LES SYSTEMES SIMPLIFIES D'AEP AEPS : Adduction d'Eau Potable Simplifiés au Burkina Faso AEV: Adduction d'Eau Villageoise au Bénin HVA: Hydraulique Villageoise Améliorée en Cote d'Ivoire
RECUEIL DEXERCICES ET DE TRAVAUX DIRIGES POUR LE DIMENSIONNEMENT DES OUVRAGES ET EQUIPEMENTS CONSTITUTIFS
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Exercice sur la justification des AEPS Le village de Ansoua d'une population de 4 000 habitants au recensement de janvier 2004, est alimenté en eau au travers de 6 forages équipés de pompe à motricité humaine. La demande actuelle en eau du village est de 80m3/j pendant la période chaude -jour de pointepour la couverture complète des besoins en eau de la ville. A cette époque il n'existe pas d'autres points d'eau en dehors des forages ci-dessus où l'eau est gratuite. Malgré ces six forages, le village connaît des difficultés d'approvisionnement en eau en période chaude: longue file d'attente, fonctionnement parfois nocturne. 1- Donner les raisons de ces difficultés d'approvisionnement -chiffres à l'appuiN.B. : un équipement d’exhaure constitué d’une pompe à motricité humaine ne peut livrer plus de 0,6 à 0,8m3 /h. Les fiches d'analyse des eaux des forages existants donnent les informations consignées dans le tableau ci-dessous. Forage Débit Max (m3/h) d'exploitation Coliformes totaux (N/100ml) Coliformes fécaux (N/100ml) Manganèse Fer (mg/l) Arsenic (mg/l) PH TAC Eqg/l Ca++mole/l Résidu sec mg/l T° C Turbidité UNT
F1 15
F2 1,0
F3 2,5
F4 6,0
F5 6,5
F6 4,0
5
10
10
15
15
7
0
0
0
0
0
0
2,00 5,00 0,005 6,5 0,006 0,001 600 25 4
1,00 3,00 0,001 6,5 0,006 0,001 600 25 5
0,05 0,20 0,001 6,5 0,006 0,001 600 25 5
0,25 0,30 0,000 6,5 0,006 0,001 600 25 4
5,50 7,50 0,000 6,5 0,006 0,001 600 25 4
0,20 0,25 0,000 6,5 0,006 0,001 600 25 5
Les populations se plaignent d'usures très fréquentes des tuyaux en acier galvanisé équipant les forages et des taches observées sur les vêtements lors des lessives. 2-Interprétation des résultats d'analyse - Donner une (ou des) raisons des usures répétées des tuyaux en acier galvanisé; justifier votre réponse avec des données quantitatives. -
Donner une (ou des) raison (s) des taches observées sur les vêtements après la lessive. Par rapport aux directives de qualité pour l'eau de boisson de l'OMS que dire de la qualité micro biologique et biologique de l'eau de ces différents forages?
3-Si l'on opte de renforcer le système existant par la création de nouveaux forages équipés de pompe à motricité humaine, combien de nouveaux forages faudrait-il en créer pour couvrir la demande en eau du village pour l'horizon 2014?
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A quel débit minimal peut-on déclarer ces nouveaux forages positifs? Pourquoi? Le taux d'accroissement de la population est de 2,5% par an. Il est souhaité que la demande en eau du village soit couverte au plus en 10 heures d'exploitation des forages équipés en pompes à motricité humaine. La demande spécifique en eau reste constante jusqu'en 2014.
4- Il a été décidé de mettre en place un système simplifié d'AEP; Aussi le forage F1 sera récupéré à cet effet; il sera désormais équipé d'un groupe électropompe immergé. Proposer une filière de traitement pour l'eau avant sa mise à la consommation en indiquant les points d'injection des réactifs nécessaires. 5- Lors d'un contrôle de qualité de l'eau sur un réseau de distribution il ressort entre autres les données ci-après: pH = 8,0 Température: 20° C Chlore libre résiduel: 0,4mg/litre Donner la concentration en chlore libre actif de cette eau puis commenter.
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Correction de l'exercice sur la justification des AEPS
1- Une pompe à motricité humaine ne livre guère plus de 0,80 à 1,0m3/h Le temps nécessaire pour couvrir la demande en eau 80 80 On voit qu'il faut entre 13,33 et 16,67 heures temps nécessaire 0,80x6 1x6 d'exploitation des forages pour couvrir la demande du jour de pointe en eau du village.
