2025年吉林长春公用设备工程师考试(给水排水专业考试)题库及答案

2025年吉林长春公用设备工程师考试(给水排水专业考试)题库及答案一、工程水文与水资源1.某流域面积为1200km²，多年平均年降水量为680mm，年径流总量为1.8×10⁸m³，试计算该流域的多年平均径流系数。解答：径流系数α=年径流深/年降水量。年径流深=年径流总量/流域面积=1.8×10⁸m³/(1200×10⁶m²)=0.15m=150mm。年降水量为680mm，故α=150/680≈0.22。2.已知某城市暴雨强度公式为q=1670(1+0.85lgP)/(t+12)^0.65（L/(s·ha)），其中P为设计重现期（年），t为降雨历时（min）。若设计重现期P=3年，地面集水时间t₁=10min，管内流行时间t₂=15min，计算该区域雨水设计流量。（汇水面积F=5ha）解答：总降雨历时t=t₁+t₂=25min。代入公式得q=1670×(1+0.85lg3)/(25+12)^0.65≈1670×(1+0.85×0.4771)/37^0.65≈1670×1.405/8.92≈265.8L/(s·ha)。雨水设计流量Q=q×F=265.8×5≈1329L/s=1.329m³/s。二、水力学基础3.某圆形给水管直径d=300mm，流量Q=0.15m³/s，水温20℃（运动粘度ν=1.007×10⁻⁶m²/s），判断管内水流流态，并计算沿程水头损失（管长L=500m，管壁粗糙系数n=0.012）。解答：流速v=Q/(πd²/4)=0.15/(0.785×0.3²)=2.12m/s。雷诺数Re=vd/ν=2.12×0.3/(1.007×10⁻⁶)≈6.3×10⁵＞4000，为湍流。采用曼宁公式计算谢才系数C=R^(1/6)/n，其中水力半径R=d/4=0.075m（满流时）。C=0.075^(1/6)/0.012≈0.86/0.012≈71.67m^(1/2)/s。沿程水头损失h_f=v²L/(C²R)=2.12²×500/(71.67²×0.075)≈4.49×500/(5137×0.075)≈2245/385.3≈5.83m。4.某梯形断面排水明渠，底宽b=2m，边坡系数m=1.5，设计水深h=1.2m，底坡i=0.001，粗糙系数n=0.025，计算明渠的设计流量。解答：过水断面面积A=(b+mh)h=(2+1.5×1.2)×1.2=(2+1.8)×1.2=4.56m²。湿周χ=b+2h√(1+m²)=2+2×1.2×√(1+2.25)=2+2.4×1.803≈2+4.327≈6.327m。水力半径R=A/χ=4.56/6.327≈0.721m。流量Q=A×(R^(2/3)i^(1/2))/n=4.56×(0.721^(2/3)×0.001^(1/2))/0.025≈4.56×(0.817×0.0316)/0.025≈4.56×0.0258/0.025≈4.56×1.032≈4.71m³/s。三、水泵及水泵站5.某水泵设计参数为流量Q=300m³/h，扬程H=45m，效率η=82%，电机效率η_m=90%，计算轴功率和配套电机功率（水的密度ρ=1000kg/m³，g=9.81m/s²）。解答：有效功率P_e=ρgQH/3600=1000×9.81×300×45/(3600×1000)=1000×9.81×13500/3600000≈1000×9.81×3.75≈36787.5W≈36.79kW。轴功率P=P_e/η=36.79/0.82≈44.87kW。配套电机功率P_m=P/η_m=44.87/0.9≈49.86kW，取55kW。6.两台同型号离心泵并联工作，单泵特性曲线为H=60-0.002Q²（H单位m，Q单位m³/h），管路特性曲线为H=20+0.0015Q²。求并联后的总流量和单泵流量。解答：并联时总流量Q=Q₁+Q₂，因两泵相同，Q₁=Q₂=Q/2。并联泵组特性曲线为H=60-0.002(Q/2)²=60-0.0005Q²。联立管路特性方程：60-0.0005Q²=20+0.0015Q²→40=0.002Q²→Q²=20000→Q≈141.42m³/h。