1、水力学（明槽恒定流动）模拟试卷 2 及答案与解析一、填空题请完成下列各题，在各题的空处填入恰当的答案。1 在矩形断面明渠均匀流中，均匀流水深与临界水深之比为 2，则佛汝德数 Fr 为_。2 在进行明渠渐变流水面曲线计算时，对于_流，控制断面应选在上游；对于_流，控制断面应选在下游。3 梯形明渠断面单位能量 Es 与水深 h 之比值 Esh15 时，水流的流态一定为_。4 棱柱形明渠恒定渐变流基本微分方程 dhds=(iJ) (1 一 Fr2)表示水深 h 沿程变化规律，其分子反映水流的_，分母反映水流的_。5 平底棱柱形明渠的水跃函数为_，水跃的前后水深以 h和 h“表示，则有水跃函数关系式_
2、。6 明渠水流的佛汝德数 Fr 表示水流的_力与_ 力作用之比，可作为判别流态的标准，当水流为急流时，_力作用为主，Fr_ ，当水流为缓流时，_力作用为主，Fr_。7 如图 716 所示，一长陡坡渠道接一段长度为 L 的平坡渠道，平坡段末端为一跌坎，定性分析随着长度 L 的变化，渠道中水面曲线以及水跃发生位置的各种可能的情况。8 如图 717 所示，有一由 4 段不同底坡的渠段组成的渠道，每一段均充分长，渠道首端为一闸孔出流，闸下收缩断面水深 hch K，渠道末端为一跌坎，试绘出其水面线。9 如图 718 所示，一矩形断面渠道，底宽 b=5m，底坡 i=0005，分为充分长的两段，糙率分别为
3、n1=00225 和 n2=0015。当流量 Q=5m3s 时，试判断两段渠道底坡的性质，并定性绘出水面曲线。10 矩形断面渠道，上、下两段宽度相等，底坡 i1 i2，当单宽流量 q=4m2s 时，正常水深分别为 h01=066m 和 h02=155m，判断流态和底坡性质，并确定水跃发生在哪段渠道中。11 一矩形断面渠道，糙率 n=0025，底宽 b=82m，底坡 i=0002，通过流量Q=35m3s 。渠中建有一座节制闸，当闸前水深 H=45m 时，闸后收缩断面水深为 05m，试分析计算渠道中的水面曲线。12 某水库泄水渠纵剖面如图 720 所示，渠道断面为矩形，宽 b=5 m，底坡i=02
4、5 ，用浆砌块石护面，糙率 n=0025，当泄流量 Q=30 m3s 时，闸前水深和闸后收缩断面水深分别为 95 m 和 045m，试分析计算渠道中的水面曲线。13 如图 721 所示，梯形断面明槽，底宽 b=10m，边坡系数 m=10，糙率n=0025 ，分为底坡不同的 3 段：i1=0 001，l 1=5000m，i 2=0，l 2=150m，i 3=005， l3=500m。设流量 Q=15m3s，试分析和计算其水面曲线。14 一梯形断面土质渠道，糙率 n=0025，底宽 b=82m，边坡系数 m=15，底坡 i=0 0004，通过流量 Q=35m3s。渠中建有一座节制闸，当闸前水深 H
5、=4m 时，请计算节制闸上游的水面曲线，确定回水影响范围(本题以水深与正常水深相差不到 1cm 的断面为回水末端)。15 试证明，无摩阻的矩形渠道水面曲线可以表示为： 常数。16 如图 722 所示，某闸的下游为一水平渠道，然后与一断面形状尺寸相同的陡坡长渠连接，(1)试定性分析水平段长度 l 不同时，渠道中会出现哪些类型的水面曲线?(2)若渠道断面均为矩形，底宽 b=10m，糙率 n=0025，水平段长度 l=37m，长渠底坡 i=0 03，且已知通过的流量 Q=80m3s，闸下收缩断面水深 hc=068m，试计算水平段和长渠上的水面曲线。17 一宽度 b=10m 的矩形断面棱柱形渠道，通过
