Drainage et évacuation des eaux

Drainage et évacuation des eaux

Comprendre le Drainage et évacuation des eaux

Vous êtes ingénieur en charge de la conception d’un système de drainage pour une nouvelle zone résidentielle.

Cette zone est située dans une région où les précipitations annuelles moyennes sont de 800 mm. La zone à drainer mesure 2 km² et est principalement constituée de terrains argileux, avec une pente moyenne de 2%.

Données :

  1. Précipitations annuelles moyennes : 800 mm
  2. Superficie de la zone à drainer : 2 km²
  3. Type de sol : Argileux
  4. Pente moyenne du terrain : 2%
  5. Taux d’infiltration du sol : 5 mm/h
  6. Normes de sécurité : Le système de drainage doit être capable de gérer une crue centennale.

Questions :

  1. Calculez le débit maximal d’eau de pluie (en m³/s) que le système de drainage doit être capable de gérer, en considérant une crue centennale.
  2. En prenant en compte le taux d’infiltration du sol, déterminez la quantité d’eau qui sera effectivement évacuée par le système de drainage.
  3. Proposez un plan de conception pour le système de drainage, incluant le type et la taille des conduits à utiliser, en vous basant sur les calculs précédents.
  4. Discutez des mesures additionnelles qui pourraient être mises en place pour augmenter l’efficacité du système de drainage dans cette zone spécifique.

Correction : Drainage et évacuation des eaux

1. Calcul du Débit Maximal d’Eau de Pluie (Qmax)

Le débit maximal doit être calculé en prenant en compte une crue centennale. On utilise généralement la formule de rationalité pour estimer le débit de pointe :

\[
Q_{\text{max}} = \frac{C \times I \times A}{3.6}
\]

où :

  • \(Q_{\text{max}}\) est le débit maximal en m³/s,
  • \(C\) est le coefficient de ruissellement (pour un terrain argileux, prenons \(C = 0.9\),
  • \(I\) est l’intensité de la pluie pour une durée de retour de 100 ans (supposons \(I = 120\) mm/h pour cet exercice),
  • A est la superficie de la zone à drainer en km² (2 km² dans notre cas).

Calculons maintenant ce débit maximal :

\[ Q_{\text{max}} = \frac{0.9 \times 120 \times 2}{3.6} \] \[ Q_{\text{max}} = \frac{216}{3.6} \] \[ Q_{\text{max}} = 60 \, \text{m³/s} \]

2. Quantité d’Eau Évacuée par le Système de Drainage

Pour calculer la quantité d’eau évacuée, nous devons prendre en compte le taux d’infiltration du sol. La quantité d’eau évacuée (Qe) est donnée par :

\[Q_{e} = Q_{\text{max}} – (Infiltration \times Aire)\]

Le taux d’infiltration est de 5 mm/h, mais nous devons le convertir en m³/s pour une superficie de 2 km² :

  • Infiltration

\[ = \frac{5 \text{ mm/h} \times 2 \text{ km²}}{3.6 \times 10^6} \] \[ = \frac{5 \times 2 \times 10^6 \text{ m²} \times 10^{-3} \text{ m}}{3.6 \times 3600 \text{ s}} \] \[ = \frac{10}{3.6 \times 3600} \text{ m³/s} \]

Calculons maintenant Qe :

\[ Q_{e} = 60 \text{ m³/s} – Infiltration
\] \[ Q_{e} = 60 \text{ m³/s} – \frac{10}{3.6 \times 3600} \text{ m³/s} \] \[ Q_{e} = 60 \text{ m³/s} \]

La quantité d’eau évacuée par le système de drainage est d’environ 60 m³/s. L’impact de l’infiltration dans ce cas est très faible en raison de la grande quantité d’eau impliquée.

3. Plan de Conception du Système de Drainage

Pour concevoir le système de drainage, nous devons choisir des conduits capables de gérer un débit de 60 m³/s.

Les dimensions des conduits dépendent de leur forme, du matériau utilisé et de la vitesse de l’eau acceptable.

Par exemple, pour des conduits circulaires en béton avec une vitesse d’eau de 3 m/s, le diamètre nécessaire peut être calculé comme suit :

\[
Aire = \frac{Q}{Vitesse} = \frac{60}{3}
\]

\[
Rayon = \sqrt{\frac{Aire}{\pi}}
\]

Calculons le rayon et le diamètre :

\[
Aire = \frac{60}{3}
\]

\[
Rayon = \sqrt{\frac{20}{\pi}}
\]

\[ Diamètre = 2 \times Rayon \] \[ \text{Diamètre} = 2 \times \sqrt{\frac{20}{\pi}} \] \[ \text{Diamètre} \approx 5.05 \, \text{m} \]

La quantité d’eau évacuée par le système de drainage est d’environ 60 m³/s. L’impact de l’infiltration dans ce cas est très faible en raison de la grande quantité d’eau impliquée.

4. Mesures Additionnelles pour Augmenter l’Efficacité du Système

Pour améliorer l’efficacité du système de drainage, vous pourriez envisager :

  • Des bassins de rétention pour temporairement stocker l’eau en cas de fortes pluies.
  • Des surfaces perméables dans les zones pavées pour augmenter l’infiltration.
  • Des plantations et des zones vertes pour favoriser l’absorption et la rétention d’eau.
  • Des systèmes de récupération et de réutilisation des eaux pluviales pour réduire le volume d’eau à gérer par le système de drainage.

Drainage et évacuation des eaux

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