Technical Report – ‘Culvert A’ Hydraulic Analysis    Page 1 

Technical Report – ‘Culvert A’ Hydraulic Analysis  DATE:   November 3, 2011  TO:    Jim Reiser, P.E.   Project Manager   Parsons Brinckerhoff, Inc.  FROM:   Kurt Killian, P.E., CFM   Parsons Brinckerhoff, Inc.    RE:    Design Hike and Bike Facilities to 30% Plans   Project Pegasus Phase I, IH‐30 – From Sylvan Avenue to IH‐35 (CSJ 1068‐04‐116)   TxDOT Dallas District     Contract No. 18‐748P5003    

As part of the referenced contract, Parsons Brinckerhoff was authorized to design a mixed‐use (hike and 

bike)  trail within  the west  levee  sump  connecting  the west bound  collector‐distributor bridge  to  the 

Beckley Avenue sidewalk.  As part of the design, the trail will cross over an existing ditch within the West 

Levee  Sump.    The  crossing  will  require  the  placement  of  a  proposed  culvert  to  provide  adequate 

conveyance of drainage within the existing ditch to the West Levee Sump.  This technical report presents 

the hydraulic culvert analysis for the proposed culvert crossing.   

SCOPE 

The following tasks were performed for the design and analysis of the proposed culvert: 

• Prepare a drainage area map for the culvert’s contributing drainage area. 

• Perform runoff calculations for the culvert contributing drainage area. 

• Perform a hydraulic analysis and perform culvert sizing. 

• Prepare a culvert plan and profile sheet and hydraulic calculation sheet for the re‐submittal of 

the 30‐percent PS&E.   

• Prepare a drainage report for TxDOT. 

PROPOSED CULVERT CROSSING DESCRIPTION 

The proposed crossing consists of a 30‐inch RCP culvert with mitered ends conforming to the fill slope.  

The total length of the structure between the mitered inverts is 86 linear feet.  The culvert is proposed 

at a 4.07‐percent slope with the upstream invert elevation set at 395.5 feet and the downstream invert 

elevation set at 392.0 feet.  The bikeway path width with respect to the culvert alignment is 13.28 feet 

at an approximate elevation of 401 feet.   The embankment fill  is configured at a 6:1 (H:V) slope   along 

the upstream  face  and  5:1  (H:V)  slope    along  the downstream  face.  The  culvert  end  treatments  are 

proposed  as  mitered  faces,  conforming  to  the  embankment  slope.    Stone  riprap  is  proposed 

Technical Report – ‘Culvert A’ Hydraulic Analysis    Page 2 

downstream of the culvert for erosion protection.  The culvert plan and profile is shown in the attached 

plan set “Culvert Layout A”. 

DATA COLLECTION 

As part of the culvert analysis, the following data was collected: 

• H‐GAC 2‐foot contours, dated 2007 

• H‐GAC aerial, dated 2009 

• Field visit and photographs 

• City  of  Dallas  Interior  Levee  Drainage  Study West  Levee  –  Phase  II,  dated  January  2009  by 

Jacobs/ Carter Burgess. 

• Dallas County FIRM Panel No. 48113C0340J, effective date August 23, 2001. 

FEMA EFFECTIVE DATA 

The proposed Hike and Bike Trail at the ‘Culvert A’ crossing is located along the City of Dallas West Levee 

Sump adjacent to the Trinity River.  Based on the referenced FEMA data, the proposed project is located 

outside  of  the  delineated  Zone AE  flood  hazard  area, within  a  shaded  Zone  X  delineated  area.    The 

current effective FIRM panel  is  shown  in Figure 1. The  referenced  flood hazard base  flood  (100‐year) 

elevation  is 404  feet within  the West  Levee  Sump area.    From  the project  survey and proposed  trail 

layout  at  ‘Culvert  A’,  the  proposed  trail  crossing  and  the  drainage  ditch  will  be  inundated  and 

overtopped by the effective base flood elevation due to backwater from the sump area.    