6、流量 Q=313m 3s 时，正常水深 h0=15m 。要求：(1) 判别该渠道底坡属于缓坡、陡坡还是临界坡；(2)测得某断面水深 h=1 25m，判别该处水流为缓流还是急流，渠中发生何种水面曲线，绘出其图形。18 如图 733 所示，底坡 i=001 的等宽矩形断面渠道，内盛静水。今在相距s=100m 两个断面测得水深分别为 h1=2m 及 h2=3m。试导出微波波速 C 随距离 s 变化的关系式，并求出波从断面 1 到断面 2 所需的时间 t。19 有一梯形断面渠道，底坡 i=00005，边坡系数 m=1，糙率 n=0027，过水断面面积 A=10m2。求水力最佳断面及相应的最大流量。若改
7、为矩形断面，仍欲维持原有流量，且其糙率及底坡 i 均不变，问其最佳尺寸如何 ?20 由两段不同底坡 i1 和 i2 相连接的棱柱形明渠，渠道断面为矩形，宽度 b=3m。当通过流量 Q=15m3s 时，已知 i1 和 i2 渠段的正常水深分别为h01=0 7m， h02=2m。要求： (1)判别上、下游渠道各为何种底坡； (2)确定水跃发生在哪一渠段上；(3)定性绘出渠道的水面曲线，并注明曲线的名称。21 图 734 所示为一渐变扩散渠段 AB 连接两棱柱形长渠。已知渠道断面为矩形，上游渠宽 b1=3m，正常水深 h01=18m，下游渠宽 b2=4m，正常水深 h02=2m，渐变段底坡 i=0，
8、上游端断面 A 处水深 h=194m；渠中流量 Q=10m3s。要求绘出水面曲线相接图，并注明棱柱形渠段的水面曲线类型。22 图 735 所示为 4 种过水断面形状不同的明渠，但其过水断面面积、糙率、底坡均相同，试论证并比较各明渠通过流量的大小。23 图 736 所示为一矩形断面平底明渠中的水跃，水跃底部有一低坎。已知单宽流量 q=6m2 s。跃前水深 h1=05m，水流作用在单宽低坎上的总压力 R=(gh12)2。取动量校正系数为 1。(1)求跃后水深 h2；(2)求无低坎时的跃后水深?24 已知梯形断面渠道的底宽 b=1m，边坡系数 m=1。在水平渠段上的水跃共轭水深为 h1=02m ，h
9、 2=06m，求通过渠道的流量 Q。梯形断面形心的深度hi=(3b+2mh)6(6+mh)25 某矩形断面平底渠道，底宽 b=7m，通过流量 Q=40m3s。若渠中发生水跃时，跃前水深 h1=08m。求该水跃的水头损失。26 若不对称的梯形断面两侧边坡系数分别为 m1、 m2，试推导其水力最佳条件。27 矩形渠槽，底宽 b=4m，水深 h=15m，设槽底糙率 n1=00225，槽壁两边的糙率分别为 n2=001 7 和 n3=0012，试计算综合糙率。28 如图 737 所示，某河流在汛期洪水漫滩，实测纵向水面坡度 Jp=00003，主槽水深 h1=3m，水面宽 B1=120m，滩地水深 h2
10、=15m，水面宽 B2=230m。糙率分别为 n1=0025 ，n 2=0035 。试估算洪水流量。29 一直径 D=10m 的水平无压圆管中发生水跃，已知流量 Q=10m 3s ，跃前水深 h为 04m，求跃后水深 h“。30 试证明，当流量给定时，矩形断面明槽的临界坡度随宽度 b 的增加而变化的规律为：b398(Q 2g) 1/5 时，i K 随 b 的增加而减小；b398(Q 2g) 1/5 时，i K随 b 的增加而增大。31 实验水槽中的水流现象如图 739 所示，且流量不变，若提高或降低尾门，试分析水跃位置向哪边移动，为什么?32 如图 740 所示，一排水渠上段底坡 i1=000
