Hurricane Irene andlTropical Storm Lee

Hydraulic Engineering forHydraulic Engineering forNYSDOT Storm Response 

Aug‐Sep 2011

S id L l B id C fStatewide Local Bridge Conference October 24, 2012 

Wayne Gannett, P. E.NYSDOT Hydraulic Engineering Unit

Topicsp

• How much flooding did we get?• How much flooding did we get? 

• Hydraulic engineering for NYSDOT post‐flood response

• Featured Watershed: Schoharie CreekFeatured Watershed:  Schoharie Creek 

How much flooding did we get?  

Back to Back StormsHurricane Irene

8/28‐8/29Tropical Storm Lee

9/8‐9/9/ / 9/8‐9/9

Two storms affected the transportation psystem in 36 counties.

RainfallTotals forHurricaneIrene

NOAA Hydro meteorological y gPrediction Center

Hurricane Irene in NY

• Storm total rainfall 6‐8” across eastern NY;  over 10” in Greene CountyCounty

• Major flooding:  coastal flooding Long Island and NYC, Hudson Valley,  western Catskills, Schoharie, Essex Co.

• New York State Thruway closed 130 milesNew York State Thruway closed 130 miles

• Widespread evacuations (over 5000) in Schoharie County

RainfallTotals forTropicalStormLeeLee

NOAA H dro meteorolo icalHydro meteorological Prediction Center

Tropical Storm Lee in NY

• Remnants of tropical storm Lee stalled over NY and PA, persisting over 48 hourspersisting over 48 hours 

• Storm total rainfall 10‐12” west of Binghamton

• Major flooding in Susquehanna and Delaware River watersheds in NY and PA exceeding floods of 2006in NY and PA, exceeding floods of 2006

• 20,000 residents evacuated in Binghamton area

• Ground saturated from Hurricane Irene less than 2 weeks before exacerbated flooding in Catskills, Mohawk and Hudsonbefore exacerbated flooding in Catskills,  Mohawk and Hudson Valley 

USGS stream gages

• Irene:  55  new record flows (of 114 in NYS)• Lee:  5 new record flows 

D.A.Peak Flow Previous Peak      Q100

Hudson River at Green Island8,090 sm 180,000 cfs 215,000 cfs  188,000 cfs

Aug 29, 2011 Mar 1936Aug 29, 2011  Mar 1936

Schoharie Creek at Burtonsville886 128,000 81,600 78,100

Aug 28 2011 Jan 1996Aug 28, 2011  Jan 1996

Schoharie Creek at Prattsville237    120,000 +‐ 52,000 69,000

Aug 28, 2011  Jan 1996

Ausable River near Ausable Forks446 48,500 37,400 29,100

Aug 28, 2011  Jan 1996

Susquehanna River at Vestal3,941 129,000 119,000 108,0003,941 129,000 119,000 108,000  

Sep 8, 2011 June 2006

Hydraulic Engineering for NYSDOT post‐flood response 

Office of Structures ‐ Hydraulics Unit NYSDOT ff f fl dNYSDOT team effort for flood recoveryAt peak 181 road closures,  37 bridges (state + local)

Fi ld tField assessments 

• Evaluation of closed bridges: I‐88, Rt. 7 & Rt. 20 overEvaluation of closed bridges: I 88, Rt. 7 & Rt. 20 over Schoharie Creek

• Stream erosion anddebris assessmentsin Schoharie Co. with NYSDEC   

Office of Structures ‐ Hydraulics Unit 

Field assessments (continued)

• Emergency repairs at Fox Creek/Rt. 443

• 43 bridges inEssex & Greene Co for stream channel and bridge protectionwork

Office of Structures ‐ Hydraulics Unit 

Bridge Hydraulic Design

• Structures in‐house design:   Kaaterskill Creek,  Ramapo River, Brandow Creek at Batavia Kill.

• Design‐build:  Rt. 42over West Kill (2)over West Kill (2)  

• Bridge approaches:Bridge approaches:Wappassenning Creekand Mohawk River

Field assessmentsI 88 over Schoharie Creek Central BridgeI‐88 over Schoharie Creek,  Central Bridge BIN 1070621   3 span ,  210 ft. max span          1981

Flood  impact:Bridge closureBridge closure 

Post‐flood response:    Bridge damage assessments and probe for scour holesDebris removal and re‐open bridges.   

I‐88 over Schoharie Creek

Mon  Aug 29, 2011closed pendingclosed pending scour  investigation

( t d b i i )(note debris on pier)

W d A t 31Wed  August 31scour probe pier

Field assessments43 b id R i 1 G Alb E C43 bridges  ‐ Region 1 Greene, Albany, Essex Co.  

