Manuel d`initiation
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1. Options de la Signification rubrique Miscellaneous Allow Ponding Autorise le mod le prendre en compte le stockage en surface des volumes exc dentaires lorsque la capacit de transit des collecteurs est d pass e Report Control Inclut dans le rapport de simulation la liste des actions de contr le ponctuelles discrete Actions control action qui se produisent selon les r gles de contr le Control Rules d finies dans projet Report Input Inclut dans le rapport de simulation un r sum des donn es du projet Summary Skip Steady Utilise lorsque l coulement est permanent les r sultats du dernier calcul au lieu de proc der Periods un nouveau au calcul L coulement est jug permanent sur un pas de temps si le d bit externe sur chaque n ud est inf rieur 15 L s et si la diff rence relative entre les d bits entrant et sortant du syst me n exc de pas 5 Minimum Conduit Valeur minimale autoris e pour la pente des conduites Si aucune valeur n est impos e Slope SWMM utilisera la valeur par d faut de 0 00035 3 Dans l onglet Dates fixer la fin de la simulation End Analysis 12 00 4 Dans l onglet Time Steps fixer le pas de temps de calcul Routing 60s Onglet Time Steps Signification Reporting Pas de temps pour la pr sentation des r sultats de calculs Runoff Pas de temps de calcul des d bits ruissel s l exutoire des bassins versants DryWeather2. 1 S S Zf Zelt De plus on voit que l infiltration cumulative I t volume total d eau infiltr e depuis le d but du processus est le produit de la variation de teneur en eau amp 0o par la profondeur du front d humidification zp I t h h 0 0 Il t z t 0 0 t z do OS ER Re v Q _ dI t r r r or On a aussi ilt donc l quation de Green Ampt est une quation diff rentielle dI t Aah 00 T S K 1 hs lt 0 dt I 6 s Remarque on peut souvent n gliger h devant les autres termes pour simplifier l quation Evaluation des param tres de Green Ampt Source Rawls W J et al 1983 J Hyd Engr 109 1316 Pour un sol ressuy la teneur en eau initiale O du sol peut tre prise gale la capacit de r tention teneur en eau du sol ressuy Capacit de 0 teneur en eau r tention ne POMIeNE saturation en succion mm capacit au champ Limon Ks conductivit Texture du sol hydraulique du sol satur mm h Limon fin Limon Argilo Sableux Limon Argileux Limon fin Argileux Argile sableuse Argile limoneuse Argile 20 ANNEXE 4 Equations de Barr de Saint Venant La mod lisation de l coulement graduellement vari et non permanent dans le r seau repose sur la r solution des quations de Barr de St Venant Ces quations au nombre de deux traduisent la conservation de la ma
3. rentrer Area ha Surface du bassin versant 1 62 Width m Param tre du mod le de ruissellement mod le de l onde 122 cin matique largeur du canal rectangulaire auquel est assimil e la surface du BV pour y calculer la vitesse de ruissellement selon la formule de Manning Strickler C est le rapport de la surface du BV 1 cf ANNEXE 1 mod le de ruissellement de l onde cin matique 2 la longueur du BV Cette longueur est obtenue en consid rant la moyenne de plusieurs parcours hydrauliques sur la surface du BV Elle doit refl ter davantage les coulements lents sur les surfaces perm ables que les coulements rapides sur les surfaces imperm ables C est un param tre de calage Slope Pente moyenne du bassin versant 0 5 Imperv Pourcentage de surface imperm able sur le BV 50 N imperv s m Coefficient de Manning Strickler pour les surfaces imperm ables 0 01 N perv s m Coefficient de Manning Strickler pour les surfaces perm ables 0 1 Dstore Imperv mm Hauteur d eau stock e sur les surfaces imperm ables du 1 3 BV d pressions du sol interception par la v g tation mouillage des surfaces Dstore Perv mm Hauteur d eau stock e sur les surfaces perm ables du BV 1 3 Zero Imperv Vo Pourcentage de la surface imperm able d pourvue de stockage 25 dans les d pressions du sol Infil Model Mod le d infiltration Trois
4. l S lectionner la rubrique Options dans l explorateur de donn es gauche de l cran et cliquer sur le bouton 2 Dans l onglet General de la fen tre qui appara t v rifier que les cases Rainfall Runoff et Flow Routing de la rubrique Process Models sont coch es pour r aliser respectivement la transformation pluie d bit sur les bassins versants et pour mod liser l coulement dans le r seau Dans la rubrique Routing Model cocher la case Kinematic Wave pour simuler l coulement dans le r seau selon le mod le de transfert de l onde cin matique Dans la rubrique Infiltration Model la case Green Ampt doit tre coch e et dans la rubrique Miscellaneous toutes les cases doivent tre d coch es 10 Simulation Options General Dates Time Steps Dynamic Wave Files Process Models Miscellaneous Ranfall Aunotf Allow Ponding Report Control Actions Report Input Summary Flow Routing M Skip Steady Feriods Water Quality Minimum Conduit Slope 0 Fe Infiltration Model Routing Model C Horton O Steady Flow Ce Green Ampt Kinematic Wave C Curve Number C Dynamic Wave DK Cancel Help Figure 7 Options de simulation Options de la Signification rubrique Routing Model Steady Flow Mod le de la translation simple en r gime permanent uniforme Mod le le plus simple possible qui consid re chaque pas de temps de calcul que l coulement
5. RunOff Pas de temps de calcul de l accumulation des polluants la surface des bassins versants en WetWeather temps sec mod les de qualit Routing Pas de temps de calcul pour la mod lisation des coulements dans le r seau 5 Cliquer sur OK pour fermer la fen tre des options de simulation 5 2 Lancer une simulation Pour lancer une simulation s lectionner Project Run Simulation dans le menu principal ou cliquer sur le bouton En cas de probl mes lors de la simulation un rapport de simulation appara tra l cran d crivant les erreurs rencontr es Une fois que la simulation s est effectu e avec succ s 1l y a plusieurs mani res d en visualiser les r sultats 12 5 3 Consulter le rapport de simulation Le rapport de simulation Status Report contient des informations importantes sur les r sultats de la simulation Pour le consulter s lectionner Report gt gt Status dans le menu principal Le rapport affich indique principalement e Une bonne qualit de la simulation puisque les erreurs sur la conservation de la masse Continuity Errors sont n gligeables pour le mod le de ruissellement comme pour le mod le de transfert Runoff Quantity Continuity Error 0 04 et Flow Routing Continuity Error 0 032 e Sur les 76 2 mm de pluie pr cipit e 44 5 mm se sont infiltr s et 31 4 mm ont ruissel e La rubrique des d bordements aux n uds Node Flooding Summary signale un d bordement a