11、05，下段底坡 i2=000033，排水入下游河道中，已知在排泄一定流量时两段渠道中均匀流水深均大于临界水深，下游河水位很低，试定性分析渠道中的水面曲线。33 如图 741 所示，水流从引水渠经渐变段流入渡槽，糙率均为 n=0022，流量Q=10m3s 。引水渠底宽 b1=4m，底坡 i1=0001，渡槽底宽 b2=25m ，底坡i2=0 005，断面均为矩形；渐变段长度 l=18m，宽度沿流动方向按直线收缩，底坡与引水渠相同。试计算渐变段进、出口断面的水深。水力学（明槽恒定流动）模拟试卷 2 答案与解析一、填空题请完成下列各题，在各题的空处填入恰当的答案。1 【正确答案】 035【知识模块】
12、 明槽恒定流动2 【正确答案】 急、缓【知识模块】 明槽恒定流动3 【正确答案】 急流【知识模块】 明槽恒定流动4 【正确答案】 均匀程度、急缓程度【知识模块】 明槽恒定流动5 【正确答案】 J(h)=J(h“)。【知识模块】 明槽恒定流动6 【正确答案】 惯性力、重力、惯性力、1、重力、1【知识模块】 明槽恒定流动7 【正确答案】 陡坡长渠上游远处来流为均匀流，流态为急流，是否发生水跃以及水跃的位置与平坡段长度 L 有关，有几种可能的情况。 当 L 较短时，在平坡段 H3型壅水曲线，曲线末端在跌坎处的水深 hDhK，不发生水跃。 若 L 较长时，平坡段后段将形成 H2 型降水曲线，前段将形成
13、 H3 型壅水曲线。当平坡段中间某处 H3型壅水曲线的水深和 H2 型降水曲线的水深满足共轭水深关系时，会发生水跃。 如果陡坡长渠均匀流水深和 H2 型降水曲线的水深正好满足共轭水深关系时，将在交界处发生水跃，没有 H3 型壅水曲线，只有 H2 型降水曲线。 如果陡坡长渠均匀流水深相应的跃后水深小于 H2 型降水曲线的水深，将在陡坡上形成 S1 型壅水曲线，当 S1 型曲线的水深与均匀流水深满足共轭条件时，在陡坡上发生水跃。平坡段越长，水跃发生位置越向上游。【知识模块】 明槽恒定流动8 【正确答案】 (1)根据已知条件，画出各渠段的 KK 线和 NN 线。 (2)确定各渠段的控制水深，绘出水面
14、线。平坡进口控制水深为收缩断面水深，平坡出口和跌坎处控制水深为临界水深，3 段顺坡渠道在渠段的中部为均匀流水深。 在平坡段先形成 H3 型壅水曲线，然后在适当处发生水跃，跃后接 H2 型降水曲线。陡坡段以S2 型降水曲线从临界水深过渡到正常水深 h02。在临界坡渠段上以 C3 型壅水曲线过渡到正常水深 h03，再以 C1 型壅水曲线从正常水深过渡到缓坡正常水深 h04;缓坡段M2 型降水曲线在跌坎处降到临界水深。【知识模块】 明槽恒定流动9 【正确答案】 渠道 1 的正常水深为h01=0 544mh K，为缓坡，远处均匀流为缓流。 渠道 2 的正常水深为h02=0 420mh K，为陡坡，远处
15、均匀流为急流。 从缓流到急流必以水跌衔接，在交界处控制水深为临界水深，上游为 M2 型降水曲线，下游为 S2 型降水曲线。【知识模块】 明槽恒定流动10 【正确答案】 渠道 1，h 01=066mh K，为陡坡，远处均匀流为急流； 渠道 2，h 02=155mh K，为缓坡，远处均匀流为缓流。 从急流到缓流必以水跃衔接，水跃可能发生在上段、下段或交界处，需要根据具体数值判断。以下段正常水深为跃后水深，计算相应的跃前水深，如果跃前水深大于上段正常水深，则水跃发生在下段；如果跃前水深小于上段正常水深，则水跃发生在上段；如果跃前水深等于上段正常水深，则水跃发生在交界处。所以水跃发生在下段。【知识模块
