Exercice n HU Corrigé

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1 ENAC/ISTE/HYDRAM HYDROTHEQUE : bse de données d exercices en Hydrologie Cours : Hydrologie Urbine / Thémtique : Mîtrise de l pollution pr temps de pluie Logo optimisé pr J.-D.Bonjour, SI-DGR ÉCOLE POLYTECHNIQUE FÉDÉRALE DE LAUSANNE Exercice n HU Corrigé Réseu unitire et réseu séprtif : Flux de pollution vers le milieu récepteur. Données de l exercice : Les résultts sont ussi sur le fichier Excel «HU0601_corrige.xls». Résolution - Prtie I Démrche à ppliquer : Le risonnement suivnt est bsé uniquement sur les flux de MES trnsportés sur une nnée complète pr l un ou l utre réseu de collecteurs (pour les nottions cf.énoncé). Question 1. Pour les deux réseux : Débit d Eux de Ruissellement (EP) : Q EP = Hp. IMP. A / Tp Volume de MES provennt des Eux de Ruissellement : V MOB = V MES. IMP Débit d Eux Usées (sns Eux Clires Prsites) : Q EU = q. p vec q = 300l/jour : consommtion pr EqH et p : popultion en EqH Volume nnuel de MES provennt des effluents (ECP + EU) et entrnt dns le réseu Eux Usées : V EFF = (C ECP. Q ECP + C EU.Q EU ). T Flux nnuel totl de MES produit pr l ensemble du réseu d ssinissement (exporté dns le milieu récepteur (MR) + récupéré dns l STEP) : F tot ( T) = V EFF + V SED + V MOB Question 2. Pour le réseu séprtif (RS) : L chsse du réseu Eux Usées du réseu RS est rélisée rtificiellement pr temps sec. On : Volume nnuel de MES provennt des eux de pluie et se déversnt dns le MR pr le réseu Eux Clires : V1 = V MOB Volume nnuel provennt du réseu EU et llnt dns le réseu EC : V2 = α.v EFF Volume nnuel déversé pr le réseu EC vers le MR : F EC ( T) = V1+V2 Volume nnuel exporté pr le réseu EU vers l STEP : Ve STEP = (1-α).V EFF + V SED Volume nnuel exporté pr l STEP vers le MR : F STEP ( T) = (1-r).Ve STEP Volume totl exporté vers le MR sur une nnée : F RS ( T) = F EC ( T) + F STEP ( T) Volume totl conservé et trité pr l STEP sur une nnée : V RScons = r.ve STEP «Rendement» totl nnuel moyen du système «réseu séprtif» (Abttement): A RS = V RScons / (V EFF +V SED +V MOB ) = r.((1-α).v EFF + V SED )/ (V EFF +V SED +V MOB ) Volume de MES exporté pr temps sec pr l ensemble du réseu RS vers le MR : F RS ( Ts) = (1-r). [(1-α) V EFF. Ts/ T + V SED ] + α V EFF. Ts/ T Concentrtion moyenne en MES des débits liquides exportés pr le réseu RS pr temps sec : C RS ( Ts) = F RS ( Ts) / (Q EU + Q ECP ) / Ts Volume de MES exporté pr temps de pluie pr l ensemble du réseu RS vers le MR : F RS ( Tp) = (1-r). [(1-α) V EFF. Tp/ T ] + V MOB + αv EFF. Tp/ T Concentrtion moyenne en MES des débits liquides exportés pr le réseu RS pr temps de pluie : C RS ( Tp) = F RS ( Tp) / (Q EP + Q EU + Q ECP ) / Tp Mise à jour le HU Pge 1