2- Interprétation des résultats d'analyse Des usures répétées des tuyaux en acier La valeur 6,5 du pH fait suspecter des eaux agressives qui s'attaquent aux revêtements intérieurs des conduites métalliques en acier galvanisé. L'équilibre chimique de ces eaux avec les conduites n'étant réalisé si l'eau a un potentiel redox plus élevé que les canalisations avec lesquelles elles sont en contact (du fait de la disparition de la couche protectrice) il s'installent des phénomènes de corrosion. Les forages devraient être équipés en tuyaux en PVC ou PEHD ou en acier inoxydable. Ici la méthode de Larson et Buswell nous donnent un pH d'équilibre de pHs pK'2 pK 's Log Ca LogTAC 10,121 8,011 Log (0,001) Log (0,006) 7,33
Le pH de l'eau est inférieur au pH d'équilibre: c'ets la confirmation que l'eau est agressive. Des concentrations excessives en fer et manganèse peuvent également conduire à des phénomènes d'attaque des conduites métalliques. Des taches observées sur les vêtements après la lessive Les concentrations en fer et en manganèse sont à l'origine de ces phénomènes. L'OMS recommande que les eaux de consommation (qui sont utilisées pour la lessive), les concentrations en fer et en manganèse n'excèdent pas respectivement 0,3mg/l et 0,1mg/l Or ici nous avons des concentrations qui sont plus élevées. De la qualité biologique et micro biologique des eaux des différents forages Nous sommes en situation d'un système sans adduction. Dans ce cas l'OMS recommande 0CF/ 100ml et ne pas excéder 10 Coliformes / 100ml. Dans ces conditions les eaux des forges F4 et F5 seraient impropres à la consommation. 3-Renforcement des points d'eau existants La population en 2014 est de 4000 x1,02510 5120habi tan ts 80 La demande en eau serait de x5120 102,4m3 /jour 4000
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Sur la base d'une exploitation de 0,80m3/h et à raison de 10 heures par jour il 102,4 faut 12,8 Il faut 13 forages donc il faut réaliser 7 autres forages. 0,80 x10 - Sur la base d'une exploitation de 1,0m3/h et à raison de 10 heures par jour il faut 102,4 10,24 Il faut 11 forages donc il faut réaliser 5 autres forages. 1,0 x10 Ces nouveaux forages seront déclarés positifs pour des débits 0,80m3/h -
4- Filière de traitement pour les eaux du forage F1 Les eaux de ce forage, - Sont agressives, donc contiennent un CO2 libre au-dessus du CO2 d'équilibre. Il faut un traitement qui vise à ramener le pH de 6,5 au PH d'équilibre 7,33. Cela peut être fait par une aération à l'entrée du réservoir; si cette technique simple d'aération ne suffit pas, alors il faut procéder à un ajout d'une base; la chaux est généralement utilisée. - Contiennent du fer et du manganèse en excès: l'aération préconisée ci-dessus participerait grandement à une diminution significative de la teneur en fer et en manganèse. - Impropres à la consommation (confères directives de qualité des eaux de consommation pour les adductions avec distribution: 0CF/100ml et 0 coliformes /100ml. Il faut appliquer un traitement de désinfection pour l'élimination des coliformes mais aussi pour protéger l'eau au cours de son transport, stockage et distribution contre d'éventuelles pollutions (nécessité d'avoir un résidu de désinfectant) 5- Efficacité de l'action du chlore La courbe de dissociation du chlore montre que pour un pH de 8,0 et pour une température de 20°C une proportion de 22% de HCLO qui est la forme active: Le chlore libre actif serait de 0,4x0,22= 0,088mg/litre. La chloration faite dans cette situation de pH élevé (basique) n'est pas efficace. Il faudrait ramener le pH entre 7 et 7,5 avant de faire la chloration.
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Exercice sur l'évaluation des besoins et de la demande en eau Le recensement général de la population de Kamboinsé de 2004 donne une population de 6000 habitants avec un taux d'accroissement annuel de 3%. Le plan décennal (2005 - 2015 ) de développement du secteur de l'hydraulique fixe un objectif de 25 litres par jour et par habitant dans les gros villages. L'étude socio-économique révèle que les besoins solvables n'excèdent guère une moyenne rapportée sur toute l'année) de 10 litres par jour et par habitant avec une pointe journalière de 15 litres par jour et habitant pendant la période chaude (avril à juin). 1- Il vous est demandé d'évaluer la capacité de production journalière requise à un (des) ouvrage (s) de captage d'eaux souterraines pour la couverture des besoins en eau de jour de pointe de la population de Kamboinsé jusqu'à l'horizon 2015. Les différentes études et réalisations hydrogéologiques dans le village font ressortir un débit moyen d'exploitation des forages de 8m3/heure pour une durée d'exploitation recommandée de 15 heures par jour. 2- Combien de forages faudrait il réaliser pour l'horizon 2015? Des analyses bactériologiques et physico-chimiques révèlent que l'eau des différentes nappes répond qualitativement aux normes nationales. Le système de distribution retenu est la borne fontaine. Les études prévoient un traitement au chlore avant distribution. 3- Maintenez-vous ou rejetez-vous cette disposition? Justifiez votre réponse.
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Correction de l'exercice sur l'évaluation des besoins et de la demande 1- Demande en eau: Capacité de production requise à la ressource aux jours de pointe Pn population en 2015
n 11; a taux d' accroissem ent 0,03
Population en 2015: Pn Po * (1 a) n P0 population en 2004
L'application numérique donne Pn 8 305 habitants Besoins solvables aux jours de pointe en 2015 8 305 habitants x 15 litres / jour /habitant = 124 575 litres /j soit 125m3/j.
