1、水力学（有压管厦和明槽中的非恒定流、渗流）-试卷 1及答案解析(总分：100.00，做题时间：90 分钟)一、简答题(总题数：1，分数：2.00)1.当管道条件(材料、直径、管长等)、水头、流速相同时，为什么间接水击压强小于直接水击压强?（分数：2.00）_二、判断题请判断下列各题正误(总题数：6，分数：12.00)2.圣维南方程对明渠非恒定渐变流和急变流均适用。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误3.明渠非恒定流一定是非均匀流。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误4.渗流模型流速与真实渗流流速数值相等。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误5.达西定律既适用于层流渗流，又适用
2、于紊流渗流。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误6.渗流模型流量与真实渗流流量数值相等。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误7.渐变无压渗流中任意过水断面上各点的渗流流速相等，且等于该断面平均流速。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误三、填空题(总题数：8，分数：16.00)8.填空题请完成下列各题，在各题的空处填入恰当的答案。（分数：2.00）_9.当阀门突然关闭时，水击波传播的第二阶段(即 LCt2LC)中，压强的变化为_，波的传播方向为_，液体处于_状态。（分数：2.00）_10.减小水击压强的措施有：_；_；_。（分数：2.00）_11.明渠非恒定渐变流的连续方程为：
3、_，式中各项的意义是_。（分数：2.00）_12.当水位相同时，明渠非恒定流涨水过程中的流量一般_(大于、等于、小于)落水过程中的流量。（分数：2.00）_13.明渠非恒定流通常以波的形式出现。按波的传播方向可分为_波和_波；按水位变化可分为_波和_波。（分数：2.00）_14.达西定律的表达式为_。符合达西定律的渗流其沿程水头损失 h f 与流速 v的_次方成正比。（分数：2.00）_15.完全井与非完全井的区别是_。（分数：2.00）_四、单项选择题(总题数：9，分数：18.00)16.单项选择题下列各题的备选答案中，只有一个是符合题意的。（分数：2.00）_17.直接水击是指有压管道末端
4、阀门处的最大水击压强_。 ( )（分数：2.00）A.不受来自上游水库反射波的影响B.受来自上游水库反射波的影响C.受阀门反射波的影响D.不受管道长度的影响18.发生间接水击的条件是(式中 T a 为阀门关闭时间，L 为管道长度，C 为水击波速)。 ( )（分数：2.00）A.T a LCB.T a LCC.T a 2LCD.T a 2LC19.在水击研究中，必须认为_。 ( )（分数：2.00）A.液体是可压缩的，管道是刚体B.液体是不可压缩的，管道是弹性体C.液体和管道都是弹性体D.液体是不可压缩的，管道是刚体20.水坝瞬时溃决时，坝的上游将发生_。 ( )（分数：2.00）A.顺行涨水波
5、B.顺行落水波C.逆行涨水波D.逆行落水波21.在均质各向同性土壤中，渗流系数 k_。 ( )（分数：2.00）A.在各点处数值不同B.是个常量C.数值随方向变化D.以上 3种答案都不对22.闸坝下有压渗流流网的形状与下列哪个因素有关? ( )（分数：2.00）A.上游水位B.渗流系数C.上、下游水位差D.边界的几何形状23.在同一种土壤中，当渗流流程不变时，上下游水位差减小，渗流流速_。 ( )（分数：2.00）A.加大B.减小C.不变D.不定24.不透水边界线可以看作是一条_。 ( )（分数：2.00）A.等压线B.等水头线C.流线D.等势线五、多项选择题(总题数：3，分数：6.00)25
