Gestion des eaux de ruissellement
Comprendre la Gestion des eaux de ruissellement
Vous êtes un ingénieur en environnement travaillant pour une municipalité. La ville envisage de construire un nouveau quartier résidentiel. Cependant, avant de commencer la construction, vous devez concevoir un système d’assainissement efficace pour gérer les eaux de ruissellement afin de prévenir les inondations et la pollution.
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Données Fournies :
- Zone de la construction : 50 hectares.
- Type de sol : Argileux avec une perméabilité de 5 mm/h.
- Pente moyenne du terrain : 5%.
- Climatologie : La région reçoit en moyenne 800 mm de précipitations par an, avec des averses intensives pouvant atteindre 40 mm/h pendant les mois de juillet et août.
- Population prévue : 10 000 habitants.
- Réglementations locales : Le système d’assainissement doit être capable de gérer un événement de précipitation correspondant à une pluie de retour de 10 ans.
Questions :
1. Calcul du Débit de Ruissellement : Utilisez la méthode rationnelle pour estimer le débit de pointe de ruissellement pour la zone. Considérez un coefficient de ruissellement adapté au type d’urbanisation prévue.
2. Conception du Système d’Assainissement : Proposez un plan pour un système d’assainissement comprenant des bassins de rétention, des tranchées drainantes, ou tout autre solution adaptée. Justifiez votre choix en fonction de la topographie, du type de sol, et des réglementations.
3. Impact Environnemental : Évaluez l’impact potentiel de votre système d’assainissement sur l’environnement local et proposez des mesures d’atténuation.
Correction : Gestion des eaux de ruissellement
1. Calcul du débit de ruissellement
Nous voulons déterminer le débit de pointe, c’est-à-dire le volume d’eau qui s’écoule par seconde lorsque la pluie est la plus intense. La méthode rationnelle permet d’estimer ce débit pour une zone de petite à moyenne taille en supposant que toute la surface contribue uniformément au ruissellement après un certain temps.
Formule
La formule est la suivante :
\[ Q_p = C \times i \times A \]- \(Q_p\) (\(\mathrm{m}^3/\mathrm{s}\)) : débit de pointe recherché.
- \(C\) (sans unité) : coefficient de ruissellement, proportion de pluie qui ne s’infiltre pas.
- \(i\) (\(\mathrm{m/h}\)) : intensité de pluie pour l’événement de conception (ici pluie de retour dix ans).
- \(A\) (\(\mathrm{m}^2\)) : surface étudiée.
Données
- Surface du terrain : \(A = 50 \times 10\,000 = 500\,000\,\mathrm{m}^2\)
- Pluie de retour dix ans : \(i = 40\,\mathrm{mm/h} = 0.04\,\mathrm{m/h}\)
- Coefficient de ruissellement pour zone résidentielle : \(C = 0.6\) (\(60\%\) de l’eau ruisselle, \(40\%\) s’infiltre ou s’évapore).
Calculs
- D’abord, on calcule \(C \times i \times A\) en \(\mathrm{m}^3/\mathrm{h}\) :
\[ = 0.6 \times 0.04\,\mathrm{m/h} \times 500\,000\,\mathrm{m}^2 \] \[ = 12\,000\,\mathrm{m}^3/\mathrm{h} \]- Ensuite, on convertit ce résultat en \(\mathrm{m}^3/\mathrm{s}\) (\(1~\mathrm{h} = 3\,600~\mathrm{s}\)) :
\[ Q_p = \frac{12\,000\,\mathrm{m}^3/\mathrm{h}}{3\,600~\mathrm{s}} \] \[ Q_p = 3.33\,\mathrm{m}^3/\mathrm{s} \]Résultat
Le débit de pointe \(Q_p = 3.33\,\mathrm{m}^3/\mathrm{s}\).
2. Conception du système d’assainissement
2.1 Dimensionnement du bassin de rétention
Un bassin de rétention sert à stocker temporairement l’eau de pluie pour éviter de surcharger les réseaux et limiter le débit libéré en aval. On choisit sa taille en fonction du volume d’eau à retenir.
Formule
On utilise :
\[ V = C \times h \times A \]- \(V\) (\(\mathrm{m}^3\)) : volume de stockage nécessaire.
- \(h\) (\(\mathrm{m}\)) : hauteur de pluie intégrée pendant l’averse.
- \(A\) (\(\mathrm{m}^2\)) : même surface que précédemment.
