Système de Collecte et de Transport des Eaux Usées
Comprendre le Système de Collecte et de Transport des Eaux Usées
Avec l’expansion urbaine, il est devenu essentiel de concevoir un système efficace pour la collecte, le transport, et le stockage des eaux usées dans une nouvelle zone résidentielle qui accueillera 5000 habitants ainsi que divers commerces et infrastructures publiques.
Votre rôle en tant qu’ingénieur en génie civil est de proposer un système d’assainissement qui garantit la santé publique et protège l’environnement.
Données Fournies :
- Population totale prévue : 5000 habitants
- Consommation moyenne d’eau par personne : 150 litres/jour
- Proportion des eaux usées générées : 80% de la consommation totale
- Le débit de pointe est 3 fois supérieur au débit moyen
- Longueur totale prévue pour le réseau d’égouts : 5 km
- Pente moyenne du réseau d’égouts : 0.5%
- Diamètre prévu pour les canalisations principales : 300 mm
Questions :
1. Calcul du Débit Moyen Total des Eaux Usées :
Sur la base des données fournies, calculez le débit moyen total des eaux usées générées par la population. Utilisez la formule impliquant la population, la consommation moyenne d’eau par habitant, et la proportion des eaux usées. Expliquez chaque étape de votre calcul.
2. Détermination du Débit de Pointe Horaire :
En considérant le débit moyen calculé précédemment et le facteur de pointe donné, calculez le débit de pointe horaire des eaux usées. Détaillez votre démarche.
3. Calcul de la Vitesse de l’Eau dans les Canalisations :
À l’aide du débit de pointe et du diamètre des canalisations, déterminez la vitesse de l’eau dans ces dernières. Fournissez la formule utilisée pour le calcul de l’aire de la section transversale de la conduite ainsi que pour la vitesse de l’eau.
3. Estimation du Temps de Résidence des Eaux Usées dans le Réseau :
Calculez le temps que prendraient les eaux usées pour traverser l’ensemble du réseau d’égouts basé sur la vitesse calculée précédemment et la longueur totale du réseau. Présentez votre méthode de calcul.
Correction : Système de Collecte et de Transport des Eaux Usées
1. Calcul du Débit Moyen Total des Eaux Usées
Le débit moyen total des eaux usées est déterminé par la formule suivante :
- Débit moyen total
= Population × Consommation d’eau par habitant × Proportion d’eaux usées
En substituant par les valeurs données :
\[ = 5000\,\text{hab} \times 150\,\text{litres/hab/jour} \times 0.80 \] \[ = 600,000\,\text{litres/jour} \]
Ce résultat signifie que la quantité totale d’eaux usées produite par la population chaque jour est de 600,000 litres.
2. Détermination du Débit de Pointe Horaire
Le débit de pointe horaire est calculé en considérant le débit moyen et le facteur de pointe :
Débit de pointe
\[ = \text{Débit moyen total} \times \text{Facteur de pointe} \] \[ = 600,000 \, \text{litres/jour} \times 3 \]
Pour obtenir le débit en mètres cubes par seconde (m³/s), nous convertissons les litres en mètres cubes et les jours en secondes :
\[ = \frac{600,000 \, \text{litres/jour} \times 3}{1000 \times 24 \times 3600} \] \[ = 0.020833 \, \text{m³/s} \]
Le système doit donc être conçu pour gérer un débit maximal de 0.020833 m³/s pendant les heures de pointe.
3. Calcul de la Vitesse de l’Eau dans les Canalisations
La vitesse de l’eau dans les canalisations se calcule à partir de l’aire de la section transversale de la conduite et du débit de pointe :
\[ \text{Aire} = \pi \times \left( \frac{\text{Diamètre}}{2} \right)^2 \]
\[ \text{Aire} = \pi \times \left( \frac{0.3 \, \text{m}}{2} \right)^2 \] \[ \text{Aire} = 0.07068577499999999 \, \text{m}^2 \]
\[ \text{Vitesse} = \frac{\text{Débit de pointe}}{\text{Aire}} \] \[ \text{Vitesse} = \frac{0.020833 \, \text{m}^3/\text{s}}{0.07068577499999999 \, \text{m}^2} \] \[ \text{Vitesse} = 0.2947316250452561 \, \text{m/s} \]
La vitesse à laquelle l’eau doit circuler dans les canalisations pour gérer le débit de pointe est donc de 0.295 m/s (arrondi).
4. Estimation du Temps de Résidence des Eaux Usées dans le Réseau
Le temps de résidence des eaux usées dans le réseau est calculé comme suit :
Temps de résidence
\[ = \frac{\text{Longueur totale du réseau}}{\text{Vitesse}} \] \[ = \frac{5000 \, \text{m}}{0.2947316250452561 \, \text{m/s}} \] \[ \approx 16964.586 \, \text{secondes} \]
Converti en minutes, cela donne 282.41 minutes, soit environ 4.7 heures. Cela indique que les eaux usées prendront environ 4 heures et 42 minutes pour traverser l’ensemble du réseau d’égouts.
Recommandations
- Surveillance de la vitesse : La vitesse calculée doit être surveillée pour éviter l’érosion des canalisations et prévenir les dépôts susceptibles de boucher le système.
- Maintenance : Un entretien régulier est crucial pour assurer le fonctionnement efficace et durable du réseau.
- Stockage : Des zones de stockage temporaire doivent être envisagées pour gérer les variations de débit, notamment lors d’augmentations inattendues de la consommation ou de précipitations importantes.
- Traitement des eaux usées : Après leur collecte et transport, un traitement approprié des eaux usées est indispensable pour protéger la santé publique et l’environnement.
Système de Collecte et de Transport des Eaux Usées
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