水文学试题及答案

水文学试题及答案

名词解释（共12分）

1、径流系数：降雨量与相应径流深之比。

2、重现期：某事件在多年期间重复出现的时间间隔之平均数。

3、水库调节周期：从库空到库满再到库空所经历的时间。

4、防洪限制水位：汛期洪水来临前允许兴利蓄水的上限水位。三、是非题（共10分，在正确的题号上打“√”，在错误的题号上打“×”。）

1、一般而言，一次降雨所形成的河川径流包括地面径流、壤中流和浅层地下径流。√

2、一流域年径流量的变差系数越大对水资源的开发利用越有利。×

3、一般而言，水文资料系列越长其代表性越高。√

4、P—Ⅲ型曲线有三个统计参数，即均值、变差系数和偏态系数。√

5、计算有特大值的不连序系列的经验频率的两种方法，对特大值经验频率的计算方法是不同的。×

6、由设计暴雨推求设计洪水的过程引入了一个假定：暴雨与洪水同频率。√

7、小流域设计暴雨采用暴雨强度公式法，而在暴雨强度公式中，当暴雨历时很长很长时，暴雨强度趋于零，显然边界条件不符合实际，因此采用暴雨强度公式设计暴雨的误差肯定是很大很大的。×

8、同一流域不同时段长的单位线是相同的。×

9、水库兴利调节计算的原理是水量平衡，而且是在调节周期内进行来水与用水的平衡计算。√

10、水库调洪计算的原理仍然是水量平衡，只不过方程的具体形式与水库兴利调节计算的不同罢了。×

1径流模数：单位面积上的产流量。

2、水文资料的一致性：水文资料系列的试验基础是相同的。

3、正常高水位：为满足兴利要求在供水期开始应蓄到的水位。

4、结合库容：汛期限制水位与正常高水位之间的库容。

1、选择题：

（1）在水力学中，单位质量力是指（）

a、单位面积液体受到的质量力；

b、单位体积液体受到的质量力；

c、单位质量液体受到的质量力；

d、单位重量液体受到的质量力。

（2）在平衡液体中，质量力与等压面（）

a、重合；

b、平行

c、斜交；

d、正交。

（3）水力学中的一维流动是指（）

a、恒定流动；

b、均匀流动；

c、层流运动；

d、运动要素只与一个坐标有关的流动。

（4）有压管道的管径d与管流水力半径的比值d /R=（）

a、8；

b、4；

c、2；

d、1。

（5）同种液体通过两根相同长度，但粗糙高度不同的等直径长直管道，当雷诺数Re相同时，它们的水头损失在（）内是相同的。

a、层流；

b、层流至紊流过渡区；

c、紊流光滑区；

d、紊流过渡区；

e、紊流粗糙区

（6）在缓坡明渠中不可能发生的流动是（）

a、均匀缓流；

b、均匀急流；

c、非均匀缓流；

d、非均匀急流。

（8）渗流研究的对象是（）的运动规律

a 、重力水；

b 、毛细水；

c 、气态水；

d 、薄膜水。

2、判断题：

（1）任意受压面上的平均压强等于该受压面形心处的压强。（错误）

（2）水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。（错误）

（3）同样条件下直接水击比间接水击更不安全。（正确）

（5）在正坡非棱柱渠道内可以形成均匀流。（错误）

（6）矩形断面水力最佳断面的宽深比β=2。（正确）

（7）明槽水流的断面比能沿流程总是减小的。（错误）

（8）在流量和渠道断面形式一定的条件下，跃前水深越大，跃后水深也越大。（错误）

3、问答题：

（1）什么是理想液体？为什么要引入理想液体的概念？

答案：理想液体是指没有粘滞性的液体。实际液体都具有粘滞性，在液体流动中引起能量损失，给分析液体运动带来很大困难。为了简化液体运动的讨论，引入了理想液体的概念，分析其运动规律，再考虑粘滞性加以修正，可以得到实际水流运动规律，这是水力学中重要的研究方法。

（2）简述尼古拉兹实验中沿程水力摩擦系数λ的变化规律。

答案：通过尼古拉兹实验发现：在层流中λ仅是雷诺数Re 的函数并与Re 成反比；在层

流到紊流过渡区，λ仅是Re 的函数；在紊流光滑区λ=f 1（Re ），过渡区λ=f 2（Re ， ），粗糙区λ=f 3（ ），紊流粗糙区又称阻力平方区。 （3）从力学意义上解释明渠均匀流只能在正坡渠道中产生的原因。

