SIMULATION D’UN RESEAU D’EAU PLUVIALE A L’AIDE DU LOGICIEL SWMM (STORM WATER MANGEMENT MODEL)

Objectif du logiciel SWMM

Son objectif est triple :
 Être capable d’utiliser le logiciel de modélisation des réseaux d’assainissement pluvial ou unitaire SWMM 5 pour le diagnostic et le dimensionnement des réseaux.
 Savoir modéliser un réseau de d’assainissement urbain et ses évolutions éventuelles futures et connaitre les étapes et les limites d’une telle modélisation.
 Pouvoir simuler le fonctionnement d’un réseau d’assainissement urbain en ayant recours à des pratiques de gestion optimales du type LID (Low Impact Développent) (Développement à faible impact) pour réduire le débit de ruissellement qui atteint les conduites d’assainissement. [12]
II.6.Contenu du logiciel SWMM:
SWMM fournit un environnement intégré pour la modification des données d’entrée de la zone d’étude; Exécution de simulations hydrologiques, hydrauliques et de qualité de l’eau; Et visualisation des résultats dans une variété de formats.
SWMM prend en compte divers processus hydrologiques qui produisent le ruissellement des zones urbaines. Ceux-ci inclus
 Les précipitations variables dans le temps,  Évaporation d’eau de surface debout,  Accumulation de neige et fonte,  L’interception pluviométrique de stockage de la dépression,  Infiltration des précipitations dans les couches de sols non saturés,  Percolation de l’eau infiltrée dans les couches d’eau souterraine,  Entre l’eau souterraine et le système d’assainissement,  L’aménagement non linéaire d’un écoulement terrestre et  Réduction du ruissellement via les contrôles LID.
SWMM contient un ensemble flexible de capacités de modélisation hydraulique utilisées pour acheminer le ruissellement et les entrées extérieures à travers le réseau de canalisations, canaux, unités de stockage / traitement et structures de dérivation. Il s’agit notamment de :
 Gérer des réseaux d’assainissement de taille illimitée;  Utiliser une grande variété de formes de conduit et canaux naturels;
 Des éléments spéciaux tels que des unités de stockage / traitement, des séparateurs de débit, des pompes, des déversoirs et des orifices;  Appliquer les flux externes et les intrants de qualité de l’eau provenant des écoulements de surface, de l’écoulement des eaux souterraines, de l’infiltration / afflux de précipitations, du débit sanitaire des eaux de sécheresse et des apports définis par l’utilisateur;  Utiliser des méthodes d’onde cinématique ou d’onde dynamique  Modéliser divers régimes d’écoulement,;  Appliquer des règles de contrôle dynamique définies par l’utilisateur pour simuler le fonctionnement des pompes, des orifices et des déversoirs.
SWMM peut estimer la production de charges polluantes associées au ruissellement des eaux pluviales.

Capacité de SWMM

SWMM intègre une grande quantité de processus hydrologiques afin de simuler le ruissellement du bassin urbain, on peut citer :
 Pluie variable dans le temps ;  Evaporation des surfaces d’eau ;  Accumulation et fonte des neiges ;  Interception et stockage dans les dépressions ;  Infiltration dans le sol non saturé ;  Percolation et écoulement souterrain ;  Echange entre les eaux souterraines et le système d’assainissement ;  Transport par réservoir non-linéaires de l’écoulement.
Il dispose également d’une palette variée de fonctions hydrauliques afin de transférer les débits à travers un réseau d’assainissement de conduite, chenaux, unité de traitement, de stockage et ouvrage de diversion. Ainsi, SWMM permet :  De manipuler des réseaux de taille illimitée ;  D’utiliser une grande variété de conduite à section standard ainsi que des canaux naturels ;  De modéliser des ouvrages hydrauliques tels que des unités de rétention/traitement,  Des pompes, des ouvrages de diversions, des déversoirs et des orifices ;  D’utiliser l’onde cinématique ou l’onde dynamique comme méthode de routage ;  D’appliquer des écoulements externes tels que des débits d’eaux usées par temps sec ;
 De simuler le fonctionnement des pompes, orifices et déversoirs en fonction de lois définies par l’utilisateur.

