Les techniques alternatives sont des structures conçues pour retenir, retarder et infiltrer l’eau lors de son déplacement jusqu’à l’exutoire du système. En raison de leur nature spécifique, elles ne sont pas représentées de la même façon que les raccordements, les regards et les connexions dans le moteur.
Dans InfoDrainage, l’analyse des techniques alternatives est basée sur les méthodes LID (développement à faible impact) de SWMM5, mais ces méthodes ont été étendues pour fournir des fonctionnalités supplémentaires (voir la remarque au bas de cette page).
Les méthodes LID de SWMM5 sont décrites en détail au chapitre 6 du manuel de référence de l’EPA Volume III — Water Quality.
Une technique alternative peut être constituée de plusieurs couches interconnectées avec des propriétés différentes. Voici une esquisse de la représentation des couches dans les méthodes LID de SWMM5 :
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La couche de surface est utilisée dans les techniques alternatives dotées d’aires de stockage : bassin d’infiltration, bassin, noue. Elle sert également à représenter le stockage dans le réservoir et dans la chambre. En outre, elle est utilisée pour stocker les inondations dans les techniques alternatives ne disposant pas d’aires de stockage. La couche de sol est utilisée uniquement dans le bassin d’infiltration. La couche de stockage est utilisée dans le bassin d’infiltration, le puisard, le fossé d’infiltration, le pavage poreux et la noue avec tranchée. |
Les connexions peuvent être jointes à n’importe quelle couche d’une technique alternative. Cela s’applique aux connexions entrantes, soit via un point d’entrée, soit via une connexion directe (point d’entrée Sans restriction) et aux connexions sortantes, soit via un point de sortie, soit via une connexion directe (point de sortie Écoulement libre).
L’élimination de polluants peut être spécifiée dans chaque couche.
Couches de technique alternative
Une technique alternative peut comprendre trois couches maximum. Ces couches peuvent échanger de l’eau en fonction des apports, des débits sortants et de la capacité disponible.
Couche de surface
La couche de surface peut recevoir l’eau entrante, stocker, infiltrer et laisser sortir l’eau (l’évapotranspiration n’est pas disponible à ce stade).
Le calcul de l’infiltration repose sur une vitesse de perte par infiltration constante. Si la couche située en dessous est pleine, l’eau ne peut pas s’infiltrer vers le bas et continue de s’accumuler dans la couche de surface.
Un taux d’infiltration différent peut être spécifié pour la base et pour les côtés de la couche de surface (bien que l’infiltration latérale retire l’eau du système).
La forme de la couche de surface peut être personnalisée de deux manières :
- Dans les techniques alternatives Bassin et Réservoir, la forme de la couche de surface peut être spécifiée sous la forme d’une courbe profondeur-superficie.
- Dans le bassin d’infiltration et la noue, il est possible de spécifier les pentes latérales.
Couche de sol
La couche de sol peut recevoir l’eau entrante, stocker, infiltrer et laisser sortir l’eau (l’évapotranspiration n’est pas disponible à ce stade). La couche de sol est uniquement disponible dans la technique alternative Bassin d’infiltration.
Dans la couche de sol, l’eau est considérée comme étant distribuée uniformément dans la couche (verticalement et horizontalement). La teneur en eau de la couche de sol est limitée par les trois paramètres suivants :
- Porosité : teneur maximale en eau dans la couche.
- Capacité au champ : teneur en eau une fois que le sol est complètement drainé, c’est-à-dire que l’eau ne peut plus s’infiltrer, car les forces de capillarité entre elle et le sol l’emportent sur la gravité. Cependant, l’eau restante est toujours disponible pour les plantes et peut s’évaporer.
- Point de flétrissement : teneur en eau en dessous de laquelle l’eau n’est pas disponible pour les plantes. Ici, le point de flétrissement est considéré comme étant la valeur la plus basse possible de la teneur en eau.
Le calcul du taux d’infiltration de la couche de sol repose sur l’équation de Darcy.
