|
|
Étudas de cas
5.1.2 Scénario 2-Conception du système
BVF (avec bassin externe)
Dans cette étude de cas, voici les modifications qui doivent
être apportées aux systèmes existants :
- resurfaçage de l'enclos afin que sa surface soit étanche
à l'eau après aménagement d'une pente vers
le point de captage;
- construction d'un ponceau au-dessus du tuyau de transfert.
Les aménagements doivent aussi comprendre l'ajout des éléments
suivants :
- bassin de stockage-décantation externe (existant) et puisard
doté d'un siphon ou d'une pompe;
- tuyau d'amenée et tuyau de transfert;
- BVF, tuyau d'épandage et digues périmétriques.
Les pages qui suivent décrivent le processus décisionnel
appliqué à la conception du système.
Aire de captage des eaux de ruissellement
Bassin de stockage-décantation
Bassin de captage-évacuation des eaux de ruissellement
Tuyau de transfert
Tuyau d'épandage
Zone d'infiltration
| Étape |
Description |
Méthode |
Calculs |
| 1.1 |
Déterminer la superficie
contribuant au volume d'écoulement. |
Tracer sur une carte le réseau
hydrographique autour de l'aire de captage envisagée; indiquer
toutes les surfaces alimentant l'aire de captage en eaux de ruissellement;
éliminer toutes les sources d'eau propre; détourner
l'eau propre en amont et les eaux usées d'autres sources. |
|
| 1.2 |
Délimiter
et mesurer l'aire de captage. |
Mesurer la surface
alimentant l'aire de captage en eaux de ruissellement. |
Largeur = 20 m
Longueur = 50 m
Aire = 20 m × 50 m
= 1 000 m2 |
| 1.3 |
Trouver le coefficient
de ruissellement (voir section 3.1.3). |
La surface de l'aire
de captage doit être faite d'un matériau non poreux.
On suppose que la surface est en béton et que le coefficient
de ruissellement est de 0,95. |
C = 0,95 |
| 1.4 |
Déterminer
le volume de stockage et le débit de pointe. |
|
|
| 1.4.1(a) |
Option 1
— Trouver l'épisode de pluie nominal (voir section
3.1.4) dans le but de calculer le volume de stockage maximal que
doit avoir le bassin de stockage-décantation conformément
à la méthode prudente. |
Trouver dans le
tableau 6.1, le centre le plus proche de la ferme et déterminer
le volume de stockage maximal à prévoir. |
Centre WPCP d'Oshawa
Si A (aire de captage) = 1 000 m2, le volume de stockage
maximal sera le suivant :
Vmax = 69,1 m3
|
| |
ou |
|
|
| 1.4.1(b) |
Option
2 — Utiliser les tables IDF et l'équation
3.1 pour déterminer le volume de stockage maximal. |
À partir
des tables IDF, trouver la quantité de pluie laissée
en 24 heures par un épisode de pluie à récurrence
de 25 ans à l'endroit le plus rapproché de la ferme
(centre WPCP d'Oshawa) et calculer le volume de stockage maximal.
|
Si A (aire de captage)
= 1 000 m2 et si la quantité de pluie laissée
en 24 heures par un épisode de pluie à récurrence
de 25 ans au centre WPCP d'Oshawa = 72,7 mm, le volume de stockage
maximal sera le suivant :
Vmax = (0,95) (72,7 × 10-3)(1 000
m2)
= 69,1 m3 |
| 1.4.2(a) |
Option
1 — Choisir le volume de stockage minimal en fonction
du volume d'écoulement produit en 15 minutes par le débit
de pointe sur 5 minutes d'un épisode de pluie à
récurrence de 25 ans (voir la section 3.1.4 pour savoir
comment calculer le volume de stockage minimal du bassin de stockage-décantation
par la méthode rationnelle). |
Trouver dans le
tableau 6.2 le centre le plus proche de la ferme et déterminer
le volume d'écoulement produit. |
Centre WPCP d'Oshawa
Si A (aire de captage) = 1 000 m2, le volume de stockage
minimal est le suivant : Vmin = 31,7 m3
|
| Calculer le débit
de pointe en divisant le volume obtenu dans le tableau 6.2 par
la durée de rétention de 900 secondes. |
qp =
Vmin/900 = 31,7/900 =
35 × 10-3 m3/s
|
| |
ou |
|
|
| 1.4.2(b) |
Option
2 — Utiliser les tables IDF et les équations
3.2 et 3.3 pour trouver le débit de pointe et le volume
de stockage minimal.
