Groundwater contribution to parasitic water in sewer network in an urban catchment: case study of Lens-Liévin city (northern France)
Rôle des eaux souterraines sur la présence d'eaux claires parasites dans les réseaux d'assainissement en contexte urbain : Cas d'étude de la communauté d'agglomération de Lens-Liévin.
Abstract
The interactions between groundwater and the sewerage network of the Lens-Liévin urban area, located in the north of France, locally lead to non-compliances in the operation of the sewerage network and the wastewater treatment plants questioning the city's economic development policy. Indeed, the inflow of groundwater within the sewerage network could be the cause.
The vulnerability of the network to intrusion of groundwater was estimated through a comparison of the altitude of the piezometric surface of the aquifer with the altitude of the sewer network, based on the assumption that network sections below the piezometric level are most at risk of being flooded. The piezometric altitude was assessed through piezometric campaigns conducted in 2022 and through a 3D hydrodynamic model of the hydrosystem to reconstruct past piezometric levels. The model was built using the MARTHE calculation code, and simulations were performed in transient flow. These two approaches allowed for the identification of the network sections most vulnerable to the risk of flooding, which are similar to those identified empirically by the network manager. It is also shown that a fraction of the network is consistently located below the piezometric level, at a minimum of 0.4% during an exceptional low-water period (1997). This fraction can increase to 14.7% during an exceptional high-water year (2001).
The use of the hydrodynamic model also allows testing the evolution of network vulnerability under different prospective scenarios, enabling anticipation of actions to be implemented on the network to guide management decisions and develop adaptation solutions. However, a modelling method considering the feedback between aquifer dynamics and wastewater flowing through the sewer network remains to be developed.
Les interactions entre les eaux souterraines et le réseau d'assainissement de la communauté d'agglomération de Lens-Liévin, située dans le Nord de la France, ont mené localement à des non-conformités lors de l'exploitation du réseau d'assainissement et des stations d´épuration, remettant en cause la politique de développement économique de l'agglomération. Les intrusions d'eaux souterraines dans le réseau d'assainissement pourraient en être la cause.
La vulnérabilité du réseau à l'infiltration par des eaux souterraines a été estimée à travers une comparaison de l'altitude de la surface piézométrique de la nappe avec celle du réseau d'assainissement, sur la base de l'hypothèse que les tronçons du réseau sous le niveau piézométrique ont le plus à risque d'être ennoyés. L'altitude piézométrique a été évaluée à travers des campagnes piézométriques réalisées en 2022 ainsi qu'à travers un modèle hydrodynamique 3D de l'hydrosystème pour reconstituer les niveaux piézométriques passés. Le modèle a été construit à l'aide du code de calcul MARTHE et les simulations ont été réalisées en régime transitoire. Ces 2 démarches ont permis d'identifier les tronçons du réseau les plus vulnérables au risque d'ennoiement, ceux-ci sont similaires à ceux identifiés de manière empirique par le gestionnaire du réseau. Il est également montré qu'une fraction du réseau est située systématiquement sous le niveau piézométrique, a minima 0.4% lors d'une période exceptionnelle de basse eaux (1997) et pouvant monter jusqu'à 14.7% lors d'une année exceptionnelle de hautes eaux (2001).
L'utilisation du modèle hydrodynamique permet également de tester l'évolution de la vulnérabilité du réseau selon différents scénarios prospectifs rendant possible l'anticipation d'actions à mettre en œuvre sur le réseau pour orienter les décisions de gestion et élaborer des solutions d'adaptation. Cependant, une méthode de modélisation considérant les rétroactions entre la dynamique de la nappe et celle des eaux usées parcourant le réseau d'assainissement reste à développer.
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