Technical Report – ‘Culvert A’ Hydraulic Analysis    Page 3 

 Figure 1 – FEMA FIRM Panel   

Technical Report – ‘Culvert A’ Hydraulic Analysis    Page 4 

HYDROLOGY 

The contributing drainage area for the culvert was delineated using the overland 2‐foot contours, aerial 

photography, and a  field visit. The overall contributing drainage area  for  the  culvert  is approximately 

2.45 acres.  The contributing drainage area is limited to the area east of North Beckley Avenue and the 

adjacent tracts along the drainage ditch.  The culvert drainage area is shown in Figure 2.  

The Rational Method was used to compute the drainage area peak runoff rates.   The Rational Method 

equation being Q = CIA, where Q  is the computed peak runoff rate; C  is the runoff coefficient;  I  is the 

frequency runoff intensity; and A is the drainage area.   

Using  the  aerial  photography,  a  runoff  coefficient  averaged  c‐value  of  0.652 was  computed  for  the 

contributing drainage area.   The contributing area  land use consists of a mixture of  light commercial, 

undeveloped  tracts,  drainage  channels,  and  road  right‐of‐way.    The  following  table  presents  a 

breakdown of the land use and the calculations for the average c‐value. 

Table 1 ‐ Land Use & Runoff Coefficients 

Type  Area (ac)  C Grassy Tract Area  0.88  0.35 Commercial Tract/ Buildings  0.59  0.90 Ditch Channel Area  0.53  0.90 Ditch Overbank Area  0.35  0.55 Pavement  0.10  0.90 TOTALS:  2.45  0.652 

 

The  longest  flow path within  the drainage area  is approximately 660  feet.   The estimated  travel  time 

within the drainage area was computed to be 5 minutes.  Therefore, the minimum time of concentration 

(Tc)  of  10 minutes was  used  for  the  peak  flow  calculations  based  on  TxDOT  criteria.      The  time  of 

concentration  is used to compute the runoff  intensity using the equation:   I = b/ (Tc + d)e .   The b, d, e 

coefficients are frequency and region dependent.  Agencies will have differing intensity coefficients and 

therefore, equivalent time of concentrations will result in differing intensity values.  A comparison of the 

computed  intensity  values  for  Dallas  County  using  the  TxDOT  and  iSWM  b,  d,  e  coefficients  was 

performed.  The TxDOT values were determined to be more conservative; therefore they were used for 

this project.  The following table presents the multiple frequency intensity comparison. 

   

Technical Report – ‘Culvert A’ Hydraulic Analysis    Page 5 

Table 2 – Intensity Value Comparison:  TxDOT and iSWM 

Frequency:  2‐Year  5‐Year  10‐Year  25‐Year  50‐Year  100‐Year TxDOT Values for Dallas County for Tc = 10 min e (in)  0.791  0.782  0.777  0.774  0.771  0.762 b  54  68  78  90  101  106 d (mins)  8.3  8.7  8.7  8.7  8.7  8.3 Intensity (in/hr)  5.42  6.89  8.01  9.33  10.56  11.57 NCTCOG iSWM Values for Dallas County for Tc = 10 min e (in)  0.81545  0.80449  0.79827  0.78187  0.77019  0.75870 b  55.179  70.024  79.931  87.970  94.058  100.079 d (mins)  10.0  12.0  13.0  13.0  13.0  13.0 Intensity (in/hr)  4.80  5.82  6.54  7.58  8.41  9.27 

 

The design frequency utilized to size the proposed culvert for the hike and bike trail was a 10‐year storm 

event and the check flood frequency was for 100‐year storm event.   Flows were computed for the 10‐

year and 100‐year storm events for the contributing drainage area and are presented  in Table 3 along 

with the drainage area parameters. 

Table 3 – Culvert Drainage Area Parameters and Flows Summary 

Drainage Area (ac)  C‐Value 

Tc (min) 

I10(in/hr) 

I100(in/hr) 

Q10(cfs) 

Q100 (cfs) 

2.45  0.652  10  8.01  11.57  12.8  18.5 

 

Technical Report – ‘Culvert A’ Hydraulic Analysis    Page 6 

 Figure 2 – ‘Culvert A’ Drainage Area  

 

N

Technical Report – ‘Culvert A’ Hydraulic Analysis    Page 7 

HYDRAULIC COMPUTATIONS 

The  proposed  culvert  crossing was  analyzed  using  the  Federal Highway Administration  (FHWA) HY‐8 

Culvert Hydraulic Analysis Program, Version 7.2 build date  July 2011.   The design  (10‐year) and check 

(100‐year) computed flows were used for the hydraulic computations.  The proposed culvert dimensions 

were taken from the culvert layout sheet; this data is described previously.   