Calculer le volume de stockage minimal.
|
Utiliser l'équation
3.2.
L'intensité de pluie mesurée sur 5 minutes lors
d'un épisode de pluie à récurrence de 25
ans par le centre WPCP d'Oshawa est de 137,4 mm/h.
|
Si A (aire de captage)
= 1 000 m2, le débit de pointe sera le suivant
: qp = (0,0027) (0,95) (137,4 mm/h) (0,1 ha) = 35 ×
10-3 m3/s |
| Utiliser l'équation
3.3 pour déterminer le volume de stockage minimal. |
Volume de stockage
minimal du bassin de stockage-décantation : Vmin
= htmqp
= (900 sec) (35 × 10-3 m3/s)
= 31,5 m3 pour une durée de rétention
de 15 minutes |
Bassin de stockage-décantation
| Étape |
Description |
Méthode |
Calculs |
| 2.1 |
Choisir le type de bassin
(voir section 3.2). |
Choisir entre un bassin intégré
délimité par des murs de retenue ou un bassin externe
à fonction unique. |
Bassin externe à fonction
unique |
| 2.3 |
Aménager un bassin
de stockage-décantation externe à fonction unique. |
|
|
| 2.3.1(a) |
Déterminer le volume
de stockage maximal nécessaire. |
Ce volume est égal
au volume de stockage maximal calculé à l'étape
1.4.1(a) ou à l'étape 1.4.1(b). |
Vmax = 69,1 m3 |
| |
ou |
|
|
| 2.3.1(b) |
Déterminer le volume
de stockage minimal nécessaire. |
Le volume de stockage minimal
nécessaire est égal au volume calculé à
l'étape 1.4.2(a) ou à l'étape 1.4.2(b). |
Vmin = 31,7 m3 |
| 2.3.2 |
Déterminer le volume
de stockage de la structure existante. |
|
|
| 2.3.2.1 |
Déterminer
la capacité de stockage de la structure existante. |
Soustraire la
hauteur de la revanche et celle du déversoir d'urgence
avant de calculer le volume de stockage maximal. |
Dimensions du
bassin existant : profondeur
= 1,5 m; diamètre = 7 m
V = [3.14(7)2/4] × (1,5 - 0,3 - 0,15) = 40,4
m3
Comme le volume de stockage est supérieur au volume de
stockage minimal (31,7 m3) requis, le bassin existant
peut servir à recueillir les eaux de ruissellement, bien
qu'il ne permette pas d'accueillir le volume d'écoulement
produit en 24 heures par un épisode de pluie à récurrence
de 25 ans (69,1 m3) |
| 2.3.2.2 |
Déterminer les paramètres
d'exploitation de la structure existante. |
Déterminer la hauteur
du volume de stockage maximal. |
Hauteur = 1,50 m |
| Déterminer la hauteur
du volume de stockage maximal, diminuée de celle de la
revanche et de celle du déversoir d'urgence. |
Hauteur = 1,05 m |
| Déterminer la hauteur
du volume de stockage minimal. |
Hauteur = 0,82 m (hypothèse) |
| 2.3.4 |
Calculer le débit sortant
du bassin de stockage-décantation externe. |
Utiliser l'équation
3.6 fondée sur le principe de la propagation du débit
de l'amont vers l'aval, étant donné que le volume
de stockage disponible est inférieur au volume de stockage
calculé à l'étape 2.3.1(a) mais supérieur
au volume de stockage minimal permettant d'accueillir le volume