Nous avons ici à faire à des eaux souterraines. Les pertes sur le système sont ceux sur le réseau qui lui même est limité. Nous pouvons dans ce cas négligé les pertes. Ici la production est appelée à couvrir les besoins solvables car en raison de la capacité et de la volonté à payer des populations c'est cette quantité qui sera prise au système. Donc la capacité de production requise à la ressource est égale aux besoins solvables soit 125m3 par jour. N.B. Au cas où l'on voudrait prendre en compte les éventuelles pertes sur les réseaux d'adduction et de distribution ne pas excéder 5% des besoins. 2- Nombre prévisionnel de forages nécessaires pour la production de 125m3/j 2.1- Hypothèse d'installation thermique Production journalière d'un forage: 8m3/h x 15h/j = 120m3/j Nombre de forage:
n
125m3 / j 120m3 / j
1,04
On réalisera un forage et vers la fin de l'échéance le pompage pourrait s'étaler sur 16 heures. La réalisation d'un deuxième forage interviendra en 2015. 2.2- hypothèse d'installation solaire En installation solaires il ne pas s'attendre à plus de 6 heures d'ensoleillement (1h d'ensoleillement = 1000W par m2. Le nombre de forage dans ce cas sera de
125 2,6 Il faut réaliser 3 forages 8 x6
3- Justification de la nécessité d'un traitement au chlore Ici l'eau de la ressource est bactériologiquement propre à la consommation. Toutefois cette eau est exposée à la pollution au cours de son transport et de son stockage. Il est alors impératif de la protéger avec un désinfectant qui a une rémanence. 8
Exercice sur les adductions Les ouvrages de mobilisation des eaux souterraines pour l’AEP du village de Kindi sont représentés sur le schéma ci-dessous. - Dimensionner les tronçons F2 – I , F1 – I, I – Bâche, Bâche – réservoir R , Réservoir R – Poteau d’incendie. - Calculer les éléments de choix des pompes pour l’équipement des forages F1 et F2 Sur la base de catalogues de constructeurs choisir les pompes appropriées et déterminer le point de fonctionnement de l’installation. Donner le débit de chaque pompe dans ces conditions d’installation.
N.B. 9
Les pdc sur F1 – I = pdc sur F2 – I = 2,5m. Les pdc sur I – Bâche = 0,5m
Correction de l'exercice sur les adductions et choix de pompes Choix de la PN des canalisations: HG la plus élevée = 20 - 252 = 38 m En première approche l'on peut retenir une PN 10. Plus tard le calcul de la HMT le confirmera ou l'infirmera. Tronçon Q Dth (mm) par Dst Vpour Dst Dst retenu F2 – I 10 Bresse 79 81,4 0,53 90/81,4 Bresse modifié 112 99,4 0,36 Munier 69 67,8 0,77 F1 – I 7 Bresse 66 67,8 0,54 75/67,8 Bresse modifié 99 99,4 0,25 Munier 57 57 0,76 I – Bâche 17 Bresse 103 99,4 0,61 110/99,4 Bresse modifié 134 126,6 0,38 Munier 89 81,4 0,91
N.B.
Bresse modifié donne des vitesses très faibles des coûts d'investissement très élevés Munier donne des vitesses qui ne respectent pas la condition de Flamand (vitesses élevées)
Choix des pompes Données de Bresse Différentes pdc F2 10m3/h F1 7 m3/h
F2 - I 1600m 5,70 F1 - I 800m 3,70
I - bâche 500m 1,77 I - bâche 500m 1,77
HG
Sing
Total
3,00 Sing
10,47
HMT
Pompe Grundfos
40,47 SP14A 7 30,00 46,47 SP14A 10
3,00
8,47
38,00
Données de Munier Différentes pdc F2 10m3/h F1 7 m3/h
F2 - I 1600m 15,11 F1 - I 800m 9,31
I - bâche 500m 5,50 I - bâche 500m 5,50
HG
Sing
Total
3,00 Sing
23,61
30,00
3,00
17,81
38,00
HMT
Pompe Grundfos
53,61
SP14A 10
55,81
SP14A 10
Variation de la pression dans la conduite en cas de coup de bélier h a
V2 0,77 2 400 x 23,70m G 10
En cas de coup de 46,47 - 23,7 < P < 46,47 + 23,70 22,77m
Avec une canalisation PN10 il n'est pas besoin d'un dispositif anti-bélier
Exercice sur la désinfection au chlore Le système d’alimentation en eau potable d’une ville est composé des ouvrages ci-après : une batterie de forages débitant ensemble 360 m3 / h une bâche de stockage à la sortie de laquelle s’effectue l'injection de la solution de chlore. Un pompage de l’eau de la bâche vers un réservoir de stockage. Pour la chloration on dispose d’une solution d’hypochlorite de sodium (eau de Javel) titrée à 25° chlorométriques. Pour couvrir les besoins de la ville qui s’élèvent à 7.200 m3 / jour les pompages ont lieu en débit continu : Le pompage des forages à la bâche de 0 h à 20 h, Le pompage de la bâche vers le réservoir de 4h à 20 h. Les essais de demande en chlore en laboratoire montrent que pour 0,4 mg/l de chlore introduit on a au bout deux heures 0,3 mg de chlore libre résiduel /l : pour la désinfection on souhaite avoir 0,3 mg/l de chlore résiduel libre dans l’eau pompée vers le réservoir. Qualités de l’eau brute : Eléments CO2 libre PH Mg++
