2025年水利水電工程水電站設(shè)計(jì)考前題試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.某水電站設(shè)計(jì)水頭為120m，最大水頭135m，最小水頭110m，其水輪機(jī)選型時(shí)優(yōu)先考慮的水頭參數(shù)是（）。A.設(shè)計(jì)水頭B.最大水頭C.最小水頭D.平均水頭2.引水式水電站與壩式水電站的核心區(qū)別在于（）。A.調(diào)節(jié)性能B.水頭來源C.樞紐布置形式D.發(fā)電流量大小3.水電站壓力前池的主要功能不包括（）。A.穩(wěn)定水壓B.沉淀泥沙C.連接壓力管道與引水渠道D.調(diào)節(jié)流量波動(dòng)4.混流式水輪機(jī)適用于（）水頭范圍。A.5~40mB.40~600mC.600~1000mD.1000m以上5.水電站日調(diào)節(jié)池的主要作用是（）。A.提高年發(fā)電量B.平衡一日內(nèi)用電負(fù)荷波動(dòng)C.攔截上游泥沙D.降低引水渠道工程量6.以下哪項(xiàng)不是水電站廠房布置需考慮的主要因素？（）A.水輪機(jī)安裝高程B.發(fā)電機(jī)層高度C.當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁谼.出線方式與開關(guān)站位置7.某水電站設(shè)計(jì)保證率為90%，其含義是（）。A.每年有90%的時(shí)間能滿負(fù)荷發(fā)電B.每10年中至少9年能滿足設(shè)計(jì)發(fā)電要求C.年發(fā)電量保證率為90%D.水庫水位保證率為90%8.壓力鋼管的鎮(zhèn)墩主要作用是（）。A.承受鋼管軸向力B.減少鋼管溫度應(yīng)力C.支撐鋼管重量D.防止鋼管振動(dòng)9.水電站機(jī)組臺(tái)數(shù)選擇時(shí)，若單機(jī)容量過大，可能導(dǎo)致（）。A.廠用電率增加B.機(jī)組效率降低C.檢修靈活性下降D.尾水水位抬高10.以下哪種水電站布置形式適用于河道坡度陡、兩岸地形狹窄的山區(qū)河流？（）A.河床式B.壩后式C.引水式D.地下式二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分，少選得1分，錯(cuò)選不得分）1.水電站設(shè)計(jì)中，確定正常蓄水位需綜合考慮（）。A.水庫淹沒損失B.壩體工程量C.下游防洪要求D.泥沙淤積影響2.水輪機(jī)選型的主要依據(jù)包括（）。A.水電站水頭范圍B.設(shè)計(jì)流量C.機(jī)組效率特性D.發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速3.引水隧洞設(shè)計(jì)需重點(diǎn)關(guān)注的問題有（）。A.圍巖穩(wěn)定B.內(nèi)水壓力C.通風(fēng)與照明D.施工支洞布置4.水電站廠房布置的原則包括（）。A.縮短水流路徑，減少水頭損失B.設(shè)備布置緊湊，便于運(yùn)行維護(hù)C.滿足抗震要求D.優(yōu)先考慮建筑美觀5.水電站水庫調(diào)度需考慮的約束條件有（）。A.水庫水位上下限B.下游生態(tài)流量C.機(jī)組出力限制D.氣象預(yù)報(bào)精度三、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述壩式水電站的適用條件及主要優(yōu)缺點(diǎn)。2.說明水電站壓力管道水錘計(jì)算的目的及主要影響因素。3.分析水電站機(jī)組間距確定的主要依據(jù)。4.列舉水電站環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)需重點(diǎn)關(guān)注的5項(xiàng)內(nèi)容。