Aménagements et gestion des eaux pluviales: concepts, réglementation et applications. Gilles Rivard, ing. M. Sc.

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1 Aménagements et gestion des eaux pluviales: concepts, réglementation et applications Gilles Rivard, ing. M. Sc. FIHOQ Saint-Hyacinthe Novembre 2009

2 Gestion des eaux pluviales Si nous voulons que les choses demeurent comme elles sont, les choses devront changer. Giuseppe di Lampedusa Si tout le monde pense la même chose, alors quelqu un ne réfléchit pas. G. Patton

3 PRÉSENTATION CONTEXTE GÉNÉRAL IMPACTS DE L URBANISATION SUR LES EAUX PLUVIALES ÉVOLUTION DES CONCEPTS DE GESTION DES EAUX PLUVIALES RÉGLEMENTATION RESSOURCES APPLICATIONS Évaluation des volumes Types de pratiques et critères de conception Applications et approches spécifiques

4 CONTEXTE GÉNÉRAL IMPACTS HYDROLOGIQUES Cycle hydrologique et mécanismes de ruissellement

5 CONTEXTE GÉNÉRAL IMPACTS HYDROLOGIQUES Pourcentage imperméable Composantes du cycle hydrologique modifiées Interception Évapotranspiration Infiltration

6 CONTEXTE GÉNÉRAL IMPACTS HYDROLOGIQUES Augmentation des débits et des volumes de ruissellement Modification du régime hydrologique Pluie + occupation du sol modifiée = débits différents

7 CONTEXTE GÉNÉRAL IMPACTS HYDROLOGIQUES Pourcentage imperméable

8 CONTEXTE GÉNÉRAL IMPACTS HYDROLOGIQUES Pourcentage imperméable

9 CONTEXTE GÉNÉRAL IMPACTS HYDROLOGIQUES

10 CONTEXTE GÉNÉRAL IMPACTS HYDROLOGIQUES Schueler, 2008

11 CONTEXTE GÉNÉRAL IMPACTS HYDROLOGIQUES Augmentation du pourcentage de précipitation qui ruisselle

12 CONTEXTE GÉNÉRAL IMPACTS HYDROLOGIQUES Pourcentage imperméable

13 CONTEXTE GÉNÉRAL IMPACTS HYDROLOGIQUES Débits importants plus fréquents et plus élevés Durée accentuée des débits importants pour la géomorphologie des cours d eau Débits de crue plus rapides et vitesses accentuées Altération des échanges entre les bandes riveraines et les plaines de débordement Altération de la durée des périodes de débits faibles Conversion des débits en ruissellement de surface (moins de recharge des nappes souterraines)

14 CONTEXTE GÉNÉRAL IMPACTS SUR LA QUALITÉ Qualité de l eau inférieure

15 CONTEXTE GÉNÉRAL IMPACTS SUR LA QUALITÉ NURP ( National Urban Runoff Program) 1983 Métaux (Cu, Pb et Zn) Bactéries coliformes Nutriments MES Modification Clean Water Act (1987) 2300 événements dans 28 régions métropolitaines

16 CONTEXTE GÉNÉRAL IMPACTS GÉOMORPHOLOGIQUES (Leopold, 1968) Augmentation importante t du nombre de fois par année pour des débits fréquents

17 CONTEXTE GÉNÉRAL IMPACTS GÉOMORPHOLOGIQUES Seuils (Thresholds (Booth, 2005))

18 CONTEXTE GÉNÉRAL RÉSUMÉ DES IMPACTS RECHARGE DE LA NAPPE PHRÉATIQUE QUALITATIFS GÉOMORPHOLOGIE (COURS D EAU) QUANTITATIFS

19 ÉVOLUTION DES CONCEPTS HISTOIRE ACCÉLÉRÉE DU DRAINAGE URBAIN À partir du milieu des années 1800 et pour les 100 années qui suivirent: peu de changements dans les approches générales Évacuation rapide et efficace Méthode rationnelle (1851 Mulvaney et 1889 Kuichling)

20 ÉVOLUTION DES CONCEPTS HISTOIRE ACCÉLÉRÉE DU DRAINAGE URBAIN Jusqu aux années 1960: méthode rationnelle

21 ÉVOLUTION DES CONCEPTS HISTOIRE ACCÉLÉRÉE DU DRAINAGE URBAIN Années 1970 : Contrôle de la quantité pour inondation