6. bassins versants 1 Cliquer sur le bouton de la barre outils des objets pour commencer dessiner des bassins versants Si cette barre outils n est pas visible s lectionner View gt gt Toolsbar gt Object pour la faire appara tre Le pointeur de la souris prend alors la forme d un crayon 2 D placer le pointeur de la souris sur le plan jusqu l emplacement d un des sommets du p rim tre du bassin versant SI et cliquer clic gauche 3 Faire de m me avec les autres sommets et faire un clic droit ou appuyer sur Entr e pour fermer le p rim tre et cr er ainsi le bassin versant S1 Appuyer sur ESC pour annuler le dessin d un bassin versant en cours de saisie Noter que si n cessaire il sera possible par la suite de modifier ou de d placer le bassin versant 4 R p ter l op ration pour les bassins versants S2 et S3 Observer comment les objets sont automatiquement tiquet s mesure qu ils sont cr s La prochaine tape consiste dessiner les n uds de jonctions et l exutoire du r seau l Cliquer sur le bouton Ol ae la barre outils des objets pour commencer dessiner des n uds de jonction 2 D placer le pointeur de la souris sur le plan jusqu l emplacement du n ud de jonction J1 et cliquer clic gauche Faire de m me pour le n uds J2 J4 3 Pour ajouter l exutoire Outl cliquer sur le bouton KP la barre outils des objets d placer le pointeur de la souris sur le plan jusqu l emplac
7. d bit Choisir une unit m trique CMS m s LPS CMS L s MLD 1000m j implique que toutes les autres grandeurs du logiciel sont exprim es en unit s m triques Les valeurs d j rentr es ne sont pas automatiquement converties lorsque l on change de syst me d unit s Link Offsets D calage du collecteur par rapport DEPTH au fond du regard La position du radier du collecteur peut tre indiqu e sous forme d une hauteur au dessus du fond du regard DEPTH distance entre les points 1 et 2 ou sous forme d une f cote absolue ELEVATION cote EF absolue du point 1 Routing Model Mod le de transfert Trois mod les sont disponibles Kinematic Steady Flow coulement permanent et uniforme dans chaque Wave tron on et chaque pas de temps Translation simple des hydrogrammes Kinematic Wave Mod le de l onde cin matique Dynamic Wave Mod le de l onde dynamique R solution des quations de Barr de Saint Venant 5 Cliquer sur OK pour accepter ces choix et fermer la bo te de dialogue Pour appliquer ces choix tous les futurs projets cocher la case Save as defaults for all new project Dans l tape suivante nous allons activer les options d affichage pour que les symboles et les noms des objets s affichent automatiquement sur le plan au fur et mesure de la cr ation des objets et pour que les conduites portent des fl ches indiquant le sens de l coulement l S lec
8. de temps CUMULATIVE cumul de hauteur pr cipit e en mm depuis le d but de l v nement pluvieux Rain Interval h Intervalle de temps de mesure du pluviom tre 01 00 ou hh mm 4 Pour passer d un objet un autre on peut aussi utiliser les touches PageDown et PageUp dans l diteur de propri t s 8 Data Source Source des donn es pluviom triques TIME TIMESERIES donn es entr es par l utilisateur FILE donn es dans un fichier externe TIMESERIES Series Name Nom de la s rie temporelle de pluviom trie TSI Double cliquer pour diter la s rie FILE File Name Nom du fichier externe contenant les donn es Station No Num ro d enregistrement de la station Rain Units Unit de hauteur des donn es pluviom triques dans le fichier externe IN pouces ou MM millim tres Comme mentionn pr c demment nous allons simuler le fonctionnement du r seau pour une pluie de projet de 76 2 mm sur 6 heures Les valeurs horaires de l intensit de pluie vont constituer la s rie temporelle nomm e TSI Pour cela 1l faut cr er un objet Time Series et y rentrer les donn es l Dans l explorateur d objets gauche de l cran s lectionner la cat gorie Time Series 2 Cliquer sur le bouton pour faire appara tre la fen tre de l diteur de s rie temporelle cf figure 6 3 Entrer TS1 dans le champ Time Series Name 4 Entr
9. est permanent et uniforme Les hydrogrammes entre l entr e et la sortie des conduites ne subissent alors ni d calage dans le temps ni amortissement Ne peut repr senter n1 les effets de stockage de l eau dans les r seaux n1 les ph nom nes d influences aval ni les inversions du sens de l coulement ni les coulements en charge Son utilisation est restreinte aux r seaux ramifi s non maill s Il n est r ellement utile que pour une analyse pr liminaire d coulements variant peu dans le temps Kinematic Wave Mod le de l onde cin matique Il r sout les deux quations de Barr de Saint Venant en n gligeant dans l quation de conservation de la quantit de mouvement les deux termes d inertie et en faisant l approximation que la pente de la surface libre est gale la pente du radier D s que le d bit l entr e d un collecteur est sup rieur au d bit pleine section du collecteur l exc dent est soit perdu soit stock au dessus du n ud d entr e puis r ingect dans le collecteur lorsque celui ci a retrouv sa capacit d vacuation Permet de repr senter des coulements variant la fois dans le temps et dans l espace ce qui se traduit par un d calage temporel ainsi qu un amortissement des hydrogrammes entre l entr e et la sortie d un collecteur Ne prend en compte ni les influences aval ni les inversions du sens d coulement ni les coulements en charge et son utilisation se limite aux r se
