SCHEMA DIRECTEUR DE L’ALIMENTATION EN EAU POTABLE
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Département de la Savoie COMMUNE DE SAINT ALBAN D’HURTIERES SCHEMA DIRECTEUR DE L’ALIMENTATION EN EAU POTABLE Modélisation mathématique du fonctionnement hydraulique du réseau d’eau potable
Transcript of SCHEMA DIRECTEUR DE L’ALIMENTATION EN EAU POTABLE
Département de la Savoie
COMMUNE DE SAINT ALBAN D’HURTIERES
SCHEMA DIRECTEUR DE L’ALIMENTATION
EN EAU POTABLE
Modélisation mathématique du fonctionnement hydraulique
du réseau d’eau potable
SCERCL MR/COB en septembre 2012 - Réf S-43-01 - Saint Alban d’Hurtières - SDAEP - Modélisation hydraulique - 2 -
- PREAMBULE -
La commune de SAINT ALBAN D’HURTIERES agissant en tant que maître
d’ouvrage a décidé de réaliser un SCHEMA DIRECTEUR DE SON
ALIMENTATION EN EAU POTABLE.
Le prédiagnostic a mis en évidence des problèmes sur le réseau de distribution
d’eau potable, notamment au niveau de la défense incendie où un certain
nombre de poteaux ne répond pas à la norme.
La démarche consiste donc à réaliser une modélisation mathématique du
fonctionnement hydraulique du réseau d’eau potable qui permet, dans un
premier temps, de reproduire son fonctionnement hydraulique actuel, puis de
rechercher les améliorations à lui apporter au niveau de la distribution et de la
défense incendie.
Le logiciel utilisé pour la modélisation mathématique du réseau est le programme
RESODO utilisant le moteur de calcul EPANET.
SCERCL MR/COB en septembre 2012 - Réf S-43-01 - Saint Alban d’Hurtières - SDAEP - Modélisation hydraulique - 3 -
- SOMMAIRE -
I - Logiciel RESODO ................................................................................... 4
II - Modélisation hydraulique ..................................................................... 5
2.1 - Généralités ...................................................................................................... 5
2.2 - Critères de dimensionnement .......................................................................... 6
III - Les résultats de la modélisation hydraulique ....................................... 8
3.1 - Réseau existant - calage ................................................................................... 8
3.2 - Défense incendie - réseau futur ..................................................................... 13
3.3 - Renforcement de la ressource ....................................................................... 19
� Annexe : Tableau récapitulatif de la campagne de mesures des débits et des pressions des
poteaux incendie - Scercl - octobre 2011.
SCERCL MR/COB en septembre 2012 - Réf S-43-01 - Saint Alban d’Hurtières - SDAEP - Modélisation hydraulique - 4 -
I - Logiciel RESODO
RESODO est un logiciel de calcul des réseaux d’eau potable.
RESODO est une interface :
� d’introduction des données ;
� de calculs hydrauliques, de la qualité de l’eau, des fuites, des pressions résiduelles et
d’incendie.
Pour effectuer ces calculs hydrauliques et de qualité de l’eau, RESODO utilise le
moteur de calcul EPANET. EPANET est un logiciel de calculs de réseaux d’eau
potable développé par l’Environnemental Protection Agency des Etats Unis.
� et de visualisation des résultats correspondants.
pour les réseaux d’eau potable sous pression : captages, adductions, stockages,
distributions, etc …
Les calculs hydrauliques sont à la base de toute modélisation mathématique des réseaux
d’eau potable. En fonction des données principales (topologie et consommations), le
logiciel calcule principalement les débits dans les conduites et les charges
piézométriques aux nœuds.
