Outil de simulation du cycle urbain de l eau

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1 Outil de simulation du cycle urbain de l eau Présentation Démonstration Exemples d application d HYDRANET

2 Développement de méthodologies et d outils de calcul hydrologiques et hydrauliques pour : Comprendre le fonctionnement d un bassin versant, Suivre la formation des apports aux réseaux d assainissement depuis la pluie jusqu au rejet au cours d eau, Effectuer le diagnostic hydraulique de votre réseau d assainissement, Dimensionner un nouveau réseau d assainissement, Évaluer les effets des rejets par temps de pluie au milieu naturel, Gérer les flux optimisant l utilisation des réseaux et minimisant les impacts sur le milieu récepteur. Issu de son savoir faire, Hydratec propose le logiciel HYDRANET HYDRANET englobe les modules suivants : Hydrologie, (temps sec temps de pluie) Hydraulique, Arborescence hydrologique Branche de collecteur Branche de collecteur Représentation du réseau, Pollution, Contrôle et régulation, Post-traitement. Entités de modélisation branche de calcul (domaine filaire) station de gestion liaison latérale

3 Hydrologie Prise en compte de tous types de pluie : Pluies de projet, Pluies réelles mesurées sur un réseau de pluviographes, Images radar. Découpage en bassins versants Paramètres hydrologiques, Transformation pluie brute pluie nette, Transformation pluie nette débit. Hydrologie : simulation d apports de temps sec variables dans le temps répartis par secteur HYBV αi = 0,37 Débit de temps sec Q(t) Qmin 0.8 Qmin * 1 2 Eaux usées Eaux parasites HYBV αi = 0,60 HYBV αi = 0,42 0h t 24h Temps (heures) HY αi = 0,21 Secteur 1 V EU V ECPP α EU α ECPP CLQT αi = 0,40 Secteur 2 V EUi = α i. [α EU. V EU ] V ECPPi = α i. [α ECPP. V ECPP ] Note : α EU : coefficient d ajustement pour les eaux usées (fonction du jour dans l année) α ECPP : coefficient d ajustement pour les eaux claires parasites Pour le secteur αi = 1

4 Modélisation du réseau Résolution des équations de Barré de Saint Venant, Prise en compte des effets de : remous, inertie, maillages, mises en charges, débordements Section paramétrique Collecteurs de section standard ou paramétrique, Nombreux types d éléments singuliers, Station de gestion, Visualisation de profils en long. Eléments singuliers Profil en long Modélisation filaire B1 Point de calcul {Q;z} Singularité 1D Liaison latérale Tête de réseau B5 B2 B3 Tête de réseau B6 Condition à la limite aval : f(q,z)=0 B4 Branche de calcul Confluence Tête de réseau Entités du domaine filaire

5 Singularités hydrauliques : Singularité Définition Singularité Définition HYBV exutoire de sous réseau hydrologique DE seuil frontal HY hydrogramme RGB vanne régulable HC hydrogramme constant QDZ1 délestage suivant Q(Z) VA vanne QDQ1 délestage débit-débit CPR coupure hydraulique QDL1 délestage par seuil KV perte de charge à la Borda MRKB marqueur de branche DH perte de charge paramétrique MRKP marqueur de point de sortie BO bassin de stockage Exemple de singularité : vanne orifice Schéma de fonctionnement Z A Z V Z A Z C Z V A C Z C Z S S Z A OD DD OND DND Z S Z V ON Q<0 Z C Régime d écoulement Désignation Expression pour f Déversoir dénoyé Déversoir noyé dénoyé Orifice dénoyé Orifice noyé dénoyé DD DND OD OND f = C D (Z A Z S ) 3/2 f = C D (Z A Z C ) 3/2 + C N (Z C Z S ) (Z A Z C ) 1/2 f = C D (Z A Z S ) 3/2 C D (Z A Z V ) 3/2 f = C D (Z A Z C) 3/2 C D (Z A Z V) 3/2 + C N (Z C Z S) (Z A Z C) 1/2 Orifice noyé ON f = C N (Z A Z C ) 1/2 (Z V Z S ) 2 avec CD = µ D L 2g CN = µ N L 2g 3 Equations mises en jeu Liaisons latérales : Liaison latérale Définition Liaison latérale Définition QDZ dérivation débit - cote QMP maillage par pompage QDL dérivation par seuil RGZ maillage par vanne régulée en cote QDP dérivation par pompage simple RGQ maillage par vanne régulée en débit QMS maillage par seuil QMTR maillage par simple transition QMV maillage par vanne QMK maillage par perte de charge Conditions aux limites liaisons uninodales : Identificateur Définition Domaine d'utilisation condition limite aval liaison uninodale CLZQ loi Z(Q) X X CLZT loi Z(t) X X CLQT loi Q(t) X CLZF écoulement libre X CLBO bassin de stockage X

