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Caracterisation des eaux usees de debordements de reseau unitaire PAUL LESSARD Les Consultat~ts BPR, 3333, boulevard Hatnel, Qlttbec (QuC.), Canada GIP 257 ET PIERRE LAVALLEE Assainissemetzt de I'eau, 3900, rue Marly, Saitzte-Foy (Qrtt.), Catzada GIX 4E4 et Institut tzatiot~al de la recherche sciet~tifique, 2700, rue Eitzstein, Saint-Foy (Qltt.), Catzuda GIV 4C7 Requ le 20 novembre 1984 Rtvision acceptte le 22 mai 1985 La ville de Qutbec a conclu en 198 1 une entente avec le ministere de I'Environnement du QuCbec, permettant, entre autres, I'ttude de l'influence des dtversements en temps de pluie de son rtseau unitaire sur la riviere St-Charles. Un des principaux objectifs de ce projet ttait de caractiriser, tant au niveau de la qualitt que de la quantitt, ces eaux de dtbordements unitaires. Cinq bassins de drainage, reprtsentatifs du secteur ttudit, ont ttt ~Clectionnts et Cchantillonnts au cours de neuf tvtnements pluvieux. Certaines tvaluations ont t t t faites pour expliquer, I'importance des variations de la qualitt de I'eau dans un rtseau unitaire en temps de pluie, l'influence de la @riode de temps sec sur la qualit6 de I'eau et le phtnomene de lessivage des conduites. Deux conclusions principales ressortent de l'analyse de ces donntes: (I) la majorit6 de la charge de contaminants vthiculte en temps de pluie dans un rtseau unitaire provient du ruissellement de surface et de I'entrainement des dtp6ts en conduite et (2) la qualitt des eaux de dtbordements en temps de pluie ne semble pas varier de faqon importante d'un bassin h I'autre, mCme si les pourcentages associts aux difftrents types d'occupation du sol (rtsidentiel, commercial, industriel, etc.) sont difftrents. Mots cICs: dtbordement de rtseau unitaire, qualitt, concentration, charge, pluie, ruissellement urbain. In 1981, the City of QuCbec signed a protocol with the QuCbec Ministry of Environment permitting the study of the impact of combined sewer overflows (CSO) during rain periods on the St-Charles River. One of the main study objectives was to characterize CSO, both quantitatively and qualitatively. Five main drainage basins, representative of the study area, were selected and sampled during nine rain events. Certain appraisals were made to explain the importance of the water quality variations during rain events in combined sewers, dry weather period influence on runoff quality, and "first-flush" phenom- enon. Two principal conclusions have been drawn from these data: (1) the major part of the pollutant load routed through a combined sewer network during a rain event is generated by surface runoff and dragging of sewage deposits and (2) the overall water quality of CSO doesn't seem to vary much from one basin to another, even if the percentages associated with different types of land use (residential, commercial, industrial, etc.) are different. Key words: urban runoff, combined sewer overflow, rainfall, quality, concentration. load. Can. J. Civ. Eng. 12, 527-537 (1985) 1. Introduction Une certaine approche de l'assainissement des eaux veut que I'on prock.de en premier lieu a ]'interception et au traitement des sources ponctuelles de dkversement en provenance du milieu urbain. Cette approche est cependant limitante car elle neglige toutes considera- tions sur les impacts negatifs des eaux usCes resultant des debordements de rCseau unitaire et du ruissellement urbain. L'importance de ces dkversements, en termes de masse dCversCe, montre que sur une base annuelle les quantites de mCtaux et de solides en suspension Cvacuees par les structures de derivation, ou par un reseau pluvial, sont plus grandes que les quantitCs in- NOTE: Les commentaires sur le contenu de cet article doivent Ctre envoyCs par Ccrit au directeur de la revue avant le 31 dtcembre 1985 (voir l'adresse au verso de la page de couverture). terceptkes en temps sec (Lavallke 1980). De plus, la qualite des eaux interceptkes ou d6versCes au cours d'eau a un impact important sur le niveau de contami- nation du milieu rkcepteur (Lavallee et al. 1984) et sur le fonctionnement des usines d'kpuration. Afin de rationaliser toute intervention visant reduire les dkbordements de rCseau unitaire, il faut connaitre le fonctionnement reel du rkseau en temps de pluie et les variations de la qualit6 des eaux usees durant cette PC- riode. Ainsi, bien que 80% de la population du QuCbec soit desservie par une rCseau d'CgoQts unitaire, tris peu d'ktudes ont CtC realides pour determiner precisement les volumes a intercepter en fonction de critbes spC- cifiques tenant compte de la quantitk et d e la qualite des rejets ainsi que de I'impact de ces dkversements. D'un point de vue Cconomique, les benefices d'une gestion rationnelle des eaux usCes en temps de pluie ont d6jh kt6 demontrks. En effet, compte tenu de la diminu-

