EPANET 2.0Simulation Hydraulique pour les Rseaux dEau sous Pression

Dfinition du Logiciel EPANETCapacits pour la Modlisation HydrauliqueCapacits pour la Modlisation de la Qualit Les tapes de l'Utilisation d'EPANETRseau dExemple( rseau maille) Composants du rseau et leurs donnes de baseExcution dune simulation Prsentation des rsultats Utilisation du logiciel Epacad Conclusion

EPANET est un logiciel dvelopp pour la simulation du comportement des systmes de distribution d'eau dun point de vue hydraulique et Egalement dun point de vue qualit de leau.il est largement utilis dans le monde entier grce a ses algorithmes de calcul les plus avancsson interface graphique conviviale et intuitive aux possibilits de relations avec dautres logiciels d'application lexistante dune liste dutilisateurs, lieu de communications et dEchanges.

Lutilisation dEPANET est trs diversifie, et porte principalement sur

la rgulation des pressions dans le rseau,la dtection des zones de fonctionnement dficitairele dimensionnement de travaux damlioration du rseau ou dtensionsLEvolution de la qualit de leau et ltude de retraitement en diffrents points du rseauLamlioration de la gestion des quipements (marnage des rservoirs), des couts Energtiques (fonctionnement des stations de pompage), du contrle des dbits deau (sectorisation du rseau), de la gestion de crise (suppression dune ressource, rupture dune canalisation maitresse, introduction de contaminants dans le rseau).

En utilisant ces capacits, EPANET peut modliser des phnomnes en rapport avec la qualit de l'eau comme:Le mlange d'eau provenant de diffrentes sources Le temps de sjour de l'eau dans le rseau diminution du chlore rsiduel; Laccroissement des sous-produits de la dsinfection; La diffusion d'un polluant dans le rseau, introduit en certains points.

Les tapes de l'Utilisation d'EPANET

Les Etapes classiques de l'utilisation d'EPANET pour modliser un systme de distribution d'eau sont les suivantes:- Dessiner un rseau reprsentant le systme de distribution ou importer une description de base du rseau- Enregistre dans un fichier au format texte- Saisir les proprits des Elments du rseau

- Dcrire le fonctionnement systme - Slectionner un ensemble d'options de simulation - Lancer une simulation hydraulique ou une analyse de la qualit

- Visualiser les rsultats d'une simulation

Dessiner un rseau reprsentant le systmeDans ce tutorial nous analyserons le rseau de distribution simple . Il est compos dune bche au sol (reprsentant par exemple, les rserves d.eau traite dune installation de traitement deau) dont leau est pompe et distribue dans un rseau de tuyaux deux mailles. A lautre extrmit du rseau se trouve un rservoir tampon sur tour, qui est connect au rseau par un seul tuyau.

Fig : Reprsentation dun rseau dEP maille sur Epanet

Nuds de demandeLes Nuds de Demande sont les points du rseau o les arcs se rejoignent. Ce sont des points dentre ou de sortie deau et peuvent galement ne pas avoir de dbit. Les donnes dentre minimales exiges pour les nuds de demande sont: laltitude au-dessus dun certain plan de rfrence (habituellement le

niveau de la mer). la demande en eau (dbit prlev sur le rseau). la qualit initiale de leau.

Les rsultats calculs aux nuds de demande, chacun des intervalles de temps dune simulation sont:la charge hydraulique (ou hauteur pizomtrique): nergie interne par poids spcifique de fluide ou bien somme de laltitude avec la hauteur de pression.

Les nuds de demande peuvent galement: Avoir une demande qui varie dans le temps;Etre affects de demandes de diffrents types (domestique, industrielle, Avoir des demandes ngatives, ce qui indique que leau entre dans le

rseau ce point; Etre le point dinjection dune substance entrant dans le rseau; Avoir des buses ayant un dbit dpendant de la pression.

BcheLes Bches infinies sont des nuds reprsentant soit une source externe de capacit infinie. Elles sont utilises pour modliser des lments tels que les lacs, les fleuves, les couches aquifres souterraines ou les arrives de rseaux extrieurs. Les bches infinies peuvent galement servir de point dinjection dune substance entrant dans le rseau.

Les donnes de base pour une bche sont la charge totale (gale au niveau de la surface de leau si la bche infinie nest pas sous pression) et la qualit initial de leau dans le cas o lon excuterait une analyse de qualit de leau.

RservoirsLes Rservoirs sont des nuds avec une capacit de stockage, dont le volume deau stock peut varier au cours du temps. Les donnes de base pour des rservoirs sont les suivantes:laltitude du radier (o le niveau deau est zro) le diamtre (ou sa forme sil nest pas cylindrique) les niveaux initial, minimal et maximal de leau la qualit initiale de leau.

Les principaux lments calculs dans la simulation sont les suivants: la charge (altitude de leau) la pression (niveau de l.eau) la qualit de leau.

Le niveau dans les rservoirs doit rester entre les niveaux minimal et maximal.EPANET arrte la sortie d.eau si un rservoir est son niveau minimal et arrte larrive sil est son niveau maximal. Les rservoirs peuvent galement servir de source pour une substance entrant dans le rseau.

Tuyaux:Les tuyaux sont des arcs qui transportent leau dun point du rseau lautre. EPANET suppose que tous les tuyaux sont pleins tout instant. L.eau scoule de lextrmit qui a la charge hydraulique la plus leve (altitude + pression, ou nergie interne par poids deau) celle qui a la charge hydraulique la plus faible. Les donnes de base pour les tuyaux sont:es nuds initial et final le diamtre la longueur le coefficient de rugosit (pour dterminer la perte de charge); ltat (ouvert, ferm, ou avec un clapet anti-retour).

