp au point BC. Dans le modle de CAQUOT ce dbit de pointe Qp est dtermin en

    considrant le bassin quivalent B12 = B1 + B2 dont les caractristiques sont les suivantes :

    A12 = A1 + A2 : surface totale draine en amont du point BC

    C12 = 12

    2211

    AACAC +

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    62

  • I12 calcule selon le parcours le plus long. Dans ce cas simple L12 = L1 + L2

    I12 =

    2

    2

    2

    1

    1

    12

    +iL

    iLL

    M12 = 12

    12

    A

    L

    9.2. GROUPEMENT EN PARALLELE

    Les bassins B12 et B34 sont en parallle. Leurs hydrogrammes respectifs se combinent au nud C aprs dcalage et amortissement.

    Pour dterminer le dbit de pointe au nud C, on considrera le bassin

    quivalent :

    B14 = B12 // B34 dont les caractristiques sont les suivantes : A14 = A12 + A34

    C14 = 14

    34341212

    AACAC +

    I14 = 3412

    34341212

    QQQIQI

    ++

    L14 dtermine selon le parcours de dbit maximal Ainsi si Q34 > Q12 L14 = L34

    M14 = 14

    14

    AL

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    63

  • Ensuite le dbit de pointe au point Cc est dtermin ; considrant les 2 bassins en srie B14 et B5 et le bassin quivalent

    B15 = B14 + B5 on notera que : - le plus long parcours de leau L15 sera :

    L15 = L12 + L5 si L12 >L34

    I15 =

    2

    5

    5

    14

    14

    15

    +IL

    ILL

    M15 = 15

    15

    AL

    9.3. REMARQUES Ce modle de propagation des hydrogrammes conduit des anomalies. Pour les bassins en srie il peut arriver que : Qp < Max (Qpj) Qp bassin quivalent Qpj bassin composant le bassin quivalent Dans ce cas on prendra : Qp = Max (Qpj)

    Pour les bassins en parallle il peut arriver que Qp > (Qpj) ce qui est impossible, car au pire les hydrogrammes sont en phase. Dans ce cas prendre Qp = (Qpj)

    Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    64

  • Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    65

  • Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    66

  • Document ralis par : KERLOCH Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

    67

    LES RESEAUX DASSAINISSEMENTLASSAINISSEMENT DES AGGLOMERATIONSDEFINITIONHISTORIQUE

    LES SYSTEMES DE COLLECTE ET DEVACUATIONSYSTEMES DEVACUATIONSCHEMAS TYPES DES RESEAUX DEVACUATIONTYPES DE RESEAUX

    CONCEPTION DES RESEAUXENQUETES PREALABLESETUDES PREALABLES

    LE CALCUL DES SECTIONS DOUVRAGESLE DIMENSIONNEMENT DES CANALISATIONSFORMULE DE CHEZY\(Ecoulement uniforme\)FORMULE DE MANNING-STRICKLER

    CONTRAINTES DE CALAGE DES RESEAUXCANALISATIONS DEAUX USEESCANALISATIONS DEAUX PLUVIALES OU UNITAIRES

    LES ABAQUES DE LINSTRUCTION TECHNIQUE DE 1977UTILISATION DES ABAQUES

    LES EAUX USEESLES DEBITS DEAUX USEES DOMESTIQUESLES DEBITS DEAUX USEES INDUSTRIELLESLES DEBITS DEAUX CLAIRES PARASITESLES DEBITS DE TEMPS SECDEBIT CAPABLE DUNE CANALISATION DEAUX USEES

    DONNEES HYDROLOGIQUESDONNEES PLUVIOMETRIQUESMESURE DES PRECIPITATIONSANALYSE DES OBSERVATIONS

    COURBES INTENSITE - DUREE - FREQUENCE IDFFORMULE DE MONTANAVALEURS DE a ET bPERIODE DE RETOUR TEXERCICE

    CARACTERISTIQUES DUN BASSIN VERSANTSURFACE DRAINEE ACOEFFICIENT DE RUISSELLEMENT CPluie prcipitePluie nette

    TEMPS DE CONCENTRATION TcHYDROGRAMME A LEXUTOIRE

    LES DEBITS DEAUX PLUVIALESMETHODE RATIONNELLEMETHODE SUPERFICIELLE DE CAQUOTBILAN HYDRAULIQUE DE CAQUOTEVALUATION DES NEUF PARAMETRESPLUVIOMETRIEEFFET DE STOCKAGE ET DECRETEMENTTEMPS DE CONCENTRATION

    DEFINITION DES VARIABLESSURFACE APENTE MOYENNE I DU BASSIN VERSANTCOEFFICIENT DE RUISSELLEMENTPERIODE DE RETOUR TINFERIEUR A 1 ANSUPERIEUR A 10 ANS

    ALLONGEMENT DE BASSIN M

    DOMAINE DE VALIDITE ET PRECISION DE LA METHODELES FORMULES PRATIQUES DE LA METHODE DE CAQUOT DEDETERMINATION DU POINT CARACTERISTIQUE ET DELIMITATION DES BASSINS VERSANTS ELEMENTAIRESGROUPEMENT DES BASSINSGROUPEMENT EN SERIEGROUPEMENT EN PARALLELEREMARQUES