- Tytuł:
-
Bridge headwater afflux estimation using bootstrap resampling method
Szacowanie spiętrzenia powyżej mostu z wykorzystaniem metody bootstrap resampling - Autorzy:
-
Kiraga, Marta
Bajkowski, Sławomir
Urbański, Janusz - Powiązania:
- https://bibliotekanauki.pl/articles/2203449.pdf
- Data publikacji:
- 2023
- Wydawca:
- Polska Akademia Nauk. Czytelnia Czasopism PAN
- Tematy:
-
budowla wodna
budownictwo mostowe
gospodarka wodna
rozmycie lokalne
rumowisko
wezbranie
metoda bootstrap resampling
local scour
sediment
hydraulic structure
hydraulics
flood
bridge engineering
bootstrap resampling method - Opis:
-
The bridge structure’s development causes a riverbed cross-sections contraction. This influences the flow regime, being visible during catastrophic floods. Then the flow velocity increases and water piles up upstream the bridge, where headwater afflux could be observed. These changes depend on the watercourse geometry and the bridge cross-section properties, especially on the degree of flow contraction under the bridge. Hydraulic conditions under the bridge depend on flow velocity, dimensions, and shape of abutments, the granulometric composition of bedload, which can be quantitatively characterized by hydraulic resistance coefficients. The research subject of headwater afflux is equated with the recognition of morphodynamic processes occurring along the passage route. The headwater afflux could be estimated by empirical formulas and by the energy method using Bernoulli’s law. Empirical methods are optimized by adopting various statistical criteria. This paper compares the headwater afflux values calculated using two existing empirical formulas, Rehbock and Yarnell, and compares them with the results of laboratory tests. Following the assumption that the free water surface is influenced by flow resistance, an attempt was made to include friction velocity in the empirical formulas. Based on the Authors’ database, the coefficients used were optimized using bootstrap resampling in Monte Carlo simulation. The analyses demonstrated that the formula best describing the phenomenon of headwater afflux upstream the bridge is an empirical formula built based on the historical Yarnell formula, which includes friction velocity value. The optimized equation provides an average relative error of 12.9% in relation to laboratory observations.
Zabudowanie koryta rzeki filarami i przyczółkami mostu powoduje zwężenie jego przekroju. Wpływa to zmiany warunków przepływu, które widoczne są przede wszystkim podczas wezbrań katastrofalnych. Następuje wtedy zwiększenie prędkości przepływu oraz spiętrzenie wody przed mostem. Zmiany te zależą od geometrii koryta cieku oraz przekroju mostowego, a szczególnie stopnia zwężenia strumienia pod mostem. Warunki hydrauliczne pod mostem zależą od prędkości przepływu, wymiarów i kształtu podpór, składu granulometrycznego rumowiska, które scharakteryzować można ilościowo za pomocą współczynników oporów hydraulicznych. Tematyka badawcza spiętrzenia pod mostem stawiana jest na równi z rozpoznaniem procesów morfodynamicznych zachodzących na długości przeprawy. Spiętrzenie pod mostami określa się wzorami empirycznymi oraz metodą energetyczną wykorzystującą prawo Bernoulliego. Metody empiryczne optymalizuje się przyjmując różne kryteria statystyczne. W artykule porównano spiętrzenie pod mostem obliczone za pomocą dwóch znanych formuł empirycznych Rehbocka oraz Yarnella i porównano je z wynikami badań laboratoryjnych. Kierując się przesłanką, że na ukształtowanie swobodnego zwierciadła wody w rejonie mostu wpływają także opory przepływu, podjęto próbę włączenia prędkości dynamicznej do formuł empirycznych. Na podstawie własnej bazy danych współczynniki wykorzystanych formuł zoptymalizowano z użyciem metody bootstrap resampling w symulacji Monte Carlo. Przeprowadzone analizy wykazały, że formułą najlepiej opisującą zjawisko spiętrzenia pod mostem jest formuła empiryczna zbudowana na podstawie historycznej formuły Yarnella. Uwzględniając w niej prędkość dynamiczną i optymalizując uzyskano średni błąd względny 12.9%. Taka wartość średniego błędu względnego potwierdza słuszność przyjętego podziału pola prędkości na odpływie. Stwierdzono, że metoda bootstrap resampling w symulacji Monte Carlo. stanowi użyteczne narzędzie inżynierskie przy optymalizacji formuł w badaniach hydraulicznych. Szczególnie cennym elementem artykułu jest wykorzystywanie próby danych historycznych. - Źródło:
-
Archives of Civil Engineering; 2023, 69, 1; 21--37
1230-2945 - Pojawia się w:
- Archives of Civil Engineering
- Dostawca treści:
- Biblioteka Nauki
Artykuł