1、水力学（有压管厦和明槽中的非恒定流、渗流）模拟试卷 1 及答案与解析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?2 圣维南方程对明渠非恒定渐变流和急变流均适用。 ( )（A）正确（B）错误3 明渠非恒定流一定是非均匀流。 ( )（A）正确（B）错误4 渗流模型流速与真实渗流流速数值相等。 ( )（A）正确（B）错误5 达西定律既适用于层流渗流，又适用于紊流渗流。 ( )（A）正确（B）错误6 渗流模型流量与真实渗流流量数值相等。 ( )（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。 ( )（A）正确
2、（B）错误三、填空题请完成下列各题，在各题的空处填入恰当的答案。8 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。9 减小水击压强的措施有：_；_；_。10 明渠非恒定渐变流的连续方程为：_，式中各项的意义是_。11 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。12 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。13 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 hf 与流速 v的_次方成正比。14 完全井与非完全井的区别是_。四、
3、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。15 直接水击是指有压管道末端阀门处的最大水击压强_。 ( )（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16 发生间接水击的条件是(式中 Ta 为阀门关闭时间，L 为管道长度，C 为水击波速)。 ( )（A）T aLC（B） TaL C（C） Ta2LC（D）T a2LC17 在水击研究中，必须认为_。 ( )（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18 水坝瞬时溃决时，坝的上游将发
4、生_。 ( )（A）顺行涨水波（B）顺行落水波（C）逆行涨水波（D）逆行落水波19 在均质各向同性土壤中，渗流系数 k_。 ( )（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20 闸坝下有压渗流流网的形状与下列哪个因素有关? ( )（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21 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_。 ( )（A）加大（B）减小（C）不变（D）不定22 不透水边界线可以看作是一条_。 ( )（A）等压线（B）等水头线（C）流线（D）等势线五、多项选择题下列各题的备选答案中，至少有一个是符
5、合题意的，请选出所有符合题意的备选答案。23 透水边界线可能是一条_。 ( )（A）等压线（B）等水头线（C）流线（D）等势线24 浸润线可以看作是一条_。 ( )（A）等压线（B）等水头线（C）流线（D）等势线25 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 H0=100m。管道末端阀门全开时，通过钢管的流量 Q=2m3s 。求阀门完全关闭时间 Ts=06s 时的水击压强。(钢管弹性模量 E=19610 10Nm 2，水的体积弹性模量 K=19610 8Nm 2)。26 一水电站压力钢管的直径 D=25m，管壁厚度 e=25mm，若钢管从
6、水库引水到水电站管道长度 L=2000m，管道末端阀门关闭时间 Ts=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 L1=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10m3s ，相应水头 H0=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。27 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 H0=40m，最大流量 Q=45m3s ，阀门为线性关闭，关闭时间 Ts=7s，假定管
7、道为水平放置，试计算 Tm=14s 内，管道压强水头的沿程变化情况。28 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 50m3s，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。29 某水电站压力钢管，管长 L=800m，管径 D=100cm，管壁厚度 e=20mm，水头H0=10
8、0m，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 vmax=2ms。若假定阀门的关闭时间 Ts=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。30 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 H0=90m，流量 Q=07m 3s，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 Ts=6s。要求计算总时间Te=16s 内，管道水击压强沿程的变化情况。31 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
9、=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。32 如图 118 所示，一渠道与一河道相互平行。长 l=300m，不透水层的底坡i=0025 ，透水层的渗透系数 k=210-3cms。当渠中水深 h1=2m，河中水深h2=4m 时，求渠道向河道渗流的单宽渗流量，并计算浸润线。33 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=210-3cms。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
