Characterization of the behavior of a sustainable urban drainage system treating road runoff through hydrologic modeling and soil contamination cartography

Caractérisation du fonctionnement d'un ouvrage de gestion à la source du ruissellement de voirie : approche par modélisation hydrologique et par cartographie de la contamination du sol

Kelsey Flanagan (1) , Damien Tedoldi (2, 1) , Philippe Branchu (3) , Marie-Christine Gromaire (1)

1 LEESU - Laboratoire Eau Environnement et Systèmes Urbains
2 SEPIA Conseils (entreprise)
3 TEAM - Transferts et interactions liés à l'eau en milieu construit

Decentralized stormwater management generally involves the use of infiltration systems, the comportment of which is not always correctly understood. Incorrect assumptions about the hydrologic behavior of such systems can undermine their roles in both the quantitative and qualitative management of runoff, especially in systems designed to treat pollution at the source. Given the technical difficulty of directly measuring water fluxes in already existing systems, this paper discusses the utility of two indirect methods, applied to a real site made up of a vegetative filter strip followed by a biofiltration swale: the use of a hydrologic model and the characterization of soil pollution. The hydrologic model involves uncertainties due to its simplifying hypotheses and the variability of soil hydraulic conductivity measurements. Still, it can provide a rough estimation of the relative frequency of infiltration in different parts of the system. The cartography of contaminants, which shows that the majority of pollution is accumulated close to the roadside, indirectly provides time-integrated information as to the repartition of infiltration fluxes and the processes of sedimentation and filtration at the study site. The high spatial resolution of soil contamination data also provides evidence of heterogeneous surface runoff and infiltration flows. Despite the limits of each approach, both methods lead to the conclusion that the majority of runoff volumes - and as a consequence, the majority of pollutant loads - is infiltrated in the part of the system nearest to the system inlet: the vegetative filter strip. Therefore, the biofiltration swale does not fulfill its initially intended role of depolluting runoff water, as most pollutants do not reach it but rather are retained in the surface soil close to the roadside.

La mise en œuvre d'une gestion décentralisée des eaux pluviales implique généralement le recours à des systèmes d'infiltration, dont le fonctionnement n'est pas toujours correctement appréhendé. Une mauvaise évaluation de l'hydrologie peut s'avérer préjudiciable pour la gestion quantitative et qualitative du ruissellement, notamment dans des dispositifs conçus pour une maîtrise " à la source " des flux de polluants. Face aux difficultés associées à la mesure directe des flux d'eau et de polluants sur des ouvrages en place, on discute les apports de deux méthodes indirectes, appliquées à un site réel constitué d'une bande enherbée suivi d'un fossé filtrant: l'utilisation d'un modèle hydrologique et l'étude de la pollution du sol. Le modèle hydrologique présente des incertitudes dues à ses hypothèses simplificatrices, ainsi qu'à la variabilité des mesures de conductivité hydraulique. Il fournit toutefois un ordre de grandeur de la sollicitation relative des différentes parties de l'ouvrage. La cartographie des contaminants, qui montre que la majeure partie de la pollution s'accumule à proximité de la chaussée, renseigne indirectement sur la répartition " intégrée dans le temps " des flux d'infiltration et des processus de sédimentation/filtration sur le site d'étude. L'utilisation d'une résolution spatiale suffisamment fine permet de mettre en évidence des hétérogénéités dans l'infiltration et les écoulements superficiels. Malgré des limites propres à chaque approche, les deux méthodes mènent à la conclusion qu'une grande partie des volumes ruisselés - et, de facto, du flux polluant - est gérée par infiltration dans la bande enherbée, la partie de l'ouvrage à proximité immédiate de la zone d'arrivée de l'eau dans l'ouvrage. Ainsi, le fossé filtrant ne joue pas son rôle épuratoire de manière optimale, dans la mesure où les contaminants seraient retenus en bordure de chaussée dans le sol de surface.

Mots clés: runoff; sustainable urban drainage systems; SWMM; spatial distribution

Mots clés: Contamination; ruissellement; distribution spatiale; gestion à la source

Domaines: Ingénierie de l'environnement; Hydrologie

Kelsey Flanagan, Damien Tedoldi, Philippe Branchu, Marie-Christine Gromaire. Caractérisation du fonctionnement d'un ouvrage de gestion à la source du ruissellement de voirie : approche par modélisation hydrologique et par cartographie de la contamination du sol. La Houille Blanche - Revue internationale de l'eau, 2017, 3, pp.5-13. ⟨10.1051/lhb/2017016⟩. ⟨hal-01570255⟩