水利专业基础试题及答案

水利专业基础试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.液体的粘滞性是指液体在运动状态下抵抗（）的特性。A.压缩变形B.剪切变形C.拉伸变形D.体积变化2.雷诺数Re的物理意义是（）。A.惯性力与重力之比B.惯性力与粘滞力之比C.粘滞力与重力之比D.压力与惯性力之比3.达西定律（Q=kAΔH/L）适用于（）。A.所有渗流B.层流渗流C.紊流渗流D.高速渗流4.明渠均匀流的水力坡度J、测压管坡度Jp和渠底坡度i的关系为（）。A.J=Jp=iB.J>Jp=iC.J=Jp>iD.J<Jp=i5.工程水文中，年最大洪峰流量的频率计算通常采用（）。A.经验频率曲线B.PⅢ型理论频率曲线C.正态分布曲线D.对数正态分布曲线6.土的渗透系数k的单位是（）。A.m/sB.m²/sC.Pa·sD.无量纲7.水静力学基本方程p=p₀+ρgh中，h是（）。A.位置高度B.压强水头C.测压管高度D.真空高度8.临界水深hk是指明渠中（）时的水深。A.流量最大B.流速最大C.断面单位能量最小D.弗劳德数Fr=09.洪水三要素是指（）。A.洪峰流量、洪水总量、洪水过程线B.洪峰流量、洪水历时、洪水传播时间C.洪水总量、洪水频率、洪水重现期D.洪水来源、洪水路径、洪水淹没范围10.土的有效应力原理中，总应力σ等于（）。A.孔隙水压力uB.有效应力σ'C.σ'+uD.σ'u二、多项选择题（每题3分，共15分。每题至少2个正确选项，错选、漏选均不得分）1.下列属于液体的基本物理性质的是（）。A.粘滞性B.压缩性C.表面张力D.弹性模量2.水静力学基本方程的适用条件包括（）。A.静止液体B.连续介质C.同一种液体D.质量力仅为重力3.明渠均匀流的特征包括（）。A.流线为平行直线B.断面平均流速沿程不变C.水深沿程增加D.渠底坡度i=水力坡度J4.工程水文计算中，常用的设计洪水计算方法有（）。A.流量资料推求设计洪水B.暴雨资料推求设计洪水C.历史洪水调查D.经验公式法5.土的渗透破坏形式主要有（）。A.管涌B.流土C.接触冲刷D.压缩变形三、填空题（每空2分，共20分）1.牛顿内摩擦定律的表达式为τ=______，其中μ为液体的______。2.雷诺数Re=vd/ν中，ν是液体的______，d是______（对于圆管）。3.明渠水流的三种流态为缓流（Fr<1）、临界流（Fr=1）和______（Fr>1），其中Fr为______。4.工程水文中，频率P与重现期T的关系为：当P≤50%时，T=______；当P>50%时，T=______。5.土的渗透系数k可通过______试验或______试验测定。四、简答题（每题6分，共30分）1.简述水跃的形成条件及分类。2.比较层流与紊流的主要区别（从流速分布、能量损失、判别标准三方面）。3.什么是设计洪水？其计算的主要内容包括哪些？4.简述土的有效应力原理及其工程意义。5.明渠非均匀流中，如何根据断面比能曲线分析水面线的变化趋势？五、计算题（共45分）1.（10分）如图所示，矩形平板闸门AB垂直放置，宽度b=2m，门顶A距水面深度h₁=1m，门底B距水面深度h₂=3m。求闸门所受的静水总压力大小及作用点位置（距水面的垂直距离）。（水的密度ρ=1000kg/m³，g=9.8m/s²）2.（10分）某梯形断面渠道，底宽b=5m，边坡系数m=1.5，水深h=2m，糙率n=0.025，渠底坡度i=0.0004。试按曼宁公式计算渠道的断面平均流速v和流量Q（曼宁公式：v=(1/n)R^(2/3)i^(1/2)，水力半径R=A/χ，过流面积A=(b+mh)h，湿周χ=b+2h√(1+m²)）。3.（15分）某流域有20年的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。（1）计算经验频率（采用数学期望公式P=m/(n+1)×100%）；（2）若该系列符合PⅢ型分布，且已求得均值Q̄=3650m³/s，变差系数Cv=0.5，偏态系数Cs=2Cv，试查PⅢ型频率曲线的模比系数Kp表（部分值：P=1%时Kp=2.5；P=5%时Kp=2.0；P=10%时Kp=1.8），计算设计频率P=5%对应的设计洪峰流量Qp。4.（10分）某饱和黏性土试样，在渗透试验中，试样高度L=10cm，水头差ΔH=20cm，渗透系数k=1×10^6cm/s。试计算：（1）渗透流速v；（2）若试样的孔隙比e=0.8，求实际渗流速度u；（3）判断是否会发生流土破坏（已知该土的临界水力梯度Jcr=0.9，实际水力梯度J=ΔH/L）。六、综合分析题（20分）某小型水库拟进行除险加固，需复核其设计洪水标准。已知该水库集水面积F=50km²，主河道长度L=10km，河道比降J=0.005。