Nouvelle approche pour le dimensionnement et l'optimisation de la gestion des réservoirs et de la qualité de l'eau potable dans les réseaux de distribution

Les Réseaux de Distribution d'Eau Potable (RDEP) sont traditionnellement conçus sans intégrer les réservoirs dans le processus d'optimisation, malgré les nombreux avantages que ces réservoirs apportent à l'exploitation des réseaux. Ces avantages incluent la gestion efficace des demandes, la continuité de la distribution d'eau en cas de défaillance du système, la lutte contre les incendies ou la modulation des débits de pompage. Lorsque bien conçus et bien placés dans les systèmes de distribution, les réservoirs permettent d'améliorer les performances globales de ces systèmes. Cependant, la conception des réservoirs est complexe du fait que plusieurs facteurs sont à considérer avec plusieurs variables mises en jeu. L'approche traditionnelle utilisée pour la conception des réservoirs dans les réseaux de distribution consiste à opérer un choix manuel de l'emplacement et l'élévation pour le réservoir, suivi de l'optimisation des conduites, le volume du réservoir étant manuellement déterminé après une simulation de longue durée ou avec les guides techniques. Cette approche permet seulement un nombre limité d'essais sur l'emplacement du réservoir, son élévation ou son volume avant le choix. Elle ne permet donc pas d'explorer adéquatement l'espace des solutions et il devient très difficile d'utiliser cette approche pour les grands réseaux nécessitant beaucoup d'efforts avant de trouver une solution faisable. La tendance générale dans cette approche est de recourir à des réservoirs de grandes dimensions supposés hydrauliquement sécuritaires pour les réseaux mais qui peuvent se révéler problématiques en ce qui concerne la qualité de l'eau distribuée. Ce projet de recherche a pour but le développement d'un modèle d'optimisation multiobjective des réseaux de distribution d'eau potable capable de prédire la nécessité d'introduction ou non d'un ou de plusieurs réservoirs dans le réseau ainsi que les emplacements de ces éventuels réservoirs.

Abstract

Water Distribution Networks (WDN) are traditionally designed without integrating tanks in the optimization process, despite the numerous benefits tanks bring to network operation. These benefits include efficient demand management, water supply in case of system failure, fire fighting or the modulation of pump flow rate. When properly designed and located, storage tanks are a cost-effective means of improving overall network performance. However, tank design is complex because several factors are to be considered with several variables involved. The traditional approach to design tanks in distribution systems is to introduce the tank into a WDN at a predetermined location and elevation (manual selection), followed by pipe optimization, the tank volume being decided through extended-period simulation (manual check) or by guidelines. This approach allows for only a limited number of trials on tank location, elevation and storage prior to selection. It does not adequately explore the solution space and it becomes very difficult to use this approach for large networks requiring much effort before finding a feasible solution. This approach tends to implement large water tanks which are supposed hydraulically safe for water distribution systems. Those large tanks can however be a source of trouble regarding the quality of the water provided to the citizens. This research project aims to develop a model for multi-objective optimization of water distribution systems that is able to predict the need for the introduction or not of one or more tanks in the network and the locations of these potential tanks.