Caractérisation des eaux usées de débordements de réseau unitaire

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Caracterisation des eaux usees de debordements de reseau unitaire

PAUL LESSARD Les Consultat~ts BPR, 3333, boulevard Hatnel, Qlttbec (QuC.), Canada GIP 257

ET

PIERRE LAVALLEE Assainissemetzt de I'eau, 3900, rue Marly, Saitzte-Foy (Qrtt.), Catzada GIX 4E4 et

Institut tzatiot~al de la recherche sciet~tifique, 2700, rue Eitzstein, Saint-Foy (Qltt .) , Catzuda G I V 4C7

Requ le 20 novembre 1984 Rtvision acceptte le 22 mai 1985

La ville de Qutbec a conclu en 198 1 une entente avec le ministere de I'Environnement du QuCbec, permettant, entre autres, I'ttude de l'influence des dtversements en temps de pluie de son rtseau unitaire sur la riviere St-Charles. Un des principaux objectifs de ce projet ttait de caractiriser, tant au niveau de la qualitt que de la quantitt, ces eaux de dtbordements unitaires. Cinq bassins de drainage, reprtsentatifs du secteur ttudit, ont t t t ~Clectionnts et Cchantillonnts au cours de neuf tvtnements pluvieux. Certaines tvaluations ont t t t faites pour expliquer, I'importance des variations de la qualitt de I'eau dans un rtseau unitaire en temps de pluie, l'influence de la @riode de temps sec sur la qualit6 de I'eau et le phtnomene de lessivage des conduites. Deux conclusions principales ressortent de l'analyse de ces donntes: ( I ) la majorit6 de la charge de contaminants vthiculte en temps de pluie dans un rtseau unitaire provient du ruissellement de surface et de I'entrainement des dtp6ts en conduite et (2) la qualitt des eaux de dtbordements en temps de pluie ne semble pas varier de faqon importante d'un bassin h I'autre, mCme si les pourcentages associts aux difftrents types d'occupation du sol (rtsidentiel, commercial, industriel, etc.) sont difftrents.

Mots cICs: dtbordement de rtseau unitaire, qualitt, concentration, charge, pluie, ruissellement urbain.

In 1981, the City of QuCbec signed a protocol with the QuCbec Ministry of Environment permitting the study of the impact of combined sewer overflows (CSO) during rain periods on the St-Charles River. One of the main study objectives was to characterize CSO, both quantitatively and qualitatively. Five main drainage basins, representative of the study area, were selected and sampled during nine rain events. Certain appraisals were made to explain the importance of the water quality variations during rain events in combined sewers, dry weather period influence on runoff quality, and "first-flush" phenom- enon. Two principal conclusions have been drawn from these data: (1) the major part of the pollutant load routed through a combined sewer network during a rain event is generated by surface runoff and dragging of sewage deposits and (2) the overall water quality of CSO doesn't seem to vary much from one basin to another, even if the percentages associated with different types of land use (residential, commercial, industrial, etc.) are different.

Key words: urban runoff, combined sewer overflow, rainfall, quality, concentration. load.

Can. J. Civ. Eng. 12, 527-537 (1985)

1. Introduction Une certaine approche de l'assainissement des eaux

veut que I'on prock.de en premier lieu a ]'interception et au traitement des sources ponctuelles de dkversement en provenance du milieu urbain. Cette approche est cependant limitante car elle neglige toutes considera- tions sur les impacts negatifs des eaux usCes resultant des debordements de rCseau unitaire et du ruissellement urbain. L'importance de ces dkversements, en termes de masse dCversCe, montre que sur une base annuelle les quantites de mCtaux et de solides en suspension Cvacuees par les structures de derivation, ou par un reseau pluvial, sont plus grandes que les quantitCs in-

NOTE: Les commentaires sur le contenu de cet article doivent Ctre envoyCs par Ccrit au directeur de la revue avant le 31 dtcembre 1985 (voir l'adresse au verso de la page de couverture).

terceptkes en temps sec (Lavallke 1980). D e plus, la qualite des eaux interceptkes ou d6versCes au cours d'eau a un impact important sur le niveau de contami- nation du milieu rkcepteur (Lavallee et al. 1984) et sur le fonctionnement des usines d'kpuration.