The tailwater condition was computed within the HY‐8 model.  The downstream channel cross‐section, 

which was taken from survey data, was incorporated into the model.   The program used normal depth 

calculations to compute a downstream channel water surface elevation as well as an outlet depth at the 

culvert face.  The highest of these elevations was reported as the culvert’s tailwater condition.   

Because  the  current  version  of  HY‐8  does  not  have  options  for  modeling  mitered  inlets,  the 

“conventional  ‐  projecting”  inlet  type was  selected  for  the  analysis.    This  selection  provides  similar 

entrance  loss  results  as  would  the  “mitered,  conformed  to  fill  slope”  inlet  type  proposed  for  the 

crossing.    Because  of  the  inlet  type  selection,  the  full  length  of  the  culvert  crossing  (86  feet)  was 

modeled within the HY‐8 analysis.   The HY‐8 model computations results are presented in the following 

table.  

Table 4 – ‘Culvert A’ HY‐8 Computation Summary Table 

Total Discharge 

(cfs) 

Culvert Discharge 

(cfs) 

Headwater Elevation 

(ft) 

Inlet Control Depth(ft)

Outlet Control Depth(ft)

Flow Type 

Normal Depth (ft) 

Critical Depth (ft) 

Outlet Depth (ft) 

Tailwater Depth (ft) 

Outlet Velocity (ft/s) 

Tailwater Velocity (ft/s) 

0.00  0.00  396.00  0.00  0.0*  0‐NF  0.00  0.00  0.00  0.00  0.00  0.00 

1.84  1.84  396.57  0.57  0.0*  1‐S2n  0.25  0.43  0.25  0.26  7.20  2.53 

3.68  3.68  396.82  0.82  0.0*  1‐S2n  0.33  0.62  0.34  0.38  8.76  3.10 

5.52  5.52  397.02  1.02  0.0*  1‐S2n  0.41  0.77  0.41  0.47  10.14  3.47 

7.36  7.36  397.19  1.19  0.0*  1‐S2n  0.48  0.89  0.49  0.54  10.92  3.76 

9.20  9.20  397.36  1.36  0.0*  1‐S2n  0.54  1.01  0.55  0.60  11.73  4.00 

11.04  11.04  397.52  1.52  0.0*  1‐S2n  0.59  1.11  0.60  0.66  12.18  4.20 

12.80  12.80  397.66  1.66  0.0*  1‐S2n  0.63  1.20  0.64  0.71  12.76  4.37 

14.72  14.72  397.80  1.80  0.0*  1‐S2n  0.68  1.29  0.71  0.76  12.83  4.53 

16.56  16.56  397.93  1.93  0.0*  1‐S2n  0.73  1.37  0.73  0.80  13.79  4.69 

18.40  18.40  398.05  2.05  0.0*  1‐S2n  0.77  1.45  0.77  0.84  14.29  4.80 

 

Based  on  the  culvert  dimensions  and  supported  by  the  HY‐8  computations,  the  culvert  is  inlet 

controlled.  The computed design (10‐year) frequency headwater elevation is 397.66 feet and the 100‐

year headwater elevation is 398.05 feet.    

Based on the survey data along the drainage ditch, the 100‐year headwater elevation  is still contained 

within  the  upstream  ditch  banks.      The  drainage  ditch  bank  elevations  range  from  an  approximate 

elevation of 400  feet near  the bike path crossing  to 404  feet at  its upstream end near North Beckley 

Avenue.   

Technical Report – ‘Culvert A’ Hydraulic Analysis    Page 8 

SUMMARY 

Based on the hydraulic analysis and HY‐8 modeling presented within this technical report, the proposed 

30‐inch RCP  culvert will provide adequate  capacity  to  convey  the  contributing 2.45 acres of drainage 

area runoff for the 10‐year design and 100‐year check storm events.  It was further determined that the 

backwater  effects  from  the  proposed  culvert  crossing  will  not  raise  the  upstream  water  surface 

elevation within the drainage ditch above the ditch banks for storm events up to and including the 100‐

year storm event.