当地水文手册提供的暴雨参数：年最大24小时暴雨均值H24̄=120mm，变差系数Cv=0.5，Cs=3.5Cv，暴雨点面折减系数α=0.9；产流参数μ=2mm/h；汇流参数m=0.8（m=L/(J^(1/3)Qm^(1/4))，其中Qm为洪峰流量）。要求：结合所学工程水文知识，说明设计洪水复核的主要步骤，并列出关键计算公式（不要求具体数值计算）。答案及解析一、单项选择题1.B（粘滞性抵抗剪切变形）2.B（雷诺数反映惯性力与粘滞力的相对大小）3.B（达西定律适用于层流渗流）4.A（明渠均匀流中，J=Jp=i）5.B（我国常用PⅢ型曲线拟合洪水频率）6.A（渗透系数单位为m/s或cm/s）7.C（h为测压管高度，即位置水头与压强水头的差值）8.C（临界水深对应断面单位能量最小值）9.A（洪水三要素为洪峰、总量、过程线）10.C（总应力=有效应力+孔隙水压力）二、多项选择题1.ABC（液体的基本物理性质包括粘滞性、压缩性、表面张力；弹性模量是固体特性）2.ABCD（水静力学方程适用于静止、连续、同种、仅受重力的液体）3.ABD（明渠均匀流的水深沿程不变，故C错误）4.ABCD（四种均为常用方法）5.ABC（压缩变形是力学变形，非渗透破坏）三、填空题1.μ(du/dy)；动力粘滞系数2.运动粘滞系数；圆管直径3.急流；弗劳德数4.1/P；1/(1P)5.室内渗透（常水头/变水头）；现场抽水四、简答题1.形成条件：明渠水流从急流（Fr>1）过渡到缓流（Fr<1）时，因能量突变产生水面跃起现象。分类：①弱水跃（1.0<Fr<1.7），表面光滑；②波状水跃（1.7<Fr<2.5），水面有小波浪；③稳定水跃（2.5<Fr<4.5），表面旋滚明显；④强水跃（Fr>4.5），能量损失剧烈。2.区别：流速分布：层流为抛物线型，紊流为对数型（更均匀）；能量损失：层流损失与流速一次方成正比（h∝v），紊流与v^1.75~2次方成正比；判别标准：层流Re≤2000（圆管），紊流Re>2000。3.设计洪水：指符合工程设计标准（如50年一遇、100年一遇）的洪水，是水利工程规划设计的依据。计算内容：①设计洪峰流量；②设计洪水总量；③设计洪水过程线。4.有效应力原理：总应力σ等于有效应力σ'与孔隙水压力u之和（σ=σ'+u），土体的强度和变形由有效应力控制。工程意义：解释渗透变形（如流土、管涌）、地基沉降与承载力计算等。5.分析方法：断面比能E_s=h+αv²/(2g)=h+Q²/(2gA²)，E_s~h曲线呈下凸型，存在最小值E_smin对应临界水深hk。当h>hk（缓流），E_s随h增大而增大；h<hk（急流），E_s随h增大而减小。水面线变化趋势需结合渠道坡度（缓坡、陡坡）与实际水深h和hk的关系判断。五、计算题1.静水总压力：闸门形心处水深h_c=(h₁+h₂)/2=(1+3)/2=2m受压面积A=b×(h₂h₁)=2×2=4m²总压力P=ρgh_cA=1000×9.8×2×4=78400N=78.4kN作用点位置（距水面y_D）：y_D=h_c+(I_c)/(h_cA)，其中I_c为绕形心轴的惯性矩，矩形截面I_c=(b×(h₂h₁)^3)/12=(2×2³)/12=16/12=4/3m⁴y_D=2+(4/3)/(2×4)=2+(4/3)/8=2+1/6≈2.167m2.过流面积A=(5+1.5×2)×2=(5+3)×2=16m²湿周χ=5+2×2×√(1+1.5²)=5+4×√3.25≈5+4×1.803≈12.212m水力半径R=A/χ=16/12.212≈1.31m平均流速v=(1/0.025)×1.31^(2/3)×0.0004^(1/2)=40×(1.31^0.667)×0.02≈40×1.2×0.02=0.96m/s流量Q=vA=0.96×16=15.36m³/s3.（1）经验频率计算：n=20年，按从大到小排序后，序号m=1~20，P=m/(20+1)×100%=m/21×100%。例如，最大流量6000对应m=1，P=1/21≈4.76%；次大5800对应m=2，P=2/21≈9.52%，依此类推。（2）设计洪峰流量：Qp=Kp×Q̄=2.0×3650=7300m³/s（P=5%时Kp=2.0）4.（1）渗透流速v=k×J=k×(ΔH/L)=1×10^6cm/s×(20/10)=2×10^6cm/s=2×10^8m/s（2）实际渗流速度u=v/(n)，孔隙率n=e/(1+e)=0.8/1.8≈0.444，故u=2×10^6cm/s/0.444≈4.5×10^6cm/s（3）实际水力梯度J=ΔH/L=20/10=2，Jcr=0.9，J>Jcr，会发生流土破坏。六、综合分析题复核步骤及关键公式：1.设计暴雨计算：计算设计点暴雨量H24p=H24̄×Φp（Φp为PⅢ型曲线离均系数，由Cv、Cs查得）；设计面暴雨量H面p=α×H24p（α为点面折减系数）。2.产流计算：净雨