2025年水利水电工程水电站设计考前题试题及答案

2025年水利水电工程水电站设计考前题试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.某水电站设计水头为120m，最大水头135m，最小水头110m，其水轮机选型时优先考虑的水头参数是（）。A.设计水头B.最大水头C.最小水头D.平均水头2.引水式水电站与坝式水电站的核心区别在于（）。A.调节性能B.水头来源C.枢纽布置形式D.发电流量大小3.水电站压力前池的主要功能不包括（）。A.稳定水压B.沉淀泥沙C.连接压力管道与引水渠道D.调节流量波动4.混流式水轮机适用于（）水头范围。A.5~40mB.40~600mC.600~1000mD.1000m以上5.水电站日调节池的主要作用是（）。A.提高年发电量B.平衡一日内用电负荷波动C.拦截上游泥沙D.降低引水渠道工程量6.以下哪项不是水电站厂房布置需考虑的主要因素？（）A.水轮机安装高程B.发电机层高度C.当地年平均气温D.出线方式与开关站位置7.某水电站设计保证率为90%，其含义是（）。A.每年有90%的时间能满负荷发电B.每10年中至少9年能满足设计发电要求C.年发电量保证率为90%D.水库水位保证率为90%8.压力钢管的镇墩主要作用是（）。A.承受钢管轴向力B.减少钢管温度应力C.支撑钢管重量D.防止钢管振动9.水电站机组台数选择时，若单机容量过大，可能导致（）。A.厂用电率增加B.机组效率降低C.检修灵活性下降D.尾水水位抬高10.以下哪种水电站布置形式适用于河道坡度陡、两岸地形狭窄的山区河流？（）A.河床式B.坝后式C.引水式D.地下式二、多项选择题（每题3分，共15分，少选得1分，错选不得分）1.水电站设计中，确定正常蓄水位需综合考虑（）。A.水库淹没损失B.坝体工程量C.下游防洪要求D.泥沙淤积影响2.水轮机选型的主要依据包括（）。A.水电站水头范围B.设计流量C.机组效率特性D.发电机额定转速3.引水隧洞设计需重点关注的问题有（）。A.围岩稳定B.内水压力C.通风与照明D.施工支洞布置4.水电站厂房布置的原则包括（）。A.缩短水流路径，减少水头损失B.设备布置紧凑，便于运行维护C.满足抗震要求D.优先考虑建筑美观5.水电站水库调度需考虑的约束条件有（）。A.水库水位上下限B.下游生态流量C.机组出力限制D.气象预报精度三、简答题（每题8分，共40分）1.简述坝式水电站的适用条件及主要优缺点。2.说明水电站压力管道水锤计算的目的及主要影响因素。3.分析水电站机组间距确定的主要依据。4.列举水电站环境保护设计需重点关注的5项内容。5.简述地下式水电站厂房的布置特点及适用场景。四、计算题（每题10分，共20分）1.某水电站流域面积F=1200km²，多年平均年降水量P=1000mm，径流系数α=0.55，年输沙模数M=800t/km²。（1）计算多年平均年径流量（单位：m³）；（2）计算多年平均输沙量（单位：万t）。2.某水电站设计水头H=80m，最大引用流量Q=50m³/s，水轮机效率η=0.92，发电机效率η_g=0.95，重力加速度g=9.81m/s²。（1）计算水轮机输入功率（单位：MW）；（2）计算发电机输出功率（单位：MW）。五、案例分析题（25分）某山区河流拟建设一座水电站，流域内多年平均流量Q=30m³/s，河道天然落差200m，其中某河段两岸为坚硬花岗岩，河谷狭窄（宽度约50m），上游10km处有一较宽缓的山间盆地（面积约8km²）。设计需满足：①保证下游生态流量5m³/s；②发电效率最大化；③工程投资可控。问题：1.推荐该水电站的开发方式（坝式/引水式/混合式），并说明理由。2.若采用引水式开发，需重点设计哪些建筑物？3.提出生态流量保障的具体措施（至少3项）。