Concentration Eléments 12 mg / l CO—3 6,2 CF : 0,2 mg/l
Concentration Eléments 0 mg/l HCO-3 0/100ml Fe+++ : Ca++ :
Concentration 15 mg/l 0,02mg/l 51 mg/l
1. Proposer une solution simple pour diminuer la teneur en CO2 agressif ; 2. A quoi sert essentiellement la chloration dans cette chaîne de traitement ? 4. Pour une concentration de 5g de chlore par litre de la solution mère déterminer : le volume du bac pour la préparation journalière de solution mère d'eau de javel et préciser les proportions de solution commerciale de NaClO et d’eau de dilution (volume de solution commerciale de NaClO à 25° - volume d’eau de dilution). le débit horaire de la pompe doseuse. NaClO Réservoir
Bâche de stockage
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Corrigé de l'exercice sur la désinfection 1°/ - Teneur en CO2 libre = 12 mg / l La teneur en CO2 peut être diminuée par une opération d’aération par pulvérisation ou par cascade. Ainsi l’eau dissoudra l’oxygène de l’air et libérera une partie de son CO2 en excès. Il faut noter que cette opération d’aération favorisera la formation de précipité de fer et de manganèse. 2°/ - Au vue des résultats d’analyse , l’absence de C.F. montre que la désinfection est une mesure de sécurité de protection de l’eau contre d’éventuelles pollutions bactériologiques au cours du transport et du stockage. Naturellement le chlore oxydera le fer et le manganèse 3.1°/ Désinfection à l'eau de javel Débit de pompage de la bâche vers le réservoir: 7.200 m3 / 16 h = 450 m3 / h Masse de chlore dans un litre de solution d’eau de javel: 3,17g/degré chloromètrique x 25° = 79,25g/l Dose de traitement: l’étude de la demande en chlore montre que si l’on introduit 0,4mg/l l’on retrouve 0,3mg/l de chlore résiduel après deux heures. Comme l’on souhaite avoir 0,3mg/l de chlore résiduel libre dans l’eau l’eau sera traitée à raison de 0,4mg/l Masse journalière de chlore nécessaire: 0,4g/m3 x 7200m3 = 2880g Volume journalier d’eau de javel: 2880g/ 79,25g/l = 36,34l Volume journalier de solution mère nécessaire concentré à 5g de chlore par litre: Vj = 2880g/5g/l = 576l Modalité de préparation de la solution mère (solution dans le bac d'où puise la pompe doseuse) Volume d’eau de dilution: eau de dilution + solution d’eau de javel = 576l eau de dilution = 576l - 36,34l= 539,66l Débit Q de la pompe doseuse: les 576l de solution mère seront injectés en 16 heures correspondant au temps journalier de refoulement vers le réservoir Q = 576l / 16heures = 36l /h. 3.2°/ Désinfection à l'hypochlorite de calcium titré à 65% Masse journalière de chlore nécessaire: 0,4g/m3 x 7200m3 = 2880g Masse journalière d'hypochlorite de calcium: 2 880g / 0,65 = 4431g Volume journalier de solution mère nécessaire concentré à 5g de chlore par litre: 2880g/5g/l = 576l Modalité de préparation de la solution mère (solution dans le bac d'où puise la pompe doseuse).
Pour la préparation dissoudre 4431g d'hypochlorite de calcium titré à 65% de chlore dans 576 litres d'eau de robinet. 12
Débit Q de la pompe doseuse: les 576l de solution mère seront injectés en 16 heures correspondant au temps journalier de refoulement vers le réservoir Q = 576l / 16heures = 36l /h. Autre méthode - Soit C la concentration de la solution mère (solution dans le bac); soit c la concentration en chlore de l'eau traitée: ici C = 5g/ litre et c = 0,0004g/ litre, - Soit V le volume journalier de la solution mère injectée dans l'eau à traiter; soit v le volume journalier d'eau à traiter en une heure: ici V est à rechercher et v est 7 200m3 . Nous avons C * V c * v V
c * v 0,0004 * 7 200 000 576 litres de solution contenant 5g de chlore par litre C 5
La masse journalière de chlore est 576*5 = 2 880g
Si l'on dispose de l'eau de javel titré à25° chloromètrique, il faut 2880 36,34 litres d' eau de javel 3,17 * 25
Volume d’eau de dilution: eau de dilution + solution d’eau de javel = 576l eau de dilution = 576l - 36,34l= 539,66l.
Si l'on dispose de l'hypochlorite de calcium titré à 65% de chlore, il faut en dissoudre
2880 4431g 0,65
dans 576 litres d'eau de dilution.