2 Question 3. Pour le réseu Unitire (RU) : L chsse du réseu RU est supposée fite utomtiquement pr les débits d eu de ruissellement. Pr temps sec : Volume de MES trnsitnt dns le RU et exporté vers l STEP: Ve STEP ( Ts) = V EFF. Ts/ T Volume de MES exporté pr l STEP vers le MR: F STEP ( Ts) = (1-r).Ve STEP ( Ts) Volume de MES exporté pr l ensemble du RU vers le MR : F RU ( Ts) = F STEP ( Ts) Pr temps de pluie Volume de MES trnsitnt dns le réseu : V3 = V MOB + V SED + V EFF. Tp/ T Débit liquide entrnt dns le réseu : Q TP = Q EP + Q TS = Q EP + Q ECP + Q EU Proportion β du débit liquide Q TP dirigé vers l STEP : β=q STEP /Q TP =Q TS /(Q EP +Q ECP +Q EU ) Proportion β du débit solide V3 dirigé vers l STEP : β = β Volume de MES entrnt dns l STEP : Ve STEP ( Tp) = β.v3 Volume de MES exporté pr l STEP vers le MR : F STEP ( Tp)= (1-r).Ve STEP ( Tp) Volume de MES déversé dns le MR pr le déversoir d orge : F DO ( Tp) = (1-β).V3 Volume de MES totl exporté pr le RU en temps de pluie : F RU ( Tp) = F STEP ( Tp) + F DO ( Tp) Volume totl exporté vers le MR sur une nnée : F RU ( T) = F RU ( Tp) + F RU ( Ts) F RU ( T) = V SED +V MOB +V EFF [r.q STEP /(Q EU +Q ECP +Q EP )*(V SED +V MOB +V EFF. Tp/ T)] r.v EFF. Ts/ T Volume totl conservé et trité pr l STEP sur une nnée: V RUcons = [r.q STEP /(Q EU +Q ECP +Q EP )*(V SED +V MOB +V EFF. Tp/ T)] + r.v EFF. Ts/ T «Rendement» totl moyen nnuel du système «réseu unitire» (Abttement) : A RS = V RUcons / (V EFF +V SED +V MOB ) Concentrtion moyenne des effluents exportés pr l ensemble du système en temps sec : C RU ( Ts) = F RU ( Ts) / (Q EU + Q ECP ) / Ts Concentrtion moyenne des effluents exportés pr l ensemble du système en temps de pluie : C RU ( Tp) = F RU ( Tp) / (Q EP + Q EU + Q ECP ) / Tp Question 4. Résultts : Comprison de l pollution exportée pr les deux réseux Les vleurs des différents flux et concentrtions sont données dns le tbleu ci-dessous pour l configurtion décrite dns l énoncé de l exercice. L vrition du rpport R F lorsque l on modifie le tux de connexions prsites entre les réseux Eux Usées et Eux Clires du RS est présentée sur l figure ci dessous. Flux (kg/h/n) Flux RU Flux RS FRS/FRU coefficient de fuite RU vers RS Mise à jour le HU Pge 2

3 Commentires : Il suffit d un très fible tux de connexions prsites pour que le réseu séprtif exporte plus de MES dns le MR que le réseu unitire. Dns cette configurtion, l vleur critique de connexion est α ~ Si les flux nnuels exportés sont similires pour les deux types de réseu, l dynmique de l pollution ne l est en revnche ps : pour le réseu unitire, les concentrtions en temps sec et en temps de pluie sont très différentes (rpport 1 à 3 vec une forte concentrtion en période de débordement) ; elles le sont beucoup moins pour le réseu séprtif (rpport 1 à 1,5). Vribles communes ux deux réseux Débit Eux de Pluie QEP m3/h/h 18.3 Débit Eux Usées QEU m3/h/h 1.5 Débit Eux Clires Prsites QECP m3/h/h 0.3 Cpcité de tritement de l STEP QSTEP m3/h/h 3.6 Réseu Unitire flux déversés pr le Déversoir d'orge Débit de déversement pr temps de pluie QDO m3/h/h 16.5 Flux MES déversé dns le milieu récepteur FDO(DTp) kg/h 772 flux déversés pr l STEP Flux MES entrée STEP pendnt temps sec kg/h 3934 Flux MES entrée STEP pendnt temps pluie kg/h 168 Flux sortie STEP temps sec kg/h 787 Flux sortie STEP temps pluie kg/h 34 Flux sortie STEP nnuel FRU STEP kg/h 820 Flux totl nnuel exporté pr le RU FRU Tot kg/h 1592 Abttement RU ARU % 67 Flux temps pluie exporté pr RU FRU(DTP) kg/h 805 Flux temps sec exporté pr RU FRU(DTS) kg/h 787 Concentrtion moyenne (EU+EP) temps pluie exporté pcru(dtp) mg/l 146 Concentrtion temps sec (EU) exporté pr RU CRU(DTS) mg/l 52 Réseu Séprtif Coefficient de fuite du réseu Eux Usées α flux déversés pr le Réseu Eux Clires en temps sec FEC(DTs) kg/h en temps de pluie FEC(DTp) kg/h sur l'nnée FEC(DT) kg/h flux déversés pr l STEP Flux MES entrée STEP tous temps FEU entrée kg/h Flux MES sortie STEP tous temps FEU STEP kg/h Flux totl nnuel exporté pr le RS FRS Tot kg/h Abttement RS ARS % Flux temps pluie exporté pr RS FRS(DTP) kg/h Flux temps sec exporté pr RS FRS(DTS) kg/h Concentrtion moyenne (EU+EP) temps pluie exporté pcrs(dtp) mg/l Concentrtion temps sec (EU) exporté pr RS CRS(DTS) mg/l Rpport Flux RS / Flux RU RF (-) Mise à jour le HU Pge 3

