Mise à jour et calage du modèle du réseau de collecte des eaux usées de la ville de Christchurch

Le conseil municipal de Christchurch avait besoin d’une mise à jour et d’un calage du modèle hydraulique du réseau de collecte des eaux usées de la ville. Cette mise à jour permettra au Conseil de faire rapport à Environment Canterbury de la fréquence annuelle modélisée (à jour) des débordements, à chacun des points de surverse. Elle servira également à comprendre la performance actuelle du réseau, à évaluer les besoins de développement futur et à appuyer la réalisation de projets d’immobilisations.

Le modèle a été construit et calé pour la première fois en 2011 (par Opus), puis réétalonné en 2014. D’autres mises à jour ont été faites en 2016 pour aider à comprendre les effets des tremblements de terre. Il n’a toutefois pas été possible d’obtenir, à l’aide de ce modèle, une compréhension complète des écoulements au sein du bassin versant après les réparations effectuées suivant le séisme. Il fallait donc procéder à une mise à jour et à un nouveau calage du modèle en fonction de données d’écoulement récoltées plus récemment.

Parmi les activités de modélisation réalisées :

• Importation de la base de données InfoNet la plus récente, fournie par le Conseil en avril 2019. 
• Estimation des données d’élévation de radier manquantes ou inconnues à l’aide de routines d’Infoworks et de jugement professionnel, ainsi que leur intégration dans la base de données.
• Simplification du modèle pour qu’il corresponde à la portée du modèle précédent. De façon générale, les conduites de diamètre inférieur ou égal à 150 mm ont été éliminées aux frontières du modèle.
• Mise à jour des données sur les ouvrages de régulation de l’écoulement, y compris les ouvrages de dérivation et de surverse, dans les cas où l’on disposait de nouvelles données (élévations et autres).
• Mise à jour des données sur les stations de pompage, y compris l’information sur les ouvrages eux-mêmes, les données d’écoulement et les résultats d’essais de pompage, dans les cas où l’on disposait de nouvelles données. Utilisation de pompes à vis pour représenter les pompes dans le modèle, afin d’améliorer son temps d’exécution.

Ce processus a permis de dégager plusieurs recommandations visant à améliorer la qualité des données sur les ouvrages. Elles portent généralement sur les ouvrages de dérivation, pour lesquels les données ont dû être estimées par l’exercice de calage du modèle. Une revue indépendante par des pairs d’une autre firme s’est déroulée en parallèle avec notre propre étude. Les commentaires se sont révélés positifs dans l’ensemble et seules des modifications mineures ont été apportées suivant les conclusions des pairs examinateurs.

BRIEFING DU CLIENT/DÉFIS DU PROJET

En fait de topographie, le réseau de collecte des eaux usées de Christchurch s’étend sur des terrains généralement plats à l’ouest et au sud de l’estuaire Avon-Heathcote, comportant toutefois des collines dans la partie sud. Un ensemble complexe d’infrastructures de pompages et de grands collecteurs rend possible le fonctionnement du réseau dans ce contexte. Les changements causés par le tremblement de terre dans la topographie et dans l’état du réseau d’assainissement ont laissé ce dernier avec une capacité limitée de gestion des débordements et une sensibilité particulière aux précipitations (par captage et infiltration).

Le bassin versant modélisé occupe un espace d’environ 18 770 hectares et le réseau de collecte des eaux usées dessert une population estimée à 369 000 personnes. Le réseau se compose d’environ 1 235 kilomètres d’égouts séparatifs gravitaires, certains secteurs étant équipés d’égouts sous pression et sous vide.

À cause de la topographie du bassin versant, il y a 121 stations de pompage et 41 stations de relèvement dans le modèle. Les 119 ouvrages de surverse sont conçus pour déverser le trop-plein du réseau séparatif dans le réseau de collecte des eaux pluviales ou dans des cours d’eau. Ces points de surverse servent de soupape de sûreté pour le réseau lors de fortes pluies, évitant les débordements à l’endroit des regards d’égout.

NOTRE SOLUTION

Plusieurs projets d’immobilisations déjà programmés dépendent directement, pour obtenir l’autorisation du conseil municipal, de résultats précis en matière de surverse durant les épisodes de pluie. La qualité de la construction et du recalage du modèle revêtent donc une importance capitale.

Pour appuyer ce programme avec certitude et parvenir à des conclusions solides, nous avons rassemblé en une équipe locale des spécialistes chevronnés possédant une connaissance inégalée du réseau d’assainissement de la ville de Christchurch, soutenus par des experts mondiaux en modélisation des réseaux de collecte d’eaux usées de WSP Royaume-Uni. Le modèle de base a été mis à jour dans ICM (Integrated Catchment Modelling d’InfoWorks) à l’aide des données provenant de la plus récente base de données InfoNet du Conseil. L’information sur les ouvrages secondaires a été tirée du modèle ICM existant et d’autres sources fournies par le Conseil.

RÉSULTATS ET AVANTAGES POUR LE CLIENT

Ensemble, la consolidation des données antérieures sur les infrastructures, les modèles existants ayant fait l’objet d’améliorations successives, l’information fournie par le SCIRT (Stronger Christchurch Infrastructure Rebuild Team), la base de données InfoNet, les données de l’exploitant et les résultats d’une récente étude sur l’écoulement ont formé une solide base à la création d’un modèle actualisé, qui reflète la performance du réseau. Le Conseil peut utiliser ce modèle avec confiance pour réaliser son projet d’un réseau «conçu pour l’avenir», face à un futur incertain et à plusieurs enjeux notables :

• Démographie — par exemple les changements au sein de la population à travers la ville. 
• Environnement — entre autres la plus grande attention portée maintenant aux répercussions sur les plans d’eau douce, à la hausse du niveau de la mer et aux effets sur le niveau de la nappe phréatique. 
• Culture — par exemple, le regard accru posé aujourd’hui sur le déversement d’eaux usées dans l’environnement aquatique. 
• Finances — le rendement des infrastructures dans l’ère de l’après-SCIRT et les conséquences sur l’abordabilité de l’exploitation du réseau. 
• Société — l’utilisation croissante des broyeurs à déchets et des lingettes humides ou l’introduction dans le réseau de tout autre corps étranger. 
• Temps — des infrastructures vieillissantes, les variations saisonnières du niveau de la nappe phréatique et les conséquences du tremblement de terre, qui a accéléré la dégradation de l’état du réseau.

Ce modèle «conçu pour l’avenir» pourra appuyer le processus décisionnel, en tout ce qui touche à l’infrastructure du réseau collecteur et aux travaux d’immobilisations possibles pour répondre aux enjeux mentionnés ici.

DONNÉES CLÉS

Le client a reçu un modèle à jour, réétalonné à l’aide des données d’écoulement relevées à l’endroit de 48 débitmètres (débit court terme), des enregistreurs de données de 23 stations de pompage, et de 17 débitmètres additionnels (débit long terme). Dans l’ensemble, les résultats du calage du modèle d’écoulement par temps sec et par temps pluvieux sont bons, et affichent un degré de confiance élevé dans la plupart des secteurs. L’évaluation du calage a toutefois fait ressortir certains problèmes et, dans notre rapport, nous recommandons la poursuite de l’étude et quelques améliorations possibles au modèle, afin d’accroître le degré de confiance dans les prévisions de débordements. Le modèle permet au client de prendre des décisions éclairées et d’être plus confiant face aux résultats de sa demande d’autorisation au Conseil.