6、.多项选择题下列各题的备选答案中，至少有一个是符合题意的，请选出所有符合题意的备选答案。（分数：2.00）_26.透水边界线可能是一条_。 ( )（分数：2.00）A.等压线B.等水头线C.流线D.等势线27.浸润线可以看作是一条_。 ( )（分数：2.00）A.等压线B.等水头线C.流线D.等势线六、计算题(总题数：23，分数：46.00)28.某水电站的压力钢管，管长 L=328m，直径 D=800mm，管壁厚度 =6mm。水轮机的静水头 H 0 =100m。管道末端阀门全开时，通过钢管的流量 Q=2m 3 s。求阀门完全关闭时间 T s =06s 时的水击压强。(钢管弹性模量 E=196
7、10 10 Nm 2 ，水的体积弹性模量 K=19610 8 Nm 2 )。（分数：2.00）_29.一水电站压力钢管的直径 D=25m，管壁厚度 e=25mm，若钢管从水库引水到水电站管道长度L=2000m，管道末端阀门关闭时间 T s =3s，问将产生直接水击或间接水击?若关闭时间为 6s，则将产生什么水击?如在距水电站 L 1 =500m处设置调压室，阀门关闭时间仍为 3s，这时将产生什么水击?如果阀门关闭前管道通过流量为 10m 3 s，相应水头 H 0 =90m，直接水击时产生最大水击压强的增量是多少?计算时不考虑水头损失。（分数：2.00）_30.如图 102 所示，已知一引水钢管
8、直径 D=46m，管壁厚度为 002m，管道长度 L=395m，管道沿程水头损失系数为 0025，恒定流时压强水头 H 0 =40m，最大流量 Q=45m 3 s，阀门为线性关闭，关闭时间T s =7s，假定管道为水平放置，试计算 T m =14s内，管道压强水头的沿程变化情况。 （分数：2.00）_31.如图 103所示，某电站由引水渠道从水库取水发电。已知水渠长度为 5000m，底坡 i=00002，进口渠底高程为 11018m，糙率 n=0013。渠道断面为梯形，底宽 b=5m，边坡系数 m=3。渠道末端与水轮机相连，初始时渠道内为静水，水位为 15518m。水轮机流量在 25min内线
9、性增加到 1 50m 3 s，后一直保持不变。又设上游水位 z=15518m，并保持不变。试计算：渠道各断面的流量和水位变化过程。 （分数：2.00）_32.某水电站压力钢管，管长 L=800m，管径 D=100cm，管壁厚度 e=20mm，水头 H 0 =100m，水头损失忽略不计。管道末端装有一节流阀门，用以控制水轮机的运转。阀门全开时，管中流速 v max =2ms。若假定阀门的关闭时间 T s =1 s，试计算初始开度 0 =1，终止开度 e =0时阀门断面的水头。（分数：2.00）_33.一水平放置的电站引水管道，管径 D=09m，管长 L=1296m，上游端与水库相连接，其水头 H
10、 0 =90m，流量 Q=07m 3 s，沿程损失系数 =002，波速 c=1000ms，阀门关闭规律 =(1 一 tT s )，阀门关闭时间 T s =6s。要求计算总时间 T e =16s内，管道水击压强沿程的变化情况。（分数：2.00）_34.如图 117所示，厚度 M=15m的含水层，用两个观测井(沿渗流方向的距离为 l=200m)测得观测井 1中的水位为 6422m，观测井 2中的水位为 6344m。含水层由粗砂组成，已知渗透系数 k=45 md。试求含水层单位宽度(每米)的渗流量 q。 （分数：2.00）_35.如图 118所示，一渠道与一河道相互平行。长 l=300m，不透水层的
11、底坡 i=0025，透水层的渗透系数 k=210 -3 cms。当渠中水深 h 1 =2m，河中水深 h 2 =4m时，求渠道向河道渗流的单宽渗流量，并计算浸润线。 （分数：2.00）_36.某处地质剖面如图 119所示。河道的左岸为透水层，其渗透系数 k=210 -3 cms。不透水层的底坡 i=0005。距离河道 1000m处的地下水深为 25m。今在该河修建一水库，修建前河中水深为 1m，地下水补给河道；修建后河中水位抬高了 10m，设距离 1000m处的原地下水位仍保持不变。试计算建库前和建库后的单宽渗流量。 （分数：2.00）_37.如图 1110所示，河边岸滩由两种土壤组成。已知河