Données
- Hauteur de pluie pendant \(1~\mathrm{h}\) d’averse : \(h = 40\,\mathrm{mm} = 0.04\,\mathrm{m}\)
- Coefficient : \(C = 0.6\)
- Surface : \(A = 500\,000\,\mathrm{m}^2\)
Calcul
\[ V = 0.6 \times 0.04\,\mathrm{m} \times 500\,000\,\mathrm{m}^2 \] \[ V = 12\,000\,\mathrm{m}^3 \]
Résultat
Le bassin doit pouvoir stocker \(V = 12\,000\,\mathrm{m}^3\).
Pour une profondeur utile de \(6~\mathrm{m}\), l’empreinte au sol est :
\[ \text{Surface bassin} = \frac{12\,000}{6} = 2\,000\,\mathrm{m}^2 \]
2.2 Tranchées drainantes (infiltration)
Les tranchées drainantes permettent à l’eau de s’infiltrer dans le sol. Mais le sol argileux ne laisse passer que \(5\,\mathrm{mm/h}\), ce qui est faible. Il faut calculer la surface nécessaire pour infiltrer le volume souhaité.
Formule et données
- Volume des « premières eaux » (\(10\,\mathrm{mm}\)) :
\[ V_q = C \times 0.01\,\mathrm{m} \times A \] \[ V_q = 0.6 \times 0.01 \times 500\,000 \] \[ V_q = 3\,000\,\mathrm{m}^3 \] - Perméabilité : \(f = 5\,\mathrm{mm/h} = 0.005\,\mathrm{m/h}\)
- Durée : \(\Delta t = 1~\mathrm{h}\)
Calcul de surface nécessaire
\[ A_t = \frac{V_q}{f \times \Delta t} \] \[ A_t = \frac{3\,000}{0.005 \times 1} \] \[ A_t = 600\,000\,\mathrm{m}^2 \]
Conclusion
Cette surface (\(600\,000\,\mathrm{m}^2\)) est plus grande que la parcelle (\(500\,000\,\mathrm{m}^2\)), donc les tranchées seules ne suffisent pas. On propose des bassins plantés périphériques de \(5\,000\,\mathrm{m}^2\) pour gérer les premières pluies.
2.3 Plan général du système
- Réseau de collecte : caniveaux vers un bassin tampon de \(2\,000\,\mathrm{m}^2\) au sol × \(6\,\mathrm{m}\) de profondeur.
- Bassin de décantation : volume = \(500\,\mathrm{m}^3\) en amont pour retenir sédiments et polluants lourds.
- Bassin principal : capacité = \(12\,000\,\mathrm{m}^3\), fond plat, talus végétalisés.
- Orifice de sortie : diamètre = \(150\,\mathrm{mm}\) pour limiter le débit à ≃ \(0.5\,\mathrm{m}^3/\mathrm{s}\).
- Swales végétalisées : le long des voiries (\(500\,\mathrm{m} \times 2\,\mathrm{m}\)) pour filtrer et ralentir l’eau.
- Bassins plantés : \(5\,000\,\mathrm{m}^2\) pour traiter les \(10\,\mathrm{mm}\) de tête de pluie par infiltration et phytoépuration.
3. Impact environnemental et mesures d’atténuation
Effets potentiels
- Régime hydrologique : le débit de pointe est contrôlé mais le temps de concentration peut augmenter.
- Pollution : hydrocarbures, métaux lourds et nutriments accumulés dans le ruissellement.
- Biodiversité : perte ou fragmentation d’habitats naturels.
Mesures d’atténuation
- À la source : toitures et voiries perméables, toitures végétalisées pour réduire le volume et la vitesse.
- Phytoépuration : plantations de roseaux et phragmites dans les bassins pour absorber et décomposer les polluants.
- Décantation : bac avant le bassin principal pour capturer sédiments et métaux avant stockage.
- Biodiversité : aménagement des talus avec espèces locales pour créer des habitats et corridors écologiques.
- Entretien : curage régulier des bassins, vérification des orifices, taille des plantations pour assurer l’efficacité.
Conclusion
Ce système garantit la gestion efficace du débit de pointe (\(3.33\,\mathrm{m}^3/\mathrm{s}\)), réduit les risques de pollution et soutient la biodiversité grâce à une combinaison de techniques de stockage, traitement et infiltration.
Gestion des eaux de ruissellement
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