L'objectif de retEAU est la modélisation des bassins de rétention des eaux usées intégrés au réseau unitaire de la ville de Québec. Mon travail au sein de l'équipe consiste à optimiser la vidange des bacs de rétention. La première étape de mon stage a été une recherche bibliographique pour me permettre de comprendre la mise en œuvre du contrôle en temps réel de la gestion des eaux usées en zone urbaine, et de réaliser une veille scientifique pour constater qu'aucun travail scientifique n'a été fait sur ce sujet. la modélisation et l'optimisation du drainage des bassins de rétention.
La conclusion de cette revue sera qu’il n’existe aucune publication traitant du thème de la modélisation du ruissellement. Parallèlement, l'autre rôle que j'occupe au sein de l'équipe retEAU est le reflet de l'optimisation de la vidange des bassins de rétention dans le réseau unitaire de la ville de Québec. Le groupe de travail retEAU a été créé à la suite d'une maîtrise réalisée par Frédéric Rondeau sur le comportement du réseau urbain à Québec.
Le travail de terrain et de laboratoire
Prélèvements et Analyse
En effet, par temps de pluie les prélèvements sont effectués lors d'un déversement, c'est à dire lorsque le débit d'eau en entrée est trop important par rapport au débit en sortie, la chambre de contrôle se remplit et l'eau va donc s'écouler vers le bassin de rétention. Par temps sec, l'échantillonneur n'est pas le meilleur instrument pour effectuer des prélèvements, car lorsqu'il ne pleut pas, l'eau entrante est très concentrée et forme un blocage à l'entrée du tube. Acheminement de l'eau jusqu'à saturation du débit de sortie Acheminement de l'eau en cas de débordement Acheminement de l'eau lorsque le bassin de rétention est vidé.
Cette analyse a été réalisée pour caractériser la différence de concentration pouvant survenir 30 minutes après le placement de ces eaux usées. La mesure de la disponibilité de l'eau permet de prédire, lors d'un débordement, la qualité de l'eau qui sera rejetée dans le cours d'eau récepteur. A partir des résultats, il sera possible de savoir à partir de quel temps de rétention il est judicieux de provoquer un débordement, s'il est inévitable, afin d'évacuer l'eau la moins polluée.
Résultat
La partie modélisation
Pour cela, le logiciel WEST est l’un des instruments les plus efficaces pour simuler les réseaux urbains. Le logiciel WEST est utilisé aussi bien pour les simulations à court terme qu'à long terme, que ce soit pour simuler un temps sec ou pluvieux, il est possible d'estimer le débit d'eau et, en même temps, la qualité de cette eau entrant dans le réseau unifié et allant aux eaux usées. dispositif de nettoyage. De plus, le modèle prend en compte tous les paramètres importants pour la caractérisation de cette eau : concentration en DCO, demande en azote ammoniacal, en phosphore ou encore en oxygène dissous.
L'avantage du modèle mis en œuvre dans WEST est qu'il offre une vision globale de l'ensemble du réseau urbain, prenant en compte le réseau d'assainissement, ainsi que la station d'épuration et le cours d'eau récepteur. Lorsque j'ai commencé à utiliser le logiciel WEST grâce au tutoriel fourni par le logiciel, j'ai eu accès à un modèle de réseaux intégrés d'eaux usées urbaines créé par Lorenzo Benedetti, ancien étudiant en thèse de Peter Vanrolleghem. Il s'agit des communes de Granollers et de La Garriga (100 000 habitants), autour du fleuve Congost dans le bassin de la Besòsa (72 km2).
Ces deux villes sont situées en Catalogne, en Espagne, près de la ville de Barcelone. Il s'agit d'une toute nouvelle implémentation, la simulation s'exécute très rapidement, tout en prenant en compte de nombreux calculs. La station d'épuration de La Garriga a une capacité de traitement de 4 000 m3/jour, tandis que celle de Granollers a une capacité de traitement de 23 000 m3/jour.
Une des particularités de cet emplacement, visible sur la figure 15, est qu'il existe un contournement entre les deux stations, qui est lié à la différence de capacité entre les deux stations. Voir annexe 4 : Partie amont du modèle, commune de La Garriga Voir annexe 5 : Partie aval du modèle, commune de Granollers. Il s'agit du fichier d'entrée de simulation dans lequel toutes les valeurs d'entrée sont saisies, en particulier les données pluviométriques du bassin versant.
Ce fichier permettra de comprendre comment la station réagit à une pluie forte et très courte (un orage) ou à une pluie plus longue mais moins intense.