12、道水深为 5m，不透水层底坡为零。距离河道250m处的地下水深为 12m，试求距离河道为 50m处的地下水深。砂卵石的渗透系数为 50md，砂的渗透系数为 2md。 （分数：2.00）_38.有一普通完整井如图 1111所示。井半径 r 0 =10cm。含水层原厚度 H=8m，渗透系数k=0003cms。抽水时井中水深保持为 h 0 =2m，影响半径 R=200m，求出水量 Q和距离井中心 r=100m处的地下水深度 h。 （分数：2.00）_39.如图 1112所示，利用半径 r 0 =10cm的钻井(普通完整井)作注水试验。当注水量稳定在Q=020Ls 时，井中水深 h 0 =5m，含水层
13、为细砂构成，含水层水深 H=35m，试求其渗透系数值。 （分数：2.00）_40.某均质土坝建于水平不透水地基上，如图 1113所示。坝高为 17m，上游水深 H 1 =15m，下游水深 H 2 =2m，上游边坡系数 m 1 =3，下游边坡系数 m 2 =2，坝顶宽 b=6m，坝身土的渗透系数 k=0110 -2 cms。试求单宽渗透流量并绘出浸润线。 （分数：2.00）_41.试绘出图 11-14中各图透水地基的流网图。 （分数：2.00）_42.如图 1115所示，某工厂区为降低地下水位，在水平不透水层上修建了一条长 100m的地下集水廊道，然后经排水沟排走。经实测，在距廊道边缘距离 s为
14、 80m处地下水位开始下降，该处地下水水深 H为76m，廊道中水深 h为 36m，由廊道排出总流量 Q为 223m 3 s，试求土层的渗透系数 k值。 （分数：2.00）_43.图 11-17所示为某河道下面的水平不透水层，其高程为 1150m。河道在筑坝前的水位为 1220m，岸边有地下水流人，测得 A处的水位为 1235m。A 处至河道的距离 l=670m。土壤渗流系数 k=16md。求单宽渗流量 q。若筑坝后河中水位抬高至 1240m，且筑坝前后流人河道中的地下水量不变，则 A处水位将抬高多少? （分数：2.00）_44.水闸地基的渗流流网如图 11-18所示。已知 H 1 =10m，H
15、 2 =2m，闸底板厚度 =05m。地基渗流系数 k=110 -5 ms。求：(1)闸底 A点渗流压强 p A ；(2)网格 B的平均渗流速度 u b (s=15m)；(3)测压管 1、2、3 中的水位值(以下游河底为基准面)。 （分数：2.00）_45.图 11-19所示为某建筑物基础下的渗流流网图。已知上游水深 h 1 =12m，下游水深 h 2 =2m，地面高程为 100m，A、B、C 3 点的高程分别为 Z A =980m，Z B =960m，Z C =970m。求： (1)A、B、C 3 点的测压管水位， (以下游水面为基准面)；(2)A、B、C 3 点的渗流压强。 （分数：2.00
16、）_46.如图 11一 20所示为一完全普通井。井底至一水平不透水层。在不从井中取水时，井水位高为 H，取水流量为 Q时，井中水位为 h 0 ，渗流系数为 k，井的半径为 r 0 。试求井周围渗水层中的浸润线方程。 （分数：2.00）_47.如图 1121所示，在渗透仪的圆管中装有均质的中砂，圆管直径 d=152cm，上部装有进水管，及保持恒定水位的溢流管 b。若测得通过砂粒的渗透流量 Q=283cm 3 s，其余数据如图所示，从 22到33断面的水头损失忽略不计，计算渗透系数。 （分数：2.00）_48.含水层宽(垂直纸面)b=500m，长 L=2000m，k 1 =0001 cms，k 2
17、 =001 cms，厚度 T=4m，上、下游水位如图 1122所示，求通过此含水层的流量和渗流流速。 （分数：2.00）_49.某闸的剖面如图 1123所示，现已给出流网，渗透系数 k=210 -6 ms，求单宽渗流量。 （分数：2.00）_50.设某河槽剖面地层情况如图 1124所示。左岸透水层中有地下水渗入河槽。河槽水深 10m，在距河道 1000m处的地下水深度为 25m。当在此河槽下游修建水库后，此处河槽水位抬高了 4m。如离左岸1000m处的地下水位不变，试问在修建水库以后单位长度上渗人流量将减少若干?透水层的渗透系数k=0002cms。 （分数：2.00）_水力学（有压管厦和明槽中
