东北大学《水利水电工程》期末考试试卷(含答案)

东北大学《水利水电工程》期末考试试卷（含答案）考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项的字母填在题后的括号内）1.下列哪个现象是由于水的粘滞性引起的？（）A.水的表面张力B.液体内部的压力C.水流内部的摩擦阻力D.重力对水的做功2.在明渠均匀流中，下列哪个说法是正确的？（）A.流速沿程不变B.水深沿程不变C.断面平均流速沿程不变D.水力坡度、坡度、底坡三者皆相等3.下列哪种水工建筑物主要用于拦截河流、壅高水位、形成水库？（）A.水闸B.溢洪道C.水电站厂房D.坝4.土坝渗流主要通过的路径是？（）A.坝体内部B.坝基C.坝肩D.A和B5.混凝土重力坝主要依靠什么力来维持稳定？（）A.水压力B.自重C.摩擦力D.浮力6.闸门控制的水流，其水流形态通常属于？（）A.层流B.湍流C.渐变流D.急变流7.水电站中将水能转化为电能的核心设备是？（）A.闸门B.发电机C.引水系统D.变压器8.下列哪项不属于水资源利用的主要方式？（）A.生活用水B.工业用水C.农业灌溉D.大气降水收集9.水工建筑物稳定分析中，需要考虑的荷载通常不包括？（）A.水压力B.风荷载C.地震作用D.水土保持投入10.下列哪个指标常用来评价水资源短缺的程度？（）A.人均水资源量B.水资源开发利用率C.单位GDP用水量D.A和B二、填空题（每空1分，共15分。请将答案填在横线上）1.水力学是研究______运动规律及其应用的科学。2.渗流是指水在多孔介质中的流动，渗流模型法基于______原理。3.土坝按土料分类，可分为______坝和______坝。4.混凝土坝按结构形式可分为______坝、______坝和______坝等。5.水闸的主要功能包括______、______和______。6.水电站的主要组成部分包括______、______和______。7.水资源评价的基本内容包括______、______和______。三、简答题（每题5分，共20分）1.简述雷诺数的物理意义及其在判别水流流态中的作用。2.简述土坝渗流可能带来的危害。3.简述水工建筑物进行稳定性分析的必要性和主要考虑因素。4.简述水资源与水能利用之间的关系。四、计算题（每题10分，共30分）1.有一矩形断面明渠，宽度为2米，水深为1米，水流沿程均匀流动，流速为1米/秒。若该明渠的曼宁系数n=0.025，求该明渠1000米长的水头损失。2.有一重力坝，坝高30米，坝基宽度20米，作用在坝面上的水压力（包括静水压力和动水压力）合力为2000吨，坝体材料的容重为2.5吨/立方米，试简述分析该坝抗滑稳定性的主要步骤，并说明需要考虑哪些因素。3.某地年降水量为800毫米，地表径流系数为0.6，耕地面积占总面积的50%，灌溉需水系数为0.8。假设该地区总耕地面积为2000平方公里，求该地区年农业灌溉需水量（以立方米计）。五、论述题（15分）结合当前水利水电工程发展特点，论述在水资源开发利用中应如何平衡经济效益、社会效益和生态效益。试卷答案一、选择题1.C2.B3.D4.D5.B6.D7.B8.D9.D10.D二、填空题1.水2.流体连续性3.土质；混凝土4.重力；拱；支墩5.控制水位；调节流量；排洪6.引水系统；水轮机；发电机7.水资源数量评估；水资源质量评价；水资源时空分布特征三、简答题1.解析：雷诺数是一个无量纲数，表示流体惯性力与粘性力的比值。其物理意义反映了流体内摩擦力对流动的影响程度。雷诺数小，粘性力相对较大，流体惯性力较小，流体流动呈现稳定的层流状态；雷诺数大，惯性力相对较大，粘性力较小，流体流动容易发生扰动，呈现不稳定的湍流状态。因此，雷诺数是判别水流流态（层流或湍流）的重要指标。2.解析：土坝渗流可能带来的危害主要包括：降低坝体稳定性（渗透压力作用导致抗滑力减小）；增加坝体浸润线，降低坝坡抗滑稳定性；引起土坝变形甚至破坏（如管涌、流土）；带走土坝中的细小颗粒，导致坝体结构破坏（如管涌）；浪费水量，降低水库蓄水能力。3.解析：水工建筑物进行稳定性分析是确保工程安全运行的基本要求。主要目的是计算和评估建筑物在各种荷载作用下的稳定性，防止发生滑动、倾覆或过度变形等破坏现象。稳定性分析的主要考虑因素包括：作用在建筑物上的各种荷载（自重、水压力、土压力、风荷载、地震作用等）；建筑物的几何形状和材料特性；地基条件；施工质量和运用情况等。通过分析，判断建筑物是否满足安全标准，为设计、施工和运行管理提供依据。4.