答案：均匀流的断面平均流速水头和压强水头沿程不变，但水流运动总要消耗能量，因此从能量方程来分析，只能消耗位能克服水流阻力。所以均匀流只能产生在正坡渠道中。

（4）在渗流计算中达西定律与杜比公式有何区别？

答案：达西定律适用于任一点的渗流流速u=kJ ，其适用于恒定均匀层流渗流；而杜比公式是适用于恒定非均匀渐变层流渗流，同一过水断面上各点的渗流流速都相等且等于v = kJ 。

4、作图题：

定性绘出图示棱柱形明渠的水面曲线，并注明曲线名称及流态。(各渠段均充分长，各段糙率相同) 。

解：

5、计算题：

1．图示一跨河倒虹吸管，正方形断面面积 A=0.64 m 2，长 l =50 m ，两个 30。折角、进口和出口的局部水头 损失系数分别为ζ1=0.2，ζ2=0.5，ζ3=1.0，沿程水头损失系数λ=0.024，上下游水位差 H =3m 。求通过的流量Q 。

R ∆R

∆

解：H h l R v g

w ==+∑()λξ422

R A x

===∑0219..m , ξ ∴

=== m/s , m /s 3v q vA v 4162662.. 2．从水箱接一橡胶管道及喷嘴(如图)。橡胶管直径D =7.5cm ，喷嘴出口直径d =2.0cm 。水头H =5.5M 。由水箱至喷嘴的水头损失h w =0.5m 。用压力表测得橡胶管与喷嘴接头处的压强p =4.9N /cm 2。如用手握住喷嘴，需要多大 的水平力R ，行近流速v 0=0，取动能校正系数均为1。

解：列水箱渐变流断面1 1和喷嘴出口断面2 2能量方程

H v g

++=+++000020522. v g 22599=⨯=.m s

v v A A 32230704=

=.m s 列X 向动量方程

N 79.187)()

(3233331233=--=-=-v v v A A p R v v Q R A p x x ρβρ

水流对喷嘴冲击力 '=-R R 即为手握喷嘴所需之力。

)

3．有一梯形渠道，底宽 b =10 m ，水深 h = 3 m ，边坡为 1:1，糙率 n = 0.014，底坡i=0.001。如流动在紊流粗糙区 ，求流量Q 。

解：A bh mh =+=239m 2

x b m h =++=211852

. m R A x

=

=211. C n R ==181016./m s 12 Q=A.C.(RJ)0.5=145.1 m 3/s

一、是非题（正确的划“√”，错误的划“×”）

（本大题分10小题，每小题1.5分，共 15分）

1、在连续介质假设的条件小，液体中各种物理量的变化是连续的。（ √ ）

2、相对压强可以大于、等于或小于零。（ √ ）

3、紊流可以是均匀流，也可以是非均匀流。（ √ ）

4、谢才系数C 的单位是m （ × ）

5、在渗流模型中，任意一微小过水断面的平均渗流流速u 应比该断面实际渗流的真实断面平均流速u 小。（ √ ）

6、均匀缓流只能在缓坡上发生，均匀急流只能在陡坡上发生。（ √ ）

7、公式2

2f l v h d g

λ=既适用于层流，也适用于紊流。（ √ ） 8、串联长管道各管段的水头损失可能相等，也可能不相等。（ √ ）

9、其它条件相同时，实用堰的流量系数大于宽顶堰的流量系数。（ √ ）

10、局部水头损失系数可以用尼古拉兹的试验图来分析说明其规律。（ × ）

（本大题分5小题，每小题2分，共10分）

1、静止液体中同一点各方向的压强（1）

（1）数字相等 （2） 数值不相等

（3）仅水平方向数值相等 （3）铅直方向数值最大

2、可以形成均匀急流的明渠底坡是（2）

（1）缓坡 （2）陡坡

（3）平坡 （4）负坡

3、宽顶堰流量系数m 的最大值为（2）

（1）0.30 （2） 0.385 （3）0.502 （4）0.75

4、流函数（3）

（1） 在等势面上为常数 （2）只有在无旋流中才存在

（3） 沿流线为常数 （4）表达了速度与压强的关系

三、思考题（4×8=32分）

1．图（a ）表示一水闸正在提升闸门放水，图(b)表示一水管正在打开阀门放水，若它们的上游水位均保持不变，问此时的水流是非符合A 1V 1=A 2V 2的连续方程？为什么？