18、的非恒定流、渗流）-试卷 1答案解析(总分：100.00，做题时间：90 分钟)一、简答题(总题数：1，分数：2.00)1.当管道条件(材料、直径、管长等)、水头、流速相同时，为什么间接水击压强小于直接水击压强?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：间接水击阀门关闭时间大于一个相长 T s 2Lc，则阀门开始关闭时发出的水击波的反射波，在阀门尚未完全关闭前，已返回阀门断面，由于返回水击波的负水击压强和阀门继续关闭产生的正水击压强相叠加，使阀门处最大水击压强小于按直接水击计算的数值)解析：二、判断题请判断下列各题正误(总题数：6，分数：12.00)2.圣维南方程对明渠非恒定渐变流和急变流均适
19、用。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误 解析：3.明渠非恒定流一定是非均匀流。 ( )（分数：2.00）A.正确 B.错误解析：4.渗流模型流速与真实渗流流速数值相等。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误 解析：5.达西定律既适用于层流渗流，又适用于紊流渗流。 ( )（分数：2.00）A.正确B.错误 解析：6.渗流模型流量与真实渗流流量数值相等。 ( )（分数：2.00）A.正确 B.错误解析：7.渐变无压渗流中任意过水断面上各点的渗流流速相等，且等于该断面平均流速。 ( )（分数：2.00）A.正确 B.错误解析：三、填空题(总题数：8，分数：16.00)8.填空题请完成下列
20、各题，在各题的空处填入恰当的答案。（分数：2.00）_解析：9.当阀门突然关闭时，水击波传播的第二阶段(即 LCt2LC)中，压强的变化为_，波的传播方向为_，液体处于_状态。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：压强增量p0 恢复原状、水库闸门、速度 0一v 减速减压状态)解析：10.减小水击压强的措施有：_；_；_。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：在管路上设置空气室或安装具有安全阀性质的水击消除阀；在水电站的有压输水道上常设有调压塔；延长阀门的关闭时间、缩短有压管路的长度、减少管内流速(如管径加大)等。)解析：11.明渠非恒定渐变流的连续方程为：_，式中各项的意义是_。（分数
21、：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：12.当水位相同时，明渠非恒定流涨水过程中的流量一般_(大于、等于、小于)落水过程中的流量。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：大于)解析：13.明渠非恒定流通常以波的形式出现。按波的传播方向可分为_波和_波；按水位变化可分为_波和_波。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：顺行、逆行、涨水、落水)解析：14.达西定律的表达式为_。符合达西定律的渗流其沿程水头损失 h f 与流速 v的_次方成正比。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：v=kJ、1)解析：15.完全井与非完全井的区别是_。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：看井
22、是否挖到不透水地基)解析：四、单项选择题(总题数：9，分数：18.00)16.单项选择题下列各题的备选答案中，只有一个是符合题意的。（分数：2.00）_解析：17.直接水击是指有压管道末端阀门处的最大水击压强_。 ( )（分数：2.00）A.不受来自上游水库反射波的影响 B.受来自上游水库反射波的影响C.受阀门反射波的影响D.不受管道长度的影响解析：18.发生间接水击的条件是(式中 T a 为阀门关闭时间，L 为管道长度，C 为水击波速)。 ( )（分数：2.00）A.T a LCB.T a LCC.T a 2LCD.T a 2LC 解析：19.在水击研究中，必须认为_。 ( )（分数：2.0