Afin de rationaliser toute intervention visant reduire les dkbordements de rCseau unitaire, il faut connaitre le fonctionnement reel du rkseau en temps de pluie et les variations de la qualit6 des eaux usees durant cette PC- riode. Ainsi, bien que 80% de la population du QuCbec soit desservie par une rCseau d'CgoQts unitaire, tris peu d'ktudes ont CtC real ides pour determiner precisement les volumes a intercepter en fonction d e critbes spC- cifiques tenant compte de la quantitk et d e la qualite des rejets ainsi que de I'impact de ces dkversements.

D'un point de vue Cconomique, les benefices d'une gestion rationnelle des eaux usCes en temps de pluie ont d6jh kt6 demontrks. En effet, compte tenu de la diminu-

528 CAN. J . CIV. ENC. VOL. 12. 1985

tion globale des charges dCversees au cours d'eau, les la qualit6 des eaux. La majorit6 des modeles de qualit6 interventions visant a rCduire les charges deversees par existants, de type empirique, est basCe sur les mCrnes les debordernents de reseau unitaire sont proportionnel- hypotheses et utilise les m&mes Quations debase. Leur lement moins coClteuses que celles effectuees pour le pertinence n'a pas encore CtC confirnee en ce qui traiternent des eaux de temps sec (au-deli des niveaux concerne les predictions de la qualit6 des eaux usies. conventionnels de traitement secondaire) (Characklis Hemain (1980) a analyse la valeur de la majorit6 des et al. 1979). Ceux-ci ont . bien mis en evidence les donnees existantes (France et ~ t a t s - ~ n i s ) dans le but de benefices resultant d'une strategie de reduction des debordernents de reseau unitaire en fonction des coiits d'imrnobilisation.

Le developpernent de rnodeles hydrologiques perfor- rnants, comme SWMM et ILLUDAS, perrnet mainte- nant de rnieux caracteriser les debits vehicules en temps de pluie dans un reseau. Cet article veut donc preciser les variations de qualite en rkseau unitaire tout en les expliquant 2 partir d'une meilleure connaissance des phenomenes d'accurnulation et de transport des conta- minants accurnulCs sur les surfaces de rues. L'interpre- tation des variations de qualite rnesurees sur cinq bas- sins de drainage de grandes superficies, nous permet d'expliquer ces variations en relation avec les types d'occupation du sol, de rnieux preciser la proportion de la charge pouvant &tre associke au missellernent de surface et de corriger certaines notions irnprecises quant au phenornkne de lessivage des conduites.

2. Revue bibliographique Ce n'est qu'avec le debut des annCes 70 qu'on a vu

I'intCrCt grandir pour l'aspect qualitatif des eaux de ruissellernent ou de debordements de reseaux unitaires en temps de pluie. Bradford (1977) fait une analyse des donnCes recueillies jusqu'en 1972 sur les charges de polluants gCnCrCes par le ruissellernent urbain. I1 insiste sur le fait que les donnees sont inadequates, dCl princi- palement a des lacunes au niveau de l'echantillonnage et des rnethodes analytiques. Huber et al. (1979) publient un cornpte rendu des donnees de qualit6 de l'eau recueillies dans les rCseaux pluviaux ou unitaires, ainsi qu'un certain travail statistique ClCmentaire sur ces donnees (concentration rnoyenne, maxirnale et mi- nirnale, etc.). Hernain (1979)etTrezos-Vomvoris (1979) font un inventaire de la bibliographic existante dans le dornaine et dkcrivent tres bien les etudes effectuees.

