2026年环境水力学计算题集与解答

2026年环境水力学计算题集与解答一、水力学基础计算（共4题，每题5分）1.液体静力学计算题某水库大坝高20m，坝前水深15m，假设水的密度为1000kg/m³，重力加速度为9.8m/s²，求：（1）坝面受到的静水压强（单位：kPa）；（2）距坝底3m处承受的静水总压力（单位：kN/m²）。2.流体动力学计算题一圆管直径D=0.1m，流量Q=0.05m³/s，假设流体为不可压缩液体，密度ρ=1000kg/m³，求：（1）管内平均流速；（2）若管内沿程水头损失系数λ=0.02，求管长L=100m处的沿程水头损失（单位：m）。3.流体输配计算题某城市供水管道系统，管径DN=200mm，管长L=2km，流量Q=0.1m³/s，假设管道粗糙系数n=0.012，求：（1）管道中的流速；（2）若局部水头损失系数Σξ=0.05，求管道总水头损失（单位：m）。4.渗流计算题某土坝渗透系数k=0.001m/d，土坝高度H=10m，水头差ΔH=2m，求土坝的渗透流量（单位：m³/d/m）。二、明渠水力学计算（共5题，每题6分）1.明渠均匀流计算题一梯形断面明渠，底宽b=4m，边坡系数m=1.5，水深h=1m，假设糙率n=0.015，求：（1）明渠的过水断面面积；（2）若流量Q=8m³/s，求渠中流速。2.明渠非均匀流计算题一矩形断面陡坡渠道，底宽b=5m，坡度i=0.02，水深h=0.8m，假设糙率n=0.014，求：（1）渠道中的弗劳德数；（2）若渠道末端出现水跃，求跃后水深。3.明渠堰流计算题某矩形薄壁堰，堰高P=0.5m，堰上水头H=0.2m，求堰流流量（单位：m³/s），假设流量系数μ=0.6。4.明渠跌水计算题一矩形断面跌水，跌水高度H=1.5m，跌水前水深h₁=0.5m，假设糙率n=0.013，求跌水后的流速。5.明渠过闸计算题某宽顶堰闸，闸前水深H=1.2m，闸孔宽度b=3m，闸坎高P=0.3m，假设流量系数μ=0.35，求闸孔过流量。三、地下水水力学计算（共4题，每题7分）1.饱和土层渗透计算题某饱和土层厚度L=5m，渗透系数k=0.02m/d，水力梯度i=0.1，求土层的渗透流量（单位：m³/d）。2.渗流井计算题一完整井，井半径r₀=0.1m，含水层厚度T=10m，渗透系数k=0.01m/d，假设观测孔距井中心R=20m，观测孔水位降深s=1m，求井的抽水量。3.地下水污染扩散计算题某污染羽在含水层中扩散，纵向弥散系数Aₓ=0.5m²/d，横向弥散系数A<0xE1><0xB5><0xA7>=0.2m²/d，假设污染源浓度为C₀=10mg/L，距离污染源x=100m处的浓度C=1mg/L，求污染羽的纵向和横向扩散比例。4.地下水补给计算题某地下含水层，补给强度q=0.02m³/s，含水层厚度T=20m，渗透系数k=0.03m/d，求含水层的补给量（单位：m³/d）。四、水环境治理工程计算（共5题，每题8分）1.水力停留时间计算题某污水处理厂曝气池有效容积V=2000m³，进水流量Q=500m³/d，求曝气池的水力停留时间（单位：h）。2.混合液悬浮固体浓度计算题某生化反应池，MLSS浓度=2000mg/L，进水流量Q₁=300m³/h，回流污泥流量Q₂=100m³/h，假设回流污泥浓度为Xs=1500mg/L，求混合液悬浮固体浓度（单位：mg/L）。3.活性污泥法效率计算题某污水处理厂进水BOD₅=150mg/L，出水BOD₅=20mg/L，进水流量Q=500m³/d，求BOD₅去除率。4.沉淀池计算题某平流沉淀池，长L=20m，宽B=10m，水深H=2m，停留时间T=4h，假设颗粒沉速uₛ=0.02m/h，求沉淀效率。5.消毒剂投加量计算题某水厂日处理水量Q=100万m³，需投加次氯酸钠进行消毒，要求余氯浓度达到0.5mg/L，假设次氯酸钠转化率η=70%，求每日需投加的次氯酸钠量（单位：kg/d）。答案与解析一、水力学基础计算1.液体静力学计算题（1）静水压强p=ρgh=1000×9.8×15=147kPa；（2）距坝底3m处的静水总压力F=pA=147×3×1=441kN/m²。2.流体动力学计算题（1）平均流速v=Q/A=0.05/(π×(0.1/2)²)=3.18m/s；（2）沿程水头损失h_f=λ(L/D)v²/2g=0.02×(100/0.1)×(3.18)²/(2×9.8)=10.4m。3.流体输配计算题（1）流速v=Q/A=0.1/(π×(0.2/2)²)=3.18m/s；（2）总水头损失h_total=λ(L/D)v²/2g+Σξv²/2g=0.02×(2000/0.2)×(3.18)²/(2×9.8)+0.05×(3.18)²/(2×9.8)=64.7m。4.渗流计算题渗透流量q=k(i/H)L=0.001×(2/10)×1=0.0002m³/d/m。二、明渠水力学计算1.明渠均匀流计算题（1）过水断面面积A=(b+mh)h=(4+1.5×1)×1=5.5m²；（2）流速v=Q/A=8/5.5=1.45m/s。2.明渠非均匀流计算题（1）弗劳德数Fr=v/√(gh)=1.45/√(9.8×0.8)=0.52；（2）跃后水深h₂=h₁[(1+8Fr²)^(1/2)+1]=0.8[(1+8×0.52²)^(1/2)+1]=1.32m。3.明渠堰流计算题流量Q=μbH^(3/2)=0.6×3×(0.2)^(3/2)=0.134m³/s。4.明渠跌水计算题流速v=√(2gh)=√(2×9.8×1.5)=5.42m/s。5.明渠过闸计算题流量Q=μbH^(3/2)=0.35×3×(1.2)^(3/2)=0.548m³/s。三、地下水水力学计算1.饱和土层渗透计算题渗透流量q=kAi=0.02×0.1×1=0.002m³/d。2.渗流井计算题抽水量Q=πr₀²k(s/h)(S/L)=π×0.1²×0.01×(1/10)×(20/100)=6.28×10⁻⁴m³/d。3.地下水污染扩散计算题纵向扩散比例Aₓ/A<0xE1><0xB5><0xA7>=0.5/0.2=2.5；横向扩散比例A<0xE1><0xB5><0xA7>/Aₓ=0.2/0.5=0.4。4.地下水补给计算题补给量q=Q×T=0.02×24×3600=1728m³/d。四、水环境治理工程计算1.水力停留时间计算题水力停留时间T=V/Q=2000/500=4h。2.混合液悬浮固体浓度计算题MLSS=Xs(Q₂/Q₁+1)=1500×(100/300+1)=2000mg/L。3.活性污泥法效率计算题去除率=(150-20)/150×100%=86.7%。4.