Adaptation d'une méthode de sectorisation des réseaux de distribution d'eau potable et application aux réseaux de deux municipalités au Québec

Coursol Tellier, Guillaume (2015). Adaptation d'une méthode de sectorisation des réseaux de distribution d'eau potable et application aux réseaux de deux municipalités au Québec. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le Québec est la province canadienne ayant la consommation d’eau la plus élevée (795 litres/personne/jour en 2006). Cet important volume d’eau est en partie dû au pourcentage élevé de pertes en réseau de distribution d’eau potable (26%). Dans ce contexte, la sectorisation consiste en la division d’un réseau en plusieurs secteurs permanents ou non, délimités par des vannes fermées et des débitmètres (points d’entrée). Pour chaque secteur, un suivi des débits peut être effectué à une échelle qui permet de distinguer, après analyse des débits de nuit, la consommation normale et les fuites.

À ce jour, quelques études européennes se sont concentrées sur le développement d’approches visant à informatiser la sectorisation tout en respectant un ensemble de critères. Toutefois, les caractéristiques des réseaux de distribution d’eau potable nord-américains rendent difficile l’application directe de ces méthodes puisque trois principaux facteurs diffèrent : (1) la topologie des réseaux nord-américains est habituellement plus maillée (et moins ramifiée) que celle des réseaux européens; (2) les réseaux nord-américains sont composés de conduites de plus grands diamètres pour assurer la protection contre les incendies, ce qui n’est pas le cas des réseaux européens et (3) la formation des secteurs des réseaux européens est généralement déterminée dès la phase de conception (contrairement aux réseaux nord-américains).

Dans le cadre de ce mémoire, une approche heuristique récemment développée par DiNardo et DiNatale (2011) a été adaptée de façon à définir les frontières des secteurs des réseaux de distribution d’eau potable québécois (délimitation des secteurs, identification du nombre et de la localisation des vannes à fermer et des débitmètres à installer). Les travaux, réalisés en collaboration avec l’entreprise Aqua Data Inc., guident l’utilisateur vers l’obtention d’une solution parmi un ensemble de solutions de sectorisation géographiquement et hydrauliquement semblables tout en tenant compte des besoins en matière de protection contre les incendies. Contrairement aux travaux existants, les frontières des secteurs finaux considèrent les vannes disponibles et opérables. Cet aspect des travaux repose sur les recours à un algorithme d’optimisation. Les réseaux de distribution d’eau potable de deux municipalités québécoises sont à l’étude; ceux-ci possèdent des caractéristiques topologiques (maillage et ramification) et topographiques (présence de paliers hydrauliques) différentes, ce qui permet de vérifier la pertinence de l’applicabilité des présents travaux.

Les résultats obtenus avec la sectorisation développée par DiNardo et DiNatale (2011) et la sectorisation issue des présents travaux sont comparés pour les deux réseaux d’étude québécois, à l’aide d’un ensemble d’indicateurs de natures hydraulique et topologique. Cette comparaison démontre la pertinence d’appliquer la méthode adaptée dans le cadre des présents travaux pour obtenir une solution hydrauliquement convenable pour des réseaux nord-américains. La comparaison des indices évaluant la performance de l’ensemble du réseau met en perspective l’approche nouvellement développée (avantages, limites, utilités).

Titre traduit

Approach and its application to two Quebec municipalities network

Résumé traduit

Quebec is the Canadian province with the highest water consumption (795 liters/person/day in 2006). This large water volume is partially due to the high percentage of water loss in the water distribution networks (WDNs) (26%). Network sectorisation (district metering) consists in partitioning a WDN into several district metering areas (DMAs), permanent or not, delimited by closed valves and by flow meters (entry points) at their boundaries. For each DMA, after minimum night flow analysis, a follow-up of the inflows can be made in order to distinguish leakage from normal consumption.

Some computerized approaches have recently been developed for WDN sectorisation while respecting a set of criteria. However, these studies have mostly concentrated on European WDNs. There are three fundamental differences between the North American WDNs and the European WDNs which make the direct application of the existing approaches a challenging task: (1) the topology of North American WDNs tends to be more looped than the European WDNs (generally more branched), (2) North American WDNs are designed to meet fire protection requirements and water consumption needs therefore they are composed of larger diameter pipes than the European WDNs which are designed to meet only the water consumers’ needs (3) the creation of DMAs in European WDNs is generally determined during the design phase (unlike in Quebec's WDNs).

A heuristic approach developed by DiNardo and DiNatale (2011) was adapted to define DMA boundaries (delimitation of DMAs, identification of the boundary valves to be closed and of the entry points – flow meters to be installed). The resulting approach, developed in association with Aqua Data inc., was applied to two WDNs located in the province of Quebec and having different topological (looped and branched) and topographic (district pressure) characteristics. The approach guides the user towards a solution among a set of solutions which are geographically and hydraulically similar, and takes into account fire protection requirements. Contrary to the existing works, the boundaries of the DMAs take into consideration the available and operable valves. This part of the present works is based on the use of an optimization algorithm.

The results obtained with the sectorisation approach developed by DiNardo and DiNatale (2011) and with the sectorisation approach developed in these works are compared for the two Quebec WDNs, using a set of hydraulic and topological indicators. This comparison demonstrates the relevance of applying the newly developed method into North American WDNs, to obtain hydraulically suitable solutions. The comparison of the performance indicators of the studied WDNs puts into perspective this new approach (advantages, limitations and purposes).

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie de la construction". Bibliographie : pages 149-155.
Mots-clés libres:	Eau Distribution. Eau Approvisionnement Québec (Province) Gestion. Optimisation mathématique. Eau Fuite Prévention. sectorisation, réseau de distribution d’eau potable, méthode heuristique, vannes d’isolement
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Poulin, Annie
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt:	28 juill. 2015 19:41
Dernière modification:	28 juill. 2015 19:41
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1483

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