10. le contenu ou la valeur d une propri t sp cifique d un objet 1l faut appeler l diteur de propri t s de cet objet cf figure 4 Il y a diff rentes fa ons de proc der Si l diteur de propri t s est d j visible 1l suffit de cliquer sur l objet sur la carte ou de le s lectionner dans la liste des donn es gauche de la carte Si l diteur de propri t s n est pas visible on peut le faire appara tre gr ce l une des actions suivantes e Double cliquer sur l objet sur la carte e Faire un clic droit sur l objet et choisir l option properties dans la fen tre qui appara t e S lectionner l objet dans la liste des donn es gauche de la carte et cliquer sur le bouton de l explorateur de donn es Subcatchment S1 Property Value Hame 51 Coordinate 5989 99 Y Coodinate 7133 27 Description Tag R aingage Outlet rea width Name of node or another subcatchment that recerves nunoff Figure 4 Editeur de propri t s Lorsque la fen tre de l diteur de propri t s est active il suffit de cliquer sur F1 pour obtenir une description plus d taill e des propri t s list es Deux propri t s doivent tre renseign es pour les bassins versants la station de mesure pluviom trique qui d crit les pr cipitations sur le bassin versant ainsi que le n ud du r seau qui re oit l eau ruisselant sur le bassin versant Mais puisque ici tous les bassins versants utilisent la m me station
11. pluviom trique nous pouvons utiliser une m thode permettant d affecter cette propri t tous les bassins versants la fois l Dans le menu principal s lectionner Edit gt gt Select AI 2 Ensuite s lectionner Edit gt Group Edit pour faire appara tre la bo te de dialogue d dition de groupe cf figure 5 3 Choisir Subcatchment pour le type d objet s lectionner Rain Gage comme propri t diter et taper Pluvioil comme nouvelle valeur 4 Cliquer sur OK pour affecter la station pluviom trique Pluviol tous les bassins versants Une bo te de dialogue appara t alors signalant que les trois bassins versants ont t modifi s Choisir No pour ne pas continuer l dition Group Editor For objects of type Subcatchment k C with Tag equal to Oooo edit the property nn Figure 5 Editeur de groupe Comme chaque bassin versant a un n ud exutoire diff rent on doit maintenant proc der pour chaque bassin versant de la fa on suivante l Double cliquer sur le bassin versant S1 ou le s lectionner dans la liste de donn es et cliquer sur pour faire appara tre l diteur de propri t s 2 Taper JI dans la rubrique Outlet et taper Entr e Remarquer qu une ligne en pointill s s est dessin e entre le bassin versant et son exutoire 3 Cliquer sur le bassin versant S2 et entrer J2 dans la rubrique Outlet 4 Cliquer sur le bassin versant S3 et entrer J3 dans la rubr
12. 5 Cliquer sur OK pour cr er le profil montrant la position de la ligne d eau l instant indiqu dans l onglet Map de l explorateur gauche de l cran Lorsque que l on volue dans le temps en utilisant les boutons de contr les de l onglet Map de l explorateur ou en lan ant une animation avec l Animator on voit voluer la forme et la position de la ligne d eau On observe notamment qu il y a d bordement au noeud J2 pendant une heure deux heures apr s le d but de la pluie L apparence du profil en long peut tre modifi e et 1l peut tre copi et imprim selon les m mes proc dures que pour les graphes temporels 5 7 R aliser une simulation avec le mod le de l onde dynamique Ce mod le est plus pr cis que celui de l onde cin matique mais 1l requiert un temps de calcul sup rieur car les pas de temps doivent tre beaucoup plus courts pour garantir la stabilit num rique du mod le Dans notre exemple le mod le de l onde cin matique a montr que la conduite C2 tait surcharg e au cours de l pisode pluvieux Il est donc probable qu en se mettant en charge elle puisse faire transiter un d bit sup rieur son d bit pleine section Le mod le de l onde dynamique est capable de repr senter cette mise en charge Pour r aliser une simulation selon le mod le de l onde dynamique l Dans l explorateur d objets s lectionner la cat gorie Options et cliquer sur le bouton 2 Dans la rubrique Rout
13. EPA SWMM 5 Manuel d initiation Traduction et adaptation libres du tutoriel du manuel de l utilisateur Storm Water Management Model User s Manuel Marion Telliez mars 2010 EPA SWMM 5 EXERCICE D INITIATION 1 PRESENTATION DE L EXEMPLE Le but est de mod liser le fonctionnement du r seau d assainissement pluvial d une zone r sidentielle de 4 86 ha Ce r seau sch matis sur la figure 1 ci dessous comprend les objets suivants 3 sous bassins versants Subcatchments S1 S3 4 collecteurs Conduits CI C4 4 n uds de jonction Junctions J1 J4 exutoire Outfalls Out1 Figure 1 Sch ma du r seau Les tapes de la mod lisation seront 1 Cr ation des objets sur le plan Study Area Map et entr e des donn es de chaque objet Properties 2 Simulation de la r ponse quantitative du syst me un v nement pluvieux ponctuel de 76 2 mm en 6 heures 2 CREATION D UN NOUVEAU PROJET La premi re t che consiste cr er un nouveau projet SWMM lui donner un titre et l enregistrer dans un fichier de sauvegarde Pour cela l Ex cuter EPA SWMM et s lectionner File gt gt New dans la barre de menu principal pour cr er un nouveau projet 2 S lectionner la rubrique Title Notes dans l explorateur de donn es gauche de l cran et cliquer sur le bouton 3 Dans la fen tre qui appara t alors taper Exercice d initiation comme titre de projet et cliquer sur OK
14. N 10 0058 CN UI de o e o __23CN _ CN Pour tenir compte de conditions initiales plus humides que la normale CN 10 013 CN IT 27