d'écoulement produit pendant 15 minutes par le débit
de pointe sur 5 minutes d'un épisode de pluie à
récurrence de 25 ans, tel qu'il est établi à
l'étape 2.3.1(b). |
qp = 35 ×
10-3 m3/s
V = 40,4 m3 = 4,04 × 10-3 ha-m
R = 72,7 mm (table IDF - Oshawa)
A = 1 000 m2 = 0,1 ha
qo = 35 × 10-3 [1,25 - (1500 ×
4,04 × 10-3/72,7 × 0,1 + 0,06)0,5]
= 10,7 × 10-3 m3/s
|
Bassin de captage-évacuation
des eaux de ruissellement
| Étape |
Description |
Méthode |
Calculs |
| 3.1 |
Établir un point de captage là où
l'effluent sort de l'aire de captage et est évacué
vers le bassin de stockage externe. |
Choisir un dispositif de dégrillage pour
empêcher les gros débris d'entrer dans le bassin
externe. |
Dans le cas d'une grille en bois du genre clôture
en lattes verticales, il faut espacer les morceaux de 2 x 6 po
de ¾ po |
| 3.4 |
Calculer l'ouverture du diaphragme
en fonction de la capacité de débit transitant à
travers l'orifice. |
Dimensionner l'orifice en fonction
du débit sortant maximal du bassin de stockage-décantation
externe compte tenu d'une charge hydraulique égale à
la hauteur d'eau au-dessus du diaphragme (utiliser le tableau
3.1 ou l'équation 3.7). Utiliser le débit établi
à l'étape 2.3.4. |
Q = 10,7 × 10-3 m3/s
h = 1,05 - 0,82 = 0,23 m
Selon le tableau 3.1, le diamètre de l'orifice est D =
0,11 m
L'équation 3.7 donne :
A (aire de l'orifice)
= 10,7 × 10-3 m3/s/[(0,61) (2 ×
9,8 × 0,23)0,5]
= 8,26 × 10-3 m2;
et D (diamètre de l'orifice)
= (4 × 8,26 × 10-3/3.14)0,5
= 0,10 m |
| 3.5 |
Calculer le diamètre du drain. |
Choisir un drain qui accueille deux
fois le débit à la sortie du bassin de stockage-décantation
externe (utiliser le tableau 3.1 ou l'équation 3.7).
Utiliser le débit établi à l'étape
2.3.4.
|
Q = 10,7 × 10-3 m3/s
× 2
= 21,4 × 10-3 m3/s
h = 1,05 - 0,82 = 0,23 m
Selon le tableau 3.1, D (diamètre de l'orifice) = 0,14
m
L'équation 3.7 donne :
A = 21,4 × 10-3 m3/s
/[(0,61) (2 × 9,8 × 0,23)0,5]
= 16,5 × 10-3 m2; et D (diamètre
de l'orifice)
= (4 × 16,5 × 10-3/3.14)0,5
= 0,14 m |
| 3.6 |
Déterminer la superficie minimale des orifices
ponctuant la colonne montante perforée. |
Utiliser l'équation 3.7 pour déterminer
la superficie de l'ensemble des fentes. Majorer cette superficie
de 25 %. |
A = 10,7 × 10-3/[(0,61) (2 ×
9,8 × 0,23)0,5]
= 8,26 × 10-3× 1,25 = 10,3 × 10-3
m2
= 103 cm2
Pour obtenir 103 cm2 avec des fentes de 2 × 2
cm, il faut 26 fentes |
| 3.7 |
Décider des caractéristiques du puisard. |
Choisir les dimensions et le type appropriés
de puisard. Le niveau d'eau maximal dans le puisard doit arriver
sous la ligne de gel. Profondeur totale du puisard = profondeur
de la ligne de gel + profondeur nécessaire pour loger le
volume d'eau requis par la pompe ou le siphon. S'informer du volume
recommandé pour le puisard auprès de fabricants
