AEPS Serie D'exxercies Et TD [PDF]

Zitiervorschau

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

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

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

1

(N/100ml) Manganèse Fer (mg/l) Arsenic (mg/l) PH TAC Eqg/l Ca++mole/l Résidu sec mg/l T° C Turbidité UNT

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? 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.

Correction de l'exercice sur la justification des AEPS 2

1- Une pompe à motricité humaine ne livre guère plus de 0,80 à 1,0m 3/h Le temps nécessaire pour couvrir la demande en eau 80 80  temps nécessaire  0,80x6 1x6

On voit qu'il faut entre 13,33 et 16,67 heures

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    LogTAC   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 La demande en eau serait de

80 x5120  102,4m3 /jour 4000

-

Sur la base d'une exploitation de 0,80m 3/h et à raison de 10 heures par jour il

-

faut 0,80 x10  12,8 Il faut 13 forages donc il faut réaliser 7 autres forages. Sur la base d'une exploitation de 1,0m3/h et à raison de 10 heures par jour il faut

102,4

102,4  10,24 Il faut 11 forages donc il faut réaliser 5 autres forages. 1,0 x10

3

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.

Exercice sur l'évaluation des besoins et de la demande en eau

4

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.

Correction de l'exercice sur l'évaluation des besoins et de la demande 5

1- Demande en eau: Capacité de production requise à la ressource aux jours de pointe



Pn  populationen 2015   n Population en 2015: P  P * (1  a) P  population en 2004 n o 0  n  11; a  taux d'accroissement  0,03

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 125m 3/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 125m 3/j 2.1- Hypothèse d'installation thermique Production journalière d'un forage: 8m3/h x 15h/j = 120m3/j Nombre de forage:

n

125m 3 / j 120m 3 / 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. 6

Il est alors impératif de la protéger avec un désinfectant qui a une rémanence.

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.

7

N.B. 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 8

F1 – I

7

I – Bâche

17

Bresse Bresse modifié Munier Bresse Bresse modifié Munier

66 99 57 103 134 89

67,8 99,4 57 99,4 126,6 81,4

0,54 0,25 0,76 0,61 0,38 0,91

75/67,8

110/99,4

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

Sing

HG

HMT

Pompe Grundfos

53,61

SP14A 10

55,81

SP14A 10

Total

3,00 Sing

23,61

30,00

3,00

17,81

38,00

Variation de la pression dans la conduite en cas de coup de bélier h  a

V2 0,77 2  400 x  23,70 m G 10

En cas de coup de 46,47 - 23,7 < P < 46,47 + 23,70  22,77m

100,00m énergie disponible. Aussi on conservera 4491/(20x3600) ce qui donne en 24 heures 5389m 3. 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

(extrémité aval)

J

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) (imposé par X)

(5) 270,19 270,94 272,82 268,68 266,19 267,17 270,87

P en X (m) pour Max. des Zmine

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 6

I

8

7 2 100 m

5

9

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 (15m 3/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 10m 3/h F2 5 m 3/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