10、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。34 如图 1110 所示，河边岸滩由两种土壤组成。已知河道水深为 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。35 有一普通完整井如图 1111 所示。井半径 r0=10cm。含水层原厚度 H=8m，渗透系数 k=0 003cms。抽水时井中水深保持为 h0=2m，影响半径 R=200m，求出水量 Q 和距离井中心 r=100m 处的
11、地下水深度 h。36 如图 1112 所示，利用半径 r0=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 h0=5m，含水层为细砂构成，含水层水深H=35m ，试求其渗透系数值。37 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H1=15m，下游水深 H2=2m，上游边坡系数 m1=3，下游边坡系数 m2=2，坝顶宽b=6m，坝身土的渗透系数 k=0110 -2cms。试求单宽渗透流量并绘出浸润线。38 试绘出图 11-14 中各图透水地基的流网图。39 如图 1115 所示，某工厂区为降低地下水位，在水平不透水层上
12、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 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 3s，试求土层的渗透系数 k 值。40 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?41 水
13、闸地基的渗流流网如图 11-18 所示。已知 H1=10m，H 2=2m，闸底板厚度=05m。地基渗流系数 k=110-5ms。求：(1)闸底 A 点渗流压强 pA；(2) 网格 B的平均渗流速度 ub(s=15m)；(3)测压管 1、2、3 中的水位值(以下游河底为基准面)。42 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 h1=12m，下游水深 h2=2m，地面高程为 100m，A、B、C 3 点的高程分别为ZA=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。4
14、3 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 h0，渗流系数为 k，井的半径为 r0。试求井周围渗水层中的浸润线方程。44 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 3s，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。45 含水层宽(垂直纸面)b=500m，长 L=2000m，k 1=0001 cms ，k 2=001 cms，厚度 T=4m，上、下游水位如
15、图 1122 所示，求通过此含水层的流量和渗流流速。46 某闸的剖面如图 1123 所示，现已给出流网，渗透系数 k=210-6ms，求单宽渗流量。47 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。水力学（有压管厦和明槽中的非恒定流、渗流）模拟试卷 1 答案与解析1 【正确答案】 间接水击阀门关闭时间大于一个相长 Ts2L c
16、，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【知识模块】 有压管厦和明槽中的非恒定流2 【正确答案】 B【知识模块】 有压管厦和明槽中的非恒定流3 【正确答案】 A【知识模块】 有压管厦和明槽中的非恒定流4 【正确答案】 B【知识模块】 渗流5 【正确答案】 B【知识模块】 渗流6 【正确答案】 A【知识模块】 渗流7 【正确答案】 A【知识模块】 渗流三、填空题请完成下列各题，在各题的空处填入恰当的答案。8 【正确答案】 压强增量p0 恢复原状、水库
17、闸门、速度 0一 v 减速减压状态【知识模块】 有压管厦和明槽中的非恒定流9 【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。【知识模块】 有压管厦和明槽中的非恒定流10 【正确答案】 单位流程上、单位时间内流量变化与面积变化之和等于旁侧入流量)。【知识模块】 有压管厦和明槽中的非恒定流11 【正确答案】 大于【知识模块】 有压管厦和明槽中的非恒定流12 【正确答案】 顺行、逆行、涨水、落水【知识模块】 有压管厦和明槽中的非恒定流13 【正确答案】 v=kJ、1【知识模块
18、】 渗流14 【正确答案】 看井是否挖到不透水地基【知识模块】 渗流四、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。15 【正确答案】 A【知识模块】 有压管厦和明槽中的非恒定流16 【正确答案】 D【知识模块】 有压管厦和明槽中的非恒定流17 【正确答案】 C【知识模块】 有压管厦和明槽中的非恒定流18 【正确答案】 D【知识模块】 有压管厦和明槽中的非恒定流19 【正确答案】 B【知识模块】 渗流20 【正确答案】 D【知识模块】 渗流21 【正确答案】 B【知识模块】 渗流22 【正确答案】 C【知识模块】 渗流五、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
19、所有符合题意的备选答案。23 【正确答案】 B,D【知识模块】 渗流24 【正确答案】 A,C【知识模块】 渗流25 【正确答案】 水击波速 相长，发生直接水击阀门全开时流速：阀门关闭时流速 v=0 水击压强： p=c(v 0 一 v)=3738 8kPa【知识模块】 有压管厦和明槽中的非恒定流26 【正确答案】 (1)判别水击类型。已知 L=2000m，D=25m ，e=25mm ，钢管：=0 01，可计算水击波速当阀门关闭时问Ts=3s，有 TsT r，发生直接水击。当关闭时间 Ts=6s，有 TsT r，则发生间接水击。(2)在设置调压室后，调压室的作用类似于水库，水击波将由调压室反射，
