Modelling water reduction effects: method and implications for horizontal drainage

Abstract

Waste solids in building drainage systems may still be considered as discrete, subject to a system of forces including hydrostatic, mass, buoyancy and frictional components. Recent water conservation proposals, including legislation, have led to the reduction in the quantities of water available to transport waste into the sewer, and have had a major impact on the hydraulics associated with the transportation of discrete solids in near horizontal drains in buildings. Current design practice, based on statistical methods, leads to oversized systems that present serious implications for system performance as reduced flows from appliances increase the risk of blockages occurring. The need for predictive techniques to inform appropriate stakeholders has never been greater. The development of a numerical model (DRAINET) to predict single solid or non-interacting solid transport has informed regulatory policy on pipe sizing and maintenance strategies. Further refinements of this modelling technique to include the interaction of solids, particularly in the deposition region under water conservation criteria, confirms that the complex interactions in drainage systems cannot be assessed using ‘rule of thumb’ or statistical approaches. Previous research in this area has shown that, in general, above-ground drainage systems benefit from a reduction in pipe diameter to improve drain self-cleansing. The methods outlined in this paper confirm this recommendation and it is postulated that the process of solid transport is enhanced by the interaction of multiple solids, particularly in the region of deposition. On peut considérer que les déchets solides dans les réseaux d'évacuation des bâtiments restent discrets; ils sont soumis à un ensemble de forces (force hydrostatique, force massique, force de flottaison et composants de frottement). De récentes propositions, voire des législations, portant sur les économies d'eau, ont conduit à réduire les quantités d'eau disponibles pour le transport des déchets dans les égouts et ont eu une incidence majeure sur les systèmes hydrauliques associés au transport des solides discrets dans des réseaux d'évacuation quasi-horizontaux dans les bâtiments. La pratique actuelle en matière de conception, basée sur des méthodes statistiques, conduit à des systèmes surdimensionnés qui ont de sérieuses incidences sur leurs performances car les flux réduits provenant des appareils domestiques augmentent le risque de blocage. Jamais ne s'est fait ressentir aussi fortement la nécessité de disposer de techniques prédictives pour informer les intervenants appropriés. Le développement d'un modèle numérique (DRAINET) utilisé pour prévoir les transports de matières solides uniques ou de matières solides n'interagissant pas entre elles est à l'origine d'une politique de réglementation sur le dimensionnement des tuyaux et sur les stratégies de maintenance. D'autres perfectionnements de cette technique de modélisation visant à inclure l'interaction des solides, en particulier dans les zones de sédimentation sous l'eau en tenant compte des critères d'économie, confirment que les interactions complexes dans les systèmes d'évacuation ne doivent être évaluées de manière empirique ou à l'aide de méthodes statistiques. De précédentes recherches dans ce domaine ont montré qu'en général, une réduction du diamètre des tuyauteries des systèmes d'évacuation installés au-dessus du niveau du sol permettait d'améliorer l'auto-nettoyage de ces réseaux. La méthode esquissée dans cet article confirme cette recommandation et on part du postulat que le transport des matières solides se trouve amélioré lorsqu'il y a interaction de solides multiples, notamment dans la zone de sédimentation. Mots clés: évacuation dans les bâtiments, modélisation mathématique, méthode des caractéristiques, transport de matières solides, économies d'eau