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Exercice sur le dimensionnement de réseau de distribution
détermination de la cote minimale exploitable: Zmine calcul des pressions données par Zmine aux nœuds
Il vous est demandé de dimensionner le réseau de distribution (canalisation en PVC Ks s = 120 ) d’un système simplifié d’AEP pour l’équipement d’un gros village de 3000 habitants. Les informations disponibles sont celles ci-dessous. Il est retenu un mode de distribution par point d’eau collectif (Borne fontaine BF) Les enquêtes socio-économiques prévoient qu’il faut en moyenne 30 litres d’eau par jour et par habitant pour la couverture de l’ensemble des besoins moyens journaliers du gros village. La pression minimale exigée au sol au niveau des bornes fontaines est 5.00m Les bornes fontaines sont implantées sur la base de 500 habitants par borne fontaine En sus des BF. ci-dessus il sera construit une au marché du village Les besoins moyens journaliers seront fournis aux populations en 6,00 heures par jour Le coefficient de pointe journalier sera pris égale à 1,00 1- Equipement des BF Donnez le débit minimal exigé à chaque B.F (donner le résultat en l/s) : déduire le nombre de robinets de 0,50 l/s nécessaires à chaque B.F. L’équipement retenu pour chaque B.F. est, -
un robinet de 0,50l/s pour les usagers prenant l’eau dans des seaux ou bassines un robinet de 0,80l/s pour les usagers et revendeurs prenant l’eau dans des fûts
Donner le DN de compteur à installer à chaque BF.
2- Dimensionnez le réseau alimentant les B.F. (le réseau doit permettre le fonctionnement maximal et simultané des B.F. ) - 0.30 m/s V 0,90 m/s -. 3- Déterminez la côte minimale exploitable du réservoir: la hauteur de la crépine par rapport au sol (Cote minimale exploitable) du réservoir ne devrait pas excéder 5,00m. La cote TN en 1 (emplacement du réservoir est 326,00m Tronçons 1- 2 Côte TN(m) 302 Aval Longueur(m) 1000
2 -3 300
2–4 4-6 4–5 299 305 295
6-7 310
4-8 300
8-9 290
1000 1200 1600 1200
1000
800
800
N.B. Les BF sont implantées aux nœuds 3 ; 4 ; 5 ; 6 ; 7 ; 8 ; et 9 Le réservoir est au nœud 1 : Cote TN en 1 = 326,00m.
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Correction de l'exercice sur le dimensionnement de réseau de distribution détermination de la cote minimale exploitable: Zmine calcul des pressions données par Zmine aux nœuds 1- Débit minimal exigé à chaque BF - Volume journalier par BF pour couvrir les besoins des 500 usagers:
500 litres/ personnesx 30 litres par peronne 1500litres/j 15m3/j
-
Débit horaire de chaque BF : les 15 000 litres sont servis à la population en 6 heures Q
-
15 2500 litres 2,5m3 /h soit 0,70l/s : 6 3600s
Nombre de robinet de 0,5 litres: Si l'on décidait d'équiper les BF avec des robinets de 0,5 litres / seconde, il en fallait deux par BF. Le débit par BF serait de 3,6m3/h.
N.B. Beaucoup de professionnels utilisent le débit de 3,6m3/h pour dimensionner les conduites desservant les BF Diamètre nominal de compteur à installer Le compteur est dimensionné pour le débit des deux robinets ouverts simultanément, 1,3l/s soit 4,68 m3 . Le catalogue de constructeur Dn 25mm Dn 32mm
Qn 3,5m3 / h il sera retenu des compteurs Dn 32mm pour l' équipement des BF Qn 6m3 / h
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Tableau de calcul de diamètres et de la côte minimale exploitable - Calcul des pressions au sol Tronçons
L(m)
Q (l/s)
Dth (mm)
Dst (mm)
J (m) sur tronçon
(1)
4 * 0,001 * Q Dth *V
0,5
R J
X (2)
CôteTN(m) Pmine en X
Z Mine (m)
P en X (m)
(extrémité aval)
(imposé par X)
pour Max. des Zmine
(3)
(m) (4)
V (m/s)
(5)=(2)+(3)+(4) (6)=Max(5)-(3)-(2)
Dth en m avec Q en l/s Dst est pris dans le catalogue des constructeurs. En première approche on prend le diamètre commercial immédiatement supérieur V 1m/s
au Dth. Par la suite des contraintes de hauteur de réservoir peuvent amener à prendre des diamètres encore plus grands. V
4 * 0,001 * Q
* (0,001 * Dst ) 2
Dst en mm avec Q en l/s V 1m/s
Colonne 4: il s'agit de la pression minimale de service exigée aux différents nœuds: Pour les AEPS, une pression de 6,00m par rapport au sol est suffisante.
16
Guide pratique de choix de Dst (diamètre intérieur ) sans calcul de Dth Q (l/s) 1
Dth (calculé) 36
Dst (PVC, PN10) DN Interplast 45,2 50
1,4 2,2 3,1 4,5 6,7 9,9 12,4 16,1 25,2 32,0
42 53 63 76 93 112 126 143 179 202
57,0 57,0 67,8 81,4 99,4 126,6 144,6 180,8 203,4 226,2
Observations DN 50 est le diamètre minimal sur le réseau
63 63 75 90 110 140 160 200 225 250
Ce tableau vous permet de passer très vite au choix des Dst (diamètre intérieurs standard sans calcul des Dth.