16、】 明槽恒定流动11 【正确答案】 (1)判断渠道底坡性质和水面曲线形式。 将已知的b=82m ，i=0002，n=0025，Q=35m 3s，=105 代入程序计算可得：临界水深 hK=125m；正常水深 h0=197mh K，所以渠道坡度为缓坡。 根据情况判断，闸前水面曲线为 M1 型壅水曲线，控制水深为 45m ，闸后水面曲线为 M3 型壅水曲线，曲线上游控制水深为 05m，曲线下游发生水跃，跃后断面水深为均匀流水深，跃前断面水深可由水跃方程求出：渠道出口水面曲线为M2 型降水曲线，出口处控制水深为临界水深 hK。 (2)计算水面曲线：重复 3 次应用 zmdfor 程序，3 次控制断面
17、水深分别输入为：45m ，05m，125m。计算结果如下(表 73)。根据计算结果，定性绘制水面线示意图如下(图 719)。【知识模块】 明槽恒定流动12 【正确答案】 (1)判断渠道底坡性质和水面曲线形式。 将已知的 b=5 m，i=0 25， n=0025， Q=30m3s，=1 05 代入程序计算可得： 临界水深hg=1 5852 m；正常水深 h0=05 24mh K，所以渠道坡度为陡坡。 根据情况判断渠道进口水面曲线为 S2 型降水曲线，进口处控制水深为临界水深 hK，曲线下游逐渐趋近于正常水深；闸前水面曲线为 S1 型壅水曲线，曲线下游控制水深为95m，曲线上游接水跃，跃前断面水深
18、为均匀流水深，跃后断面水深可由水跃方程求出： 闸后水面曲线为 S3型壅水曲线，控制水深为 045 m，曲线下游逐渐趋近于正常水深。 (2)计算水面曲线：重复 3 次应用 zmdfor 程序，3 次控制断面水深分别输人为：1585m，95m，045m。计算结果见表 74。 根据计算结果，定性绘制水面线示意图如图 720 所示。【知识模块】 明槽恒定流动13 【正确答案】 用程序可分别计算出临界水深和各段渠道的正常水深(取=105) ： h K=06098m；渠道 1，h 01=1112m hK，为缓坡；渠道3，h 03=0344 h K，为陡坡。定性分析水面曲线如图 721 所示，平坡与陡坡段之
19、间必以水跌过渡，控制水深为临界水深。以渠道 2、渠道 3 交界断面临界水深为控制水深分别计算渠道 2、渠道 3 的水面曲线。渠段 3：控制水深为 hK，步长为 5m，计算结果见表 75。30m 以后就已基本上是正常水深。渠段 2：控制水深为 hK，步长为 1 5m，计算结果见表 76。 以渠段 1、渠段 2 交界处水深为 1098m(h 01)，渠段 1 的水面曲线为 M2 型降水曲线。 渠段 1：控制水深为 1098m，步长为 200m，计算结果见表 77。约 1000m 之外趋近均匀流。【知识模块】 明槽恒定流动14 【正确答案】 用程序计算，h K=116m，h 0=2519m ，控制水
20、深为 4m，步长1000m，水面曲线为 M1 型，水面曲线计算结果见表 78。大约 10km 以后水面线基本消落到正常水深线。【知识模块】 明槽恒定流动15 【正确答案】 无摩阻，J=0，所以 有【知识模块】 明槽恒定流动16 【正确答案】 (1)当 L 较短时，在平坡段形成 H3 型壅水曲线，如果曲线末端在跌坎处的水深 hDh02，不发生水跃，在陡坡段形成 S3 型壅水曲线，如图 722 中曲线。 如果曲线末端在跌坎处的水深 h02hDhK，不发生水跃，在陡坡段形成S2 型降水曲线，如图 722 中曲线。 当 L 较长时，平坡段后段将形成 H2 型降水曲线，前段将形成 H3 型壅水曲线。当平
