水利專業(yè)基礎(chǔ)試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.液體的粘滯性是指液體在運動狀態(tài)下抵抗（）的特性。A.壓縮變形B.剪切變形C.拉伸變形D.體積變化2.雷諾數(shù)Re的物理意義是（）。A.慣性力與重力之比B.慣性力與粘滯力之比C.粘滯力與重力之比D.壓力與慣性力之比3.達西定律（Q=kAΔH/L）適用于（）。A.所有滲流B.層流滲流C.紊流滲流D.高速滲流4.明渠均勻流的水力坡度J、測壓管坡度Jp和渠底坡度i的關(guān)系為（）。A.J=Jp=iB.J>Jp=iC.J=Jp>iD.J<Jp=i5.工程水文中，年最大洪峰流量的頻率計算通常采用（）。A.經(jīng)驗頻率曲線B.PⅢ型理論頻率曲線C.正態(tài)分布曲線D.對數(shù)正態(tài)分布曲線6.土的滲透系數(shù)k的單位是（）。A.m/sB.m2/sC.Pa·sD.無量綱7.水靜力學(xué)基本方程p=p?+ρgh中，h是（）。A.位置高度B.壓強水頭C.測壓管高度D.真空高度8.臨界水深hk是指明渠中（）時的水深。A.流量最大B.流速最大C.斷面單位能量最小D.弗勞德數(shù)Fr=09.洪水三要素是指（）。A.洪峰流量、洪水總量、洪水過程線B.洪峰流量、洪水歷時、洪水傳播時間C.洪水總量、洪水頻率、洪水重現(xiàn)期D.洪水來源、洪水路徑、洪水淹沒范圍10.土的有效應(yīng)力原理中，總應(yīng)力σ等于（）。A.孔隙水壓力uB.有效應(yīng)力σ'C.σ'+uD.σ'u二、多項選擇題（每題3分，共15分。每題至少2個正確選項，錯選、漏選均不得分）1.下列屬于液體的基本物理性質(zhì)的是（）。A.粘滯性B.壓縮性C.表面張力D.彈性模量2.水靜力學(xué)基本方程的適用條件包括（）。A.靜止液體B.連續(xù)介質(zhì)C.同一種液體D.質(zhì)量力僅為重力3.明渠均勻流的特征包括（）。A.流線為平行直線B.斷面平均流速沿程不變C.水深沿程增加D.渠底坡度i=水力坡度J4.工程水文計算中，常用的設(shè)計洪水計算方法有（）。A.流量資料推求設(shè)計洪水B.暴雨資料推求設(shè)計洪水C.歷史洪水調(diào)查D.經(jīng)驗公式法5.土的滲透破壞形式主要有（）。A.管涌B.流土C.接觸沖刷D.壓縮變形三、填空題（每空2分，共20分）1.牛頓內(nèi)摩擦定律的表達式為τ=______，其中μ為液體的______。2.雷諾數(shù)Re=vd/ν中，ν是液體的______，d是______（對于圓管）。3.明渠水流的三種流態(tài)為緩流（Fr<1）、臨界流（Fr=1）和______（Fr>1），其中Fr為______。4.工程水文中，頻率P與重現(xiàn)期T的關(guān)系為：當P≤50%時，T=______；當P>50%時，T=______。5.土的滲透系數(shù)k可通過______試驗或______試驗測定。四、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述水躍的形成條件及分類。2.比較層流與紊流的主要區(qū)別（從流速分布、能量損失、判別標準三方面）。3.什么是設(shè)計洪水？其計算的主要內(nèi)容包括哪些？4.簡述土的有效應(yīng)力原理及其工程意義。5.明渠非均勻流中，如何根據(jù)斷面比能曲線分析水面線的變化趨勢？五、計算題（共45分）1.（10分）如圖所示，矩形平板閘門AB垂直放置，寬度b=2m，門頂A距水面深度h?=1m，門底B距水面深度h?=3m。求閘門所受的靜水總壓力大小及作用點位置（距水面的垂直距離）。