Pour Hemain (1979) trois etudes fondarnentales ont CtC r6alisCes aux ~ t a t s - ~ n i s et ont permis une prise de conscience genCrale du phknornene de pollution des eaux de ruissellernent en milieu urbain: ce sont celles de Weibel et al. (1964), de ]'American Public Works Association (1969) et de Sartor et Boyd (1972). L'ana- lyse de ces rksultats a permis l'elaboration de modeles qui se lirnitent a une regression lineaire (simple ou multiple) reliant une charge polluante 2 certaines carac- tkristiques, soit du bassin versant ou soit de la pluie. Quant a Trezos-Vornvoris (1979), elle conclut a l'ab- sence quasi totale de rnodeles analytiques pour dCcrire

les traiter statistiquement. I1 n'a retenu que les donnees de 13 bassins sur 35, les jugeant acceptables compte tenu de l'approche experirnentale utilisCe et du nombre d'kvenements tchantillonn6s. L'auteur note une grande variation des resultats d'un bassin a l'autre, pouvant &tre due aux methodologies employees (aussi diffe- rentes que les objectifs vises) et a des disparitks regio- nales d'utilisation du sol (Floride c. Midwest americain par exemple).

Cependant, l'interpritation des donnCes les plus re- centes de la carnpagne franqaise de caracterisation des eaux de missellement urbain (Hemain 1983) a dCmontrC que les charges 6vacuCes au milieu recepteur variaient lkgbement en fonction de la densite des habitations rksidentielles. Une zone d'habitats collectifs devrait produire de deux a trois fois plus de pollution qu'un secteur equivalent (surface, impermeabilisation, etc.) 2 predominance residentielle unifamiliale.

Pour ce qui est du Quebec, peu d'Ctudes sur le sujet ont etC faites. Lessard et al. (1982) ont CtudiC durant 1'Cte 1980 la qualitc? de l'eau issue d'un reseau unitaire en temps de pluie pour un bassin du versant nord de l'ile de Montreal. Les resultats dkmontrent clairement l'influence du missellement urbain dans la variation spatio-ternporelle de la qualite des eaux. Pour la presque totalit6 des CvCnements Cchantillonnes, d'irn- portantes variations de la qualit6 des eaux usCes sont observees. Les causes ont kt6 identifiCes cornme Ctant le nettoyage des surfaces irnpermeables du bassin par le ruissellernent urbain et le lessivage des dCpBts en conduites. Les concentrations maxirnales observees pendant la pluie sont nettement supkrieures aux concen- trations de temps sec; des maximums de 1820 mg/L en matieres en suspension et de 1310 mg/L en demande chimique en oxygene ont kt6 enregistres pendant une pluie. Le traitement des rksultats obtenus a montrC Cgalement que les concentrations moyennes durant les pluies sont Cgales ou 1Cgerement superieures 2 celles prkvalant avant le debut du ruissellement.

L'analyse que nous avons effectuCe des donnkes publikes par Ranchet et Philippe (1982) sur les caract& ristiques physico-chirniques des eaux vChiculCes par temps sec et par temps de pluie en rkseau unitaire, dCmontre que si, en moyenne, les dernandes biochi- rnique et chimique en oxygene sont Iegkrernent plus faibles en temps de pluie qu'en temps sec, c'est la cas contraire pour les matikres en suspension et les mCtaux.

Les deversernents de reseaux unitaires sont donc une

FIG. 1. Territoire a I'Ctude.

TABLEAU 1. Bassins representatifs

Utilisation du sol (%) Irnper- Temps de

rnCabilitC Espaces Superficie concentration Bassin* (%) lnstitutionnelle RCsidentielle Cornrnerciale Industrielle verts (krn') (rnin)

*Identification nurnCrale utilisCe lors de I'Ctude.

source importante de contamination du milieu rCcep- teur. C'est dans cet ordre d'idtes qu'un vaste projet a CtC ClaborC par la ville de Quebec (conjointernent avec le rninistkre de llEnvironnernent du Quebec) pour Cvaluer l'irnpact des dkbordernents de rQeau unitaire sur le milieu rkcepteur.

3. Territoire etudie Le territoire draine par le rCseau unitaire de la ville de

QuCbec et se deversant en temps de pluie a la rivikre St-Charles, couvre une superficie de 13,8 krn' (fig. 1). Le pourcentage rnoyen d'irnperrneabilite est de 65%. L'occupation du sol est rnajoritairernent de type rCsi- dentiel. Le territoire est densernent peuple, la popula-

tion se chiffrant a un peu plus de 100 000 personnes. Cinq bassins pouvant representer, dans l'ensernble,

les diffkrentes caractkristiques du territoire Ctudie ont Cte sClectionnCes cornrne bassins reprisentatifs (fig. 1). La sClection de ces bassins a CtC faite a I'aide des crite- res suivants: l'utilisation du sol, la superficie, le temps de concentration, le pourcentage d'irnpermCabilitt et les contraintes techniques d'kchantillonnage. Les carac- teristiques des bassins reprksentatifs sont donnCes au tableau 1.