Pour aider l’utilisateur à configurer les valeurs des paramètres de sol, il existe des valeurs prédéfinies pour différents types de sols. Si nécessaire, l’utilisateur peut définir ses propres valeurs.
| Type de sol | Capacité au champ (%) | Point de flétrissement (%) |
| Sable | 6,2 | 2,4 |
| Limon |
23,2 |
11,6 |
| Argile | 37,8 | 26,5 |
| Sable limoneux | 10,5 | 4,7 |
| Limon sableux | 19,0 | 8,5 |
| Limon argileux | 31,0 | 18,7 |
| Argile sableuse | 32,1 | 22,1 |
| Argile limoneuse | 37,1 | 25,1 |
Ces valeurs sont extraites de la section 5.5 du manuel de référence de l’EPA Volume I — Hydrology.
Couche de stockage
La couche de stockage peut recevoir l’eau entrante, stocker, exfiltrer et laisser sortir l’eau (l’évapotranspiration n’est pas disponible à ce stade).
L’eau s’accumule à la base de la couche de stockage, jusqu’à la hauteur spécifiée (son comportement est donc différent de celui de la couche de sol). Seule la porosité peut être utilisée pour décrire le matériau dans la couche de stockage.
La couche de stockage permet d’exfiltrer l’eau hors de la technique alternative, par la base et/ou les côtés de la couche. Le calcul de l’exfiltration repose sur une vitesse de perte par infiltration constante (avec des vitesses différentes pour la base et pour les côtés).
Un drainage souterrain peut être spécifié dans le bassin d’infiltration, le pavage poreux, le fossé d’infiltration et la noue avec tranchée. Le drainage souterrain se caractérise par le diamètre et la hauteur au-dessus de la base, un coefficient de friction et le nombre de barils. Le débit du drainage souterrain est calculé à l’aide de l’équation de Manning ou de Colebrook-White. Ce calcul repose sur la différence de charge entre le niveau de l’eau dans la couche et l’extrémité en aval du drainage souterrain. Le drainage souterrain peut être utilisé comme alternative aux points de sortie réguliers (voir ci-dessous) pour retirer l’eau de la couche de stockage.
Inondation
Lorsque le remplissage de la couche de surface dépasse sa capacité nominale (en raison d’un apport dépassant le débit sortant sur une période prolongée ou parce que la couche inférieure empêche toute infiltration), elle est considérée comme étant inondée.
Les eaux de crue sont stockées dans une zone égale à la zone supérieure de la couche de surface. Toutefois, lorsque le sommet de la technique alternative est inférieur au niveau de débordement (ce qui peut se produire pour un réservoir, un stockage cellulaire et une chambre), la surface maximale du plan est utilisée.
Le volume d’inondation peut être visualisé dans les résultats de la technique alternative. De même, dans le cas d’un regard, les eaux de crue peuvent revenir dans la couche de surface ultérieurement, s’il y a de nouveau de la capacité.
Points d’entrée et de sortie
Les points d’entrée et les points de sortie pouvant être utilisés pour les raccordements peuvent également être utilisés pour les techniques alternatives et fonctionnent de la même manière.
Un point de sortie est joint à une couche donnée en fonction du niveau du radier pour le point de sortie et des niveaux minimums des différentes couches de technique alternative. Les points d’entrée sont joints à la couche supérieure, sauf si la destination de l’apport est modifiée en fonction d’un bassin d’infiltration ou d’une noue avec tranchée. Contrairement aux spécifications de la norme SWMM5, un point d’entrée ou de sortie peut être joint à n’importe quelle couche.
Notez que, dans le cas d’un afflux dans une couche de sous-surface, si pour une raison quelconque l’eau ne peut pas descendre (si la couche au-dessous est pleine ou si le taux d’exfiltration est nul), la couche se remplit progressivement jusqu’à ce que l’eau puisse passer dans la couche au-dessus.
Un point de sortie utilise le niveau de l’eau dans la couche considérée pour calculer la charge déterminant le débit. Outre ce détail, les points de sortie fonctionnent comme décrit dans la section Points de sortie.
Temps de transit et apport latéral
Le temps nécessaire à l’eau pour transiter verticalement d’une couche à l’autre ou pour s’exfiltrer est fourni par les calculs par pas de temps des débits entre les couches, ainsi que par la mise à jour régulière de la teneur en eau de chaque couche. Comme indiqué ci-dessus, le calcul du taux d’infiltration de la couche de sol repose sur l’équation de Darcy. D’autre part, toute eau qui pénètre dans la couche de stockage tombe instantanément au fond de la couche.
