2025年水利工程设计师设计测算考核试题及答案

2025年水利工程设计师设计测算考核试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.某流域面积500km²，多年平均年降水量1200mm，年径流深600mm，则该流域多年平均年蒸发量约为（）。A.400mmB.500mmC.600mmD.700mm2.重力坝坝体应力计算中，基本荷载组合不包括（）。A.正常蓄水位静水压力B.地震荷载C.坝体自重D.泥沙压力3.混凝土面板堆石坝中，面板垂直缝的间距一般取（）。A.8-12mB.15-20mC.25-30mD.30-35m4.采用导流隧洞进行施工导流时，隧洞进口高程应满足（）。A.枯水期最低水位以下B.截流时上游围堰前水位以上C.全年平均水位D.设计洪水标准下的泄流能力5.某水库总库容1.2亿m³，其工程等别为（）。A.Ⅰ等B.Ⅱ等C.Ⅲ等D.Ⅳ等6.生态流量计算中，Tennant法规定的“最佳生境流量”对应的河流天然流量百分比为（）。A.10%B.30%C.50%D.70%7.灌溉渠道设计中，渠道糙率n的取值主要影响（）。A.渠道比降B.断面水深C.渠道长度D.渠道边坡系数8.堤防工程设计中，渗透稳定计算的控制标准是（）。A.渗透坡降不超过允许坡降B.浸润线不高于背水坡坡面C.渗透流量不超过设计值D.土体抗剪强度满足要求9.水库调度图中，限制出力线与防洪限制水位线之间的区域为（）。A.保证出力区B.加大出力区C.防洪调度区D.降低出力区10.水利工程经济评价中，社会折现率的取值一般为（）。A.3%B.6%C.9%D.12%二、多项选择题（每题3分，共15分，少选得1分，错选不得分）1.设计洪水计算中，可能采用的方法包括（）。A.流量资料频率分析B.暴雨资料推求设计洪水C.地区经验公式D.历史洪水调查2.拱坝坝肩抗滑稳定分析的主要方法有（）。A.刚体极限平衡法B.有限元法C.地质力学模型试验D.材料力学法3.施工总进度计划编制的关键参数包括（）。A.导流时段B.混凝土浇筑强度C.土方开挖强度D.劳动力投入量4.水库浸没影响评价的主要指标有（）。A.地下水位埋深B.土壤盐渍化程度C.建筑物基础稳定性D.农作物产量变化5.水利工程生态影响减缓措施包括（）。A.鱼类增殖放流B.生态流量泄放C.栖息地修复D.施工期水土保持三、计算题（共45分）（一）设计洪水计算（15分）某流域面积F=800km²，有20年实测年最大洪峰流量资料（单位：m³/s）：1200、1500、1800、2000、2200、2500、2800、3000、3200、3500、3800、4000、4200、4500、4800、5000、5200、5500、5800、6000。已知该流域洪水频率曲线采用P-III型分布，经验频率计算公式为P=(m)/(n+1)×100%（m为序位，n为资料年数），适线后统计参数为：均值Q₀=3500m³/s，变差系数Cv=0.5，偏态系数Cs=2Cv。要求：1.计算前5个大洪水的经验频率（保留2位小数）；2.计算设计频率P=1%的设计洪峰流量（已知P-III型曲线模比系数Kp=2.5）。（二）重力坝抗滑稳定计算（15分）某重力坝坝高50m，坝底宽度40m，坝体混凝土容重γc=24kN/m³，坝基摩擦系数f=0.6，凝聚力c=0.2MPa。正常蓄水位时，上游水深45m，下游水深5m，扬压力折减系数α=0.4（扬压力计算为浮托力与渗透压力之和的40%）。要求：1.计算坝体自重（按单位长度计算，保留整数）；2.计算上下游水平静水压力（保留整数）；3.计算抗滑稳定安全系数（保留2位小数），并判断是否满足规范要求（规范允许安全系数K≥3.0）。（三）灌溉渠道设计（15分）某灌溉渠道设计流量Q=5m³/s，比降i=1/5000，糙率n=0.025，边坡系数m=1.5，要求采用梯形断面，设计水深h=2.0m。要求：1.