22 ÉVOLUTION DES CONCEPTS HISTOIRE ACCÉLÉRÉE DU DRAINAGE URBAIN Années 1980 : Réseaux séparés Mesures de la pollution associée au ruissellement Années 1990 : Emphase sur le contrôle de la qualité

23 ÉVOLUTION DES CONCEPTS HISTOIRE ACCÉLÉRÉE DU DRAINAGE URBAIN Années 2000 : Re définition dans un nouveau contexte Développement durable Gestion en tenant compte des systèmes écologiques gq Compréhension plus approfondie des effets du ruissellement sur les milieux récepteurs Approches pour considérer l eau en milieu urbain de façon intégrée Gestion par bassin

24 ÉVOLUTION DES CONCEPTS HISTOIRE ACCÉLÉRÉE DU DRAINAGE URBAIN Tendances Nouveau paradigme fondamental Reproduction des processus naturels et minimisation des impacts hydrologiques gq totaux vs ruissellement rapide et efficace Filière de traitement au lieu des systèmes de bordures et grilles Gamme complète des pluies à contrôler Contrôle du volume

25 ÉVOLUTION DES CONCEPTS Critères de conception Gamme complète de pluie Contrôle du volume

26 ÉVOLUTION DES CONCEPTS

27 ÉVOLUTION DES CONCEPTS Approche avec filière de traitement Ruissellement des eaux pluviales Pratiques au niveau du lot (contrôle à la source) Prévention de la pollution Contrôle à la source Principes d aménagement Pratiques pour le transport des eaux pluviales Contrôles sur le terrain (sur les lots) Contrôles dans le réseau de drainage Pratiques en fin de réseaux Contrôles à la sortie de l émissaire Plans et cours d eau récepteurs

28 ÉVOLUTION DES CONCEPTS HISTOIRE ACCÉLÉRÉE DU DRAINAGE URBAIN Implications pour la planification, la conception ainsi que les aspects financiers et opérationnels Planification intégrée, é avec des équipes multidisciplinaires Solutions adaptées Approches différentes pour les aspects financiers i et opérationnels

29 ÉVOLUTION DES CONCEPTS NOUVEAU PARADIGME Planification intégrée De traditionnelle à Systèmes de drainage Réactif (résoudre les problèmes) Ingénieurs en charge Protection de la propriété Conduites et évacuation rapide Décisions unilatérales Équipements municipaux Focus sur les pluies extrêmes Débit de pointe intégrée Écosystèmes Proactif (prévenir les problèmes) Multi disciplinaires Protection de la propriété et des habitats Reproduction des processus naturels Consensus Partenariats avec d autres propriétaires Eau intégrée au développement Débitet volume de ruissellement (Colombie Britannique, 2005)

30 ÉVOLUTION DES CONCEPTS NOUVEAU PARADIGME Terminologie Contrôle à la source Différent termes Prévention de la pollution ou mesures de contrôle près du site Techniques alternatives / compensatoires Bestmanagementpractices (BMPs) LID (Low Impact Development) SUD (Sustainable Urban Drainage) WSUD (Water sensitive Urban Design)

31 RÉGLEMENTATION GUIDES PROVINCIAUX

32 RÉGLEMENTATION GUIDE SUR LA GESTION DES EAUX PLUVIALES 14 chapitres couvrant tous les aspects pour développer des solutions appropriées pour la gestion des eaux pluviales; Annexes pour plantation, taux de percolation et exemples de calculs Objectif : fournir un outil et des références techniques pour aider le concepteur (pas une norme)

33 RÉGLEMENTATION GUIDE SUR LA GESTION DES EAUX PLUVIALES 1. Introduction 2. Impacts et justifications 3. Planification i intégrée é de la gestion des eaux pluviales l au Québec 4. Développement du territoire et gestion des eaux pluviales 5. Système de drainage en zone urbaine 6. Évaluation quantitative du ruissellement aspects hydrologiques 7. Aspects hydrauliques pour l analyse et la conception des réseaux de drainage

34 RÉGLEMENTATION GUIDE SUR LA GESTION DES EAUX PLUVIALES 8. Qualité des eaux pluviales: évaluation, contrôle et suivi 9. Contrôle de l érosion et géomorphologie 10. Modélisation 11. Les pratiques de gestion optimales pour les eaux pluviales 12. Considérations d opération et d entretien 13. Coûts 14. Grille d analyse d aide à la décision Annexes Plantations Infiltration Calculs