Example: pRt. 296  over East Kill,  Windham BIN 1045150 100 ft. span truss 1932

Rt. 296  over East Kill,  Windham• Abutments on spread footings, no piles

Post Flood:Stone fill washed out Sheet piling peeled back  9 + ft. scour

Recommend:substructure inspectionsubstructure inspectiongravel bar removalvanes/weirs and armoring

Structure Hydraulic Design 

Rt. 42 over West Kill   (south)BIN 1025190 60 ft span thru girder 1928BIN 1025190   60 ft span thru girder 1928

Rt. 42 over West Kill  (south)S 14 2011Sep 14, 2011

Abutment failureAbutment failureBridge overtopped

Temporary bridgeunder construction

Rt. 42 over West Kill  (south)

New bridge:Integral abutments on piles100 ft spanDesign:

f20 ft scour14 ft/sec

Rt. 42 over West Kill   (north)BIN 1025200  120 ft span truss 1928

Rt. 42 over West Kill    (north)

north abutment

150 ft approach gone

Rt. 42 over West Kill    (north)

New bridge:Integral abutments on piles150 ft spanDesign:

f17 ft scour7 ft/sec

DesignBuildContract

Rt. 282 over Wappasening Creek,  Tioga Co.BIN 10908900 284 ft three span 1964

Flood  impact:D b i l dDebris pluggedbridge spans.250 ft. of northroad approach washed out

P t fl d Fi ld l ti i t R9Post‐flood response:    Field evaluation,  assist R9 on emergency repair scope, bank and slope protection, bridge scour countermeasures.  Unstable upstream g pbanks still exist upstream..

Pre‐floodL ki thLooking north

S Sep 15, 2011at northat northabutment

Pre-flood Upstream face

Sep 15, 2011Debris

UpstreamUpstreambank  ‐ before

Reconstructingarmored slope              Oct  2011

dNote: eroding high bank

Rt. 103 over Mohawk River at NYS Barge Canal Lock 9,  Schenectady County  BIN 40362501914 795 ft – 3 truss main spans 3 approach spans1914 795 ft  3 truss main spans, 3 approach spans

Rt. 103 over Mohawk River

Flood  impactDebris jammedgates at Lock 9 damgates at Lock 9 dam.River washed out Rt.103 and park.  Newchannel threatenedstability of Rt. 5

Post‐flood response:   Damage assessments , reconstruct Rt. 103. Coordination with Canal Corp.reconstruct  Rt. 103.  Coordination with Canal Corp. 

Lock 9Sep 7 2012Sep 7, 2012

Rt 103 bridge

Lock 9 and Rt 103

looking upstream

Looking north at Rt. 5

After the flood:  debris at Lock 9 dam

North abutmentNorth abutmentwith concrete slope pavingslope paving

…and without .

Why we use piles

Reconstruction October 2011• Restore dam gates to operating conditionRestore dam gates to operating condition• Temporary causeway and dewater channel• Rebuild 400 ft. approach roadB id OK• Bridge OK  

Featured Watershed:  Schoharie Creek 

Schoharie Creek

• Mohawk word meaning  “Floating driftwood”  

• 927 sq. mi. 

• Flows north 93 miles Catskills to Mohawk 

Schoharie Creek at Mohawk River, Sep 2011       Times Union

I 90 Thruway bridgeI‐90 Thruway bridge

Burtonsville USGSBurtonsville USGS

Blenheim covered bridgeBlenheim Gilboa Pumped storagePumped storage

Gilboa ReservoirPrattsville USGSPrattsville USGS

Schoharie CreekI 90 NYS Th B idI‐90 NYS Thruway Bridge

Schoharie CreekI‐90 NYS Thruway Bridgey g

1987 pier settlement from scour led to bridge collapse spread footings on compact glacial till – no pilesl d d b id i i dled to mandatory bridge inspection program and       

national engineering focus on bridge scour Notable Schoharie Creek floods:

1955   73,600 cfs1987 72,2001996 80 2001996 80,200

Scour hole at New land pierJan 1996

Schoharie CreekBlenheim Covered BridgeBlenheim Covered Bridge

210 ft spanbuilt 1855

after Irene Sep 2011

Schoharie CreekBlenheim – Gilboa Pumped Storage Project

• lower reservoir  has 40 ft. operating range• Embankment dam with non‐overflow spillway el. 910• Max outlet capacity• Max. outlet capacity

165,000 cfs  el. 908.5   via  3 taintor gates  

NYPA 

Schoharie CreekBlenheim – Gilboa Pumped Storage ProjectO ti A 28 2011Operations on Aug 28, 2011