答：不符合，因连续方程适用条件为：恒定流；而以上两种情况均为非恒定流。

Ri C v =

2．何谓断面比能曲线？比能曲线有哪些特征？

答：一、比能曲线：当流量Q ，过水断面形状，尺寸一定时，断面比能Es 随水深h 的变化关系曲线：

2

2()2s Q E h f h gA α=+=

二、特征：1）一条二次曲线，下端以水平轴线为渐进线，h →0，Es →∞；曲线上端与以

坐标轴成45°角直线为渐近线h →∞，Es →∞；

2）当h 由0→∞，Es 由∞→∞，其中有一最小值Esmin ，相应的水深为hk ；

3）最小比能Esmin 相应K 点将曲线分成上下两支，上支Fr<1,为缓流；下支Fr>1，急流；

4）临界水深hk 可判断流态：

（1）当h=hk 临界流；

（2）当h>hk 缓流；

（3）当h

3．试验槽中水流现象如图示，流量不变，如提高或降低一些尾门

（尾门之前的水流始终为缓流），试分析水跃位置是否移动？向前或是向后移动？为什么？

答：因为Q=常数，所以：1）尾门提高，跃后水深下降，跃前水深h 上升，故水跃向后移；

2）尾门降低，跃后水深上升，跃前水深h 下降，故水跃向前移。

4．长管、短管是怎样定义的？书中介绍了哪四种复杂管道？

长管：以沿程水头损失hf 为主，局部水头损失hj 和流速水头很小（所占沿程水头损失hf 的5%以下）；

短管：局部水头损失hj 和流速水头在总水头损失中所占比例较大，不能忽略的管道。 书中介绍了：串联、并联、分叉和沿程均匀泄流的管路。

四、作图题（2×6=12分）

1、定性绘出图示管道的总水头线和测压管水头线。

2．在各段都长而直的棱柱体渠道中，已知Q ，糙率n 均为一定，试定性绘出下列各渠道中的水面线。

五、根据题目要求解答下列各题（本大题共3小题，总计31分）

、（本小题8分）

已知某流场的流速势为()222

a x y φ=-，式中a 为常数，试求： （1）u x 及u y ； （2）流函数方程。

2、（本小题12分）

一四通叉管（如图），其轴线均位于同一水平面内，两端输入流量Q 1=0.2m 3/s ，Q 3=0.1m 3/s ，相应断面动水压强p 1=20kPa, p 3=15kPa,两侧叉管直接喷入大气，已知各管直径d 1=0.3m ，d 2=0.2m ，d 3=0.15m ，θ=30°。试求交叉处，水流对管壁的作用力（忽略摩擦力）。

;47kN .0A p P

;0kN .0A p P

;41kN .1A p P 3-32-21-1 (2) / 18.3A Q v m/s; 8.49 A Q v m/s; 2.82 A Q v / 15.02/)(Q 213332221113

332221113312231=⋅==⋅==⋅========+=∴=+：

求各断面的动水总压力体，

断面间的水体作为控制和，以）解：（s m s

m Q Q Q Q Q N 3N 2N 1N 1K b 1c 1a 2

c 2N 2b 2P 2P 1P 3P 2R x R x 11222

233=0 V 0 =0 V 4 ≠ 0 V 1 V 2 V 3 总水头线

测压管水头线 x

3、如图所示，水从水箱A 流入水箱B ，管路长l 为25m ，管径d 为25mm ，沿程阻力系数

λ为0.03，管路中有两个90弯管1d ρ⎛⎫= ⎪⎝⎭

及一个闸板式阀门0.5a d ⎛⎫= ⎪⎝⎭，当两水箱的水位差H 为1.0m 时，试求管内通过的流量为若干？

()[]s /m 00037.040.0253.14758.0A v Q :s

/758m .0v 2g

v 1.02.060.294220.50.025250.0310

.1 ,06.2 ,5.02942

.010.16320.131 90d 0.16320.1312g

v 2d l h h 1H

z -z h h 2g v p z 2g v p z 2211 32

22721272j f 21w w 2

222

22

111

1=⨯⨯=⋅==∴⎪⎭⎫ ⎝⎛++⨯++⨯=∴====+=⎪⎭⎫ ⎝⎛⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎭⎫ ⎝⎛++++=∑+=∴==⇒+++=++--通过管道的流量有可得

从局部水头损失表格中能量方程：

和写水箱的水面为基准面，以解：出阀进弯

出阀弯进ζζζθρζζζζζλαγαγ B ，方向向左。力为即：水流对管壁的作用方向写动量方程：）沿（流入动量1.017kN kN 07.1R v Q )v Q (cos30v 2Q R P P x 3x 113322x 31-=∴⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡---=-- ρ