35 RÉGLEMENTATION GUIDE SUR LA GESTION DES EAUX PLUVIALES 4 niveaux de planification

36 RÉGLEMENTATION GUIDE SUR LA GESTION DES EAUX PLUVIALES Différents critères de contrôle

37 RÉGLEMENTATION GUIDE SUR LA GESTION DES EAUX PLUVIALES Recharge (contrôle pour maintien du cycle hydrologique) Pas d exigence minimale imposée Maximiser l infiltration locale près delasource pourréduireréduire les volumes

38 RÉGLEMENTATION GUIDE SUR LA GESTION DES EAUX PLUVIALES Critères qualitatifs Pourcentages d enlèvement des MES (80 % (normal) ou 60 % (minimal)) Pourcentage d enlèvement du phosphore (40 %)

39 RÉGLEMENTATION GUIDE SUR LA GESTION DES EAUX PLUVIALES Critère quantitatif Conditions de pré développement à maintenir pour une gamme de débits Établissement des contrôles avec analyse à plus grande échelle (objectifs globaux)

40 RÉGLEMENTATION GUIDE SUR LA GESTION DES EAUX PLUVIALES Le Guide de gestion des eaux pluviales s appuiera sur des concepts actualisés: contrôle des volumes, gamme complète de pluies, approche intégrée multi disciplinaire pour intégration de l eau au milieu urbain Mesures de contrôle à la source sont au centre de cette redéfinition des approches globales de drainage Implications pour tous les intervenants dans le développement urbain (planification, ingénieurs, aménagistes paysagers, biologistes)

41 RESSOURCES GUIDES CANADIENS

42 RESSOURCES GUIDES NORD AMÉRICAINS

43 RESSOURCES GUIDES NORD AMÉRICAINS

44 RESSOURCES GUIDES NORD AMÉRICAINS

45 RESSOURCES GUIDES NORD AMÉRICAINS

46 RESSOURCES GUIDES NORD AMÉRICAINS Ville de Portland d( (Orégon) Ville de Seattle (Washington)

47 APPLICATIONS TYPES DE PRATIQUES Ruissellement des eaux pluviales l Toits murs verts Jardins de pluie Biorétention Bande filtrante Prévention de la pollution Contrôle à la source Principes d aménagement Contrôles sur le terrain (sur les lots) Noues Biorétention Contrôles dans le réseau de drainage Bassins avec ou sans retenue permanente Marais artificiel Contrôles à la sortie de l émissaire Plans et cours d eau récepteurs

48 APPLICATIONS TYPES DE PRATIQUES Catégorie Contrôle à la source (terrain privé) Contrôle à la source (terrain public) Exemples de techniques applicables Toits verts Collecte et réutilisation de l eau de pluie Jardin de pluie (bio-rétention) Pavage poreux Aménagement absorbant Puits d infiltration Petit bassin sec Petit bassin avec retenue permanente Infiltration sur la pelouse Tranchée/Bassin d infiltration ti Bande filtrante Bio-rétention Fossés engazonnés/aménagés Pavage poreux Contrôle en réseau Fossés engazonnés/aménagés é é (terrain public) Fossés avec systèmes d infiltration Systèmes avec exfiltration Contrôle à la sortie de l émissaire (terrain public) Bassin sec Bassin avec retenue permanente Marais artificiel

49 APPLICATIONS TYPES DE PRATIQUES Maison unifamiliale

50 APPLICATIONS TYPES DE PRATIQUES Biorétention

51 APPLICATIONS TYPES DE PRATIQUES Biorétention (Schueler, 2008)

52 APPLICATIONS TYPES DE PRATIQUES Biorétention

53 APPLICATIONS TYPES DE PRATIQUES Biorétention

54 APPLICATIONS TYPES DE PRATIQUES Biorétention

55 APPLICATIONS TYPES DE PRATIQUES Biorétention (Schueler, 2008)

56 APPLICATIONS TYPES DE PRATIQUES Biorétention prétraitement (Schueler, 2008)

57 APPLICATIONS TYPES DE PRATIQUES Bande filtrantet

58 APPLICATIONS TYPES DE PRATIQUES Bande filtrante

59 APPLICATIONS TYPES DE PRATIQUES Noues

60 APPLICATIONS TYPES DE PRATIQUES Noues sans retenue permanente

61 APPLICATIONS TYPES DE PRATIQUES Noues sans Noues sans retenue permanente

62 APPLICATIONS TYPES DE PRATIQUES Noues sans Noues sans retenue permanente

63 APPLICATIONS TYPES DE PRATIQUES Noues avec Noues avec retenue permanente

64 APPLICATIONS Cumu ulative probability distribution (%) Qualité Recharge Aéroport de Dorval (Montréal) Événements pluviométriques de plus de 1 mm (3386 événements à 1992) Durée minimale inter-événements - 6 heures Érosion 14 mm - 80 % 22 mm - 90 % Inondation Rainfall quantity per event (mm)