 Modélisation dans SWMM

Dans SWMM, la réalité est simplifiée à l’aide de quatre compartiments entre lesquels il Simule les échanges et transferts.  Le compartiment « atmosphérique » Compartiment qui contient les données des précipitations qui vont tomber dans le compartiment surface de terrain.  Le compartiment « surface de terrain » Il est représenté par un ou plusieurs bassins de drainage qui reçoivent les précipitations du compartiment atmosphérique sous forme de pluie ou de neige. Ces précipitations sont alors infiltrées dans le sous-sol ou transformées en ruissellement introduit dans le compartiment transport.  Le compartiment « souterrain » Il reçoit les infiltrations et transfert une partie de ses écoulements dans le compartiment transport.  Le compartiment « transport » Il est représenté par un réseau d’élément de transport (canaux, conduites, pompes, etc.) et d’unité de stockage/traitement. Les apports proviennent du ruissellement du compartiment « Surface de terrain », des écoulements du compartiment « Souterrain », et d’hydrographes définis par l’utilisateur (eaux usées par temps sec par exemple). Tous ces compartiments sont construits avec l’aide d’une palette d’objets disponibles dans SWMM. Ces objets sont caractérisés par des paramètres (surface, pourcentage imperméable, pente rugosité géométrie de la canalisation, etc.) qui vont permettre de représenter au mieux le bassin hydrologique modélisé.

Etapes d’utilisation de SWMM

On réalise généralement les étapes suivantes lorsqu’on utilise EPA SWMM pour modéliser une zone d’étude: 1. Définir un ensemble d’options par défaut et propriétés d’objet à utiliser (voir Configuration par défaut de projet). 2. Tracer une représentation du réseau des composants physiques de la zone d’étude (voir Ajout d’objets).
3. Modifier les propriétés des objets qui composent le système (voir édition d’objets). 4. Sélectionnez un ensemble d’options d’analyse (voir Configuration des options d’analyse). 5. Exécuter une simulation (voir Lancement d’un Run). 6. Voir les résultats de la simulation (voir Affichage des résultats).[14]

Utilisation du logiciel SWMM pour la modélisation des réseaux d’assainissement:

Le logiciel SWMM utilise les modèles mathématiques pour tenter de reproduire le fonctionnement hydrologique ou hydraulique d’un système d’assainissement existant ou projeté afin d’exécuter une ou plusieurs des tâches suivantes :  Evaluer un réseau existant;  Concevoir un nouveau réseau;  Dimensionner des ouvrages spéciaux;  Simuler le comportement hydraulique d’un réseau suite à une extension ou réhabilitation;  Faire des études d’impact sur le milieu récepteur. Le logiciel SWMM est certainement le plus complet et le plus populaire de tous les modèles disponibles. Bien qu’originalement ce modèle fût développé pour l’analyse des problèmes de qualité des eaux dans le ruissellement urbain, il est utilisé en grande partie pour des applications de drainage. Il permet de simuler pour un bassin donné :  Les infiltrations;  La transformation pluie débit;  L’accumulation en période sec et le lessivage en période de pluie de neuf polluants;  La qualité des eaux usées et les dépôts en conduite en période de temps sec;  Le transfert dans le réseau des hydrogrammes, et les phénomènes de sédimentation et de mise en suspension;  Le fonctionnement des différents procédés de traitement d’une station d’épuration.[8]

Différents objets de modélisation

Au sens de modélisation sous SWMM, un système d’assainissement est représenté par différents éléments physiques mis en relation : nœuds, tronçons, bassins versants, exutoires, pompes, bassins de rétention, orifices figure.II.4 .
 Un nœud du réseau est un objet ponctuel, repéré par sa position dans l’espace et jouant un rôle dans la description ou dans le fonctionnement du système d’assainissement.  Un tronçon de réseau est une partie du réseau dont les caractéristiques géométriques (pente, rugosité, forme de la section) restent constantes, de même que les caractéristiques fonctionnelles (pas d’apport latéral de débit). Un tronçon de réseau est limité à l’amont et à l’aval par un nœud.  Un bassin versant est une portion de surface, produisant de l’eau en temps sec et/ou en temps de pluie et telle que toute l’eau produite puisse être supposée et introduite dans le réseau en un même point particulier appelé exutoire du bassin versant. En identifiant cet exutoire à un nœud du réseau, on crée une relation entre le bassin versant (la surface) et le système d’assainissement.  Un bassin de rétention est un ouvrage surfacique permettant de stocker provisoirement de l’eau.  Un exutoire est également un ouvrage ponctuel associé à un nœud. L’exutoire permet d’établir une relation entre le système d’assainissement et le milieu naturel.  Un déversoir latéral est un ouvrage linéaire (comme un tronçon), avec un départ latéral. Un déversoir latéral est limité par un nœud amont et deux nœuds aval.  Un capteur ou (point de contrôle) est un point du réseau où l’on effectue une mesure (par exemple pour mettre en place une régulation). Un capteur est placé en un point particulier d’un tronçon.