23、0）A.液体是可压缩的，管道是刚体B.液体是不可压缩的，管道是弹性体C.液体和管道都是弹性体 D.液体是不可压缩的，管道是刚体解析：20.水坝瞬时溃决时，坝的上游将发生_。 ( )（分数：2.00）A.顺行涨水波B.顺行落水波C.逆行涨水波D.逆行落水波 解析：21.在均质各向同性土壤中，渗流系数 k_。 ( )（分数：2.00）A.在各点处数值不同B.是个常量 C.数值随方向变化D.以上 3种答案都不对解析：22.闸坝下有压渗流流网的形状与下列哪个因素有关? ( )（分数：2.00）A.上游水位B.渗流系数C.上、下游水位差D.边界的几何形状 解析：23.在同一种土壤中，当渗流流程不变时，上
24、下游水位差减小，渗流流速_。 ( )（分数：2.00）A.加大B.减小 C.不变D.不定解析：24.不透水边界线可以看作是一条_。 ( )（分数：2.00）A.等压线B.等水头线C.流线 D.等势线解析：五、多项选择题(总题数：3，分数：6.00)25.多项选择题下列各题的备选答案中，至少有一个是符合题意的，请选出所有符合题意的备选答案。（分数：2.00）_解析：26.透水边界线可能是一条_。 ( )（分数：2.00）A.等压线B.等水头线 C.流线D.等势线 解析：27.浸润线可以看作是一条_。 ( )（分数：2.00）A.等压线 B.等水头线C.流线 D.等势线解析：六、计算题(总题数：2
25、3，分数：46.00)28.某水电站的压力钢管，管长 L=328m，直径 D=800mm，管壁厚度 =6mm。水轮机的静水头 H 0 =100m。管道末端阀门全开时，通过钢管的流量 Q=2m 3 s。求阀门完全关闭时间 T s =06s 时的水击压强。(钢管弹性模量 E=19610 10 Nm 2 ，水的体积弹性模量 K=19610 8 Nm 2 )。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：水击波速 相长 ，发生直接水击 阀门全开时流速： )解析：29.一水电站压力钢管的直径 D=25m，管壁厚度 e=25mm，若钢管从水库引水到水电站管道长度L=2000m，管道末端阀门关闭时间 T s =
26、3s，问将产生直接水击或间接水击?若关闭时间为 6s，则将产生什么水击?如在距水电站 L 1 =500m处设置调压室，阀门关闭时间仍为 3s，这时将产生什么水击?如果阀门关闭前管道通过流量为 10m 3 s，相应水头 H 0 =90m，直接水击时产生最大水击压强的增量是多少?计算时不考虑水头损失。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1)判别水击类型。已知 L=2000m，D=25m，e=25mm，钢管： =001，可计算水击波速 当阀门关闭时问 T s =3s，有 T s T r ，发生直接水击。当关闭时间 T s =6s，有 T s T r ，则发生间接水击。 (2)在设置调压室后，
27、调压室的作用类似于水库，水击波将由调压室反射，这时管长 L=500m，相应的相长 。当阀门关闭时间 T s =3s，有 T s T r ，则发生间接水击。 (3)计算水击压强增量。已知管长 L=2000m时，水头 H 0 =90m，流量 Q=10m 3 s， 当阀门关闭时间 T s =3s，发生直接水击。则由直接水击压强公式得水击压强增量 )解析：30.如图 102 所示，已知一引水钢管直径 D=46m，管壁厚度为 002m，管道长度 L=395m，管道沿程水头损失系数为 0025，恒定流时压强水头 H 0 =40m，最大流量 Q=45m 3 s，阀门为线性关闭，关闭时间T s =7s，假定管
28、道为水平放置，试计算 T m =14s内，管道压强水头的沿程变化情况。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1)参数选取与计算。 采用特征线方法进行计算，将管段平均分成 5段(N=5)，距离步长为s=79m，时间步长为： 管道上游端为水位恒定的水库，边界条件为 h p1 =40m 管道下游端为逐渐关闭的阀门，边界条件为 利用差分法求解特征方程，可得内点迭代计算公式： (2)计算程序。 c 变量符号说明：RL 为管长 L，Tao 为阀门开度 r，f 为阻力系数 ，M 为时间步数，c数组说明、变量赋值 COMMONh(601，6)，v(601，6)，Tao(601)，T(301) data