5.簡述地下式水電站廠房的布置特點(diǎn)及適用場景。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.某水電站流域面積F=1200km2，多年平均年降水量P=1000mm，徑流系數(shù)α=0.55，年輸沙模數(shù)M=800t/km2。（1）計(jì)算多年平均年徑流量（單位：m3）；（2）計(jì)算多年平均輸沙量（單位：萬t）。2.某水電站設(shè)計(jì)水頭H=80m，最大引用流量Q=50m3/s，水輪機(jī)效率η=0.92，發(fā)電機(jī)效率η_g=0.95，重力加速度g=9.81m/s2。（1）計(jì)算水輪機(jī)輸入功率（單位：MW）；（2）計(jì)算發(fā)電機(jī)輸出功率（單位：MW）。五、案例分析題（25分）某山區(qū)河流擬建設(shè)一座水電站，流域內(nèi)多年平均流量Q=30m3/s，河道天然落差200m，其中某河段兩岸為堅(jiān)硬花崗巖，河谷狹窄（寬度約50m），上游10km處有一較寬緩的山間盆地（面積約8km2）。設(shè)計(jì)需滿足：①保證下游生態(tài)流量5m3/s；②發(fā)電效率最大化；③工程投資可控。問題：1.推薦該水電站的開發(fā)方式（壩式/引水式/混合式），并說明理由。2.若采用引水式開發(fā)，需重點(diǎn)設(shè)計(jì)哪些建筑物？3.提出生態(tài)流量保障的具體措施（至少3項(xiàng)）。2025年水利水電工程水電站設(shè)計(jì)考前試題答案一、單項(xiàng)選擇題1.A（設(shè)計(jì)水頭是水輪機(jī)選型的核心參數(shù)，決定機(jī)組最優(yōu)運(yùn)行點(diǎn)）2.B（引水式通過引水道集中水頭，壩式通過筑壩壅高水位形成水頭）3.B（壓力前池主要功能為連接渠道與壓力管道、調(diào)節(jié)流量、穩(wěn)定水壓，泥沙沉淀一般由沉沙池完成）4.B（混流式水輪機(jī)適用水頭范圍廣，40~600m為典型區(qū)間）5.B（日調(diào)節(jié)池用于平衡一日內(nèi)用電負(fù)荷波動(dòng)，存儲(chǔ)夜間多余水量供高峰時(shí)段使用）6.C（廠房布置主要考慮水力條件、設(shè)備安裝及運(yùn)行需求，當(dāng)?shù)貧鉁胤呛诵囊蛩兀?.B（設(shè)計(jì)保證率指在長期運(yùn)行中，滿足設(shè)計(jì)發(fā)電要求的概率，90%即10年中至少9年滿足）8.A（鎮(zhèn)墩固定鋼管，承受軸向力（內(nèi)水壓力、溫度應(yīng)力等），支墩主要支撐重量）9.C（單機(jī)容量過大時(shí)，單臺(tái)機(jī)組故障可能導(dǎo)致出力大幅下降，檢修靈活性降低）10.D（地下式廠房利用山體圍巖穩(wěn)定，適用于地形狹窄、地表布置困難的山區(qū)）二、多項(xiàng)選擇題1.ABCD（正常蓄水位需綜合考慮淹沒損失、工程投資、防洪、泥沙等多因素）2.ABCD（水輪機(jī)選型需匹配水頭、流量，同時(shí)考慮效率曲線和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速要求）3.ABD（引水隧洞設(shè)計(jì)重點(diǎn)為圍巖穩(wěn)定、內(nèi)水壓力（襯砌厚度）及施工支洞布置，通風(fēng)照明為運(yùn)行輔助需求）4.ABC（廠房布置以水力效率、運(yùn)行維護(hù)、結(jié)構(gòu)安全為主，建筑美觀為次要因素）5.ABC（水庫調(diào)度約束包括水位、生態(tài)、機(jī)組出力，氣象預(yù)報(bào)精度影響調(diào)度策略但非約束條件）三、簡答題1.壩式水電站適用條件：河道坡降較緩、有筑壩條件（如河谷較寬、地質(zhì)良好）、需調(diào)節(jié)徑流以提高發(fā)電保證率。