Compréhension du modèle
Voir Annexe 6 : Chargement de NH4 et P04 à l'entrée de la station « amont » pendant une semaine. Voir Annexe 7 : Charge fluviale en NH4 (g/j) par différents points de rejet des stations. Ainsi, le premier jour, au milieu de la journée, il y a de fortes pluies, assez fortes mais de très courte durée.
Le modèle réagit de telle manière qu'il n'y a pas de rejet dans la rivière : on remarque d'abord un fort pic à l'entrée de la station au niveau du débit d'eau. Au niveau de la rivière, la charge en NH4 augmente significativement en cas de pluie après les deux stations de traitement. Voir Annexe 9 : Charge fluviale en NH4 (g/j) par station « amont » avec et sans pluie.
Un autre élément intéressant est la réponse du contournement et des bassins de rétention. Par contre, du fait de la plus grande intensité des pluies, il y aura un débordement dans le bassin RB_2_G. Examinons maintenant l'effet d'une pluie moins intense et plus longue combinée à deux orages sur le fonctionnement de l'usine de traitement et sur la qualité de l'eau du cours d'eau récepteur.
La deuxième tempête ne remplit pas suffisamment le bassin pour qu'il déborde, mais la vidange n'est pas complète à la fin de la simulation. Concernant la pollution dans la rivière, après la station d'épuration en amont on constate une augmentation de la pollution après chaque pluie, due au by-‐. A cette occasion il est important de noter que toutes les informations tirées doivent être relativisées, car en fin de semaine l'évier RB_1_G n'a pas fini de se vider, donc l'analyse des résultats n'est que partiellement faite.
Pour la station amont, on constate que la pluie provoque une détérioration de la qualité de l'eau du fleuve Congost, le principal facteur de cette détérioration est l'augmentation excessive du débit d'eau à l'entrée de la station lorsqu'elle se produit. produit de la pluie, la station est saturée, une circulation se produit, et donc l'eau non traitée est envoyée directement à la rivière.
Intervention sur le modèle
Cependant, l'efficacité de cette modification est très peu visible au niveau de la concentration minimale en oxygène qui varie très peu, tout comme la concentration en NH4. La charge de NH4 ne se développe pas correctement après modification du débit. Au niveau du bypass avant la station amont, la diminution de la charge en NH4 reste la même, mais à l'inverse la charge du bypass avant la station aval augmente, cela s'explique par un débordement de RB_1_G.
Le scénario 1 a permis de déterminer les localisations des bassins de rétention et les conséquences de la modification de certains paramètres. Voir Annexe 21 : Profil de la charge de NH4 (g/j) reçue par la rivière après la station aval avant et après intervention sur le modèle. Sur le graphique, on voit que la charge envoyée par temps pluvieux (pointes) est la même, l'amélioration se fait principalement dans les détours par temps sec lors de la vidange des piscines.
Une diminution de la concentration de NH4 dans la rivière est visible (Figure 28) avec une réduction de la concentration maximale de 7%, alors qu'il n'y a pas d'amélioration visible de la concentration en oxygène. Il faut toutefois noter que selon Lessard et Lavallée (1985), les différences de qualité de l'eau en période de pluie ou de temps sec ne sont pas significatives. Plusieurs études ont montré que les bassins de rétention ont un impact significatif sur l’amélioration de la qualité de l’eau.
Trois autres compteurs d'eau mesurent le niveau d'eau en amont et en aval du robinet d'arrêt. Dans le bassin de rétention, deux jauges de niveau d'eau mesurent les niveaux d'eau dans les différentes pièces du bassin, et une dernière permet de suivre l'évolution dans la canalisation d'évacuation. A partir de là, une régulation de l’ouverture de la vanne d’arrêt sera mise en place pour optimiser le débit vers la station d’épuration.
Une autre partie du modèle intégré est la station d'épuration, avec ses différentes unités : le modèle de clarification, souvent avec un modèle bidimensionnel. Cette méthode a été appliquée à un intercepteur du réseau d'égouts de la ville de Laval. Le module d'aide à la décision utilisé par le RTC de Québec est Csoft, il est capable de simuler l'ensemble du GO RTC.
GOC est un autre logiciel, c'est un modèle de simulation et d'optimisation qui permet de déterminer les débits optimaux pour toutes les stations de contrôle, il est exécuté toutes les 5 minutes, avec des données d'entrée de prévisions météorologiques, de données de précipitations, d'orifices et de capacité de la station. Le débit d'entrée de la station d'épuration est une contrainte, alors que dans ce cas il serait intéressant qu'il soit une variable.