4. Methodologie Les cinq bassins juges representatifs ont CtC Cchantil-

lonnes au cours de l'tte 1982. L'Cchantillonnage des

CAN. J . CIV. ENG. VOL. 12, 1985

TABLEAU 2. CaractCristiques des CvCnements pluvieux

Intensit6 Intensite maximale maximale

DurCe de sur 5 min, Duree de sur 5 min, Date Precipitation 1'CvCnement I maxs Precipitation 1'CvCnement I max,

~v~nement ( 1982) (mm) pluvieux (h) (mm/h) (mm) pluvieux (h) (rnm/h)

16 juin 21 juin 22 juin 29 juin 29 juin 7 juillet 28 juillet 23 aoQt 25 aoQt

eaux du reseau unitaire en temps de pluie a CtC effectut manuellement a I'aide de godets pivotants fixes sur des tiges de metal. Ce type d'kchantillonnage a CtC prCfCrC a un Cchantillonnage a l'aide d'appareils automatiques pour des raisons de fiabilitk, de cotits et de courts dClais de mise en place et d'opkration. Le dCbit dans le rtseau a CtC mesurt par la mCthode de dilution chimique (rho- damine WT). Cette mCthode s'avere simple et efficace, ne nCcessite pas d'installation cotiteuse, et est fiable

2 5 % (Marsalek 1973), si on prend bien soin de s'assurer du bon melange hydraulique du traceur.

Le seul problkme de I'Cchantillonnage manuel est la prkvision des CvCnements pluvieux. Une entente a CtC prise avec Environnement Canada (section metCorolo- gie) pour que les responsables des prkvisions mCtCorolo- giques a la station de I'aCroport de Sainte-Foy nous avertissent 2 h avant toute prkcipitation. Ce laps de temps permettait de mobiliser le personnel technique (soit une douzaine de personnes) et de mettre en place les Cquipements pour L'Cchantillonnage en temps de pluie.

Neuf CvCnements pluvieux ont donc CtC Cchantil- lonnes entre le 1" juin et le 27 aoQt 1982. Deux plu- viometres-jaugeurs ont CtC installCs sur le territoire. Certaines diffkrences significatives au niveau des prCci- pitations ayant kt6 observkes, un troisieme pluviometre a dti &tre installC. Les diffkrentes caractkristiques plu- viomCtriques pour chaque CvCnement, tel qu'enregis- trCes par les deux premiers pluviometres, sont montrCes au tableau 2.

Pour chaque pluie, un total approximatif de 40 Cchantillons Ctaient recueillis par bassin CchantillonnC. De ce nombre, 15 Ctaient conservCs pour analyse; les criteres de choix Ctant la position temporelle de I'Cchan- tillon en fonction de l'hydrogramme, et l'apparence physique de I'Cchantillon (pollutogramme visuel). Au

total, 506 Cchantillons ont Ctt analysCs. Les parametres CvaluCs pour chaque Cchantillon ont Cte: dtbit (Q) , matikres en suspension (MES), demande chimique e n oxygkne (DCO), et trois metaux, le cuivre, le plomb, le zinc (Cu, Pb, Zn). Le phosphore total et les coliformes fCcaux ont egalement CtC mesurCs mais sur seulement la moitie des Cchantillons choisis. Toutes les analyses ont CtC effectuCes selon les procedures dCcrites dans Standard methods (APHA- AW WA - WPCF 1975).

5. Discussion 5.1 Variations de la qualit6 des eaux ustes en r b e a u

unitaire D'importantes variations de la qualit6 de l'eau ont CtC

observkes en temps de pluie dans le rkseau unitaire d e la ville de QuCbec. Deux exemples sont donnCs a la figure 2. Dans le cas du bassin 11 (pluie du 7 juillet 1982), les concentrations de temps sec pour le Cu et les MES sont multiplites par un facteur de 10 en temps d e pluie; cependant, ce facteur n'est que 3 pour la DCO. Le m&me type de variations est not6 dans le cas d u bassin 12 (pluie du 16 juin 1982), sauf que les amplitu- des sont moins fortes.