20、这时管长 L=500m，相应的相长 。当阀门关闭时间 Ts=3s，有TsT 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H0=90m，流量 Q=10m3 s， 当阀门关闭时间 Ts=3s，发生直接水击。则由直接水击压强公式得水击压强增量【知识模块】 有压管厦和明槽中的非恒定流27 【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 hp1=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
21、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) dataD 46，eO 02，RL395，N 5 dataTs7，Tm14，h040，Q45，g 981，f0025C 计算基本参数 c=1435sqrt(1+001*De) ；Tr=2*RLc ；ds=RLN；dt=ds c v0=Q(07854*D*D) ；M=Tmdt+2；Tao(1)=1；Cf=f*ds D Z g write(* ，*)ds，dt ，v0，e，Tf ，ds， dt
22、，v0，C，TrC 确定初始条件 doi=1N+1 v(1，i)=v0h(1，i)=h0Cf*(i 一 1)*v(1，i)*2 enddoC 计算流速压强 doi=2 ，M T(j)=(j-1)*dt；Tao(i)=1-T(j)Ts；if(Tao(j) LT0)Tao(j)=0C 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)+c g。(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*
23、(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) enddoC 上游边界计算 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
24、，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(*，12)j，T(j)，Tao(j)，(h(j，i)，i=1 ，N+1) enddo C 输出计算结果 doj=1,M,10write(*,(i4，8f93)，)j，T(j)，Tao(j)， (h(j，i)，i=1，N+1) enddo END(3)计算结果。【知识模块】 有压管厦和明槽中的非恒定流28 【正确答案】 (1)计算条件。基本方程采用
25、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 m3s，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，
26、将连续性方程变为差分方程，整理可得水位迭代格式为：【知识模块】 有压管厦和明槽中的非恒定流29 【正确答案】 【知识模块】 有压管厦和明槽中的非恒定流30 【正确答案】 v=11m s，T r=079s。【知识模块】 有压管厦和明槽中的非恒定流31 【正确答案】 渗流属于有压均匀渗流，由达西公式计算渗流单宽流量为【知识模块】 渗流32 【正确答案】 依题意 i=00250，h 2h 1，故为壅水曲线 M1。试算可得：h 0=1886m 单宽渗流量q=kih0=210-300251886100=9 4310 -3(cm2s) 由浸润线方程可计算浸润线如下表。【知识模块】 渗流33 【正确答案】
27、(1)建库前 i=00050，h 2=1m h1=25m ，故为降水曲线 M2。试算得：h 0=264m 单宽渗流量q=kih0=210-30005264100=2 6410 -3(cm2s)(2) 建库后 i=-00050，h 1=11mh 2=25m，故为降水曲线 A2。试算得：h 0=433m 单宽渗流量q=kih0=210-3000543100=43310 -3(cm2s)【知识模块】 渗流34 【正确答案】 设距河道 50m 处水深为 h,则由平坡降水曲线 H2 的方程得：由 h1=12m，h 2=5m 计算得 h=1099m【知识模块】 渗流35 【正确答案】 【知识模块】 渗流3
28、6 【正确答案】 对于注水井， 对于细砂，R 近似取为 150m，则： k=36510 -3cms【知识模块】 渗流37 【正确答案】 上、下两段单宽渗流量相等，即：式中：k=0110 -2cms，H 1=15m，H 2=2m，l=17m 2+6+2m3=172+6+2 3=46m试算可得：q=235 10-5m2s，a 0=365m 由浸润线公式： 可算出曲线 AC 段，实际浸润线为修改后的 AF-C。【知识模块】 渗流38 【正确答案】 图 11-14(a)不透水地基为水平面，坝基没有桩。图 1114(b)不透水地基为曲面，坝基上游段有桩。图 1114(c)不透水地基很深，坝基中间有桩。图
29、 1114(d)不透水地基为水平面，坝基前后段都有桩。【知识模块】 渗流39 【正确答案】 廊道中所集积的地下水流量系由两侧土层中渗出，故每一侧渗出单宽流量为 由平底地下河槽浸润线计算公式可解出：【知识模块】 渗流40 【正确答案】 【知识模块】 渗流41 【正确答案】 P A=(HAzA)=735kNm 2， h1=h2=8m；h 3=4m。【知识模块】 渗流42 【正确答案】 hA=hB=5m，h C=1875m， pA=882kNm 2，p B=1078kN m 2，p C=674kN m2。【知识模块】 渗流43 【正确答案】 【知识模块】 渗流44 【正确答案】 【知识模块】 渗流45 【正确答案】 h 1=2727m， =54510 -4(m3s) ，v=27310 -7(ms)。【知识模块】 渗流46 【正确答案】 【知识模块】 渗流47 【正确答案】 h 01=264m，q 1=kh01i=264 10 -7m2s ，h 02=173m，q 2=17310 -7(m2s)。【知识模块】 渗流