计算渠道底宽b（采用曼宁公式：v=(1/n)R^(2/3)i^(1/2)，其中水力半径R=A/(χ)，A为过水断面面积，χ为湿周）；2.计算渠道流速v（保留2位小数），并判断是否满足不冲不淤要求（不冲流速v不冲=2.0m/s，不淤流速v不淤=0.5m/s）。四、案例分析题（共20分）背景资料：某新建中型水库工程，总库容0.8亿m³，主要任务为防洪、灌溉和发电。坝型为混凝土重力坝，最大坝高65m，坝顶长度200m。工程区位于长江上游某支流，流域内有国家二级保护鱼类“齐口裂腹鱼”，其产卵期为每年3-5月，需水温12-18℃、流速0.3-0.8m/s的砂砾石河床环境。问题：1.指出该水库工程等别及主要建筑物级别；2.分析施工期（2年）可能对“齐口裂腹鱼”产生的影响；3.提出3项针对性的生态保护措施；4.若水库建成后需下泄生态流量，说明生态流量的主要计算方法（至少3种），并推荐适合该工程的方法（需说明理由）。参考答案一、单项选择题1.C（年蒸发量=降水量-径流深=1200-600=600mm）2.B（基本荷载组合不包括地震荷载，地震荷载属于特殊荷载组合）3.A（面板垂直缝间距一般8-12m）4.B（导流隧洞进口高程需高于截流时上游围堰前水位）5.B（总库容0.1-1亿m³为Ⅲ等，1-10亿m³为Ⅱ等，1.2亿m³属Ⅱ等）6.B（Tennant法最佳生境流量为天然流量的30%）7.B（糙率n影响流速，进而影响断面水深）8.A（渗透稳定控制标准为渗透坡降≤允许坡降）9.B（限制出力线与防洪限制水位线间为加大出力区）10.B（社会折现率一般取6%）二、多项选择题1.ABCD（设计洪水计算方法包括流量资料、暴雨资料、经验公式、历史洪水调查）2.ABC（拱坝坝肩稳定分析方法有刚体极限平衡法、有限元法、模型试验，材料力学法用于重力坝）3.ABCD（施工总进度关键参数包括导流时段、浇筑/开挖强度、劳动力投入）4.ABCD（浸没评价指标包括地下水位、盐渍化、建筑物基础、农作物产量）5.ABCD（生态减缓措施包括增殖放流、生态流量、栖息地修复、水土保持）三、计算题（一）设计洪水计算1.前5个大洪水按从大到小排序为6000、5800、5500、5200、5000，对应序位m=1-5，n=20。经验频率P=(m)/(20+1)×100%，计算得：m=1时，P=1/21×100%≈4.76%；m=2时，P=2/21×100%≈9.52%；m=3时，P=3/21×100%≈14.29%；m=4时，P=4/21×100%≈19.05%；m=5时，P=5/21×100%≈23.81%。2.设计洪峰流量Qp=Kp×Q₀=2.5×3500=8750m³/s。（二）重力坝抗滑稳定计算1.坝体自重G=γc×(坝底宽度×坝高)/2（三角形断面）=24×(40×50)/2=24×1000=24000kN/m（单位长度）。2.上游静水压力P上=0.5×γ水×H上²=0.5×9.8×45²≈0.5×9.8×2025=9922.5kN/m≈9923kN/m；下游静水压力P下=0.5×γ水×H下²=0.5×9.8×5²=0.5×9.8×25=122.5kN/m≈123kN/m；水平净压力P=P上-P下=9923-123=9800kN/m。3.扬压力U=α×(浮托力+渗透压力)。浮托力=γ水×坝底宽度×下游水深=9.8×40×5=1960kN/m；渗透压力=0.5×γ水×(H上-H下)×坝底宽度=0.5×9.8×(45-5)×40=0.5×9.8×40×40=7840kN/m；总扬压力U=0.4×(1960+7840)=0.4×9800=3920kN/m。抗滑力F抗=f×(G-U)+c×坝底面积=0.6×(24000-3920)+0.2×10^3×(40×1)=0.6×20080+8000=12048+8000=20048kN/m；滑动力F滑=P=9800kN/m；安全系数K=F抗/F滑=20048/9800≈2.05。因2.05<3.0，不满足规范要求。（三）灌溉渠道设计1.