A partir de ces résultats on peut déduire d’autres résultats (pression aux nœuds, vitesse
et pertes de charges dans les conduites, etc …)
SCERCL MR/COB en septembre 2012 - Réf S-43-01 - Saint Alban d’Hurtières - SDAEP - Modélisation hydraulique - 5 -
II - Modélisation hydraulique
2.1 - Généralités
Saint Alban d’Hurtières est alimenté en eau potable depuis :
� le réservoir de Plan Chanay
� le captage / réservoir des Champs La commune présente des problèmes de défense incendie et a donc fait l’objet d’une
modélisation hydraulique.
Le modèle a été conçu directement sur la base des plans du réseau d’eau potable.
Le logiciel fait appel à deux familles d’objets pour bâtir le réseau : les nœuds et les
éléments.
� Il y aura un nœud à chaque discontinuité dans le réseau. C’est ainsi qu’on trouvera :
� des nœuds passifs à chaque bifurcation, changement de diamètre de
conduite, de matériaux, etc, sans aucune donnée hydraulique. On les
utilisera également pour positionner une singularité (pompe, réducteur de
pression) qui devra avoir un nœud d’entrée et un nœud de sortie,
� des nœuds de consommation : ce sont les nœuds par lesquels le réseau perd
de l’eau (consommation),
� des nœuds de piézométrie : il s’agit de nœuds auxquels on impose une cote
piézométrique. Le cas typique est celui d’un réservoir.
� Un élément quant à lui, relie deux nœuds entre eux.
Ce peut donc être :
� une conduite avec un nœud à chaque extrémité,
� une singularité telle que pompe, régulateur de pression ou autre appareil de
fontainerie. Chaque singularité aura un nœud d’entrée et un nœud de sortie.
Tous les nœuds et éléments sont numérotés et renseignés des paramètres nécessaires à
chaque type.
Pour chaque conduite il s’agit de préciser :
� sa longueur,
� son diamètre,
� son matériau,
� sa rugosité,
� ses fuites.
SCERCL MR/COB en septembre 2012 - Réf S-43-01 - Saint Alban d’Hurtières - SDAEP - Modélisation hydraulique - 6 -
Pour chaque régulateur de pression :
� la pression de consigne : c’est la valeur de la pression que le régulateur doit
maintenir constante,
� le diamètre du régulateur : qui est le diamètre de la bride d’entrée,
� le coefficient de perte de charge.
Pour chaque nœud :
� sa consommation éventuellement,
� son profil de consommation éventuellement,
� sa cote sol.
Le comportement d’un réseau dépend essentiellement des pertes de charge dans les
conduites. Ces pertes de charge se traduisent par la rugosité moyenne des conduites.
Cette rugosité est définie à partir des essais de poteaux d’incendie sur le terrain. Par
itérations successives, la valeur du débit des poteaux d’incendie les plus proches du
réservoir, calculée par le modèle est ramenée à la valeur mesurée sur le terrain. Cette
valeur est vérifiée par la comparaison des valeurs calculées et mesurées sur les autres
poteaux d’incendie.
Pour ce faire, une campagne de mesure des débits des poteaux d’incendie a été réalisée
en octobre 2011 par nos soins.
NB : Au moment de la mise en œuvre des travaux de renforcement des réseaux pour
satisfaire aux besoins de la défense incendie, il sera nécessaire de consulter le
service des pompiers pour déterminer les éventuels poteaux incendie inutiles et/ou
juger de la bonne position des nouveaux poteaux.
Le modèle utilisé tient compte des fuites dans les réseaux.
Le débit de fuite a été défini comme égal à la référence de l’Agence de l’Eau Rhône
Méditerranée et Corse soit 4 m³/j/km.
Débit de fuite = 2,75 m³/h. Ce qui correspond à un potentiel de fuite k = 1,3.10-7 dans
le modèle qui a été appliqué à chaque tronçon.
2.2 - Critères de dimensionnement
Le dimensionnement d’un réseau peut se réaliser selon deux critères :
� le critère de la défense incendie,
� le critère de la consommation.