De f a ~ o n gCnCrale, pour tous les CvCnements plu- vieux, le dCveloppement des hydrogrammes et des pol- lutogrammes sont sensiblement concomitants sauf dans le cas de la DCO dont l'allure du pollutogramme ne laisse entrevoir que de faibles variations autour des valeurs g~n~ra lemen t retrouvtes en temps sec. Ranchet et Philippe (1982) expliquent que l'origine de la pollu- tion organique en rCseau unitaire provient non seule- ment de l'apport de ruissellement urbain, mais surtout de la remise en suspension des MES de nature essentiel- lement volatile dCposees dans le reseau. En relation avec cette affirmation, le peu de deposition gCnCrale- ment observe dans le reseau de la ville de Quebec, peut

LESSARD ET LAVALLEE

Pluie 07 juillet 1 9 8 2 c

Pluie 9 16 juin 1982

FIG. 2. Variation de la qualitt des eaux en temps de pluie.

532 CAN. J. CIV. ENG. VOL. 12. 1985

FIG. 3. Bassin 2, pluies du 29 juin 1982, Q, Cu, DCO, MES.

expliquer la non-concordance du pollutogramme de la DCO avec celui des MES. D'ailleurs, des tests statisti- ques (evaluation des coefficients de relation lineaire) ont confirm6 qu'aucune relation ne pouvait &tre ttablie entre les deux paramktres.

La periode de temps sec entre chaque Cvenement a longtemps CtC consideree comme un parametre impor- tant influensant la concentration des polluants au cours d'une pluie. Plusieurs auteurs ont mis en doute I'impor- tance de ce paramktre (Whipple et al. 1977; Bedient et al. 1980), et I'analyse de la figure 3 tend a les ap- puyer. Le 29 juin 1982, deux pluies de bonne intensite maximale, soit 15,3 et 22,2 mm/h (le bassin 2 est dans la zone d'influence du pluviomktre 2), sont survenues successivement sur la ville de Quebec. D'importantes variations de la qualit6 de I'eau ont ete notees lors des deux Cvenements pluvieux et ce, malgre le fait qu'a peine 1 h de temps sec les separait; dans le premier cas, la pCriode de temps sec Ctait d'environ 5 jours. L'ob- servation de variations de qualit6 lors du deuxikme eve- nement tend 2 demontrer I'influence des apports de ruissellement urbain sur la qualit6 des eaux de diverse- ments unitaires et I'importance du bassin de contami- nants qu'est une surface urbanisee. La capacite erosive des precipitations (intensite maximale: 15,3 mm/h) et

la capacite de transport du ruissellement n'ont pu, lors de la premiere pluie, deplacer suffisamment de con- taminants pour "laver" complktement le bassin de drainage donne. Le reservoir de contaminants que constituent les dCp6ts de surface de rue n'est donc pas necessairement epuise a chaque pluie.

Pour quelques rares evinements, le phenomkne de lessivage des conduites ("first-flush"), dCfini comme l'enregistrement des concentrations maximales de pol- luants avant le debit maximal, a CtC observe sur des bassins dont la pente est faible et ou certains problemes de dCposition en conduites avaient kt6 notCs (fig. 4). On note sur cette figure que les concentrations de DCO et MES sont trks ClevCes en debut de pluie, particulikre- ment celle de la DCO qui atteint une valeur de 2270 mg/L. Aucune industrie n'etant presente sur ce bassin, on doit donc Climiner la possibiliti d'un rejet industriel. I1 est important de noter, qu'aprks I'effet de lessivage, I'allure des pollutogrammes peut s'ajuster au patron observe pour les autres bassins durant ce m&me epi- sode, et que les concentrations de MES et DCO varient autour des valeurs generalement observees en temps sec 2 cette heure.

En general, les concentrations maximales de pol- luants coincident avec le debit maximal enregistre du-

LESSARD ET LAVALLEE

MES , DCO (mg /L )

2200

ouw

630

- - - I - - -

FIG. 4. Exemple de lessivage des conduites

-

rant la pluie. La figure 5 permet de visualiser l'impor- tance de la charge en temps de pluie par rapport a la charge en temps sec. Pour les deux exemples, on note qu'en periode de pluie, donc de debordement vers le milieu recepteur, la charge en MES et Cu vehiculee par les eaux sanitaires est negligeable par rapport a celle du ruissellement urbain. La m&me remarque peut s'appli-

0-' ".. Q - '-.. DCO

I I I 1

temps sec immediatement avant la pluie. Les valeurs moyennes (i) du tableau 3 ont ete

etablies a l'aide de la sommation suivante:

1900 20 O0 21" T E M P S ( h )

ou C,,, est la concentration rnesurk a un instant t quer concernant la charge en DCO; par contre 1'Ccart entre les deux types d'apports (ruissellernent et sani- taire) est beaucoup moins prononce considerant que les variations de la DCO sont moins prononcees en temps de pluie que celles des MES et cuivre.

pour un Cmissaire i; celle-ci est sornrnee du debut du debordement (To) jusqu'h la fin du debordement (T,).