过水断面面积A=(b+mh)h=(b+1.5×2)×2=(b+3)×2=2b+6；湿周χ=b+2h√(1+m²)=b+2×2×√(1+1.5²)=b+4×√3.25≈b+4×1.802≈b+7.208；水力半径R=A/χ=(2b+6)/(b+7.208)；流速v=Q/A=5/(2b+6)；根据曼宁公式v=(1/0.025)×R^(2/3)×(1/5000)^(1/2)=40×R^(2/3)×0.01414≈0.5656×R^(2/3)；联立得：5/(2b+6)=0.5656×[(2b+6)/(b+7.208)]^(2/3)。试算法求解：假设b=3m，则A=2×3+6=12m²，χ=3+7.208=10.208m，R=12/10.208≈1.175m，v=5/12≈0.417m/s；曼宁公式计算v=0.5656×(1.175)^(2/3)≈0.5656×1.105≈0.625m/s，不相等。假设b=2m，A=2×2+6=10m²，χ=2+7.208=9.208m，R=10/9.208≈1.086m，v=5/10=0.5m/s；曼宁公式v=0.5656×(1.086)^(2/3)≈0.5656×1.056≈0.597m/s，仍不相等。假设b=2.5m，A=2×2.5+6=11m²，χ=2.5+7.208=9.708m，R=11/9.708≈1.133m，v=5/11≈0.455m/s；曼宁公式v=0.5656×(1.133)^(2/3)≈0.5656×1.083≈0.613m/s。调整公式：v=Q/A=5/(2b+6)，曼宁公式v=40×(A/χ)^(2/3)×(1/5000)^(1/2)=40×[(2b+6)/(b+2h√(1+m²))]^(2/3)×0.01414=0.5656×[(2b+6)/(b+7.208)]^(2/3)。令5/(2b+6)=0.5656×[(2b+6)/(b+7.208)]^(2/3)，两边立方得：125/(2b+6)^3=0.5656^3×(2b+6)^2/(b+7.208)^2；化简得：125×(b+7.208)^2=0.1804×(2b+6)^5；试算b=3.5m，左边=125×(10.708)^2≈125×114.6≈14325；右边=0.1804×(13)^5≈0.1804×371293≈66900，左边<右边。b=4m，左边=125×(11.208)^2≈125×125.6≈15700；右边=0.1804×(14)^5≈0.1804×537824≈97000，仍小。b=1.5m，A=2×1.5+6=9m²，χ=1.5+7.208=8.708m，R=9/8.708≈1.033m，v=5/9≈0.556m/s；曼宁公式v=0.5656×(1.033)^(2/3)≈0.5656×1.022≈0.578m/s，接近。最终通过迭代计算得b≈2.8m（实际工程中可查表或使用计算器精确解，此处取近似值2.8m）。2.流速v=5/(2×2.8+6)=5/11.6≈0.43m/s（若b=2.8m）。因0.43m/s<0.5m/s（不淤流速），不满足不淤要求，需调整断面参数（如增大比降或减小糙率）。四、案例分析题1.工程等别：总库容0.8亿m³（0.1-1亿m³为Ⅲ等），故工程等别为Ⅲ等；主要建筑物级别：Ⅲ等工程主要建筑物为3级。2.施工期影响：①河道断流或流量减少，破坏鱼类栖息地；②施工废水（含悬浮物、油污）导致水质恶化，影响鱼类呼吸和产卵；③施工机械噪声干扰鱼类产卵行为；④河床开挖破坏砂砾石产卵场；⑤施工期水温变化（如混凝土冷却排水）可能偏离鱼类适宜水温范围。3.生态保护措施：①施工期设置鱼类保护专项监测，实时跟踪鱼类活动；②避开3-5月产卵期进行河床主体施工，或采用分期导流维持河道基本流量；③人工修复产卵场（如在下游布置砂砾石区），并控制修复区流速0.3-0.8m/s、水温12-18℃；④施工废水经沉淀、过滤处理后排放，确保悬浮物浓度≤50mg/L（鱼类敏感指标）。4.生态流量计算方法：①Tennan