6 Station de gestion Petit Parc Bassin de l Hay Intégration de fonctions de régulation des organes en cours de simulation Position de la vanne au cours du temps Fermée Position intermédiaire vanne mobile Ouverte Définition d une logique de pilotage programmée par l utilisateur à l aide d un langage formel fourni dans Utilisation des instructions IF THEN END RGQ Fres57 z Q (débit régulé) Valantob IF ( TIME LT 3.0 ) THEN RGQ VALANTOB QREGUL 0.5 ENDIF IF ( TIME GT 3.0 ) THEN IF ( Z FRES57 LT 38.5 ) THEN RGQ VALANTOB QREGUL 0.5 ENDIF IF ( Z FRE57 GT 40.0 ) THEN RGQ VALANTOB QREGUL 4.0 ENDIF ENDIF

7 Génération et transport des flux polluants, Prise en compte de la décantation dans les bassins. Stock de pollution disponible en début d évènement Coefficient d arrachement Production de la pollution par temps de pluie Modèles hydrologique et hydraulique Transport de la pollution par temps de pluie 4 paramètres : MES DBO DCO NK Flux de pollution Flux (kg/s) MES DBO NK t (heures) Définition d un scénario de simulation Choix du scénario de temps sec et du scénario de temps de pluie Définition des paramètres de calcul hydrologique : Date de début, durée de simulation, Pas de temps de calcul. Définition des paramètres de calcul hydraulique : Date de début, durée de simulation, Etablissement des conditions initiales, Pas de temps minimum et maximum, seuils de variation de la cote d eau, Pas de temps de sortie. Contrôle du déroulement des calculs : impression des lignes de calcul ou des lignes d eau Définition des fichiers externes : Hydrogrammes externes, Fichiers de mesure, fichiers de contrôle Choix des calculs de pollution.

8 Post traitement Exploitation des résultats Visualisation des résultats en tout point du réseau Hydrogrammes, Hauteurs d eau, Flux de pollution, Concentration. Mises en page de résultats : Assistance au calage, Comparaison directe entre mesures et calculs. Post traitement Exploitation des résultats Imagerie dynamique : Profil en long, Vue en plan. Bilans statistiques : Volumes écoulés, cotes minimale et maximale, Temps de déclassement.

9 Gestion d une base de données Les fichiers de modélisation intègrent leur propre base de données topologie du réseau, données de paramétrage des scénarii de temps sec, données de paramétrage des scénarii de temps de pluie. Toutes ces données sont regroupées en un seul fichier d extension.hdr Le concept de «complexe» de réseaux Fractionnement d un réseau global en sous-réseaux interconnectés : Modélisation de grandes structures d assainissement, Répartition des tâches de modélisation entre plusieurs équipes, Allègement des tâches de calage, Facilité d exploitation accrue avec la technique de multi fenêtrage offerte dans l interface. Deux modes possibles de pilotage des calculs : Mode «complexe» : les sous-réseaux sont convertis en un seul modèle dans l étape de calcul, Mode «cascade» : les calculs sont effectués séquentiellement par sous réseau selon une logique d arborescence amont-aval.

10 Le concept de «groupe de scénarios» Le mode «groupe de scénarios» : Choix par l utilisateur de scénarii déjà définis, Exécution en séquence. Intérêts : Calcul automatique de bilans statistiques (classes de pluie ou chroniques sur plusieurs années), Bilans exploitables sous Excel, Concept compatible avec le «complexe de réseaux», Concept compatible avec les calculs de transport de pollution. Démonstration du logiciel HYDRANET

11 Démonstration L interface graphique L interface utilisateur Barre de menus Barre d outils mise à jour des éléments Possibilité d importer un fond de plan calé Espace de travail Barre d outils création d éléments Barre de message Barre de défilement Zone de coordonnées Scénario en cours Barre d outil : mise à jour des éléments Mise à jour des éléments Effacer un élément Déplacer un élément Fusionner deux collecteurs Ajouter un nœud sur un collecteur Éditer les données d un élément : éditeur élémentaire Éditeur général Sauvegarder le réseau Obtenir une vue d ensemble du réseau Obtenir une vue centrée sur le réseau Zoomer : clic gauche = zoom+, clic gauche+ctrl = zoom - Réactualiser une vue Afficher/masquer le sens d écoulement des tronçons Visualisation contextuelle de résultats au niveau d un nœud ou d une liaison

12 Barre d outil : création des éléments Création des éléments Nœud et station de gestion Hydrologie Tronçons de collecteurs Éléments qui se posent sur un nœud appartenant au domaine filaire Nœud HY DHK Station de gestion Eléments uninodaux HY VA KV HC CPR DHP HC CPR DH BV HY BV Hydrologie BV ROUT HYBV Plv PLV Liaisons entre 2 noeuds QDZ QDL QDP QMS BO BO DE QMV RGB QDZ QDZ1 QMP QDQ QDQ1 QDL QDL1 RGZ Liaisons entre 2 nœuds MB MRKB MP MRKP RGQ Conditions limites aval QMTR ZQ CLZQ ZT CLZT QMK Conditions limite qui se posent sur un nœud QT CLQT ZF CLZF R CLBO QR RACC Barre de menu Barre de menus FICHIER Ouverture - Fermeture de réseau Importation - Exportation de données Enregistrement RESEAU Construction du réseau Caractérisation des éléments Génération de la typologie du réseau HYDROLOGIE Définition des apports temps sec Définition de la pluviométrie Caractérisation de la pollution SCENARIO Définition des paramètres de calcul d'une simulation hydraulique EXPLOITATION Exploitation des résultats des simulations hydrologiques et hydrauliques Mises en page Profils en long UTIL Etiquetage d'un élément Localisation d'un élément Scanner les éléments Visualisation de courbes