Les concentrations mesurees du debut de la periode de debordement (capacite d'interception exc~dke) jus- qu'a la fin de cette m&me pkriode sont ainsi redefinies en une concentration moyenne. Afin de pouvoir dega- ger certains principes generaux, nous avons evalue ces

5.2 valuation des concentrations moyetltzes durant la ~ l u i e

Les resultats obtenus pour des reseaux bien autocures montrent des concentrations de contaminants qui sont representatives des charges ruissellees sans "l'ecran des depats reentraines." Ainsi, la qualite des eaux usees ruissellees en milieu urbain est mieux definie. Dans un contexte plus global d'evaluation des consequences

concentrations rnoyennes sur chaque bassin pour tous les evenements, et a chaque evenernent pour tous les bassins.

MalgrC les differents types de bassins 6chantillonnes (surtout au niveau occupation du sol), il est interessant de noter le peu de disparite au niveau de la qualite des

pour le milieu recepteur de ces dkbordements, nous avons continue l'analyse des donnees en dtfinissant les concentrations moyennes retrouvies dans ces eaux

eaux en temps de pluie entre les differents bassins. La qualite des eaux du bassin 11, juge particulier a cause de son caractkre industriel, ne diffkre pas sensiblement

usees lors des debordements a la rivikre (tableau 3). Cette analyse permet de mettre en evidence: (1) les valeurs moyennes elevees de matikres en suspension et de cuivre rencontrees pour tous les bassins et lors de tous les evenements pluvieux; (2) l'ecart existant entre ces concentrations moyennes et les valeurs prevalant en

de celle des bassins risidentiels; la concentration moyenne en MES et cuivre est plus forte que pour les autres bassins de drainage mais l'ecart type est plus tleve.

En theorie, on peut expliquer l'uniformisation des concentrations rnoyennes mesurees sur chaque bassin

C h a r g e C u (mg 1 s )

-7

CAN. I. CIV. ENG. VOL. 12, 198.5

C h a r g e MES ( g 1 s ) 1 4 0 0 4

1200 a CHARGE RUISSELLEMENT

1000 CHARGE SANITAIRE

BOO

600

400

200

0 2Io0 220° 23= OOoO

C h a r g e Cu ( m g /s

300 t

C h a r g e MES ( g / s ) 600 $

UR BAlN

CHARGE RUISSELLEMENT URBAIN

500 CHARGE SANITAIRE

400

300

200

100

0 h

F I G . 5 . Charge ruissellenient urbain c. charge sanitaire

pour un mCme evenement pluvieux par des phenomknes relies B l'accumulation des polluants sur les surfaces de rues et par un lessivage de ceux-ci. Entre autres, le transport aerien des particules skches i moins de 10 m de hauteur, mais possiblement sur d'assez grandes dis- tances dans un mCme perimktre urbain, peut homogB neiser les quantites de contaminants accumulCs sur les surfaces impermeables.

Si nous considerons, tel qu'explique par Hemain

(1983) et Desbordes et Servat (1984), que l'entraine- ment des MES par ruissellement est preferentiellement expliquk par l'intensitk maximale de la pluie sur 5 min (I max5), l'accumulation peut Ctre negligee par rapport au lessivage. Ce principe est valable pour de courtes periodes continues d'analyse (<6 mois).

Ces phenomknes de lessivage peuvent Etre assez semblables dans le cas de bassin densement urbanises soumis a des regimes pluviomCtriques comparables

LESSARD ET LAVALLEE 535

TABLEAU 3. Concentrations moyennes des eaux dCversCes cn temps de pluie (rng/L)

Bassin representatif Moyenne par ~vknement CvCnement 2

numCro Paramktre 2 7 I I 12 14 Ccart type

1

2 *

3

4

5

6

7

8

9

Moyenne par bassin 2

Ccart type Temps sec

moyenne par bassin t Ccart tY Pe

MES DCO Cu MES DCO Cu MES DCO Cu MES DCO Cu MES DCO Cu MES DCO Cu MES DCO Cu MES DCO Cu MES DCO Cu MES DCO Cu MES DCO Cu

*8vtnement dont les volumes de debordement Ctaient non significatifs (pluie 21 juin). tNombre insuffisant de donnees de qualit6 de I'eau en temps sec.

