Published October 13, 2020 | Version v1
Publication Open

Study of Scour Characteristics Downstream of Partially-Blocked Circular Culverts

Creators

  • 1. Zagazig University
  • 2. Technical University of Košice

Description

Debris accumulations upstream and through crossing hydraulic structures such as culverts cause the upstream water level and the downstream scour depth to increase, which can lead to structure failure. This experimental study aimed to investigate the effects of various inlet blockage ratios on culvert efficiency and scour hole depth. In a non-blocked case, various submergence ratios (S = 1.06, 1.33, 1.60, and 1.90) were tested with different discharge rates. In a blocked case, the effects of inlet blockage with various blockage ratios (Ar = 10%, 20%, and 30%) were seen as sediment blockage on the pipe bed or floating debris upstream of the culvert. The results show that as the submergence ratio increases, the maximum scour depth decreases at the same discharge rate, and the relative energy loss also decreases in the non-blocked case. In the sediment blockage (Ar d) case, the relative maximum depth increases with increasing densimetric Froude number and with an increasing blockage ratio. An empirical equation was developed to predict the relative scour depth under the present study conditions.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تتسبب تراكمات الحطام في المنبع وعبر الهياكل الهيدروليكية المتقاطعة مثل المجاري في زيادة مستوى المياه في المنبع وعمق التنظيف في اتجاه مجرى النهر، مما قد يؤدي إلى فشل الهيكل. هدفت هذه الدراسة التجريبية إلى التحقيق في آثار نسب انسداد المدخل المختلفة على كفاءة البربخ وعمق ثقب التنظيف. في حالة عدم الانسداد، تم اختبار نسب الغمر المختلفة (S = 1.06 و 1.33 و 1.60 و 1.90) بمعدلات تفريغ مختلفة. في حالة الانسداد، شوهدت تأثيرات انسداد المدخل بنسب انسداد مختلفة (Ar = 10 ٪ و 20 ٪ و 30 ٪) على أنها انسداد للرواسب على قاع الأنبوب أو حطام عائم في اتجاه مجرى المجرى. تظهر النتائج أنه مع زيادة نسبة الغمر، ينخفض الحد الأقصى لعمق التنظيف بنفس معدل التفريغ، كما ينخفض فقدان الطاقة النسبي في حالة عدم الانسداد. في حالة انسداد الرواسب (Ar d)، يزداد العمق الأقصى النسبي مع زيادة عدد فرود الكثيف ومع زيادة نسبة الانسداد. تم تطوير معادلة تجريبية للتنبؤ بالعمق النسبي للنظافة في ظل ظروف الدراسة الحالية.

Translated Description (French)

Les accumulations de débris en amont et à travers les structures hydrauliques traversantes telles que les ponceaux entraînent une augmentation du niveau d'eau en amont et de la profondeur d'affouillement en aval, ce qui peut entraîner une défaillance de la structure. Cette étude expérimentale visait à étudier les effets de divers taux de blocage des entrées sur l'efficacité des ponceaux et la profondeur des trous d'affouillement. Dans un cas non bloqué, divers rapports de submersion (S = 1,06, 1,33, 1,60 et 1,90) ont été testés avec différents débits de décharge. Dans un cas bloqué, les effets du blocage de l'entrée avec divers rapports de blocage (Ar = 10 %, 20 % et 30 %) ont été considérés comme un blocage des sédiments sur le lit de la conduite ou des débris flottants en amont du ponceau. Les résultats montrent que lorsque le taux de submersion augmente, la profondeur d'affouillement maximale diminue au même taux de décharge, et la perte d'énergie relative diminue également dans le cas non bloqué. Dans le cas du blocage des sédiments (Ar d), la profondeur maximale relative augmente avec l'augmentation du nombre de Froude densimétrique et avec un taux de blocage croissant. Une équation empirique a été développée pour prédire la profondeur d'affouillement relative dans les conditions de la présente étude.

Translated Description (Spanish)

Las acumulaciones de escombros aguas arriba y a través de estructuras hidráulicas cruzadas, como alcantarillas, hacen que el nivel de agua aguas arriba y la profundidad de socavación aguas abajo aumenten, lo que puede provocar fallas en la estructura. Este estudio experimental tuvo como objetivo investigar los efectos de varias relaciones de bloqueo de entrada en la eficiencia de la alcantarilla y la profundidad del pozo de socavación. En un caso no bloqueado, se probaron varias relaciones de inmersión (S = 1.06, 1.33, 1.60 y 1.90) con diferentes tasas de descarga. En un caso bloqueado, los efectos del bloqueo de entrada con varias relaciones de bloqueo (Ar = 10%, 20% y 30%) se vieron como bloqueo de sedimentos en el lecho de la tubería o escombros flotantes aguas arriba de la alcantarilla. Los resultados muestran que a medida que aumenta la relación de inmersión, la profundidad máxima de socavación disminuye a la misma velocidad de descarga, y la pérdida de energía relativa también disminuye en el caso no bloqueado. En el caso del bloqueo de sedimentos (Ar d), la profundidad máxima relativa aumenta con el aumento del número de Froude densimétrico y con una relación de bloqueo creciente. Se desarrolló una ecuación empírica para predecir la profundidad relativa de socavación en las presentes condiciones de estudio.

Files

pdf.pdf

Files (4.3 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:02a8bc730e908b6f200f533f53152515
4.3 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
دراسة خصائص النظافة في اتجاه مجرى المجاري الدائرية المسدودة جزئيًا
Translated title (French)
Étude des caractéristiques d'affouillement en aval des ponceaux circulaires partiellement bloqués
Translated title (Spanish)
Estudio de las características de socavación aguas abajo de alcantarillas circulares parcialmente bloqueadas

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3092817987
DOI
10.3390/w12102845

Is supplement to
https://openalex.org/W4385833122 (Other)
https://openalex.org/W4322775356 (Other)
https://openalex.org/W4280539593 (Other)
https://openalex.org/W3187420948 (Other)
https://openalex.org/W3124485524 (Other)
https://openalex.org/W3113528484 (Other)
https://openalex.org/W2542074884 (Other)
https://openalex.org/W2348356937 (Other)
https://openalex.org/W2055971992 (Other)
https://openalex.org/W2050227405 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1975469845
  • https://openalex.org/W1990770385
  • https://openalex.org/W2020793479
  • https://openalex.org/W2021995125
  • https://openalex.org/W2030496120
  • https://openalex.org/W2053498627
  • https://openalex.org/W2053792432
  • https://openalex.org/W2061895890
  • https://openalex.org/W2066921819
  • https://openalex.org/W2079774259
  • https://openalex.org/W2091133139
  • https://openalex.org/W2312692464
  • https://openalex.org/W2495208932
  • https://openalex.org/W2536745229