2026年环境水力学课程设计指导与习题含答案

2026年环境水力学课程设计指导与习题含答案一、选择题（每题2分，共20题）1.在河流水力学中，曼宁公式主要用于计算（）。A.渗流速度B.明渠均匀流流量C.水跃高度D.湿周系数2.地下水渗流中，达西定律适用于（）。A.粗砂滤层B.饱和黏土层C.含水层渗透系数极低的情况D.动态非稳定渗流3.水力半径R的计算公式为（）。A.湿周/面积B.面积/湿周C.水力坡度×流速D.流量/湿周4.城市合流制管道设计时，通常考虑的重力流坡度应（）。A.≥0.01B.≤0.005C.≥0.02D.≤0.0155.水跃现象在明渠流中表现为（）。A.流速突然减小，水深急剧增加B.流速增加，水深减小C.水面平稳过渡D.渠道坡度变缓6.渗流模型中，达西渗透系数的单位是（）。A.m/sB.m²/sC.m·s⁻¹D.Pa·s7.城市雨水口设计时，应优先考虑（）。A.最大设计流量B.最小渗流速度C.水力半径D.曼宁系数8.水力坡度与流速的关系是（）。A.正比关系B.反比关系C.无关D.平方关系9.河流冲刷现象主要由（）。A.重力作用B.浮力作用C.水流剪切力D.植被覆盖10.地下水污染监测中，最常用的参数是（）。A.水温B.溶解氧C.氮磷含量D.化学需氧量二、填空题（每空1分，共10空）1.明渠均匀流的水力坡度、坡度线坡度和水面坡度三者相等。2.地下水渗透系数的大小受土壤颗粒级配、孔隙度及含水层厚度影响。3.水跃发生后，下游水流能量损失约为跃前水深的（10%—15%）。4.城市污水管道设计时，最小流速通常为0.75m/s，防止淤积。5.曼宁公式中的糙率系数（n）取值范围为0.015—0.035。6.渗流模型中，等效孔隙率（ne）反映介质透水性能。7.雨水口布置间距一般不超过30m，确保排水效率。8.水力坡度（i）等于水头损失（ΔH）除以流程长度（L）。9.河流泥沙输送过程包括悬移、床沙和冲刷三种形态。10.地下水污染修复常用技术包括原位修复和异位修复。三、简答题（每题5分，共6题）1.简述明渠均匀流与非均匀流的区别。2.解释达西定律的适用条件。3.城市合流制管道设计时如何防止溢流污染？4.水跃的形成条件是什么？5.简述地下水渗流模型的分类。6.雨水口设计时需要考虑哪些因素？四、计算题（每题10分，共4题）1.某矩形明渠宽10m，水深1.5m，流量为30m³/s，求渠道的水力半径和流速。（提示：水力半径R=面积/湿周，流速v=流量/面积）2.某地下水含水层渗透系数为5m/d，厚度10m，水力坡度0.02，求渗流流量（m³/d）。（提示：达西公式Q=k·A·i，A=宽度×厚度）3.已知某污水管道直径0.6m，坡度0.01，糙率n=0.013，求流量为200L/s时的流速。（提示：曼宁公式Q=(1/n)·A·R^(2/3)·i^(1/2)，A=πd²/4）4.某河流断面宽度20m，水深1.2m，流速0.8m/s，若发生水跃，跃后水深为2.5m，求水跃能量损失。（提示：能量损失ΔE=γ·g·[H₁²-H₂²]/2，H₁=1.2+v²/2g）五、论述题（每题15分，共2题）1.论述城市合流制管道改造对水环境的影响及对策。2.结合实际案例，分析地下水污染的成因及治理措施。答案解析一、选择题答案1.B2.C3.A4.A5.A6.B7.A8.A9.C10.D二、填空题答案1.相等2.土壤颗粒级配、孔隙度及含水层厚度3.10%—15%4.0.75m/s5.0.015—0.0356.等效孔隙率（ne）7.30m8.水头损失（ΔH）除以流程长度（L）9.悬移、床沙和冲刷10.原位修复和异位修复三、简答题答案1.明渠均匀流指水流速度、水深沿程不变，坡度、流速、粗糙度均恒定；非均匀流则因坡度变化、糙率差异或流量突变导致水深、流速沿程变化。2.达西定律适用条件：①层流渗流（雷诺数<1）；②均匀介质；③水力坡度恒定；④渗流面积沿程不变。3.防止溢流污染措施：①分流制改造；②建设调蓄池；③强化雨季监测；④提高管道设计标准。4.水跃形成条件：①临界水深与跃后水深存在显著差异；②水流从急流过渡到缓流；③具备足够的能量传递。5.渗流模型分类：①均质模型（介质性质均匀）；②非均质模型（介质性质变化）；③各向同性模型（渗透系数方向一致）；④各向异性模型（渗透系数方向不同）。6.雨水口设计因素：①布设间距；②进水口形式；③防堵塞措施；④与管道衔接；⑤地形坡度影响。四、计算题答案1.水力半径R=(10×1.5)/(2×10+1.5×2)=0.69m；流速v=30/(10×1.5)=2m/s。2.渗流流量Q=5×10×0.02=10m³/d。3.流速v=(1/0.013)×(π×0.6²/4)×(0.6/4)^(2/3)×(0.01)^(1/2)≈2.3m/s。4.跃前水深H₁=1.2+(0.8²/(2×9.8))≈1.33m；能量损失ΔE=1000×9.8×[(1.33²)-(2.5²)/2]≈7.9kJ/m³。五、论述题答案1.合流制改造影响及对策：-影响：雨季污水溢流导致水体污染、公共健康风险；-对策：①改造为分流制；②建设地下