Le choix du critère s’établit sur la base du débit de pointe du réseau étudié. Si le débit
de pointe est supérieur à 60 m³/h, le réseau est dimensionné en tenant compte de la
consommation.
SCERCL MR/COB en septembre 2012 - Réf S-43-01 - Saint Alban d’Hurtières - SDAEP - Modélisation hydraulique - 7 -
� Lorsqu’il faut prendre en compte la consommation du réseau, il est attribué à
certains nœuds une consommation associée à un profil de consommation sur la
journée (en fonction du nombre de branchements).
La pression est alors contrôlée en tout point du réseau, en faible consommation
(pression statique) et en forte consommation. Cette pression doit être comprise
entre 0,8 bars et 16 bars.
Une fois le réseau dimensionné par rapport à la consommation, il faut s’assurer
que la défense incendie répond aux normes à savoir que chaque poteau délivre au
moins 60 m³/h sous un bar de pression.
� Lorsqu’il faut tenir compte de la défense incendie, le réseau est dimensionné afin
d’assurer un débit de 60 m³/h sous 1 bar de pression pour chaque poteau.
Dans le cadre de la commune de Saint Alban d’Hurtières, la consommation de pointe
donnée par la campagne de mesure est la suivante :
Débit de pointe = 13 m³/h <60 m³/h
aussi le critère de dimensionnement sera la défense incendie.
SCERCL MR/COB en septembre 2012 - Réf S-43-01 - Saint Alban d’Hurtières - SDAEP - Modélisation hydraulique - 8 -
III - Les résultats de la modélisation hydraulique
Les problématiques à résoudre sur les réseaux sont les suivantes :
� conforter la défense incendie des secteurs desservis,
� assurer un niveau de pression statique comprise entre 0,8 et 16 bars.
Au niveau de la défense incendie, la circulaire interministérielle n°461 du 10 décembre
1951 impose que :
� chaque poteau soit alimenté par une conduite d’un diamètre intérieur de
100 mm au moins,
� chaque poteau doit délivrer un débit de 60 m³/h sous un bar de pression,
� les poteaux incendie doivent répondre à la norme NFS 61-213 : leur équipement
doit comprendre une prise frontale de 100 mm et deux prises latérales de 65 mm.
Les réseaux sont transcrits sous forme de fichiers informatiques.
Une fois les réseaux transcrits, il est nécessaire de caler le modèle pour reproduire le
plus fidèlement possible la réalité.
L’étalonnage des réseaux porte sur la détermination de la rugosité moyenne des
conduites en présence.
Le calage de la rugosité moyenne se fait à partir du débit ou de la pression dynamique
aux poteaux (les plus proches du réservoir), comparé à la valeur mesurée sur le terrain.
Par itérations successives, en faisant varier la valeur de la rugosité, la valeur calculée est
ramenée à la valeur mesurée.
3.1 - Réseau existant - calage
Le réseau d’eau potable de Saint Alban d’Hurtières est desservi par :
� le réservoir de Plan Chanay (altitude 836 m ; capacité 347 m³) pour les hameaux
des Côtes, La Gorge, Les Plattières, La Mollard et une partie des Champs,
� le captage / réservoir des Champs (altitude 690 m ; capacité 1,7 m³) pour le reste
de la commune.
Aux heures de fortes consommations, une connexion au niveau du stabilisateur n°2
permet une desserte de l’ensemble du réseau par le réservoir de Plan Chanay, en
complément du captage / réservoir des Champs.
Le réservoir de Plan Chanay est alimenté depuis les sources du même nom à l’amont.
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Consommation actuelle sur le réseau
L’étude théorique de l’adéquation ressources/besoins a montré une consommation de
pointe d’environ 138 m³/j fuites comprises.
Les enregistrements des volumes distribués effectués durant la campagne de mesures,
sur les compteurs généraux de la commune, montrent le profil de consommation
suivant, sur une journée :
Le réseau actuel a été transcrit sous la forme d’un fichier informatique nommé
« sah1.rsd ».