29、D46，eO02，RL395，N5 dataTs7，Tm14，h040，Q45，g981，f0025 C 计算基本参数 c=1435sqrt(1+001*De)；Tr=2*RLc；ds=RLN；dt=dsc v0=Q(07854*D*D)；M=Tmdt+2；Tao(1)=1；Cf=f*dsDZg write(*，*)ds，dt，v0，e，Tf，ds，dt，v0，C，Tr C 确定初始条件 doi=1N+1 v(1，i)=v0h(1，i)=h0Cf*(i 一 1)*v(1，i)*2 enddo C 计算流速压强 doi=2，M T(j)=(j-1)*dt；Tao(i)=1-T(j)Ts；if(T
30、ao(j)LT0)Tao(j)=0 C 管道内点计算 doi=2，N h(j，i)=05*(h(j-1，i 一 1)+h(j一 1，i+1)+cg。(v(j 一 1，i 一 1)一 V(j一 1，i+1) -Cf*(v(j-1，i1)*abs(v(j-1，i-1)-v(j-1，i+1)*abs(v(j-1，i-q-1) v(j，i)=05*(gc*(h(j-1，i 一 1)-h(j-1，i+1)+(v(j-1，i 一 1)+v(j-1，i+1) -gc*Cf*(v(j-1，i 一 1)*abs(v(j-1，i 一 1)+v(j-1，i+1)*abs(v(i-1，i+1) enddo C 上游边
31、界计算 i=1h(j，i)=h0； v(j，i)=v(j 一 1，i+1) +gc*(h(j，i)-h(j-1，i+1)-Cf*v(j 一 1i+1)*abs(V(j 一 1，i+1) C 下游边界计算 i=N+1：Ch=v0*2*Tao(i)*22h0*cg Cp=h(j-1，N)+v(j-1，N)*(cg-Cf*abs(v(j-1，N) v(j，i)=-Ch+sqrt(Ch*Ch+2*Ch*Cp*gc) h(j，i)=h(j 一 1，i 一 1) 一 cg*(v(j，i)一 v(j一 1，i 一1)一 Cf*v(j一 1，i 一 1)*abs(v(j一 1，i 一 1) write(*，1
32、2)j，T(j)，Tao(j)，(h(j，i)，i=1，N+1) enddo C 输出计算结果 doj=1,M,10 write(*,(i4，8f93)，)j，T(j)，Tao(j)，(h(j，i)，i=1，N+1) enddo END (3)计算结果。 )解析：31.如图 103所示，某电站由引水渠道从水库取水发电。已知水渠长度为 5000m，底坡 i=00002，进口渠底高程为 11018m，糙率 n=0013。渠道断面为梯形，底宽 b=5m，边坡系数 m=3。渠道末端与水轮机相连，初始时渠道内为静水，水位为 15518m。水轮机流量在 25min内线性增加到 1 50m 3 s，后一直保
33、持不变。又设上游水位 z=15518m，并保持不变。试计算：渠道各断面的流量和水位变化过程。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1)计算条件。基本方程采用因变量为 z、Q 并且无旁侧人流的圣维南方程组式(10一 9)和式(1012)。根据实例条件，全长分为 10个计算渠段，11 个计算断面。每个计算渠段长度也就是距离步长为 500m。时间步长选取 60s，可以验证：时间步长和距离步长满足库朗稳定性条件。 上游边界条件是水位为常数，即 z=15518m 下游边界条件为流量过程线：即 式中流量的单位为 m 3 s，时间 t的单位为 min。 (2)迭代格式。利用有限差分法将连续性方程和运动方程变为差分方程，整理可得内点水位和流量的迭代格式分别为： 上游边界处已知水位变化过程，将运动方程变化差分方程整理可得流量迭代格式为： 下游边界处已知流量变化过程，将连续性方程变为差分方程，整理可得水位迭代格式为： )解析：32.某水电站压力钢管，管长 L=800m，管径 D=100cm，管壁厚度 e=20mm，水头 H 0 =100m