13 Construction d un réseau Création d un nouveau réseau Importation et calage d un fond de plan Importation d éléments à partir de fichiers texte : nœuds, collecteurs Définition d éléments dans l espace de travail : menu «réseau» ou barre de création des éléments Caractérisation des éléments Définition des propriétés associées à chaque élément Editeur général Définition de sections particulières

14 Typologie du réseau Profils en long Génération de la typologie du réseau Edition de profils en long Accès à la liste des branches et stations de gestion générées Pluviométrie Importation de pluies à partir de fichier texte : hyétogrammes, pluviomètres Pluviométrie en mode interne : hyétogramme, pluies simple et double triangle définies à partir des coefficients de Montana

15 Définition des scénarii Définition d un scénario Exécution des calculs Exécution des calculs

16 Exploitation des résultats Visualisation des résultats en tout point du réseau Mise en page des résultats Exploitation des résultats Evolution de la ligne d eau au cours du temps Calcul de bilans : débits, volumes, cotes minimales et maximales création d un fichier texte contenant les résultats

17 Objectifs de la démonstration Démonstration Montage d un modèle simple, Visualisation globale de l interface, Edition des paramètres, Génération et exécution d un scénario simple, Visualisation des résultats de la simulation. Le modèle Réseau unitaire partagé à l aval entre une surverse vers le milieu récepteur et un pompage vers une station d épuration Réseau unitaire STEP Station de pompage Déversoir d orage Milieu naturel Schéma de modélisation Points d apports dans le réseau Collecteurs modélisés Déversoir d orage Collecteur modélisé Station de gestion avec deux maillages Condition limite aval = STEP Condition limite aval = milieu naturel

18 Le modèle Bassin versant Exutoire de bassin versant Routage hydrologique Maillage par transition Maillage par pompage Station de gestion Marqueur de branche Collecteur Maillage par seuil Condition limite aval Suite avec l interface Exemple d application : MAGES

19 Exemple : MAGES Modèle d Aide à la Gestion des Effluents du SIAAP La modélisation réalisée comporte 5 sous modèles, ce qui a permis à plusieurs équipes de travailler en parallèle. Le modèle s étend sur toute la petite couronne parisienne. Il représente près de 500 km de réseau et 150 stations de gestion des flux. Il simule pour nœuds de calcul, 24 heures d écoulement en moins de 3 minutes (calcul des apports et modélisation hydraulique des 5 modèles). Ce modèle est interfacé avec un superviseur mis à la disposition du maitre d ouvrage et réalisé par le groupement Eau et Force - Satelec. Exemple : MAGES Zone d étude :

20 Exemple : MAGES Modèles hydrauliques : Bièvre Valenton Paris Seine-Saint-Denis Seine Aval Points de jonction entre les modèles Exemple : MAGES Jonctions entre les modèles : BIEV 3 raccords 5 raccords PAR 1 raccord 5 raccords D93 1 raccord 7 raccords VL 1 raccord 2 raccords SAV

21 Exemple : MAGES Interface : mode complexe Exemple d application : GRAND NANCY

22 Exemple : Grand Nancy Mise à jour du schéma directeur d assainissement et zonages d assainissement du Grand Nancy : 20 communes, habitants. Modélisation du réseau d assainissement : Volet hydraulique: Diagnostic hydraulique des réseaux, Recherche des dysfonctionnements en situations actuelle et future, Proposition d aménagements. Volet qualité: Evaluation de l impact du fonctionnement du réseau sur la qualité du milieu récepteur, Hiérarchisation des déversements unitaires vers le milieu récepteur, Hiérarchisation de la qualité des cours d eau par temps sec et par temps de pluie, Proposition d aménagements. Exemple : Grand Nancy 5 sous modèles : mode complexe Modélisation hydrologique : 516 bassins versants, ha : surface active, m3/j : temps sec. Modélisation hydraulique : 200 km de réseau modélisé Meurthe et principaux cours d eau, 45 bassins de stockage, 326 ouvrages singuliers. Modélisation qualité : 4 paramètres, Temps sec et temps de pluie, Dilution dans les cours d eau.

23 Exemple : Grand Nancy Caractérisation du modèle qualité Définition de la pollution de temps sec Définition de la pollution de temps de pluie : coefficient d arrachement et stocks de pollution initiaux Exemple : Grand Nancy Pluviométrie modélisée Hydraulique : Coefficients de Montana Météo France Pluies de projet Qualité : simulation d une chronique de pluie de 2 ans 173 évènements pluvieux (2002 et 2004) h de pluies simulées