Dans la configuration actuelle du réseau, une rugosité a été retenue de :
� 1,2 mm pour la fonte,
� 0,003 mm pour le PEHD et le PVC,
Certaines pressions de consigne des réducteurs ont dû être ajustées par rapport aux
valeurs indiquées par les manomètres des appareils :
Nom du réducteur Pression de consigne
Modélisation
Pression de consigne
Valeur terrain
Réducteur 1 4,0 bars Non mesurable
Stabilisateur 2 1,0 bar 1,0 bar
Réducteur 3 4,5 bars 8,0 bars
Réducteur 4 6,5 bars 6,5 bars
Réducteur 5 6,5 bars 6,5 bars
Réducteur 6 8,6 bars 8,6 bars
Réducteur 7 7,6 bars 7,6 bars
Réducteur 8 7,5 bars 7,5 bars
Réducteur 9 5,8 bars 5,8 bars
Réducteur 10 6,2 bars Non mesurable
Réducteur 11 3,3 bars 3,3 bars
Réducteur 12 5,0 bars Non mesurable
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Coefficient
SCERCL MR/COB en septembre 2012 - Réf S-43-01 - Saint Alban d’Hurtières - SDAEP - Modélisation hydraulique - 10 -
Avec l’ensemble de ces données, les débits des poteaux incendie calculés par le modèle
mathématique sont au plus près des valeurs mesurées sur le terrain, comme le montre le
tableau suivant (les données sont calculées à 21h00 pour une consommation moyenne
sur le réseau) :
Modèle mathématique Mesures terrain
Nom Débit max
(m³/h)
Pression à 60 m³/h
(b)
Débit max
(m³/h)
Pression à 60 m³/h
(b)
PI 1 425 12,9 13,2
PI 5 82 2,9 3,2
PI 8 99 9,3 9,8
PI 13 138 8,4 7,3
PI 17 72 3,0 2,6
PI 24 80 6,5 6,0
PI 29 62 0,6 56
PI 34 62 1,3 63
PI 35 65 3,5 3,0
PI 38 63 2,2 2,2
Rappel : rugosités utilisées pour le calage :
- Fonte : 1,2 mm
- PEHD / PVC : 0,003 mm
Les figures 1 et 2 ci-après illustrent le réseau actuel.
SCERCL MR/COB en septembre 2012 - Réf S-43-01 - Saint Alban d’Hurtières - SDAEP - Modélisation hydraulique - 11 -
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PI24
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PI27
PI28
PI29
PI30
PI31
PI32
PI33
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PI35
PI38
PI37
Commune de Saint Alban d’Hurtières
Résultats de la modélisation hydraulique du réseau d’eau potable – sah1.rsd
Figure 1 : Diamètres des conduites dans le réseau actuel
Légende :
Ø < 97 mm
97 mm≤ Ø < 125 mm
125 mm≤ Ø < 150 mm
150 mm≤ Ø < 200 mm
200 mm≤ Ø < 200 mm
SCERCL MR/COB en septembre 2012 - Réf S-43-01 - Saint Alban d’Hurtières - SDAEP - Modélisation hydraulique - 12 -
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PI4
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PI7
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PI9
PI10
PI11
PI12
PI21
PI22
PI36
PI13
PI18
PI19PI20
PI23
PI24
PI25
PI26
PI37
Commune de Saint Alban d’Hurtières
Résultats de la modélisation hydraulique du réseau d’eau potable – sah1.rsd
Figure 2 : Pressions statiques dans le réseau actuel
SCERCL MR/COB en septembre 2012 - Réf S-43-01 - Saint Alban d’Hurtières - SDAEP - Modélisation hydraulique - 13 -
3.2 - Défense incendie - réseau futur
D’après la modélisation hydraulique, plusieurs poteaux d’incendie ne répondent pas à
la norme qui exige une pression minimale de 1 bar à 60 m³/h.
