Hydraulic assessment of non-circular-section building drainage

Abstract

The development of non-circular cross-section in-building drains with a reduced invert cross-section will allow efficient low-flow performance by maintaining flow depth to aid solid transport. An enlarged upper cross-section will allow higher water and air flow rates to be handled. Such developments are essential if the water-conservation benefits of a reduced toilet flush volume are to be realized. The paper demonstrates the background to such solutions based on the ovoid or ‘egg-shaped’ cross-section sewers that have been used in Europe and the US for two centuries. The steady flow capacity of the ovoid shape is demonstrated, while the reduced wave attenuation in ovoid cross-sections is simulated, using the method of characteristics solution to the wave equations, and it is shown to be an indicator of improved overall solid transport efficiency. Solid transport results demonstrate the efficiency of non-circular sections and provide a direct comparison with the use of reduced-diameter circular drains already acceptable in conjunction with reduced water usage. Le développement de collecteurs d'immeubles avec coupe transversale non circulaire et coupe transversale de radier réduite permettra d'obtenir de bonnes performances en faible écoulement en maintenant la profondeur de l'écoulement pour faciliter le transport des matières solides. Une coupe transversale supérieure agrandie permettra d'accepter des débits d'eau et d'air plus élevés. De telles évolutions sont indispensables si l'on veut profiter des avantages apportés par la réduction du volume des eaux de chasse et ainsi préserver l'eau. Cet article expose l'origine de telles solutions basées sur la coupe transversale ovoïde des égouts que l'on trouve en Europe et aux États-Unis depuis deux siècles. La capacité d'écoulement constant de la forme ovoïde est démontrée alors que l'atténuation de l'onde réduite dans les coupes transversales ovoïdes est simulée, en utilisant la méthode de la solution caractéristique appliquée aux équations d'ondes; on démontre qu'il s'agit d'un indicateur d'efficacité globale améliorée du transport de matières solides. Les résultats concernant le transport de matières solides démontrent l'efficacité des sections non circulaires et fournissent une comparaison directe avec l'utilisation de collecteurs circulaires de diamètre réduit déjà acceptables dans le contexte de la réduction de l'utilisation de l'eau. Mots-clés: Services pour les bâtiments, conception des égouts, système d'égouts, section ovoïde, transport de matières solides, préservation de l'eau, atténuation de l'onde