Cette représentation du déplacement vertical est considérée comme appropriée, mais le déplacement horizontal de l’eau est ignoré dans les méthodes LID de SWMM5. Toute quantité d’eau qui pénètre dans une couche est considérée comme étant instantanément distribuée uniformément avec la couche. Cette hypothèse est appropriée pour la couche de surface d’un bassin ou encore pour une couche de stockage avec une grande porosité. Toutefois, elle ne prend pas en compte le temps nécessaire à l’eau pour transiter à travers une longue noue avec une végétation dense, ou encore à travers une couche de stockage de faible porosité.
Pour résoudre ce problème, une technique alternative avec un temps de rétention horizontale est divisée en plusieurs unités LID enfants avec des connexions entre elles, ce qui permet de tenir compte du temps de transit. Dans la couche de surface, l’eau est acheminée horizontalement comme dans un lien régulier. Le coefficient de rugosité de Mannings ou de Colebrook-White est le paramètre déterminant du temps de transit. D’autre part, dans les couches de sol et de stockage, le routage horizontal est calculé à l’aide de l’équation de Darcy, où la conductivité est le paramètre clé déterminant le temps de transit.
Une technique alternative est divisée en deux à cinq objets LID enfants, selon sa longueur.
Le logiciel indique le résultat moyen pour les LID enfants, ce qui peut compliquer l’interprétation des résultats lorsque la conductivité est faible ou la rugosité élevée sur les systèmes longs. Les points d’entrée sont connectés au premier LID enfant (sauf si l’option Apport latéral est activée) et les points de sortie sont connectés au dernier LID enfant. Dans un scénario simple d’arrivée d’eau au point d’entrée, l’eau doit avoir atteint le dernier LID enfant pour pouvoir quitter la technique alternative. Comme la moyenne est calculée sur l’ensemble des LID enfants, la profondeur de l’eau (pour la couche considérée) peut être nulle dans le dernier LID enfant (c’est-à-dire sans débit sortant), alors que la profondeur moyenne dans la technique alternative est élevée.
Lorsque la technique alternative utilise un apport latéral, l’apport est distribué uniformément entre les LID enfants de sorte à être réparti sur toute la longueur de la technique alternative.
Polluants
Les concentrations en polluant sont calculées dans chaque couche à chaque pas de temps de calcul. Actuellement, toutefois, les résultats des techniques alternatives n’affichent la concentration qu’en tant que moyenne sur l’ensemble des couches. Les concentrations dans une couche donnée sont calculées de la même façon que pour un nœud de stockage, en tenant compte de la concentration dans le volume stocké courant, de la charge entrante (apport externe ou apport provenant d’une autre couche), de la charge retirée par les points de sortie, du drainage souterrain, de l’exfiltration et de l’effet de l’évaporation.
Il est possible de spécifier l’élimination des polluants dans chaque couche, et pas seulement dans la couche de stockage comme spécifié dans la norme SWMM5. La méthode d’élimination et le taux d’élimination peuvent être spécifiés indépendamment pour chaque polluant de chaque couche.
Avec la méthode Pourcentage d’abbatage, un pourcentage défini de la charge entrante est supprimé à chaque pas de temps de calcul.
Avec la méthode Dégradation de premier ordre, une quantité calculée de la masse de polluants contenue dans la couche est supprimée à chaque pas de temps de calcul. La masse de polluants éliminés est calculée à l’aide d’une équation exponentielle (voir ici).
Informations :
Liste des fonctionnalités qui ont été étendues au-delà des fonctionnalités LID de SWMM5 :
- Apport dans toute couche.
- Point de sortie connecté à toute couche.
- Une couche de surface peut être affectée à une courbe profondeur-superficie et à une courbe profondeur-périmètre pour représenter une forme complexe.
- Infiltration latérale.
- Noue avec tranchée
- Temps de transit et apport latéral.
- Profondeur initiale dans la couche de surface.
- Concentrations en polluant calculées dans chaque couche.
- L’élimination de polluants peut être spécifiée dans chaque couche.
Pour permettre l’analyse des techniques alternatives dans le contexte du réseau hydraulique, les méthodes LID de calcul hydraulique personnalisées sont exécutées dans le cadre de l’analyse hydraulique (avec les raccordements et les connexions), à une échelle de temps beaucoup plus précise que les méthodes LID de bassin versant (exécutées dans le cadre de l’analyse hydrologique).