優(yōu)點(diǎn)：調(diào)節(jié)性能好（可年調(diào)節(jié)或季調(diào)節(jié)）、發(fā)電保證率高、綜合利用效益（防洪、灌溉）顯著；缺點(diǎn)：水庫淹沒損失大、壩體工程量大、投資高、對(duì)生態(tài)影響較明顯。2.水錘計(jì)算目的：確定壓力管道內(nèi)由于流量突變引起的壓力波動(dòng)最大值，為管道強(qiáng)度設(shè)計(jì)、閥門關(guān)閉時(shí)間選擇及機(jī)組保護(hù)提供依據(jù)。主要影響因素：管道長度、流量變化速率（閥門啟閉時(shí)間）、水流流速、管道彈性模量、水錘波速。3.機(jī)組間距確定依據(jù)：①水輪機(jī)蝸殼尺寸及相鄰蝸殼之間的最小操作空間；②發(fā)電機(jī)層設(shè)備布置（如勵(lì)磁屏、母線）所需寬度；③吊車跨度（需覆蓋所有機(jī)組檢修）；④溫度伸縮縫要求（避免結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中）；⑤通風(fēng)散熱需求（保證設(shè)備運(yùn)行環(huán)境溫度）。4.環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)重點(diǎn)：①下泄生態(tài)流量控制（設(shè)置生態(tài)放水設(shè)施）；②魚類洄游通道設(shè)計(jì)（魚道或升魚機(jī)）；③施工期水土保持（棄渣場防護(hù)、邊坡綠化）；④水庫淹沒區(qū)文物保護(hù)（考古調(diào)查與遷移）；⑤廠房及輸變電工程噪聲控制（隔音屏障、設(shè)備選型）。5.地下式廠房布置特點(diǎn)：①利用山體圍巖作為主要承載結(jié)構(gòu)，開挖量較大；②需設(shè)置通風(fēng)、排水、照明系統(tǒng)；③洞室群（主廠房、主變室、尾水洞）需滿足圍巖穩(wěn)定要求；④出線方式多為電纜豎井或隧洞。適用場景：河谷狹窄、地表無足夠空間布置廠房；或地質(zhì)條件良好（如堅(jiān)硬花崗巖），圍巖穩(wěn)定性高；或需避免破壞地表景觀（如自然保護(hù)區(qū)）。四、計(jì)算題1.（1）年徑流量計(jì)算：年徑流深R=α×P=0.55×1000=550mm=0.55m年徑流量W=F×R=1200×10?m2×0.55m=6.6×10?m3（6.6億立方米）（2）年輸沙量計(jì)算：年輸沙量=流域面積×輸沙模數(shù)=1200km2×800t/km2=960000t=96萬t2.（1）水輪機(jī)輸入功率（水功率）：N_w=ρgQHη=1000kg/m3×9.81m/s2×50m3/s×80m×0.92=1000×9.81×50×80×0.92=1000×9.81×36800=361,008,000W=361.01MW（2）發(fā)電機(jī)輸出功率：N_g=N_w×η_g=361.01MW×0.95≈343.96MW五、案例分析題1.推薦混合式開發(fā)。理由：①河道天然落差大（200m），單純壩式需高壩，投資大且淹沒山間盆地（8km2）損失高；②單純引水式需長引水道，水頭利用充分但無調(diào)節(jié)能力，難以保證發(fā)電穩(wěn)定；③混合式可在山間盆地建低壩（壅高水位，形成日調(diào)節(jié)水庫），再通過短引水隧洞集中落差（200m），兼顧調(diào)節(jié)性能與投資可控，同時(shí)減少淹沒損失。2.引水式開發(fā)需重點(diǎn)設(shè)計(jì)的建筑物：①首部樞紐（低壩、進(jìn)水口、沉沙池）；②引水隧洞（需穿越花崗巖山體，關(guān)注圍巖穩(wěn)定與襯砌設(shè)計(jì)）；③壓力前池（連接隧洞與壓力管道，調(diào)節(jié)流量）；④壓力管道（鋼管或鋼筋混凝土管，需計(jì)算水錘壓力）；⑤地下式廠房（利用狹窄河谷地形，布置水輪發(fā)電機(jī)組）；⑥尾水