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Tableau de calcul de diamètres et de la côte minimale exploitable - Calcul des pressions au sol Tronçons
L(m)
Q (l/s)
Dth (mm)
Dst (mm)
J (m) sur tronçon
(1)
4 * 0,001 * Q Dth *V
0, 5
R J
X (2)
CôteTN(m) Pmine en X (extrémité aval)
(3)
(m) (4)
Z Mine (m)
P en X (m)
(imposé par X)
pour Max. des Zmine
V (m/s)
(5)=(2)+(3)+(4) (6)=Max(5)-(3)-(2)
Dth en m avec Q en l/s Dst est pris dans le catalogue des constructeurs. En première approche on prend le diamètre commercial immédiatement V 1m/s
supérieur au Dth. Par la suite des contraintes de hauteur de réservoir peuvent amener à prendre des diamètres encore plus grands. V
4 * 0,001 * Q
* (0,001 * Dst ) 2
Dst en mm avec Q en l/s V 1m/s
Colonne 4: il s'agit de la pression minimale de service exigée aux différents nœuds: Pour les AEPS, une pression de 6,00m par rapport au sol est suffisante
19
20
Exercice sur la qualité de l'eau et le réseau de distribution Dans le cadre dans de l'étude de l'AEP de la ville de NDOROU les études socio-économiques ont donné les informations ci-après à l'échéance du projet. - Consommation moyenne journalière sur toute l’année : 3550 m3/jour - Profil prévisionnel de répartition de la consommation journalière en % Période
0-5
5-6
6-8
8-10
10-12
12-14
14-16
16-18
18-20
20-22
22-24
5
5
25
10
20
6
2
5
15
5
2
(heures) %
0- Donner le coefficient de pointe horaire - Données prévisionnelles de consommation journalière du mois (de pointe) de plus forte consommation en eau mesurées à la sortie du réservoir de distribution et de mise en pression du réseau : Jour
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
15
Conso.
4390
4980
4490
4870
5110
4920
4770
4440
4450
4470
2840
4280
4510
4410
4870
Jour
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
Conso.
4030
4460
4380
4590
4340
4510
5010
4810
4690
4400
4510
4300
4470
4330
4090
(m3/j)
3
(m /j)
0.1-
Donner le coefficient de pointe journalier
0.2-
Donner le débit horaire de pointe.
1- La Ressource en eau: La ressource en eau est constituée d'une source artésienne située sur un flanc de montagne. Qualités physico-chimiques Paramètres
Unité
Concentration
Température
°C
30
PH
-
6.7
Turbidité
NTU
15
Résidu sec
Mg/l
560
Alcalinité (exprimée en CaCO3 )
Mg/l
400
Chlorures
Mg/l
180
(due uniquement à une forte teneur en sable)
20
21
Sulfates
Mg/l
200
Calcium
Mg/l
20
Nitrates
Mg/l
40
Nitrites
Mg/l
1
Fer
µg/l
400
Manganèse
µg/l
600
Fluorures
µg/l
800
Arsenic
µ/l
5
Cuivre
µg/l
1000
Cyanures
µg/l
50
Chrome total
µg/l
30
Mercure
µg
0
Nickel
µg
2
Plomb
µg
0,1
Qualités bactériologiques: Coliforme totaux:
2/100ml
Coliformes fécaux: 1/100ml 1.1- Interpréter (santé publique, protection des ouvrages et équipements hydrauliques) les résultats d'analyse ci-dessus en rapport avec les normes du Burkina Faso complétées éventuellement avec les directives de l'OMS: .
2- Conduite d'adduction L'aménagement de la source permet par un déversoir de maintenir une cote constante de plan d'eau de 375,00m. Cette source a un débit de 230m3/h. Cette source est reliée à un réservoir par une conduite PVC pression DIN 8062/ISO 161 de longueur 5000m. La cote de déversement au réservoir est 275,00m. 2.1- Quelle est la pression (donnée par rapport au sol), la plus élevée qui puisse être observée au point A dans la conduite au pied du réservoir à la cote 264,50m. Dans quelle situation l'observe-t-on? 2.2- Calculer le diamètre intérieur de la conduite ci-dessus pour le débit moyen journalier du mois de pointe pour un fonctionnement de 20 heures par jour: la vitesse d'écoulement dans la
21
22
conduite est acceptée inférieure ou égale à 2,25m/s. Donner les caractéristiques techniques des tuyaux: Classe/PN; Dextéieur/Dintérieur. N.B. Les pertes de charges singulières seront prises égales à 5% des linéaires. 2.3- Pour les jours où la consommation journalière est supérieure à la moyenne, peut on augmenter le débit d'écoulement dans la conduite et maintenir les 20 heures de fonctionnement? Vérifier ou confirmer la réponse en prenant en exemple la consommation du jour de pointe du mois de pointe.