Les donnes de qualit de leau pour les tuyaux sont : Coefficient de raction dans la masse deau ;Coefficient de raction aux parois.Ces coefficients sont expliqus plus prcisment dans la section 3.4 ci-dessous.Les valeurs calcules pour les tuyaux incluent : le dbit la vitesse dcoulement la perte de charge le facteur de friction de Darcy-Weisbach la vitesse moyenne de raction (le long du tuyau) la qualit moyenne de leau (le long du tuyau)

Perte de charge :La perte de charge ou charge hydraulique perdue cause du frottement de leau avec les parois du tuyau peut tre calcule en utilisant une de ces trois formules : formule de Hazen-Williams formule de Darcy-Weisbach formule de Chezy-Manning

Les pompes sont des arcs qui ajoutent de l'Energie a un fluide et augmentent ainsi sa charge hydraulique. Les principaux paramtres d'entre pour une pompe sont ses nuds daspiration et de dcharge et sa courbe caractristique (la combinaison des charges hydrauliques et des dbits que la pompe peut fournir sa vitesse nominale). Au lieu d'une courbe caractristique, la pompe peut tre reprsente comme un Elment qui fournit une puissance constante (en kilowatts) au fluide pour toutes les combinaisons de dbit et de charge hydraulique. Les principaux paramtres calculs sont le dbit et le gain de charge hydraulique. Le fluide traverse la pompe en sens unique et EPANET ne permet pas aux pompes de fonctionner en dehors de leur courbe caractristique.

la pompe: EPANET cre automatiquement une courbe caractristique complte partir de ce seul point. Lquation de la courbe caractristique et sa forme graphique sont reprsentes dans la mme fentre. Si la courbe complte est connue, plusieurs points de fonctionnement peuvent tre saisis en ordre croissant

La simulationPour Lancer une Simulation hydraulique ou de qualit:1. Slectionnez Projet >> Lancer la Simulation de la barre de menu ou cliquez sur le bouton dans la barre d'outils standard.2. Vous pouvez suivre lexcution des calculs dans la fentre tat de la Simulation.3. Cliquez sur Accepter quand les calculs sont termins.Si la simulation a russi vous verrez l'icne dans la Barre dtat en bas de l'environnement de travail d'EPANET. Vous pouvez lire les messages Eventuels d'erreur ou d'avertissement dans la fentre du Rapport dtat. Si le rseau est modifi aprs un calcul russi, le robinet apparait cass pour indiquer que les rsultats peuvent tre non valables.

Prsentation des rsultats:

Il y a plusieurs modes daffichages des rsultats d'une simulation et des donnes d'entre du rseau, sous forme de schmas, de graphiques, de tableaux et de rapports.. Effectuer une requte dans le schma

A l'aide d'une Requte dans le Schma, vous pouvez localiser des Elments dans le rseau correspondant a des critres spcifiques (par exemple nuds avec une pression infrieure a 20 m, arcs avec une vitesse suprieure a 1 m/s, etc.). Voir l'exemple dans la Figure Pour effectuer une requte dans le schma:

Slectionnez Affichage >> Requte ou cliquez sur le bouton dans la barre d'outils du schma.

Affichage des rsultats a l'aide d'un graphiqueLes rsultats d'une simulation, ainsi que certains paramtres d'entre, peuvent tre visualiss en utilisant diffrents types de graphiques. Pour crer un Graphique:

1. Slectionnez Rapport >> Graphique de la barre de menu ou cliquez sur le bouton dans la barre d'outils standard.2. Faites votre choix dans la boite de dialogue de Slection du Graphique.

Affichage des rsultats dans un tableau:

Tableau des lments du Rseau liste des proprits et des rsultats a tous les nuds (ou arcs) a un temps dtermin de la simulation.

Tableau dvolution liste des proprits et des rsultats d'un nud (ou arc) pendant toute la simulation.

Pour crer un tableau:

1. Slectionnez Affichage >> Tableau de la Barre de Menu oucliquez sur le bouton dans la Barre d'Outils Standard.

2. Dans la boite de dialogue de Slection du Tableau, choisissez: un type de tableau les paramtres qui seront affichs dans le tableau des filtres pour faire une slection des donnes affiches.

Rapports spciaux:

En plus des tableaux et graphiques, EPANET permet de visualiser les donnes etles rsultats dans un ensemble de Rapports Spciaux. Ces rapports sont : Rapport d'Etat Rapport d'Energie Rapport de calage Rapport des ractions Rapport complet

Un Rapport de Ractions pour chaque modlisation dun paramtre de qualit de leau, affiche graphiquement les vitesses moyennes des ractions qui Seffectuent dans:

la masse deau les parois des tuyaux les rservoirs de stockage

Rapport complet

Quand licone apparait dans la Barre dtat, vous pouvez enregistrer un rapport des rsultats calculs pour chaque nud, arc et intervalle de temps en slectionnant Rapport >> Complet dans le menu principal.

Utilisation du logiciel Epacad

Conclusion

La mthode utilise par EPANET pour calculer les Equations de perte de charge et de conservation de masse, qui caractrisent lEtat hydraulique du rseau a un instant donn, peut tre dcrite par le nom (approche hybride de nud-circuit (en anglais: hybrid node-loop approach). Todini et Pilati (1987) et plus tard Salgado et al. (1988) lont appel la Mthode du Gradient (Gradient Method). Des approches similaires ont t dcrites par Hamam et Brameller (1971) (the "Hybrid Method") et par Osiadacz (1987) (the "Newton Loop-Node Method"). La seule diffrence entre ces diffrentes mthodes est la manire dont les dbits a travers les arcs sont mis a jour aprs que le logiciel a trouv une nouvelle solution pour la charge aux nuds. Comme lapproche de Todini est la plus simple, elle a t retenue pour tre applique dans EPANET.