de puisards et de siphons ou de pompes. |
|
| 3.8 |
Choisir le siphon. |
Communiquer avec un fabricant de siphons pour choisir
le mécanisme d'écoulement par gravité le
mieux adapté au puisard (p. ex. FloutTM) . |
|
Tuyau de transfert
| Étape |
Description |
Méthode |
Calculs |
| 4.1 |
Déterminer le débit
cible. |
Viser un débit dans
le tuyau de transfert qui soit de 10 % supérieur au débit
sortant du bassin de stockage-décantation, tel qu'il est
établi à l'étape 2.3.4. |
Q = 10,7 × 10-3
× 1,10 = 11,8 × 10-3 m3/s |
| 4.2 |
Déterminer la pente
minimale du tuyau de transfert. |
Utiliser l'équation
de Manning (équation 3.9), compte tenu d'une vitesse d'écoulement
minimale de 0,6 m/s et d'un coefficient de rugosité de
Manning de 0,009. |
A = Q/V = 11,8 × 10-3/0,6
= 0,020 m2
D = (4 × 0,020/3.14)0,5
= 0,16 m; choisir un tuyau de 200 mm
R = D/4 = 0,2/4 = 0,05 m
S = [0,6 × 0,009/(0,05)2/3]2
= 0,0016 m/m
|
| 4.3 |
Déterminer les variables
de calcul permettant d'évaluer le réseau de transfert. |
Déterminer l'élévation
de l'entrée du tuyau de transfert provenant du puisard. |
Élévation à
l'entrée = 253 m |
| Déterminer la course
du tuyau de transfert du puisard au sommet de la zone d'infiltration. |
Course du tuyau de transfert
= 260 m |
| Déterminer l'élévation
au sommet de la zone d'infiltration envisagée. |
Élévation au
sommet de la zone d'infiltration = 270 m |
| Déterminer
l'élévation à la sortie du tuyau de transfert. |
Élévation
à la sortie du tuyau de transfert
= 253 m - (0,0016 m/m × 260 m)
= 252,6 m |
| Comparer l'élévation
à la sortie du tuyau de transfert à l'élévation
au sommet de la zone d'infiltration (voir étape 4.4). |
Élévation à
la sortie du tuyau de transfert de 252,6 m contre élévation
au sommet de la zone d'infiltration de 270 m (voir étape
4.4) |
| Calculer le dénivelé
entre le point d'entrée du tuyau de transfert évacuant
l'eau du puisard et le sommet de la zone d'infiltration. |
Dénivelé = 253
m - 270 m
= -17 m, donc une augmentation de l'élévation de
17 m pour le système de pompage
|
| 4.4 |
Décider si l'écoulement
doit se faire par gravité ou par pompage. |
Si l'élévation
au sommet de la zone d'infiltration est supérieure à
l'élévation à la sortie du tuyau de transfert,
l'écoulement par gravité jusqu'au sommet de la zone
d'infiltration ne sera pas possible. |
Voir étape 4.3; l'installation
d'une pompe s'impose. |
| 4.5 |
Déterminer le débit
cible. |
Voir étape 4.1. |
Q = 10,7 × 10-3
× 1,10
= 11,8 × 10-3 m3/s |
| 4.6 |
Déterminer les pertes
de charge totales entre le point d'entrée dans la pompe
et la sortie du tuyau d'épandage. |
Utiliser l'équation
Darcy-Weisbach (équation 3.8) avec f = 0,020. Dans la présente
étude de cas, on supposera que les pertes par friction
sont négligeables.