(duree, hauteur totale, I rnaxS). II est inttressant de rnettre en tvidence que des bassins densement urbani- sks assez grands (>30 ha) peuvent Etre systtrnatique- rnent caracttrises par des concentrations rnoyennes de rn&rne niveau cornpte tenu des compensations dues 2 la sornmation de plusieurs sous-bassins d'occupation differente du sol.

Quant a la rnoyenne des concentrations en polluants trouvte pour chaque pluie, elle varie passablernent d'tvtnernents en tvenernents. Un traiternent plus sptci- fique des donnees est en cours afin d'expliquer ces variations. Une classification des Cvknernents pluvieux selon leurs caracttristiques (intensitt, durte, hauteur totale) pourrait permettre de degager certaines ten-

dances. Les travaux prelirninaires de Galand (1983) ont d'ailleurs rnontrt que cette approche pourrait &tre inttressante.

En comparant les valeurs moyennes des eaux usees debordtes pour les bassins 11, 12 et 14 aux rnoyennes des valeurs en temps sec relevtes avant chacune des pluies pour ces rnErnes bassins, nous remarquons que les concentrations en MES et en cuivre sont toujours plus Clev&es durant le dtbordement qu'en temps sec. Les faibles valeurs rnoyennes de temps sec s'expliquent par le fait que les pluies ne se produisent pas toujours concurremment aux pointes d'tvacuation des eaux ustes. Ainsi, il est certain que les concentrations rnaxirnales enregistrtes la nuit en temps de pluie, ne

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sont constitutes que dans une infime partie par la concentration des eaux usCes domestiques CvacuCes a ce moment.

La figure 5 est d'ailleurs assez explicite en ce qui concerne la proportion de la charge instantannee d'origine domestique Cvacuee simultanCment au pollu- tographe de missellement de surface. Dans le cas de 1'Ctude sur ces bassins, la charge provenant d'un Cven- tuel lessivage des conduites peut Ctre considtree trks faible et ce pour deux raisons: dknivellation topogra- phique accentuCe de l'amont vers l'aval et vitesses ClevCes de transport des eaux usCes en temps sec comme en temps de pluie. Ce dernier point concernant le lessi- vage des conduites est trks important puisqu'il permet d'expliquer la provenance des trks fortes charges de contaminants gCnCrCes en temps de pluie dans le rCseau; ces charges sont vChiculCes par le missellement de surface.

6. Conclusion Le missellement urbain constitue un apport impor-

tant de la pollution vChiculCe par un rCseau unitaire en temps de pluie. A la suite de l'etude de la qualit6 de l'eau issue de cinq bassins urbains drain& par un rtseau unitaire, on peut retenir principalement que:

(1) la majorit6 de la charge de contamination vthi- culCe en temps de pluie dans un rCseau unitaire (princi- palement MES et mCtaux) provient du missellement de surface et trks peu du lessivage des dCp8ts en conduites;

(2) la qualit6 moyenne des eaux de dkbordement en temps de pluie ne semble pas varier Cnormtment d'un bassin 5 l'autre, dans le cas de bassins fortement urbanisis et regroupant plusieurs modes d'occupation du sol.

Pour rendre plus efficace les interventions d'assainis- sement il faut donc procCder a l'intkgration des notions de base de la pollution diffuse urbaine aux Ctudes d'op- timisation de l'interception des eaux usCes municipales. Pour ce faire, des recherches sur les variations de la qualit6 de l'eau en rCseau unitaire et en reseau de type sCparatif doivent Etre poursuivies.

S'il devait Etre possible de determiner les caracte- ristiques classCes (probabilitC au dkpassement) de la qualit6 des eaux usCes en temps de pluie, nous pour- rions integrer plus facilement 1'Ctude de l'influence des debordements de rCseau unitaire sur la qualit6 du milieu recepteur au processus gCnCral d'kvaluation des nCces- sites d'intervention en assainissement de l'eau.

Remerciement Les auteurs remercient la Ville de QuCbec d'avoir

perrnis la publication, pour fins scientifiques, des rC- sultats de 1'Ctude des dkbordements du rCseau unitaire de la Ville de QuCbec.

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