（水的密度ρ=1000kg/m3，g=9.8m/s2）2.（10分）某梯形斷面渠道，底寬b=5m，邊坡系數(shù)m=1.5，水深h=2m，糙率n=0.025，渠底坡度i=0.0004。試按曼寧公式計算渠道的斷面平均流速v和流量Q（曼寧公式：v=(1/n)R^(2/3)i^(1/2)，水力半徑R=A/χ，過流面積A=(b+mh)h，濕周χ=b+2h√(1+m2)）。3.（15分）某流域有20年的年最大洪峰流量資料（單位：m3/s）：1200、1500、1800、2000、2200、2500、2800、3000、3200、3500、3800、4000、4200、4500、4800、5000、5200、5500、5800、6000。（1）計算經(jīng)驗頻率（采用數(shù)學(xué)期望公式P=m/(n+1)×100%）；（2）若該系列符合PⅢ型分布，且已求得均值Q?=3650m3/s，變差系數(shù)Cv=0.5，偏態(tài)系數(shù)Cs=2Cv，試查PⅢ型頻率曲線的模比系數(shù)Kp表（部分值：P=1%時Kp=2.5；P=5%時Kp=2.0；P=10%時Kp=1.8），計算設(shè)計頻率P=5%對應(yīng)的設(shè)計洪峰流量Qp。4.（10分）某飽和黏性土試樣，在滲透試驗中，試樣高度L=10cm，水頭差ΔH=20cm，滲透系數(shù)k=1×10^6cm/s。試計算：（1）滲透流速v；（2）若試樣的孔隙比e=0.8，求實際滲流速度u；（3）判斷是否會發(fā)生流土破壞（已知該土的臨界水力梯度Jcr=0.9，實際水力梯度J=ΔH/L）。六、綜合分析題（20分）某小型水庫擬進行除險加固，需復(fù)核其設(shè)計洪水標準。已知該水庫集水面積F=50km2，主河道長度L=10km，河道比降J=0.005。當?shù)厮氖謨蕴峁┑谋┯陞?shù)：年最大24小時暴雨均值H24?=120mm，變差系數(shù)Cv=0.5，Cs=3.5Cv，暴雨點面折減系數(shù)α=0.9；產(chǎn)流參數(shù)μ=2mm/h；匯流參數(shù)m=0.8（m=L/(J^(1/3)Qm^(1/4))，其中Qm為洪峰流量）。要求：結(jié)合所學(xué)工程水文知識，說明設(shè)計洪水復(fù)核的主要步驟，并列出關(guān)鍵計算公式（不要求具體數(shù)值計算）。答案及解析一、單項選擇題1.B（粘滯性抵抗剪切變形）2.B（雷諾數(shù)反映慣性力與粘滯力的相對大?。?.B（達西定律適用于層流滲流）4.A（明渠均勻流中，J=Jp=i）5.B（我國常用PⅢ型曲線擬合洪水頻率）6.A（滲透系數(shù)單位為m/s或cm/s）7.C（h為測壓管高度，即位置水頭與壓強水頭的差值）8.C（臨界水深對應(yīng)斷面單位能量最小值）9.A（洪水三要素為洪峰、總量、過程線）10.C（總應(yīng)力=有效應(yīng)力+孔隙水壓力）二、多項選擇題1.ABC（液體的基本物理性質(zhì)包括粘滯性、壓縮性、表面張力；彈性模量是固體特性）2.ABCD（水靜力學(xué)方程適用于靜止、連續(xù)、同種、僅受重力的液體）3.ABD（明渠均勻流的水深沿程不變，故C錯誤）4.ABCD（四種均為常用方法）5.ABC（壓縮變形是力學(xué)變形，非滲透破壞）三、填空題1.μ(du/dy)；動力粘滯系數(shù)2.運動粘滯系數(shù)；圓管直徑3.急流；弗勞德數(shù)4.1/P；1/(1P)5.室內(nèi)滲透（常水頭/變水頭）；現(xiàn)場抽水四、簡答題1.形成條件：明渠水流從急流（Fr>1）過渡到緩流（Fr<1）時，因能量突變產(chǎn)生水面躍起現(xiàn)象。