Sur le terrain, lors des tests, certains de ces hydrants montraient des résultats proches de
la limite de non-respect de la norme.
Les poteaux incendie concernés sont : PI 4, PI 7, PI 9, PI 12, PI 21, PI 28 et PI 29.
Les travaux proposés pour améliorer la défense incendie au niveau des hydrants
identifiés comme non réglementaires en terme de pression et de débit, sont les suivants :
� la création d’un maillage entre le réseau de Plan Chanay et celui des Champs, au
niveau du poteau d’incendie n°7 avec l’installation d’un réducteur de pression
(pression de consigne 6 bars),
� le remplacement de plusieurs tronçons de canalisation par des conduites de
diamètre supérieur,
� la mise en place d’un nouveau réducteur sur l’antenne du poteau d’incendie
n°32 (pression de consigne 2 bars). Cet aménagement est à réaliser ou non après
consultation des services du SDIS. En effet, sans cet appareil de régulation, la
pression dynamique au niveau de l’hydrant atteint 12 bars, entrainant une
manipulation délicate en cas d’incendie. La pose de l’appareil permet de réduire
la pression dynamique de 8,3 bars.
Tableau récapitulatif des travaux :
N° de la conduite Nature et diamètre
actuels (mm)
Nature et diamètre
futurs (mm)
Linéaire
(ml) Localisation
E0199 / FØ100 13 Création d’un maillage
pour le fonctionnement de
PI 7, PI 12 et PI 21. E0196 / FØ100 14
E0150 FØ100 FØ125 394 Pour le fonctionnement de
PI 9.
E0139 FØ80 FØ100 189 Pour le fonctionnement de
PI 4.
E0131 FØ100 FØ150 121
Pour le fonctionnement de
PI 28 et PI 29.
E0112 FØ100 FØ150 147
E0111 FØ100 FØ150 76
E0107 FØ100 FØ150 28
E0105 FØ100 FØ150 12
E0103 FØ100 FØ125 179
TOTAL
FØ100 216
FØ125 573
FØ150 384
2 réducteurs de pression
Le réseau futur a été transcrit dans le fichier « sah4.rsd ».
Les travaux sont représentés ci-après sur la figure 3.
SCERCL MR/COB en septembre 2012 - Réf S-43-01 - Saint Alban d’Hurtières - SDAEP - Modélisation hydraulique - 14 -
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PI13
PI14
PI15
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PI18
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PI23
PI24
PI25
PI26
PI27
PI28
PI29
PI30
PI31
PI32
PI33
PI34
PI35
PI38
PI37
Commune de Saint Alban d’Hurtières
Résultats de la modélisation hydraulique du réseau d’eau potable – sah4.rsd
Figure 3 : Représentation des travaux
Nouveau réducteur Pc = 6 bars
Nouveau réducteur Pc = 2bars
Légende :
Ø < 97 mm existant
97 mm ≤ Ø existant
Travaux Ø 100 mm
Travaux Ø 125 mm
Travaux Ø 150 mm
SCERCL MR/COB en septembre 2012 - Réf S-43-01 - Saint Alban d’Hurtières - SDAEP - Modélisation hydraulique - 15 -
Dans ces conditions, les poteaux d’incendie délivrent :
Nom Débit max
(m³/h)
Pression à 60 m³/h
(b)
PI1 418 12,9
PI10 87 6,2
PI11 76 4,5
PI12 65 1,1
PI13 138 8,5
PI14 64 1,3
PI15 70 3,4
PI16 67 2,7
PI17 87 5,2
PI18 168 7,5
PI19 193 7,4
PI2 299 15,1
PI20 186 5,7
PI21 67 2,1
PI22 75 6,0
PI23 129 9,9
PI24 85 7,6
PI25 91 9,0
PI26 79 6,3
PI27 82 5,3
PI28 64 1,3
PI29 71 2,9
PI3 176 4,6
PI30 74 4,5
PI31 76 4,8
PI32 93 8,4
PI33 72 4,6
PI34 66 1,4
PI35 69 3,5
PI36 149 5,4
PI37 174 7,5
PI38 67 2,2
PI4 83 1,7
PI5 166 5,7
PI6 165 5,6
PI7 192 5,9
PI8 98 9,3
PI9 73 3,3
SCERCL MR/COB en septembre 2012 - Réf S-43-01 - Saint Alban d’Hurtières - SDAEP - Modélisation hydraulique - 16 -
La pression statique varie en tous points du réseau entre 1,0 bar (pression de consigne du
stabilisateur 2) et 21,6 bars (réseau de Plan Chanay entre le PI 2 et le PI 8).