65 APPLICATIONS CRITÈRES DE CONCEPTION ET DONNÉES DE BASE Précipitation Coefficients i de régression pour les courbes IDF (Intensité Durée Fréquence) é Fé pour des durées inférieures i à 6 heures (i = A/(B+t) c ). L intensité i est en mm/h et le temps t en minutes. (Rivard, 2005). Station Période de retour 2 ans 5 ans 10 ans 25 ans 50 ans 100 ans Aéroport Dorval (Mtl) i = i = i = i = i = i = ( t) ( t) ( t) ( t) ( t) ( t) ( ) Saint-Hubert ( ) i = ( t) i = ( t) i = ( t) i = ( t) i = ( t) i = ( t) L Assomption ( ) i = ( t) i = ( t) i = ( t) i = ( t) i = ( t) i = ( t) Shawinigan ( ) i = ( t) i = ( t) i = ( t) i = ( t) i = ( t) i = ( t) Aéroport Québec ( ) i = ( t) i = ( t) i = ( t) i = ( t) i = ( t) i = ( t) Bagotville ( ) i = ( t) i = ( t) i = ( t) i = ( t) i = ( t) i = ( t)

66 APPLICATIONS CRITÈRES DE CONCEPTION ET DONNÉES DE BASE Taux d infiltration avec facteur de sécurité Types de sol Conductivité hydraulique saturée Taux d infiltration pour conception (facteur de sécurité de 0,5) (mm/h) (m/s) (mm/h) (m/s) Sable 210 5,83 x ,92 x 10-5 Sable limoneux 61 1,69 x ,5 8,45 x 10-6 Limon 26 7,22 x ,61 x 10-6 sablonneux Limon 13 3,61 x ,5 1,81 x 10-6 Limon silteux 6,8 1,89 x ,4 9,45 x 10-7 Limon argilosablonneux 4,3 1,19 x ,2 5,95 x 10-7 Limon argileux 2,3 6,39 x ,2 3,20 x 10-7 Limon argilo- 1,5 4,17 x ,75 2,09 x 10-7 silteux Argile 1,2 3,33 x ,6 1,67 x 10-7 sablonneuse Argile silteuse 0,9 2,50 x ,45 1,25 x 10-7 Argile 0,6 1,67 x ,3 8,35 x 10-8 (facteur de sécurité peut être abaissé à 0.3 si les conséquences d un dépassement de capacité sont importantes)

67 APPLICATIONS CRITÈRES DE CONCEPTION ET DONNÉES DE BASE Type de sol Graviers sablonneux et sables graveleux (90 % de l échantillon Taux d infiltration à court terme (mm/h) * Facteur de correction Taux d infiltration estimé à long terme (mm/h) ** de sol est retenu par le tamis 10) Sable Sable ,5 limoneux Limon ,2 sablonneux Limon 12,5 4 3,1 (Washington, 2005)

68 APPLICATIONS CRITÈRES DE CONCEPTION ET DONNÉES DE BASE Le dimensionnement de la surface, pour une variante sans drain perforé, s effectue avec l équation suivante (MPCA, 2005) : A=(V Q xd f ) / ((i x (h f +d f )x t f ) Où A = surface du lit de biorétention (m 2 ) V Q = volume pour le contrôle de la qualité (m 3 ) d f = profondeur du lit filtrant (m) i = taux d infiltration pour le sol sous-jacent (m/jour) h f = hauteur d eau moyenne au-dessus du lit pour les conditions de design (m) t f = temps de vidange maximal (48 h)

69 APPLICATIONS CRITÈRES DE CONCEPTION ET DONNÉES DE BASE Pour une variante avec drain perforé, le calcul de la surface s effectue avec l équation (MPCA, 2005) : A=(V Q xd f ) / ((k x (h f +d f )x t f ) Où A = surface du lit de biorétention (m 2 ) V Q = volume pour le contrôle de la qualité (m 3 ) d f = profondeur du lit filtrant (m) k = coefficient de perméabilité du média filtrant (pris à 0,15 m/jour (Claytor et Schueler, 1996) pour tenir compte du colmatage. h f = hauteur d eau moyenne au-dessus du lit pour les conditions de design (m) t f = temps de vidange maximal (48 h)