21、坡段中间某处 H3 型壅水曲线的水深和H2 型降水曲线的水深满足共轭水深关系时，在平坡段中发生水跃，在陡坡段形成S2 型降水曲线，如图 722 中曲线。 如果收缩断面水深和 H2 型降水曲线的水深正好满足共轭水深关系时，将在闸下发生临界水跃，平坡段没有 H3 型壅水曲线，只有 H2 型降水曲线，在陡坡段形成 S2 型降水曲线，如图 7-22 中曲线。 如果收缩断面水深相应的跃后水深小于 H2 型降水曲线的水深，将在闸下发生淹没水跃，平坡段没有 H3 型壅水曲线，只有 H2 型降水曲线，在陡坡段形成 S2 型降水曲线，如图 7-22 中曲线。 (2)用程序计算得 hK=190m 大于收缩断面水深
22、，平坡段水面曲线为 H3 型。以收缩断面为控制断面，控制水深为 068m，向下游计算水面线，步长为 37m，计算结果见表 7-9。该水面线末端水深仍小于临界水深，不会发生水跃。 仍用程序计算得长坡段正常水深 h02=1 187mh K，为陡坡渠道。以平坡段末端断面为控制断面，控制水深为0989mh 02，水面曲线为 S2 型，步长 20m，结果见表 7-10。【知识模块】 明槽恒定流动17 【正确答案】 为缓坡，水深 h=125mh K 为缓流，M 2 曲线。【知识模块】 明槽恒定流动18 【正确答案】 【知识模块】 明槽恒定流动19 【正确答案】 【知识模块】 明槽恒定流动20 【正确答案】
23、 i1i c 为陡坡，i 2i c 为缓坡，h2=2 37m， M3 型曲线。【知识模块】 明槽恒定流动21 【正确答案】 h K1=1043mh 01，h K2=0861 mh 02，为缓坡，曲线为 M1 型接 H2 型。【知识模块】 明槽恒定流动22 【正确答案】 Q dQ aQ cQ b。【知识模块】 明槽恒定流动23 【正确答案】 有坎时由动量方程 P1 一 P2R=q(2v2 一 1v1)得 h2=355m ，无坎时 h2=359m 。【知识模块】 明槽恒定流动24 【正确答案】 由水跃方程可得【知识模块】 明槽恒定流动25 【正确答案】 【知识模块】 明槽恒定流动26 【正确答案】
24、 【知识模块】 明槽恒定流动27 【正确答案】 n max/nmin=n1 /n3 =0.025/0.0122，【知识模块】 明槽恒定流动28 【正确答案】 A 1h1B1，A 2h2B2，R 1h1，R 2h2，Q=A 1R12/3n 1 J1/2+A2R22/3n 2，J 1/2=7427m 3s。【知识模块】 明槽恒定流动29 【正确答案】 A=r 2(a 一 sina cosa)， J(h)=0397 ，=13694，“=222，h“=r(1 一 cos222)=0802m。【知识模块】 明槽恒定流动30 【正确答案】 10hK-b=0。【知识模块】 明槽恒定流动31 【正确答案】 提高尾门，增加跃后水深 h“，减小跃前水深 h，水跃位置向左(上游)移动。【知识模块】 明槽恒定流动32 【正确答案】 因为 i1i 2，所以 h02h 01h K，上段发生 M1 型壅水曲线，下段发生 M2 型降水曲线。【知识模块】 明槽恒定流动33 【正确答案】 h 01=1802m，h K1=0861m；h 02=1581m，h K2=1178m,h 出=1581m ， h 人 =1834m 。【知识模块】 明槽恒定流动