3 Réseau de distribution Le réseau de distribution est constitué de tubes en PE 100 PN 10 (Din 8074-75 / ISO 4427 3.1- Avec quel débit dimensionne-t-on un réseau de distribution? 3.2- déterminer les débits de dimensionnement des tronçons constitutifs du réseau primaire. Voire les débits ponctuels et répartis sur la structure du système. 3.3- calculer et choisir des diamètres commerciaux (intérieurs et extérieurs). 3.4-Pour ces diamètres, donner la cote minimale exploitable (Zmine) pour que la pression de service en tout point soit 10m (par rapport au sol). Les vitesses d'écoulement dans les conduites devraient être 1,00m/s. Les pertes de charges singulières sont négligées.
Données topographiques sur le réseau Tronçons
L(m)
Z(m)TN aval
1-2
200
260,00
2-3
2 000
258,00
3-4
1 500
255,00
2-5
1 000
257,00
2-6
1 200
254,00
6-7
600
253,00
5-8
600
258,00
La cote TN au Nœud 1 au pied du réservoir est 264,50m
22
23
375,00m
STRUCTURE DU SYSTEME D'AEP
275,00m
25l/s Zmine?
20l/s
3
17,5l/s 4
1
A
264,5m
8 2
5
40l/s
25l/s
20l/s 6
10l/s 7
20l/s
23
25
Correction de l'exercice sur la qualité de l'eau et le réseau de distribution
1.1- Interprétation des résultats des analyses physico-chimiques et bactériologiques Paramètres
Concentration
Normes Burkina
Observations
Turbidité
15 NTU
5
Il est même souhaité pour une bonne désinfection 1. Ici la turbidité est uniquement due à la seule présence de sable; il n'est donc besoin ni de traitement de coagulation floculation ni de décantation. Par contre il est nécessaire de disposer d'un dessableur à l'entrée de la conduite.
PH
6,7
Fait craindre une eau agressive: étude au graphique et normogramme de Hoover le confirmera ou l'infirmera
Fer
400 µg/l
300µg/l
Concentration élevée en fer/: risque de taches sur le linge et dépôt dans les ustensiles. Problème de couleur et de goût.
Manganèse
600µg/l
Sans indication sur la norme du Burkina. Par contre l'OMS recommande une concentration 500µg/l :inconvénients sur le linge. et dépôt dans les ustensiles. Problème de couleur et de goût
Fluorures
800µg/l
-
L'OMS recommande une concentration 1500µg/l
Coliformes
0:100ml
0/100ml
totaux Coliformes
Eau de la ressource bactériologiquement sans risque sanitaire.
0/100ml
0/100ml
thermotolér ants
Etude de l'équilibre calco-carbonique L'étude de l'équilibre calco-carbonique par le graphique et normogramme de HOOVER montre que l'eau a un pH de saturation 7,7. Le pH de l'eau étant de 6,7, inférieur au pHs, cette eau est agressive.
25
26
1.2- Traitements de correction à apporter Traitements
Justificatifs
Aération
L'eau contient un excès de CO2, de fer et de manganèse. Par une aération la concentration en ces éléments pourrait significativement baisser. Si après l'aération l'eau demeure agressive il envisager un traitement à la chaux
Désinfection de L'eau de la ressource est bactériologiquement sans risque. Toute fois au cours des protection
opération de stockage et de transport dans les conduites elle est exposée à des risques de pollution. Aussi il est conseillé qu'elle contient un résidu de désinfectant. Ici le traitement au chlore est recommandé.
Dessablage
Il s'agit là de protéger la conduite d'adduction contre d'éventuels dépôts de sable
2.1- La pression maximale est observée en situation d'hydrodrostatique: pdc nulle pas d'écoulement, vanne en aval de A fermée. Elle est de 375m - 264,5m = 110,50m. Cette pression maximale qui peut être observée indique qu'il est conseillé de poser une PN16. 2.2- L'eau s'écoule de la source au réservoir sous l'effet de la dénivelée 375,0m - 275,0m = 100,00m. Le calcul donne un diamètre théorique de 0,19091m On retient Une PN 16 225 / 191,6mm en tenant compte de la pression statique évoquée plus haut. 2.3- Le calcul montre que la dénivelée ne permet pas l'écoulement de 5110/20x3600) m3/s au jour de pointe Si ce débit passe pdc = 126,90m > 100,00m énergie disponible. Aussi on conservera 4491/(20x3600) ce qui donne en 24 heures 5389m3. En 5110/(4491/20) = 22,76 heures on a couvert la consommation du jour de pointe. 3.1- Le réseau de distribution est dimensionné pour le transport du débit de l'heure de pointe. 3.2 , 3.3 et 3.4 Voir tableau ci-dessous
26
27
Tableau de calcul de diamètres et de la côte minimale exploitable - Calcul des pressions au sol Tronçons L(m)
Q (l/s)
Dth (mm)
Dst (mm)
J (m)
(1) 1 -2 2–3 3–4 2- 5 2–6 6–7 5–8
200 2000 1500 1000 1200 600 600
177,5 62,5 28,5 65 50 21 40
475,52 282,17 190,54 287,75 252,38 163,56 225,73
494,0 312,8 198,2 312,8 277,6 176,2 246,8
CôteTN(m) Pmine en X
R
Sur tronçon
0,19 2,75 4,88 1,49 1,99 1,99 1,19
J
(extrémité aval)
X (2) 0,19 2,94 7,82 1,68 2,19 4,17 2,87
(3) 260,00 258,00 255,00 257,00 254,00 253,00 258,00
(m) (4) 10,00 10,00 10,00 10,00 10,00 10,00 10,00
Z Mine (m)
P en X (m)
(imposé par X)
pour Max. des Zmine
(5) 270,19 270,94 272,82 268,68 266,19 267,17 270,87
V (m/s)
(6) 12,63 11,88 10,00 14,15 16,64 15,65 11,95
0,93 0,81 0,92 0,85 0,83 0,86 0,84
Le tableau de calcul donne une cote minimale exploitable de 272,82m.
