Modeling of background leakages and inertia phenomena in drinking water distribution networks
Modélisation des fuites diffuses et des phénomènes d’inertie dans les réseaux de distribution d’eau potable
Résumé
The purpose of this thesis is to model water distribution networks (WDNs) subject to background leakage outflows and inertia phenomena. Pressures in WDNs must be high enough for all consumers to have water with a good quality of service, but low enough to limit background leakages. A key element to solve this optimization problem is to model accurately the dependence of background leakages to pressures. For this purpose, we propose in this thesis several new background leakage models that take into account the gradient of pressure along the pipes. We show, through numerical experi- mentation on both theoretical and real networks, the superiority of our models when compared to the state-of-the-art ones. Also, our approach allows the simulation of high-lying nodes in case of insufficient pressures, and the identification of the leakiest parts of the pipes. Once our models are validated in steady-state, we explore the feasibility of integrating them into a new rigid water column (RWC) simu- lator that takes into account inertia phenomena. These phenomena appear, e.g., when users’ demands or heads at tanks vary quickly, pumps are started, or valves are opening or closing in less than a minute. We observe significant differences between the results of our RWC and the ones of an extended-period simulator (EPS) that neglects inertia phenomena. We also highlight the increase of stiffness due to the integration of pressure-dependent outflows in the slow-transient equations. Finally, we initiate the calibration of the leakage parameters from the experimental data collected during the Oriented Renewal of Pipes (ROC) project. All our developments are integrated into a collaborative framework dedicated to WDNs modeling.
L’objectif de cette thèse est de modéliser des réseaux de distribution d'eau potable sujets à des fuites diffuses et à des phénomènes d’inertie. Les pressions dans les réseaux doivent être suffisantes pour que tous les consommateurs aient de l’eau avec une bonne qualité de service. Cependant, pour limiter les fuites diffuses, ces pressions ne doivent pas être excessives. Un élément clé pour résoudre ce problème d’optimisation est de modéliser avec précision la dépendance des fuites diffuses à la pression. Nous proposons donc dans cette thèse plusieurs nouveaux modèles de fuites diffuses qui prennent en compte le gradient de pression le long des conduites. Nous montrons, à travers plusieurs expérimentations numériques sur des réseaux théoriques et réels, la supériorité de nos modèles par rapport à ceux de l’état de l’art. Notre approche permet également d'identifier les points hauts isolés en cas de pression insuffisante, et les parties les plus fuyardes des tronçons. Après validation de nos modèles en régime permanent, nous explorons la faisabilité de les intégrer dans un nouveau simulateur transitoire-lent qui décrit les phénomènes d’inertie. Ces phénomènes apparaissent par exemple lorsque les demandes des utilisateurs ou les hauteurs des réservoirs varient rapidement, des pompes sont démarrées, ou quand des vannes s’ouvrent ou se ferment en moins d’une minute. Nous observons des différences significatives entre les résultats de notre modèle transitoire-lent et ceux d’un simulateur pseudo-transitoire qui néglige les phénomènes d’inertie. Nous mettons aussi en évidence un accroissement important de la raideur du système à résoudre lorsque des fuites diffuses dépendant de la pression sont modélisées. Enfin, nous introduisons le calage des paramètres de fuite à partir des données expérimentales collectées lors du projet de Renouvellement Oriente des Conduites (ROC). Tous nos développements sont parties intégrantes d’un cadriciel collaboratif dédié à la modélisation des réseaux d’eau.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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