解析：水资源是水能利用的基础。水能是水流具有的动能和势能的总和，通常蕴藏于河流、潮汐、波浪等水体中。水能利用主要是通过修建水电站等设施，将水从高处引至低处，利用水的势能（或动能与势能的结合）冲击水轮机旋转，带动发电机发电，从而将水能转化为电能。因此，水资源（特别是具有势能的水体）的存在是水能利用的前提和来源。水能利用是水资源综合利用的一种重要形式，对满足社会用电需求、促进经济发展具有重要意义。四、计算题1.解析：本题考查明渠均匀流的水头损失计算。根据曼宁公式计算断面平均流速，再利用谢才公式（或曼宁公式直接计算水力坡度）计算水力坡度，最后根据水力坡度和渠长计算水头损失。步骤如下：1.计算过水断面面积A=宽度×水深=2m×1m=2m²。2.计算湿周X=宽度+2×水深=2m+2×1m=4m。3.计算水力半径R=断面面积/湿周=A/X=2m²/4m=0.5m。4.计算谢才系数C=(1/n)*R^(1/6)=(1/0.025)*(0.5)^(1/6)≈40.77m^(1/2)/s。5.计算水力坡度S=(V²/C²*R)=(1m/s)²/(40.77m^(1/2)/s)²*0.5m≈0.00122。6.计算水头损失h_f=S*L=0.00122*1000m=1.22m。答：该明渠1000米长的水头损失约为1.22米。2.解析：本题考查重力坝抗滑稳定性分析概述。分析步骤和考虑因素如下：1.分析作用力：识别并计算作用在坝体上的所有荷载，包括正向水压力（静水压力和动水压力）、反向水压力（扬压力）、土压力（主动或被动）、风荷载、地震作用、自重等。对于抗滑稳定，关键是计算作用方向的合力（水平向力）和抗滑力。2.确定抗滑力：抗滑力主要来源于坝体与坝基之间的摩擦力（F_f=μ*U，其中μ为摩擦系数，U为垂直于接触面的法向反力）和可能存在的粘聚力（对于土基或特殊处理过的混凝土基础）。重力坝的抗滑稳定性主要依靠自重产生的法向反力来提供摩擦力。3.计算稳定安全系数：计算抗滑安全系数F_s=抗滑力/滑动力。滑动力通常是水平水压力等推力与扬压力分量等的合力。4.判断稳定性：将计算得到的稳定安全系数F_s与规范要求的安全系数限值F_smin进行比较。若F_s≥F_smin，则认为坝体抗滑稳定；否则不稳定。需要考虑的主要因素包括：荷载的大小和组合情况（如设计洪水位、校核洪水位、地震工况等）；坝体几何尺寸和材料特性（坝高、基础宽度、材料容重、摩擦系数、粘聚力）；地基条件（地基岩土类型、强度、渗透性）；施工质量；以及运行条件等。3.解析：本题考查农业灌溉需水量计算。计算步骤如下：1.计算年地表径流量：年径流量=年降水量×地表径流系数=800mm×0.6=480mm。2.将径流量转换为立方米：径流量（m³）=径流量（mm）×耕地面积（m²）=480×10⁻³×2000×10⁶m²=9.6×10⁸m³。3.计算年农业灌溉需水量：灌溉需水量=年径流量×灌溉需水系数=9.6×10⁸m³×0.8=7.68×10⁸m³。答：该地区年农业灌溉需水量为7.68×10⁸立方米。五、论述题解析：水资源开发利用需要平衡经济效益、社会效益和生态效益，这是一个复杂的系统工程。1.经济效益：水资源开发利用的经济效益主要体现在提供电力（水电站）、满足工农业生产用水（灌溉、工业用水）、改善交通运输条件（航道）、发展水产养殖等方面，直接或间接促进经济增长和创造就业机会。例如，建设水电站可以提供清洁能源，降低能源成本；发展灌溉可以提高农业产量，增加农民收入。2.社会效益：社会效益主要表现在保障基本生活用水（饮水安全）、改善城乡居民生活条件（供水、排水、水环境）、提供防洪和抗旱保障、维护社会稳定、促进区域协调发展等方面。例如，可靠的供水系统是城市生存和发展的基础；有效的防洪减灾体系保障人民生命财产安全。3.生态效益：生态效益是指水资源开发利用对维持生态系统健康和可持续性的贡献，包括维持河流健康（生态基流）、保护水生生物多样性、改善水环境质量、调节区域气候、支持生态农业等。例如，维持一定的生态基流可以保障下游河段的生态需求。平衡措施：*科学规划与合理布局：在项目规划阶段就应充分考虑三者的平衡，优化水资源配置，优先保障生活用水和生态用水，合理满足生产和建设用水需求。*提高用水效率：通过技术进步和管理创新，提高农业、工业和城市的用水效率，减少水资源浪费，是实现效益平衡的基础。*加强生态环境保护：在水利工程建设和管理中，采取生态友好的设计和技术，如建设生态坝、实施河道生态修复、严格保护水源涵养区等，减少对生态环境的负面影响。*实施水价改革：通过合理的水价反映水资