15. Temps h Figure 11 volution g n rale du r gime d infiltration et de l infiltration cumulative au cours du temps Ks conductivit hydraulique saturation e o k est une constante de temps Evaluation des param tres de Horton e imax Capacit d infiltration maximale du sol Max Infil Rate Type de sol imax Max Infil Rate Sol SEC avec peu ou pas de v g tation Sableux 125 mm h Limoneux 75 mm h Argileux 25 mm h B Sol SEC avec v g tation dense Multiplier par 2 les valeurs de A C Sol HUMIDE Drain A la capacit au champ Diviser par 3 les valeurs de A ou B Proche de la saturation Choisir une valeur proche de imin Partiellement drain Diviser par 3 les valeurs de A ou B 23 e imn Capacit d infiltration minimale du sol Min Infil Rate cf page 20 valeurs de la conductivit hydraulique saturation Ks e k constante de temps Decay Const Usuellement 2 7 heures e Dur e d ass chement du sol Drying Time Dur e en jours pour passer d un sol satur un sol compl tement sec Usuellement entre 2 et 14 Jours Volume maximum infiltrable Max Infil Volume en mm 0 si non applicable porosit totale teneur en eau au point de fl trissement permanent x profondeur de la zone du sol dans laquelle se produit l infiltration 24 ANNEXE 6 Mod le de ruissellement du Curve Number de SCS Le mod le de ruissellemen
16. aux ramifi s non maill s Utilisable avec des pas de temps de calcul relativement longs de l ordre de 5 15 minutes Dynamic Wave Mod le de l onde dynamique R sout les quations compl tes de Barr de Saint Venant et produit donc th oriquement les r sultats les plus pr cis Permet de repr senter les coulements en charge dans les collecteurs lorsque le d bit y exc de le d bit pleine section Lorsqu en un noeud la cote pi zom trique d passe la cote du terrain naturel 1l y a d bordement et le d bit en exc s est alors soit perdu soit stock au dessus du n ud et r imject dans le 11 r seau en fonction de ses capacit s d vacuation Permet de repr senter les effets de stockage dans le r seau les ph nom nes d influence aval l inversion du sens de l coulement et les coulements en charge Il peut tre appliqu n importe quel r seau y compris les r seaux maill s et ou comportant des d fluences Mod le choisir quand on peut s attendre des influences aval significatives notamment lorsque le r seau comporte des limitations de d bit l aval ou des syst mes de r gulation tels que d versoirs ou orifices calibr s Requiert cependant des pas de temps de calcul beaucoup plus courts de l ordre de la minute ou moins SWMM r duit automatiquement la dur e du pas de temps choisie par l utilisateur afin de garantir la stabilit num rique du calcul
17. des hydrogrammes entre l entr e et la sortie d un collecteur Cependant il ne prend en compte ni les influences aval ni les inversions du sens d coulement ni les coulements en charge et son utilisation se limite aux r seaux ramifi s non mailles Ce mod le peut tre utilis avec des pas de temps de calcul relativement longs de l ordre de 5 15 minutes Dynamic Wave Mod le de l onde cin matique Il r sout les quations compl tes de Barr de Saint Venant et produit donc th oriquement les r sultats les plus pr cis Avec ce mod le 1l est possible de repr senter les coulements en charge dans les collecteurs lorsque le d bit y exc de le d bit pleine section Le d bordement un n ud survient lorsque la cote pi zom trique d passe la cote du terrain naturel Le d bit en exc s est alors soit perdu soit stock au dessus du n ud et r inject dans le r seau en fonction des capacit s d vacuation de ce dernier Ce mod le permet de repr senter les effets de stockage dans le r seau les ph nom nes d influence aval l inversion du sens de l coulement et les coulements en charge Il peut tre appliqu n importe quel r seau y compris les r seaux mailles et les r seaux comportant des d fluences C est le mod le choisir quand on peut s attendre des influences aval significatives notamment lorsque le r seau comporte des limitations de d bit l aval ou des syst mes de r gulation te
18. ement de l exutoire et cliquer clic gauche A ce stade le plan doit ressembler la figure suivante Cut T Figure 3 Bassins versants et n uds de jonction de l exemple A pr sent nous allons cr er les collecteurs qui relient les n uds de jonction il faut avoir cr les n uds avant de cr er les conduites Commen ons par le collecteur CI qui relie les n uds J1 et J2 l Cliquer sur le bouton M q la barre outils des objets Le pointeur de la souris prend alors la forme d une croix 2 Cliquer sur le n ud J1 Le pointeur de la souris prend alors la forme d un crayon 3 D placer la souris jusqu au n ud J2 Une ligne se dessine entre les deux n uds Cliquer clic gauche pour cr er le tron on L op ration peut tre annul e en cours de saisie en cliquant sur 5 le bouton droit de la souris ou en appuyant sur la touche ESC 4 R p ter la proc dure pour les collecteurs C2 C4 Tous les collecteurs ont t repr sent s par des droites mais 1l est possible de les repr senter par des polylignes dont les points interm diaires sont cr s en faisant des clic gauche Pour finir nous allons ajouter une station de mesure pluviom trique l Cliquer sur le bouton El la barre d outils des objets 2 D placer la souris sur la carte jusqu l emplacement souhait pour la station pluviom trique et cliquer clic gauche A ce stade le dessin de tous les composants du syst me est termin Le dessi
19. er les valeurs figurant sur la figure 6 dans les colonnes Time et Value 5 Cliquer sur le bouton View pour visualiser le graphique correspondant puis cliquer sur OK pour valider 5 L diteur de s rie temporelle peut aussi tre lanc directement depuis l diteur de propri t s de l objet station pluviom trique en double cliquant dans le champ Series Name Time Series Editor Time Seres Name T51 Description pluie de projet de 76 2 mm en 6 heures C Use external data file named below OOO E Enter time senes data in the table below No dates means times are relative to start of simulation Cancel Help Figure 6 Editeur de s ries temporelles Time Series Toutes les donn es du projet ayant t renseign es enregistrer les derni res modifications en cliquant sur le bouton A ou en s lectionnant File gt gt Save Les donn es du projet ont t enregistr es dans un fichier au format texte Il est possible de visualiser son contenu en s lectionnant la commande Project gt gt Details dans le menu principal Pour ouvrir lors d une prochaine session de travail un projet pr alablement enregistr il suffit de s lectionner la commande File gt gt Open dans le menu principal 5 REALISER UNE SIMULATION 5 1 Options de simulation Avant de simuler le fonctionnement du r seau il faut fixer un certain nombre de param tres qui d termineront la fa on dont sera conduite la simulation Pour cela