Ajouter la charge hydraulique de 0,9 m (3 pi) imposée au
tuyau d'épandage.
|
Différence de charge
hydraulique (différence d'élévation ) = 17
m
Pertes dues à la friction
= f (L/D) (V2/2g)
= 0,020 (260/0,15) (0,6)2/2 × 9,81)
= 0,64 m
Charge hydraulique imposée au tuyau d'épandage =
0,9 m
Pertes de charge totales
= 17 + 0,64 + 0,9 = 18,54 m |
| 4.7 |
Choisir le type de pompe et
sa puissance. |
Choisir une pompe d'eaux d'égout
submersible (une pompe à vis de préférence).
|
Se procurer les courbes de
rendement des pompes auprès du fabricant et choisir la
pompe compatible avec le débit cible dans le tuyau de transfert
et les pertes de charge totales,
c.-à-d. 11,8 × 10-3 m3/s pour
des pertes de charge totales de 18,54 m |
| 4.8 |
Déterminer la grosseur
de tuyau nécessaire. |
Recalculer la grosseur de
tuyau en fonction de la pompe choisie et vérifier si la
vitesse d'écoulement est en deçà de 1,5 m/s
et si les pertes par friction sont acceptables. |
|
| 4.9 |
Déterminer les exigences
liées à l'alimentation en électricité
et aux commandes. |
Évaluer la distance
de la source d'alimentation en électricité et l'énergie
nécessaire pour alimenter et commander automatiquement
la pompe. |
S'informer des recommandations
auprès d'un consultant ou d'un entrepreneur électricien |
Tuyau d'épandage
| Étape |
Description |
Méthode |
Calculs |
| 5.1 |
Déterminer la longueur du tuyau d'épandage. |
Déterminer la longueur du tuyau d'épandage en
fonction de la largeur de la zone d'infiltration (calculée
à l'étape 6.7). |
Longueur du tuyau
= 78,5 m (étape 6.7) |
| 5.2 |
Décider du diamètre du tuyau d'épandage.
|
Utiliser l'équation de Manning (équation 3.9)
en supposant que la pente du tuyau est entre 0,1 et 0,3 % et que
l'effluent coule à pleins tuyaux à la vitesse minimale
de 0,6 m/s et que n = 0,009. |
S (pente hypothétique) = 0,3 %
= 0,3 × 0,01 = 0,003 m/m
D = 4 {[(Vn)/S0,5]1,5}
= 4 {[(0,6 × 0,009)/0,0030,5]1,5}
= 0,124 m
Choisir un tuyau de 150 mm
|
| 5.3 |
Déterminer la capacité de débit transitant
à travers les orifices d'écoulement du tuyau d'épandage.
|
Utiliser l'équation 3.7 et les valeurs suivantes :
h = 0,9 m
C = 0,61
Diamètre d'un orifice = 20 mm
|
Q (capacité de débit transitant à travers
les orifices)
= 0,61 × 3.14(0,02)2/4 × (2 × 9,8
× 0,9)0,5
= 0,8 × 10-3 m3/s |
| 5.4 |
Déterminer le nombre d'orifices d'écoulement nécessaires
compte tenu de la capacité de débit. |
Utiliser comme débit d'épandage cible, le débit
cible majoré de 25 %. Diviser le débit d'épandage
cible par la capacité de débit transitant à
travers les orifices, selon les calculs effectués à
l'étape 5.3. |
Q = 11,8 × 10-3× 1,25 = 0,015 m3/s
Nbre d'orifices = 0,015/0,8 × 10-3
= 19 orifices
Choisir 20 orifices
Espacement des orifices
= longueur du tuyau d'épandage (étape 5.1)/nbre
d'orifices
= 78,5 m/20
= 3,93 m
Espacer les orifices de 78,5 m/20
= 3,93 m de centre à centre |
Zone d'infiltration
| Étape |
Description |
Méthode |
Calculs |
| 6.1 |
Déterminer la superficie minimale
de la zone d'infiltration en fonction de la conductivité
hydraulique du sol en milieu saturé (calcul 1). |
La mesure in situ de la conductivité
hydraulique du sol en milieu saturé a donné une
valeur de 0,3168 m/jour. |
Q = (10,7 × 10-3) ×
1,10