• 11:00 AM inflow < 20,000 cfs.  lower reservoir el 865lower reservoir el 865

• 1:20 PM    peak inflow 129,135 cfs All 3 taintor gates open;  all 4 pumps on

• 3:20 PM    peak outflow 118,614 cfs p ,lower reservoir el  898.2

raised 33 ft in 4 hoursNYPA 

Schoharie CreekSchoharie Reservoir  Gilboa Dam

• 17.6 billion gal

• 1326 ft. long x160 ft high concrete overflow spill way

• Emergency repairs done for sliding stability: rock anchors, siphons, crest notch (post 1996 flood)

• Current project: low level outlet,  dam crest gates

Schoharie CreekSchoharie Reservoir Gilboa DamSchoharie Reservoir  Gilboa Dam

Sun Aug 28, 2011Reservoir rose 20 ft in 9 hr 

Peak flow 111,000 cfs8 ft flow over spillway 

Mon Aug 29Mon Aug 29

NYCDEP

Schoharie CreekUpper watershedUpper watershed• Rain greater than 1 in./hr for 12+ hours• Batavia Kill,  East Kill,  West Kill  Schoharie Creek

Schoharie CreekUSGS G P illUSGS Gage at Prattsville  Q100 69,000 cfs

120,000   cfs August 28, 2011   Irene  (indirect calcs)23,400  cfs September 7   Lee

Schoharie CreekUpper watershed – Rt 42 Lexington BIN 1025220Upper watershed  Rt. 42, Lexington BIN 1025220

USGS – Aug 28, 2011

Schoharie CreekUpper watershed – Batavia Creek WindhamUpper watershed  Batavia Creek, Windham 

Albany Times Union – Aug 28

What did we learn from Irene and Lee?

E t bi fl d ft• Expect bigger floods, more often

• Good design practice:il f d ipile foundations 

stone slope protectioninspect and maintain

• Woody debris and sediment during floods create major headaches at bridge openings

• Regular sediment removal needed where stream cannot be stabilized

What did we learn from Irene and Lee?

Expect bigger floods, more often.  p gg ,

• 2011 floods of record  ‐ add to1996 and 2006recent “floods of record”

• Northeast Regional Climate Center  ‐ small  increase in overall precipitation in NY;  greater number of extreme rainfall events

E i f ll 100 (1956 1979) i l 66• Extreme rainfall events:  100 year event (1956‐1979) now equivalent to 66 year event (1980‐2009)

What did we learn from Irene and Lee?

Good design practice:Good design practice: • structures must have pile foundations• adequate hydraulic opening• embankments need stone slope protection• inspect and• inspect and

maintain 

BIN 4036250Rt 103 over Mohawk River

What did we learn from Irene and Lee?

• Steep, forested watersheds in New York supply huge amounts of woody debris and sedimentamounts of woody debris and sediment…

What did we learn from Irene and Lee?

• which settle and blocks bridge openings• ….which settle and blocks bridge openings • ….and requires periodic sediment removal

BIN 1034960BIN 1034960Rt 96 over Catatonk Creek 

Learning Assessment

Question 1:

How many USGS stream gages in NYS set new records with Hurricane Irene? A) 22

B) 31

C) 55

Learning Assessment

Question 1:How many USGS stream gages in NYS set new records with Hurricane Irene? A) 22

B) 31B) 31C) 55

Answer:55 gages throughout eastern NY55 gages throughout eastern NY

Learning Assessmentg

Question 2:QHighway failure at Rt. 282 over Wappasening Creek during  Tropical Storm Lee was caused bby:

A) seepage through embankmentB) d b i bl k d dj t b idB) debris blocked adjacent bridge 

openingC) poor sub base compactionC) poor sub base compaction 

Learning Assessment

Question 2:Highway failure at Rt. 282 over Wappasening g ay a u e at t. 8 o e appase gCreek during  Tropical Storm Lee was caused by:

A) seepage through embankmentA) seepage through embankmentB) debris blocked adjacent bridge 

openingC) poor sub base compaction 

AAnswer:debris blocked bridge opening, causing stream to overflowcausing stream to overflow 

Learning Assessment

Question 3:

Current research suggest what trend isCurrent research suggest what trend is happening to precipitation in NYS? 

A) much higher annual precipitationA) much higher annual precipitation

B) greater number of extreme rainfall  events 

C) more frequent rain on weekends

Learning Assessment

Question 3:

Current research suggest what trend isCurrent research suggest what trend is happening to precipitation in NYS? 

A) much higher annual precipitationA) much higher annual precipitation

B) greater number of extreme rainfall  events 

C) more frequent rain on weekends

Answer:

greater number of extremegreater number of extreme rainfall  events 

Questions?Questions?

Hydraulic Engineering Unit

NYSDOT Office of StructuresNYSDOT Office of Structures

Th kThank  you