20. grammes entre l entr e et la sortie des conduites ne subissent n1 d calage dans le temps ni amortissement Ce type de mod le ne peut repr senter ni les effets de stockage de l eau dans les r seaux ni les ph nom nes d influences aval ni les inversions du sens de l coulement ni les coulements en charge De plus son utilisation est restreinte aux r seaux ramifi s non maill s 21 Kinematic Wave Mod le de l onde cin matique Il r sout les deux quations de Barr de Saint Venant en n gligeant dans l quation de conservation de la quantit de mouvement les termes d inertie et en faisant l approximation que la pente de la surface libre est gale la pente du radier Soit 2 0 L quation 2 de Barr de Saint Venant est alors remplac e par l quation de Manning Strickler en r gime uniforme Ce mod le consid re galement que le d bit capable maximum d un collecteur est le d bit pleine section D s que le d bit l entr e d un collecteur est sup rieur au d bit capable du collecteur l exc dent est soit perdu pour le syst me soit stock au dessus du n ud d entr e puis r mJect dans le collecteur lorsque celui ci a retrouv sa capacit d vacuation Le mod le de l onde cin matique permet de repr senter des coulements dans lequel d bit et tirant d eau varient la fois dans le temps et dans l espace Cela se traduit par un d calage temporel ainsi qu un amortissement
21. ing Model de l onglet General cocher Dynamic Wave 3 Dans l onglet Dynamic Wave reproduire les choix de la figure 9 ci dessous Simulation Options General Dates Time Steps Dynamic Wave Files Inertial Terms O Keep Dampen Ignore Define Supercritical Flow By C Slope C Froude No Both Force Main Equation Hazer Williarms C Darcy Weisbach Variable Time Step F Adustment Factor Conduit Lengthening Miramum Surface Area Use 0 for No Lengthening Use for Default Area Time Step sec 0 Square Feet 0 DK Cancel Help Figure 9 Options du mod les de l onde dynamique 15 Options du mod le de l onde dynamique Signification Inertial Terms Choix du mode de traitement des termes d inertie de l quation de Barr de Saint Venant KEEP les termes d inertie sont pleinement conserv s partout et tout instant DAMPEN les termes d inertie sont r duits lorsque l coulement s approche du r gime critique et sont ignor s lorsque l coulement devient torrentiel IGNORE les termes d inertie sont ignor s partout et tout instant ce qui revient au mod le de l onde diffusante Define Choix du crit re permettant de savoir que l coulement devient torrentiel SuperCritical SLOPE pente de la surface libre sup rieure la pente du radier Flow b FROUDE N nombre de Froude sup rieur 1 y BOTH l une ou l autre des deux condit
22. ion L 0 2 S Pour estimer S on utilise un coefficient d aptitude au ruissellement interm diaire appel Curve Number CN qui d pend du type de sol des conditions d humidit initiales du sol et de l occupation du sol Il varie entre 0 et 100 ses valeurs sont d autant plus grandes que les surfaces sont imperm ables 1000 On peut alors calculer S S 2S AN 10 avec S en mm Evaluation du CN En fonction du type de sol _ Groupe Description Conductivit de sol hydraulique Potentiel de ruissellement faible Sols forts taux d infiltration Sols profonds sableux ou graveleux tr s bien drain s Sols taux d infiltration mod r s Sols moyennement profonds profonds bien tr s bien drain s texture assez grossi re limon sableux ou loess mouvement vertical de l eau ou sols textures moyennement fines fines limons argileux Potentiel de ruissellement lev Sols tr s faibles taux d infiltration Sols argileux fort potentiel de gonflement sols en pr sence d une nappe permanente faible profondeur sols comportant un horizon argileux proche de la surface et sols superficiels sur mat riau imperm able C Sols faibles taux d infiltration Sols comportant un horizon faisant obstacle au En fonction de l occupation du sol d apr s SCS Urban Hydrology for Small Watersheds 2nd Ed TR 55 June 1986 Groupe de sol Occupation du s
23. ion et s lectionner la rubrique Annotation Cocher alors les cases Subcatchment Values Node Values et Link Values selon les annotations d sir es 6 Dans l explorateur gauche de l cran les boutons de la rubrique Time Period permettent de consulter les r sultats de la simulation diff rents instants 7 Les boutons magn toscope de la rubrique Animator permettent de contr ler une animation de la carte en fonction du temps 5 5 Visualiser les r sultats sous forme de graphes temporels Pour cr er un graphe temporel partir d un r sultat de simulation l S lectionner Report gt gt Graph gt gt Time Series ou cliquer sur le bouton E dans la barre d outils standard 2 La bo te de dialogue qui appara t permet de choisir les variables repr senter en fonction du temps 13 Pour notre exemple la bo te de dialogue Times Series Plot peut tre utilis e pour repr senter le d bit dans les collecteurs CI et C2 l S lectionner Links dans Object Category 2 Cocher Flow comme variable repr senter 3 Cliquer sur la conduite CI soit sur la carte soit dans l explorateur d objet et cliquer sur le bouton pour ajouter cette conduite la liste des conduites concern es par le graphe Faire de m me avec la conduite C2 4 Cliquer sur OK pour cr er le graphique Une fois le graphique cr il est possible de e Modifier son apparence en s lectionnant Report gt gt Customize ou en faisa