= 11,8 × 10-3 m3/s
= 1 020 m3/jour
A = 1 020/0,3168
= 3 220 m2
|
| 6.2 |
Déterminer la superficie
minimale de la zone d'infiltration en fonction de la charge liquide
(calcul 2). |
Utiliser le tableau 3.3 pour connaître
les précipitations mensuelles maximales normales pour la
station météorologique la plus proche. |
Précipitations mensuelles maximales
normales pour la station météorologique la plus
proche (aéroport de Trenton)
= 91,2 mm = 0,0912 m/mois |
| Calculer les précipitations hebdomadaires
maximales normales (précipitations mensuelles maximales
normales/4). |
Précipitations hebdomadaires maximales
normales
= 0,0912/4 = 22,8 × 10-3 m/semaine |
| Calculer le volume d'écoulement
hebdomadaire produit par l'enclos revêtu. La surface de
la cour revêtue est de 1 000 m2. |
Volume d'écoulement hebdomadaire
produit par l'enclos revêtu
= 1 000 m2 × (22,8 × 10-3)
= 22,8 m3 |
| Calculer le maximum de précipitations
que peut recevoir chaque semaine la BVF. La charge liquide maximale
admissible est de 0,05 m/semaine. |
Maximum de précipitations que peut
recevoir chaque semaine la BVF
= 0,05 m - (22,8 × 10-3)
= 27,2 × 10-3 m |
| Calculer la superficie minimale de la
BVF en fonction du volume d'écoulement hebdomadaire produit
par l'enclos revêtu et du maximum de précipitations
que peut recevoir chaque semaine la BVF. |
Superficie minimale de la BVF
= 22,8 m3/27,2 × 10-3 m
= 838 m2 |
| 6.3 |
Déterminer la superficie minimale
de la zone d'infiltration par le calcul 1 (étape 6.1) et
par le calcul 2 (étape 6.2). |
Voir étapes 6.1 et 6.2.
Choisir la superficie la plus grande entre celles qui ont été
obtenues aux étapes 6.1 et 6.2
|
Superficie minimale de la zone d'infiltration
établie par le calcul 1 (étape 6.1) = 3 220 m2 |
| 6.4 |
Déterminer la longueur minimale
de la zone d'infiltration. |
La pente de la BVF est de 4 % (voir tableau
3.4). |
Pour une pente de 4 %, la longueur de
la BVF = 41 m |
| 6.5 |
Déterminer la largeur minimale
de la zone d'infiltration. |
Utiliser l'équation 3.10 (voir
tableau 3.4). |
Profondeur du volume d'écoulement
= 1,27 × 10-2 m
Vitesse d'écoulement
= 4,54 × 10-2 m/s
Largeur
= 11,8 × 10-3 m3/s/(1,27 × 10-2
m × 4,54 × 10-2 m/s)
= 20,5 m |
| 6.6 |
Calculer les dimensions réelles
de la zone d'infiltration. |
Choisir la superficie la plus grande entre
celles qui ont été obtenues par le calcul 1 (étape
6.1) en fonction de la mesure de la conductivité hydraulique
ou par le calcul 2 (étape 6.2) en fonction de la charge
liquide maximale.
Utiliser la longueur minimale (étape 6.4) dans la détermination
des dimensions définitives de la zone d'infiltration. Veiller
à ce que la largeur définitive soit supérieure
à la largeur minimale (voir étape 6.5).
|
La superficie la plus grande est celle
qui est établie à l'étape 6.1; elle est de
3 220 m2; par conséquent :
Aire = 3 220 m2 (étape 6.1)
Longueur = 41 m (étape 6.4)
Largeur = aire/longueur
= 3 220 m2/41 m
= 78,5 m > 20,5 m
|
| 6.7 |
Trouver les dimensions définitives
de la zone d'infiltration. |
Dimensions définitives de la zone
d'infiltration. |
Longueur = 41 m
Largeur = 78,5 m
Aire = 3 220 m2 |
| Haut de la page |
Pour plus de renseignements :
Sans frais : 1 877 424-1300
Local : 519 826-4047
Courriel : ag.info.omafra@ontario.ca
|