单泵流量Q₁=141.42/2≈70.71m³/h。四、给水处理工程7.某水厂设计规模为5×10⁴m³/d，原水浊度为200NTU，采用聚合氯化铝（PAC）作为混凝剂，投加量为20mg/L（以Al₂O₃计）。若PAC固体产品中Al₂O₃含量为28%，计算每日PAC固体投加量。解答：每日处理水量V=5×10⁴m³=5×10⁷L。PAC中Al₂O₃的投加量=20mg/L×5×10⁷L=1×10⁹mg=1000kg。PAC固体投加量=1000kg/28%≈3571.43kg/d≈3.57t/d。8.某快滤池设计滤速v=8m/h，单池面积A=50m²，工作周期T=24h，反冲洗时间t=15min，求滤池的实际产水量（考虑反冲洗耗水）。解答：滤池每日工作时间=24h-15min=23.75h。过滤水量=v×A×工作时间=8×50×23.75=9500m³/d。反冲洗耗水量=反冲洗强度q×A×t（假设反冲洗强度q=15L/(s·m²)），则反冲洗水量=15×50×(15×60)=15×50×900=675000L=675m³/d。实际产水量=过滤水量-反冲洗水量=9500-675=8825m³/d。五、排水工程9.某合流制排水管道设计流量Q=1.2m³/s，其中生活污水量Q_w=0.2m³/s，工业废水量Q_i=0.3m³/s，设计重现期P=2年，截流倍数n₀=3。计算截流井处截流的雨水量和溢流水量。解答：总雨水量Q_r=Q-Q_w-Q_i=1.2-0.2-0.3=0.7m³/s。截流雨水量=Q_w+Q_i+n₀(Q_w+Q_i)=0.5+3×0.5=2.0m³/s（注：截流倍数n₀定义为截流的雨水量与旱流污水量的比值，旱流污水量Q_d=Q_w+Q_i=0.5m³/s，故截流总水量=Q_d+n₀Q_d=0.5×(1+3)=2.0m³/s）。但实际总设计流量为1.2m³/s＜2.0m³/s，因此截流全部流量，溢流水量=0。若Q=3.0m³/s，则Q_r=3.0-0.5=2.5m³/s，截流雨水量=n₀Q_d=3×0.5=1.5m³/s，截流总水量=0.5+1.5=2.0m³/s，溢流水量=3.0-2.0=1.0m³/s。10.某城镇污水处理厂采用A²/O工艺，设计水量Q=4×10⁴m³/d，进水BOD₅=200mg/L，出水BOD₅=20mg/L，污泥产率系数Y=0.6kgMLSS/kgBOD₅，污泥衰减系数K_d=0.05d⁻¹，混合液悬浮固体浓度MLSS=3500mg/L，污泥回流比R=100%。计算曝气池容积和剩余污泥量。解答：BOD₅去除量=Q×(S₀-S_e)=4×10⁴×(200-20)=7.2×10⁶g/d=7200kg/d。曝气池容积V=Q×(S₀-S_e)/(X×N_s)（假设污泥负荷N_s=0.2kgBOD₅/(kgMLSS·d)），则V=4×10⁴×180/(3500×0.2×1000)=7.2×10⁶/(700)=10285.7m³（或用泥龄法：θ_c=Y(S₀-S_e)/(X(1+K_dθ_c))，需迭代计算，此处简化）。剩余污泥量ΔX=YQ(S₀-S_e)-K_dVX=0.6×7200-0.05×10285.7×3.5≈4320-1800≈2520kgMLSS/d。六、建筑给水排水11.某6层住宅（层高3m），市政给水管网提供的服务水头为20m，最高用水点位于6层卫生间（距地面2m），计算是否需要设置增压设备。解答：最不利点所需水压H=H₁+H₂+H₃+H₄。H₁为引入管至最不利点的垂直高度：6层地面高度=5×3=15m，用水点距地面2m，总垂直高度=15+2=17m。H₂为管网沿程与局部水头损失，取经验值5m。H₃为用水器具最低工作压力，取0.05MPa=5m。H₄为水表水头损失，取1m。总所需水压=17+5+5+1=28m＞市政服务水头20m，需设置增压设备。12.某高层商业建筑消防水池储存室内消火栓系统和自动喷水灭火系统用水，消火栓系统设计流量Q_x=40L/s，火灾延续时间t_x=3h；自动喷水系统设计流量Q_s=30L/s，火灾延续时间t_s=1h。市政管网可提供火灾时补水流量Q_b