24. ions pr c dentes recommand Force Main Equation utilis e pour calculer la perte de charge unitaire dans les coulements en charge Equation Variable Time USE Utilisation ou non d un pas de temps variable calcul automatiquement Step ADJUSTMENT FACTOR valeur du facteur d ajustement ou facteur de s curit applicable ce pas de temps 75 recommand Le pas de temps variable ne doit pas tre inf rieur 0 5s ni exc der le pas de temps fixe de calcul choisi par l utilisateur Conduit Lengthening Time Step Minimum Surface Area Section minimale des n uds de jonction utilis e pour le calcul des volutions de la hauteur d eau dans les regards La valeur par d faut est 1 167 m ce qui correspond un regard de 4 feet de diam tre 4 Cliquer sur OK et lancer la simulation 6 cf Annexe mod les de transfert dans SWMMS5 16 ANNEXE 1 Le mod le de ruissellement de l onde cin matique Il s agit d un mod le conceptuel qui repr sente le bassin versant comme un canal rectangulaire surface libre O0 O0 L q h t m Os f O Pri Le d bit entrant Q t correspond l exc s de pr cipitations pr cipitations infiltration vaporation interception par la v g tation ou les d pressions la surface du BV Le d bit sortant Q t est calcul chaque pas de temps gr ce la formule de Manning Strickler partir des caract ristiques du ca
25. ique Outlet Nous souhaitons galement consid rer le fait que le bassin versant S3 est moins urbanis que les autres S lectionner alors S3 dans l diteur de propri t s pour lui affecter un coefficient d imperm abilisation 1Imperv de 25 Les cotes du radier Invert Elevation des regards ou noeuds de jonction et de l exutoire doivent ensuite tre renseign es Comme pour les bassins versants s lectionner individuellement les diff rents n uds du syst me et entrer les donn es ci dessous N ud Cote radier J1 29 26 m J2 27 43 m J3 28 35 m J4 26 82 m Outl 25 91 m Dans notre exemple un seul des collecteurs a une propri t dont la valeur diff re des valeurs par d faut Il s agit du collecteur C4 dont le diam tre est de 450 mm au lieu de 300 mm Pour changer cette valeur s lectionner le collecteur C4 dans l diteur de propri t s et entrer la valeur 0 450 dans la rubrique Max Depth Pour saisir des donn es pluviom triques il faut renseigner les propri t s de la station pluviom trique S lectionner l objet Pluviol dans la liste des donn es et diter ses propri t s Entrer les valeurs ci dessous Property Unit Signification Valeur SI rentrer Rain Format Format de repr sentation des donn es pluviom triques INTENSITY INTENSITY intensit en mm h mesur e sur chaque intervalle de temps VOLUME hauteur pr cipit e en mm mesur e sur chaque intervalle
26. ls que d versoirs ou orifices calibr s En revanche ce mod le requiert des pas de temps de calcul beaucoup plus courts que le mod le de l onde cin matique de l ordre de la minute ou moins SWMM r duit automatiquement la dur e du pas de temps choisie par l utilisateur afin de garantir la stabilit num rique du calcul Comme dans les deux mod les pr c dents l quation de Manning Strickler est utilis e pour relier la perte de charge unitaire eau tirant d eau et au d bit lorsque l coulement est surface libre Pour les coulements en charge dans les conduites circulaires c est la formule de Darcy Weisbach ou celle d Hazen Williams qui est utilis e 22 ANNEXE 5 Mod le d infiltration d Horton C est un mod le empirique qui exprime la d croissance exponentielle au cours d une averse de la capacit d infiltration du sol i t depuis une valeur initiale ima Jusqu une valeur limite imin qui exprime le potentiel d infiltration saturation On observe en effet que la capacit d infiltration d un sol diminue tr s rapidement au d but de l infiltration mais par la suite la d croissance est plus progressive et tend en r gle g n rale vers un r gime constant proche de la valeur de la conductivit hydraulique saturation imin Ks t Infiltration cumulative mm Taux d infiltration mmh ift PN L EE D CE 2 LE SSD LR a ES D SE D CE UN ns 2 2 D D D S D D D SL D Sn CL en D LL 2
27. mod les sont disponibles GREEN Horton AMPT Green Ampt courbes SCS Suction Head mm Potentiel de succion ou potentiel matriciel capillaire au niveau du 89 front d humidification cf explication Green Ampt en Annexe Conductivity mm h Conductivit hydraulique en milieu satur 27 Initial Deficit fraction D ficit Initial variation de la teneur en eau du sol 0 6 i 0 26 teneur en eau finale saturation teneur en eau initiale 4 Dans l onglet Nodes Links entrer les valeurs suivantes Property Unit SI Signification Valeur rentrer Node Invert m Cote inf rieure du n ud cote du radier du regard de 0 jonction Node Max Depth m Profondeur Maximale du N ud distance verticale entre le 1 2 radier du regard de jonction et le terrain naturel Node Ponded Area m Surface d eau stock e au dessus du n ud apr s 0 d bordement Si l option de calcul correspondante est activ e le volume de d bordement est stock puis vacu par le r seau lorsque celui ci en a retrouv la capacit Conduit Length m Longueur de la conduite 120 Conduit Geometry G om trie de la conduite Barrels Nombre de conduites en parall le Shape Forme de la section CIRCULAR Max Depth m Hauteur d eau maximale dans la section diam tre pour une 0 3 section circulaire Conduit Roughness s m Rugosit de la conduite au sens de Manning Strickler 0 01 2 cf Annexe 2 3 cf Annexe 3 Flow Units Unit s de
28. n obtenu doit ressembler celui de la figure 1 Si un objet station pluviom trique bassin versant ou n ud est mal plac 1l est possible de le d placer selon la proc dure suivante l Cliquer sur M la bo te outils de la carte pour activer l outil de s lection 2 Cliquer sur l objet d placer 3 D placer l objet tout en maintenant le bouton de la souris enfonc puis rel cher le bouton de la souris Pour modifier le contour des bassin versants l Lorsque l outil de s lection est actif cliquer sur le centro de du bassin versant modifier le centro de est symbolis par un carr noir l int rieur du bassin versant 2 Cliquer sur le bouton de la bo te outils de la carte pour activer l outil d dition des sommets 3 Cliquer sur un des sommets du contour du bassin versant pour le s lectionner noter que celui ci devient alors noir 4 D placer ce sommet vers sa nouvelle position tout en maintenant le bouton de la souris enfonc puis rel cher le bouton de la souris 5 Si n cessaire des sommets peuvent tre rajout s ou supprim s sur le contour d un bassin versant en faisant un clic droit dessus et en s lectionnant l action appropri e dans la fen tre qui appara t Cette m me proc dure peut tre utilis e pour modifier la forme d un collecteur 4 RENSEIGNER LES PROPRIETES DES OBJETS A mesure que les objets sont dessin s SWMM leur affecte des propri t s par d faut Pour modifier