La figure 4 présente les diamètres des réseaux en situation future après travaux.
La figure 5 montre la pression statique dans le réseau en consommation minimale.
SCERCL MR/COB en septembre 2012 - Réf S-43-01 - Saint Alban d’Hurtières - SDAEP - Modélisation hydraulique - 17 -
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PI34
PI35
PI38
PI37
Commune de Saint Alban d’Hurtières
Résultats de la modélisation hydraulique du réseau d’eau potable – sah1.rsd
Figure 4 : Diamètres des conduites dans le réseau futur
Légende :
Ø < 97 mm
97 mm≤ Ø < 125 mm
125 mm≤ Ø < 150 mm
150 mm≤ Ø < 200 mm
200 mm≤ Ø < 200 mm
SCERCL MR/COB en septembre 2012 - Réf S-43-01 - Saint Alban d’Hurtières - SDAEP - Modélisation hydraulique - 18 -
Commune de Saint Alban d’Hurtières
Résultats de la modélisation hydraulique du réseau d’eau potable – sah1.rsd
Figure 5 : Pressions statiques dans le réseau futur
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Captage/réservoir des Champs
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Red 8 Red 9
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PI3
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PI13
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PI37
SCERCL MR/COB en septembre 2012 - Réf S-43-01 - Saint Alban d’Hurtières - SDAEP - Modélisation hydraulique - 19 -
3.3 - Renforcement de la ressource
La configuration actuelle du réseau permet d’alimenter l’ensemble des abonnés à des débits et
des pressions correctes, aucun aménagement particulier n’est donc envisagé.
En revanche, d’un point de vue quantitatif, au terme de réalisation des projets d’urbanisation
potentiels, les ressources actuelles ne suffiront pas à couvrir les besoins en eau. En effet, si les
conditions les plus défavorables (étiage de la ressource simultané à la pointe de consommation)
persistent sur plusieurs jours, le réservoir de Plan Chanay se vide progressivement jusqu’à
atteindre son niveau bas. Le débit autorisé des sources ne permet pas un remplissage au moins
équivalent à la consommation journalière.
Ainsi, afin d’atteindre un bilan équilibré, il y a lieu de demander une révision de l’Autorisation
de dérivation des eaux des sources des Champs et de Plan Chanay de 2003 et d’augmenter le
débit de prélèvement global de 0,8 L/s.
Rappel :
Nom de la source Débit d’étiage Débit autorisé DUP
2003
Plan Chanay 2,4 L/s 1,5 L/s
Les Champs 3,3 L/s 1,5 L/s
TOTAL 5,7 L/s 3,0 L/s
SCERCL MR/COB en septembre 2012 - Réf S-43-01 - Saint Alban d’Hurtières - SDAEP - Modélisation hydraulique - 20 -
AnnexeAnnexeAnnexeAnnexe
Campagne de mesures ScerclCampagne de mesures ScerclCampagne de mesures ScerclCampagne de mesures Scercl ---- Octobre 2011 Octobre 2011 Octobre 2011 Octobre 2011 ----
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