70 APPLICATIONS CRITÈRES DE CONCEPTION ET DONNÉES DE BASE Pour une variante avec drain perforé, le calcul de la surface s effectue avec l équation (MPCA, 2005) : A=(V Q xd f ) / ((k x (h f +d f )x t f ) Où A = surface du lit de biorétention (m 2 ) V Q = volume pour le contrôle de la qualité (m 3 ) d f = profondeur du lit filtrant (m) k = coefficient de perméabilité du média filtrant (pris à 0,15 m/jour (Claytor et Schueler, 1996) pour tenir compte du colmatage. h f = hauteur d eau moyenne au-dessus du lit pour les conditions de design (m) t f = temps de vidange maximal (48 h)

71 APPLICATIONS CRITÈRES DE CONCEPTION ET DONNÉES DE BASE

72 APPLICATIONS CRITÈRES DE CONCEPTION ET DONNÉES DE BASE

73 CALCUL DU VOLUME Chiffrier pour calcul des volumes de rétention Caractéristiques de la pluie Débit de sortie (conduite ou infiltration)

74

75 EXEMPLES Aires avec biorétention

76 EXEMPLES Airesavec biorétention

77 EXEMPLES Aires avec biorétention

78 EXEMPLES Secteurs résidentiels

79 EXEMPLES Secteurs résidentiels Noues et aménagements dans l emprise de rue

80 EXEMPLES Aires avec biorétention

81 EXEMPLES Aires avec biorétention

82 EXEMPLES Aires avec biorétention

83 EXEMPLES Noues et aménagements dans Noues et aménagements dans l emprise de rue

84 EXEMPLES Noues et aménagements dans Noues et aménagements dans l emprise de rue

85 EXEMPLES Noues

86 EXEMPLES Secteurs résidentiels

87 EXEMPLES Aménagements dans secteurs denses

88 EXEMPLES

89 EXEMPLES

90 EXEMPLES Secteurs plusdenses Secteurs plus denses (Philadelphie)

91 EXEMPLES Secteurs plus denses (Philadelphie) Problèmes spécifiques de conception et de maintenance

92 EXEMPLES Secteurs plusdenses Secteurs plus denses (Philadelphie)

93 EXEMPLES

94 EXEMPLES

95 APPLICATIONS TYPES DE PRATIQUES ET CRITÈRES DE CONCEPTION Peter Stahre (Suède) Approche plus holistique Artful Rainwater Design (Echols et Pennypacker, Pennsylvanie) Portland, Seattle

96 APPLICATIONS TYPES DE PRATIQUES ET CRITÈRES DE CONCEPTION Opportunités à différentes échelles Régionale Quartier Site Emprise de rue Parcs et terrain non développé Au lot Réaménagement

97 APPLICATIONS TYPES DE PRATIQUES ET CRITÈRES DE CONCEPTION Barrières Résidentiel Commercial Définition d un bel aménagement Design et aménagement orientés vers les coûts les plus bas (pas d avantage financier perçu pour les aménagements) Mauvaises perceptions Entretien à long terme Action plan for sustainable practices Implementation strategies for the residential and business sectors in the Greater Toronto area Novembre 2006

98 CONCLUSIONS PRINCIPES GESTION QUALITATIVE DES EAUX PLUVIALES 1. Interventions ti à plusieurs niveaux (à la source, en réseau, à l exutoire) 2. Méthodes de calcul ladaptées aux petites pluies 3. Garder les eaux de ruissellement hors des réseaux (maximiser l infiltration) 4. Investir en surface (aménagement, avec technologies vertes) 5. Contrôles multiples à planifier avec une approche intégrée

99 POUR CONCLURE Nouveau paradigme:contrôle des volumes, gamme complète de pluies, approche intégrée multi disciplinaire pour intégration de l eau au milieu urbain Mesures de contrôle à la source sont au centre de cette redéfinition des approches globales de drainage usage plus accentué des phytotechnologies Profondes implications pour tous les intervenants dans le développement urbain (planification, ingénieurs, architectes paysagistes, biologistes) Importance accrue du contrôle à la source dans le contexte de changements climatiqueset et de mesures d adaptation dadaptation

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