29. nal largeur et rugosit et de la hauteur A t de la lame d eau qui ruisselle dans le canal O S eR i avec S t B h t et Raa hi car h t B Enfin une quation de conservation du volume ou loi de stockage relie chaque pas de temps la hauteur de la lame d eau qui ruisselle A t aux d bits entrants Q t et sortants Q t dV t _ 7 Oe t Os t o V t est le volume d eau dans le canal soit V t 4 h t Ce mod le fait partie des mod les r servoirs non lin aires 7 cf Annexe 2 table des coefficients de rugosit selon Manning Strickler 17 ANNEXE 2 Coefficients de rugosit de Manning Strickler pour le mod le de ruissellement Surface n ciment sans r sidus de culture Sols cultiv s R sidus de culture lt 20 0 06 R sidus de culture gt 20 Prairie naturelle Herbe o Rase prairie 0 15 For t Avec sous bois peu dense Source McCuen R et al 1996 Hydrology FHWA SA 96 067 Federal Highway Administration Washington DC 18 ANNEXE 3 Mod le d infiltration de Green Ampt Il s agit d un mod le d crit d une mani re simplifi e le mouvement de l eau dans le sol en fonction de certains param tres physiques du sol Le processus d infiltration de l eau dans le sol est le suivant la pluie qui arrive sur le sol y p n tre r guli rement selon un front d humidification qui progresse en profondeur sous l effet des forces de gravit et de succion Le m
30. nt un clic droit sur le graphique e Le copier dans le presse papier et de le coller dans un autre logiciel en s lectionnant Edit gt gt Copy ou en cliquant sur le bouton esuians la barre d outils standard e L imprimer en s lectionnant File gt Print ou File gt gt Print Preview utiliser au pr alable File gt gt Page Setup pour d finir les marges l orientation de la page etc 5 6 Cr er un profil en long SWMM permet de g n rer des profils en long montrant comment varie la ligne d eau dans une succession de tron ons du r seau Cr ons par exemple un tel profil pour les collecteurs reliant le n ud J1 l exutoire g n ral du r seau Outl l S lectionner Report gt gt Graph gt gt Profile ou cliquer sur le bouton FEI de la barre d outils standard 2 Dans la fen tre qui appara t cf figure 8 entrez J1 dans le champ Start Node pour indiquer le point de d part du profil ou bien cliquer sur le n ud J1 sur la carte ou dans l explorateur d objets et cliquer sur le bouton Profile Plot Create Profile Start Mode J End Node Duti Find Path GOUE cma Figure 8 D finition du profil en long 3 Faire de m me avec le noeud Outl dans le champ End Node 4 Cliquer sur Find Path Une liste ordonn e des conduites reliant le n ud de d part au n ud d arriv e s affiche alors dans la rubrique Links in Profile Il est possible si n cessaire d diter cette liste pour la modifier 14
31. od le de Green Ampt repr sente ce processus de mani re simplifi e selon le sch ma suivant CiICTEUT CN SU o one de transmission Profondeur z N___ H h Z L Figure 10 Sch matisation du processus de l infiltration selon Green et Ampt Front d humidification Param tres du mod le Zr hauteur d eau infiltr e depuis le d but de l alimentation mm h potentiel de succion au niveau du front d humidification mm hs lt 0 h o hauteur d eau au niveau de la surface du sol mm O i teneur en eau initiale du sol en O teneur en eau finale du sol saturation en K conductivit hydraulique du sol satur mm h H charge hydraulique potentiel total au niveau du front d humidification mm Hypoth ses simplhficatrices du mod le e une teneur en eau de la zone de transmission constante dans le temps et dans l espace e un front d humidification tr s marqu e un potentiel matriciel h l aval du front constant galement dans le temps et l espace Ces approximations s appliquent de mani re assez satisfaisante dans des sols initialement secs et texture grossi re 19 Etablissement de la formule de Green Ampt En appliquant la formule de Darcy entre la surface du sol 0 et le front d humidification f on a pour la vitesse d infiltration i t AH H H ilt Ks 77 SO z avec H h et H 2 h h z h h h soit il t RES me ou encore ilt K
32. ol A B C D Cultures sans traitement de 70 81 88 91 conservation des sols avec traitement de 62 71 78 81 conservation des sols P turage mauvais tat 68 19 86 89 bon tat 39 61 74 80 26 Prairie bon tat 30 58 171 18 Bois et for ts clairsem s couvert v g tal 45 66 17 83 peu dense sol non couvert couvert dense 25 55 10 17 Espaces ouverts pelouses parcs terrains de golf cimeti res couverture herbeuse sur 75 o0u plus de la surface 33 QA fa ep couverture herbeuse sur 50 75 de la surface 49 69 79 84 Zones d activit s e zone commerciales 89 92 94 95 imperm abilis es 85 a industrielles imperm abilis es 81 88 91 93 Zones r sidentielles lotissements surface moyenne des lots d imperm abilisation lt 500 m 65 17 85 90 92 1000 m 38 61 15 83 87 1300 m 30 57 72 81 86 2000 m 25 54 70 80 85 4000 m 20 51 68 19 84 Parkings toits chauss es etc 98 98 98 98 Routes et rues pet A 98 98 98 98 gravillonn es 16 85 89 91 en terre 12 82 87 89 En fonction des conditions ant rieures d humidit Le CN d termin gr ce aux deux tables ci dessous doit tre corrig en fonction des conditions ant c dentes d humidit o e o X 4 2 CN Pour tenir compte de conditions initiales plus s ches que la normale C
33. pour fermer la fen tre 4 Dans le menu s lectionner File gt gt Saves as 5 Dans la bo te de dialogue s lectionner un dossier et un nom de fichier sous lequel enregistrer le projet par exemple Exo initiation inp l extension inp sera automatiquement ajout e au nom de fichier 6 Cliquer sur Enregistrer pour sauvegarder le projet dans le fichier Au fur et mesure de la saisie des donn es 1l faudra penser enregistrer r guli rement les modifications en cliquant sur le bouton M ou en s lectionnant File gt gt Save Ensuite nous allons choisir et renseigner certaines options par d faut En effet l utilisation de ces options par d faut nous simplifiera plus tard le travail l S lectionner Project gt gt Defaults pour ouvrir la bo te de dialogue des options par d faut du projet 2 Dans le tableau de l onglet ID Label renseigner la colonne ID Prefixes comme indiqu sur la figure 2 Cela aura pour effet d tiqueter chaque objet avec un Identifiant compos d un pr fixe et d un num ro automatique Project Defaults ID Labele Subcatchments Nodes Links Object ID Frefis Rain Gages Fluvio Subcatchments 5 Junctions Outfalls Cividers Storage Units Pumps Regulators ID Increment _ Save as defaults for all new projects Figure 2 Etiquetage des objets 3 Dans l onglet Subcatchments entrer les valeurs suivantes Property Unit SI Signification Valeur