27
28
Z Trop plein = 118.60 m Z Radier = 116.60 1 m BF 1 114.10 m
BF4 Marché
3
BF 3
BF 2
9
6
I
8 7 2
100 m
5
BF6
11
12
BF 7 N.S.= 84.27 m
C.E.G. 4
N.D.=22.93 m
BF 5 10
Qe = 10 m3/h F1
ND= 55.00m Qe= 5m3/h
F2 Réseau d'adduction Tronçon Longueur (m) F2 – I 600 F1 – I 700 I - Réservoir 1000
28
29
Données topographiques N° Tronçon Désignation Longueur (m) Cote TN Tronçon aval 1 1-2 500 97,46 2 2-3 300 94,96 3 2-4 250 95,36 4 2-5 550 94,91 5 5-6 300 94,96 6 5-7 500 94,16 7 7 - 10 1000 93,96 8 10 - 11 500 93,86 9 11 - 12 600 93,76 10 7-8 500 94,71 11 8-9 600 95,46 Cote TN en 1 point d'emplacement du réservoir: 110,00m La population de TINTOULOU est de 3130 habitants avec un taux d'accroissement annuel de 3% au recensement de janvier 2005. Les enquêtes socio-économiques font ressortir des besoins solvables pour la période sèche ( pointe journalière) de 20 litres par jour et par habitant. 1- Evaluer les besoins puis la demande en eau de Tintoulou en 2010 puis en 2015. Le mode de distribution retenu est le point d'eau collectif - la borne fontaine-. Il y a 7 bornes fontaines équipées chacune de 2 robinets de 0,5 litres par seconde (débit par BF = 1l/s). Le branchement du CEG sera assimilé à deux (2) BF (2l/s) Le réseau de distribution sera en PVC PN10. La pression minimale de service exigée en tout point du réseau est 6,00m 2- Dimensionner (DN / Dintérieur) les différents tronçons constitutifs du réseau de distribution puis déterminer - la cote minimale exploitable (cote crépine) du réservoir - les différentes pressions imposées par cette cote minimale aux différents nœuds - la pression maximale observée en hydrostatique 3- Adduction et pompage déterminer - sur la base de la hauteur géométrique la PN des canalisations PVC à installer - par la formule de Bresse les DN / D intérieur des canalisations - la HMT des pompes équipant les différents forages: La cote de remplissage du réservoir est 2,00m audessus de la cote minimale exploitable
29
30
4- Source d'énergie La pompe équipant le forage F2 sera alimentée par de l'électricité produite par des installations photovoltaïques: La pompe équipant le forage F1 sera alimentée par de l'électricité produite par un groupe électrogène
30
31
CORRECTION 1- Evaluation des besoins journaliers de pointe en 2010 et en 2015 Population Population Besoins (m3/j)
2010 3 630 73
2015 4210 85
2- Dimensionnement des conduites d'adduction Par la formule de Bresse Tronçon Q (m3/h) PN 16 DN/Dint F1 - I 10,0 90 / 76,6 F2 - I 5,0 63 / 53,6 I - Réservoir 15,0 110 / 93,6
V (m/s) 0,60 0,62 0,61
Courbe caractéristique de F1 - I (10m3/h sur 700m) Q 4 6 8 9 0,55 1,24 2,21 2,80
10 3,45
11 4,17
12 4,96
Courbe caractéristique de F2 - I (5m3/h sur 600m) Q 2 4 5 6 0,79 3,17 4,96 7,14
8 12,70
10 19,84
12 28,57
Courbe caractéristique de I - Réservoir (15m3/h sur 1000m) Q 8 10 12 14
15
16
18
3,80
4,33
5,48
1,08
1,69
2,43
3,31
Détermination des HMT des pompes devant équiper chacun des forages
F1 10m3/h F2 5 m3/h
F1 - I 3,45 F2 - I 4,96
Différentes pdc I-R Sing 3,80 3,00 I-R Sing 3,80 3,00
HG
HMT
Total 10,25
93,67
103,92
11,76
61,60
73,36
Pompe
31
32
32