分類：①弱水躍（1.0<Fr<1.7），表面光滑；②波狀水躍（1.7<Fr<2.5），水面有小波浪；③穩(wěn)定水躍（2.5<Fr<4.5），表面旋滾明顯；④強水躍（Fr>4.5），能量損失劇烈。2.區(qū)別：流速分布：層流為拋物線型，紊流為對數(shù)型（更均勻）；能量損失：層流損失與流速一次方成正比（h∝v），紊流與v^1.75~2次方成正比；判別標準：層流Re≤2000（圓管），紊流Re>2000。3.設(shè)計洪水：指符合工程設(shè)計標準（如50年一遇、100年一遇）的洪水，是水利工程規(guī)劃設(shè)計的依據(jù)。計算內(nèi)容：①設(shè)計洪峰流量；②設(shè)計洪水總量；③設(shè)計洪水過程線。4.有效應(yīng)力原理：總應(yīng)力σ等于有效應(yīng)力σ'與孔隙水壓力u之和（σ=σ'+u），土體的強度和變形由有效應(yīng)力控制。工程意義：解釋滲透變形（如流土、管涌）、地基沉降與承載力計算等。5.分析方法：斷面比能E_s=h+αv2/(2g)=h+Q2/(2gA2)，E_s~h曲線呈下凸型，存在最小值E_smin對應(yīng)臨界水深hk。當h>hk（緩流），E_s隨h增大而增大；h<hk（急流），E_s隨h增大而減小。水面線變化趨勢需結(jié)合渠道坡度（緩坡、陡坡）與實際水深h和hk的關(guān)系判斷。五、計算題1.靜水總壓力：閘門形心處水深h_c=(h?+h?)/2=(1+3)/2=2m受壓面積A=b×(h?h?)=2×2=4m2總壓力P=ρgh_cA=1000×9.8×2×4=78400N=78.4kN作用點位置（距水面y_D）：y_D=h_c+(I_c)/(h_cA)，其中I_c為繞形心軸的慣性矩，矩形截面I_c=(b×(h?h?)^3)/12=(2×23)/12=16/12=4/3m?y_D=2+(4/3)/(2×4)=2+(4/3)/8=2+1/6≈2.167m2.過流面積A=(5+1.5×2)×2=(5+3)×2=16m2濕周χ=5+2×2×√(1+1.52)=5+4×√3.25≈5+4×1.803≈12.212m水力半徑R=A/χ=16/12.212≈1.31m平均流速v=(1/0.025)×1.31^(2/3)×0.0004^(1/2)=40×(1.31^0.667)×0.02≈40×1.2×0.02=0.96m/s流量Q=vA=0.96×16=15.36m3/s3.（1）經(jīng)驗頻率計算：n=20年，按從大到小排序后，序號m=1~20，P=m/(20+1)×100%=m/21×100%。例如，最大流量6000對應(yīng)m=1，P=1/21≈4.76%；次大5800對應(yīng)m=2，P=2/21≈9.52%，依此類推。（2）設(shè)計洪峰流量：Qp=Kp×Q?=2.0×3650=7300m3/s（P=5%時Kp=2.0）4.（1）滲透流速v=k×J=k×(ΔH/L)=1×10^6cm/s×(20/10)=2×10^6cm/s=2×10^8m/s（2）實際滲流速度u=v/(n)，孔隙率n=e/(1+e)=0.8/1.8≈0.444，故u=2×10^6cm/s/0.444≈4.5×10^6cm/s（3）實際水力梯度J=ΔH/L=20/10=2，Jcr=0.9，J>Jcr，會發(fā)生流土破壞。六、綜合分析題復(fù)核步驟及關(guān)鍵公式：1.設(shè)計暴雨計算：計算設(shè)計點暴雨量H24p=H24?×Φp（Φp為PⅢ型曲線離均系數(shù)，由Cv、Cs查得）；設(shè)計面暴雨量H面p=α×H24p（α為點面折減系數(shù)）。2.產(chǎn)流計算：凈雨