34. sse et la conservation de la quantit de mouvement le long de l coulement Er continuit conservation de la masse 00 a 0 et gr 0 1 Equation dynamique conservation de la quantit de mouvement ou de l nergie 1 OV OH J 0 g ot oO A o Q d bit X abscisse Le temps S surface mouill e V vitesse H charge hydraulique J perte de charge unitaire calcul e avec la formule de Manning Strickler i3 pente du radier y tirant d eau 2 cote du radier l l 1 OV l I OV Cette deuxi me quation s crit aussi 2 i J 0 2 g ot g Ox E O les deux premiers termes sont des termes d inertie acc l ration locale eE et acc l ration amp l OV convective V g 0x OY Le terme a repr sente la pente de la surface libre 1 repr sente la pente du radier J repr sente la pente de la ligne de charge Les diff rents mod les de transfert disponibles dans SWMMS correspondent diff rents degr s de simplification utilis s dans la r solution num rique des quations de Barr de Saint Venant Steady Flow Routing Mod le de la translation simple en r gime permanent uniforme C est le mod le le plus simple possible Il consid re chaque pas de temps de calcul que l coulement est permanent et uniforme Pour relier chaque pas de temps le d bit et hauteur d eau dans chaque tron on 1l utilise l quation de Manning Strickler Les hydro
35. t d velopp par le Soil Conservation Service SCS de l USDA relie le cumul de ruissellement l exutoire du BV Q t au cumul de la pluie brute P t par l quation o mie An e pertes initiales Elles interviennent en d but d v nement pluvieux avant le commencement du ruissellement Elles se produisent par interception par la v g tation stockage dans les d pressions et infiltration e S capacit d infiltration maximale du sol en mm Time t Figure 12 Pr cipitations et volumes produits cumul s pendant une averse d intensit constante d apr s Handbook of Hydrology 1992 Maidment 9 21 Cette quation repose sur l hypoth se que une fois les pertes initiales satisfaites le rapport entre le volume effectivement ruissel Q et le potentiel maximal de ruissellement P Ia est gal au rapport entre le volume effectivement infiltr F et le potentiel maximal d infiltration S F__ Q S P 1 Le volume effectivement infiltr F ayant pour expression F P 1 Q 2 on obtient l quation g n rale du mod le en combinant 1 et 2 En cons quence le coefficient de ruissellement Q P volue au cours de l pisode pluvieux de 0 lorsque le lorsque le cumul de pluie brute est inf rieur 7 1 lorsque le cumul de pluie brute tend vers l infini Param tres du mod le SCS Les param tres d ajustement du mod le sont I et S 25 On admet g n ralement que I et S sont li s par la relat
36. tionner Tools gt gt Map Display Options pour faire appara tre la bo te de dialogue des options d affichage du plan 2 S lectionner la rubrique Subcatchment et choisir Diagonal pour Fill Style Ceci aura pour effet de repr senter les bassins versants sous forme d un polygone hachur diagonalement 3 S lectionner la rubrique Node et choisir une taille de symbole Node Size de 5 4 S lectionner la rubrique Annotations et cocher les cases SubCatch IDs Node Ids et Link Ids pour faire s afficher sur le plan les noms des bassins versants des noeuds et des conduites Laisser toutes les autres cases non coch es 5 Enfin s lectionner la rubrique Flow Arrows et choisir Filled pour Arrow Style Ceci aura pour effet de dessiner des fl ches pleines 6 Cliquer sur OK pour accepter ces choix et fermer la bo te de dialogue Avant de dessiner les objets sur le plan 1l faut sp cifier ses dimensions l S lectionner View gt gt Dimensions pour faire appara tre la bo te de dialogue des dimensions du plan 2 Pour cet exemple conserver les valeurs par d faut Enfin dans la barre d tat en bas gauche de la fen tre principale s assurer que l option Auto Length est bien sur Off Cette option lorsqu elle est activ e permet de calculer automatiquement les longueurs de conduites sur un plan tabli en coordonn es r elles 3 DESSIN DES OBJETS A pr sent nous allons ajouter des l ments au plan du projet en commen ant par les
37. u n ud J2 e La rubrique des surcharges des conduites Conduit Surcharging Summary signale que la conduite C2 juste l aval du n ud J2 a t surcharg e et donc appara t comme sous dimensionn e 5 4 Repr senter les r sultats sur le plan Les r sultats de simulation comme certains param tres descriptifs du r seau tels que les surfaces de bassins versants les cotes radier des regards et les diam tres des collecteurs peuvent tre repr sent s sur la carte avec des couleurs fonction de leurs valeurs l S lectionner l onglet Map dans l explorateur gauche de l cran 2 Dans la cat gorie Themes s lectionner les variables visualiser pour les bassins versants les noeuds et les conduites Par exemple les d bits ruissel s Runoff pour les bassins versants Subcatchments et les d bits Flow dans les collecteurs Links 3 Les l gendes des couleurs s affichent alors sur la carte Pour supprimer ou faire appara tre ces l gendes s lectionner View gt gt Legend 4 Les cadres des l gendes sont d pla ables vers une autre position en maintenant le bouton gauche de la souris enfonc 5 Pour modifier une l gende couleurs et amplitude des diff rentes classes s lectionner View gt gt Legend gt gt Modify puis la l gende modifier ou faire simplement un clic droit sur le cadre de l gende Pour voir les valeurs num riques des variables s afficher sur la carte s lectionner Tools gt gt Map Display Opt
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