4 Résolution - Prtie II Question 5. Résultts de l nlyse de «sensibilité reltive» : L sensibilité reltive S X du rpport R F ux différentes vribles X 1, X 2, X 3 été déterminée utour de l configurtion initile définie pr les différentes vleurs données à ces vribles dns l énoncé. Les résultts montrent pour cette configurtion et suivnt les hypothèses effectuées dns l énoncé pour résoudre le problème, que le rpport R F est peu sensible à l ensemble des vribles impliquées. L sensibilité reltive est pour toutes les vribles inférieure à 15% en vleur bsolue. Pour une vrition initile de 5% d une vrible donnée, l vrition du rpport R F est donc inférieure à 5%*15% < 0.7%!!! Les vribles qui ont pour cette configurtion l plus grnde influence sont : Influence positive (en fveur du Réseu Unitire, i.e., une ugmenttion de l vrible X i conduit à une ugmenttion du rpport R F donc à une ugmenttion plus importnte du flux exporté pr le réseu RS que pr le réseu EU) : Le volume de MES lessivé pr l pluie, le flux de MES provennt des eux usées ou des eux clires prsites (proportionnel à l popultion, à l concentrtion des ECP ou des EU), le coefficient de fuite du réseu RU vers RS pour le réseu séprtif, l cpcité de tritement de l STEP, Influence négtive (en fveur du Réseu Séprtif) : l intensité de l pluie (proportionnelle à l huteur de pluie et inversement proportionnelle à l durée de temps de pluie), le volume de sédiments remobilisbles en temps de pluie dns le réseu séprtif ou mobilisé en temps sec pr chsse dns le réseu EU, le rendement épurtoire de l STEP. Rpport de Sensibilité Reltive (%) SX pour Vrition Prmetre X de 5% 20.0% 15.0% 10.0% 5.0% 0.0% -5.0% -10.0% -15.0% VMES Hp DTp Np Pop IMP CEU CECP b VSED r N Question 6. Détermintion du rpport R F pour des configurtions très différentes» : Le rpport R F été évlué pour différentes configurtions plusibles dérivées de l configurtion initile X0 en modifint successivement l vleur d une des vribles X i. L vleur minimum puis l vleur mximum ppliquée successivement à chcune des vribles Xi sont données ci dessous : VMES Hp Dtp Np P IMP CEU CECP b α VSED r Xo Xmin Xmx Mise à jour le HU Pge 4

5 Flux exportés vers MR vec RU ou RS 4000 Rpport RF = FRS/FRU 2.00 Flux RU Flux RS FRS/FRU X0 VMES Hp DTp Pop IMP CEU CECP b VSED r 0.00 Question 7. Commentires : Toutes choses étnt égles pr illeurs, et reltivement à l configurtion initile X0, différentes vribles peuvent fire bsculer, suivnt leur vleur, l intérêt d un RS pour un RU : le réseu RU est plus intéressnt que le réseu RS et inversement lorsque l huteur de pluie nnuelle est fible ou que l durée de temps de pluie est importnte (= intensité des précipittions fibles et déversements d orges peu importnts) ; lorsque l popultion est dense, que les EU ou que les EP sont fortement polluées ; lorsque le volume des MES sédimenté dns le RU et remobilisé en temps de pluie est fible. Remrque Les nombreuses hypothèses nécessires à une résolution simple du problème conduisent nécessirement à des résultts imprécis. Les résultts montrent nénmoins que l intérêt d un RS n est ps systémtiquement cquis et peuvent suggérer des mesures ou ouvrges simples permettnt de mieux gérer les flux de pollution dus ux eux de ruissellement déversés dns le MR : p.e., un lessivge préventif des surfces urbines polluées vnt le lessivge brutl opéré pr les pluies dns le cs où celles ci sont intenses, une chsse préventive des MES sédimentés dns le RU, des ouvrges de tritement des eux de ruissellement sur un réseu séprtif, ou de rétention des eux de pluie sur les RU. Mise à jour le HU Pge 5