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Table des matières

Introduction générale
Chapitre I : Généralité sur l’aspect théorique de la modélisation
I.1. Définition d’un réseau d’assainissement urbain
I.1.1. Les différents types de réseaux
I.1.2. Avantages et inconvénients des différents systèmes
I.1.3. Fonctions d’un réseau d’assainissement
I.1.4. Choix d’un système
I.2. Facteurs influant sur les projets d’assainissement
I.2.1. Les données naturelles du site
I.2.2.Modes d’occupation du sol
I.3.Différent schéma d’évacuation d’un réseau d’assainissement
I.3.2.Schéma par déplacement latéral
I.3.3.Schéma de collecteur par zones étagées
I.3.4.Schéma radial 7 I.3.5.Schéma à collecte transversale oblique
I.3.6.Choix du schéma du réseau d’évacuation
I.4. Calcul des débits d’eaux pluviaux
I.5. Gestion des eaux pluviales
I.6. Modélisation en assainissement
I.7. Présentation et classification des différents modèles
I.7.1. Les modèles déterministes
I.7.2. Les modèles conceptuels
I.7.3. Les modèles statistiques
I.8. Processus de modélisation
I.8.1. Modélisation hydrologique
I.8.2. Modélisation hydraulique – propagation des écoulements
I.8.3. Modélisation pollutive
I.8.4. Spécificités de l’hydrologie urbaine
I.9. Choix du modèle
I.10. Choix du logiciel
I.11. La mise en œuvre d’un modèle
Chapitre II : Présentation du logiciel SWMM
II.1.Définition de SWMM
II.2. Description du logiciel SWMM
II.3.Objets visuels (Visual Objects )
II.3.1.Générateurs de pluie (Rain Gages)
II.3.2. Sous-bassins(Subcatchments)
II.3.3.Nœuds de jonction : (Junction Nodes)
II.3.4.Nœuds de sortie : (Outfall Nodes)
II.3.5.Nœuds de diviseur de flux (Flow DividerNodes)
II.3.6.Unités de stockage: (Storage Units)
II.3.7.Conduits
II.3.8.Pompes (Pumps)
II.3.9.Régulateurs de débit (Flow Regulators)
II.3.10.Étiquettes de carte (Map Labels)
II.4.Objets non visuel (Non-Visual Objects)
II.5.Objectif du logiciel SWMM
II.6.Contenu du logiciel SWMM
II.7.Capacité de SWMM
II.8. Modélisation dans SWMM
II.9.Etapes d’utilisation de SWMM
II.10.Utilisation du logiciel SWMM pour la modélisation des réseaux d’assainissemen
II.10.1. Différents objets de modélisation
II.10.2.Modèle physique du réseau
II.10.3. Modélisation des dépôts
II.10.4.Fenêtre principale du SWMM
II.11. Avantages du logicie
II.12. Fonctionnement d’une simulation
II.13.Différentes méthodes de calcul du SWMM
II.13.1. Modèles hydrologiques
II.13.2. Modèle d’infiltration d’Horton
II.13.3.Modèle d’infiltration de Green Ampt
II.13.4. Modèles hydrauliques
II.14..Le régime uniforme
II.15.Synthèse des travaux Réalisé
Chapitre III : Présentation de la ville Marsa Ben M’Hidi
III.1.Introduction
III.2. Caractéristiquse générale de la commune
III.2.1. Situation géographique
III.2.2. Délimitation de la zone d’étude
III.3. Topographie de la région
III.4. Hydrographie
III.5. Géologie et Hydrogéologie
III.6. Climatologie de la région
III.7. Sismicité
III.8. Pollution de la zone côtière
III.9.les risques d’inondation
III.10.Situation démographique
III.11. Situation Socio-économique
Chapitre IV : Evaluation des débits et dimensionnement du réseau
IV.1. Réseau des eaux pluviales de la ville de Marsat Ben M’hidi
IV.2.Evaluation du débit d’eau pluviale
IV.3. Débits pluviaux de la zone d’étude
IV.3.1. Débitspluviaux pour la zone A
IV.3.2.Débits pluviaux pour la zone B
IV.3.3.Débits pluviaux pour la zone C
IV.4. Dimensionnement du réseau pluvial
IV.4.1. Exemple de dimensionnement de conduite
IV.5. Application du logiciel « SWMM » sur la zone d’étude
IV.5.1. Les données d’entrées
IV.5.2. Données Introduire dans les bassins versant
IV.5.3. Résultat de la 1ére simulation
IV.4.3. Problèmes rencontrés pendant la 1ére simulation
IV.6. le profil en long
IV.7. Résultat de la simulation finale
IV.8. Ligne d’eau dans les conduites après la simulation finale
IV.9. Comparaison des résultats calculé et simulé a l’aide du logiciel SWMM 101 Conclusion

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