2025年水利水电工程水电站设计考前试题答案一、单项选择题1.A（设计水头是水轮机选型的核心参数，决定机组最优运行点）2.B（引水式通过引水道集中水头，坝式通过筑坝壅高水位形成水头）3.B（压力前池主要功能为连接渠道与压力管道、调节流量、稳定水压，泥沙沉淀一般由沉沙池完成）4.B（混流式水轮机适用水头范围广，40~600m为典型区间）5.B（日调节池用于平衡一日内用电负荷波动，存储夜间多余水量供高峰时段使用）6.C（厂房布置主要考虑水力条件、设备安装及运行需求，当地气温非核心因素）7.B（设计保证率指在长期运行中，满足设计发电要求的概率，90%即10年中至少9年满足）8.A（镇墩固定钢管，承受轴向力（内水压力、温度应力等），支墩主要支撑重量）9.C（单机容量过大时，单台机组故障可能导致出力大幅下降，检修灵活性降低）10.D（地下式厂房利用山体围岩稳定，适用于地形狭窄、地表布置困难的山区）二、多项选择题1.ABCD（正常蓄水位需综合考虑淹没损失、工程投资、防洪、泥沙等多因素）2.ABCD（水轮机选型需匹配水头、流量，同时考虑效率曲线和发电机转速要求）3.ABD（引水隧洞设计重点为围岩稳定、内水压力（衬砌厚度）及施工支洞布置，通风照明为运行辅助需求）4.ABC（厂房布置以水力效率、运行维护、结构安全为主，建筑美观为次要因素）5.ABC（水库调度约束包括水位、生态、机组出力，气象预报精度影响调度策略但非约束条件）三、简答题1.坝式水电站适用条件：河道坡降较缓、有筑坝条件（如河谷较宽、地质良好）、需调节径流以提高发电保证率。优点：调节性能好（可年调节或季调节）、发电保证率高、综合利用效益（防洪、灌溉）显著；缺点：水库淹没损失大、坝体工程量大、投资高、对生态影响较明显。2.水锤计算目的：确定压力管道内由于流量突变引起的压力波动最大值，为管道强度设计、阀门关闭时间选择及机组保护提供依据。主要影响因素：管道长度、流量变化速率（阀门启闭时间）、水流流速、管道弹性模量、水锤波速。3.机组间距确定依据：①水轮机蜗壳尺寸及相邻蜗壳之间的最小操作空间；②发电机层设备布置（如励磁屏、母线）所需宽度；③吊车跨度（需覆盖所有机组检修）；④温度伸缩缝要求（避免结构应力集中）；⑤通风散热需求（保证设备运行环境温度）。4.环境保护设计重点：①下泄生态流量控制（设置生态放水设施）；②鱼类洄游通道设计（鱼道或升鱼机）；③施工期水土保持（弃渣场防护、边坡绿化）；④水库淹没区文物保护（考古调查与迁移）；⑤厂房及输变电工程噪声控制（隔音屏障、设备选型）。5.地下式厂房布置特点：①利用山体围岩作为主要承载结构，开挖量较大；②需设置通风、排水、照明系统；③洞室群（主厂房、主变室、尾水洞）需满足围岩稳定要求；④出线方式多为电缆竖井或隧洞。适用场景：河谷狭窄、地表无足够空间布置厂房；或地质条件良好（如坚硬花岗岩），围岩稳定性高；或需避免破坏地表景观（如自然保护区）。四、计算题1.（1）年径流量计算：年径流深R=α×P=0.55×1000=550mm=0.55m年径流量W=F×R=1200×10⁶m²×0.55m=6.6×10⁸m³（6.6亿立方米）（2）年输沙量计算：年输沙量=流域面积×输沙模数=1200km²×800t/km²=960000t=96万t2.（1）水轮机输入功率（水功率）：N_w=ρgQHη=1000kg/m³×9.81m/s²×50m³/s×80m×0.92=1000×9.81×50×80×0.92=1000×9.81×36800=361,008,000W=361.01MW（2）发电机输出功率：N_g=N_w×η_g=361.01MW×0.95≈343.96MW五、案例分析题1.推荐混合式开发。理由：①河道天然落差大（200m），单纯坝式需高坝，投资大且淹没山间盆地（8km²）损失高；②单纯引水式需长引水道，水头利用充分但无调节能力，难以保证发电稳定；③混合式可在山间盆地建低坝（壅高水位，形成日调节水库），再通过短引水隧洞集中落差（200m），兼顾调节性能与投资可控，同时减少淹没损失。2.引水式开发需重点设计的建筑物：①首部枢纽（低坝、进水口、沉沙池）；②引水隧洞（需穿越花岗岩山体，关注围岩稳定与衬砌设计）；③压力前池（连接隧洞与压力管道，调节流量）；④压力管道（钢管或钢筋混凝土管，需计算水锤压力）；⑤地下式厂房（利用狭窄河谷地形，布置水轮发电机组）；⑥尾水