工程水文水力学思考题和计算题(25题思考问答题,20题计算题)问题详解

1、实用文档 工程水文水力学思考题和计算题 、思考问答 1、水文现象是一种自然现象，它具有什么特性，各用什么方法研究? 答：1）成因分析法： 根据水文变化的成因规律，由其影响因素预报、预测水文情势的方法。如降 雨径流预报法、河流洪水演算法等。 2）数理统计法： 根据水文现象的统计规律，对水文观测资料统计分析，进行水文情势预测、 预报的方法。如设计年径流计算、设计洪水计算、地区经验公式等。 水文计算常常是二种方法综合使用，相辅相成，例如由暴雨资料推求设计洪 水，就是先由数理统计法求设计暴雨，再按成因分析法将设计暴雨转化为设计洪 水。此外，当没有水文资料时，可以根据水文现象的变化在地区分布上呈现的 一

2、定规律（水文现象在各流域、各地区的分布规律）来研究短缺和无资料地区的 水文特征值。 2、何谓水量平衡？试叙闭合流域水量平衡方程在实际工作中的应用和意义。 答：对任一地区、任一时段进入的水量与输出的水量之差， 必等于其蓄水量的变 化量，这就是水量平衡原理，是水文计算中始终要遵循的一项基本原理。 依此，可得任一地区、任一时段的水量平衡方程。对一闭合流域：设 P为某 一特定时段的降雨量，E为该时段内的蒸发量，R为该时段该流域的径流量，则 有: P=R+2U U为该时段流域内的蓄水量， U=U+U 对于多年平均情况， U二0，则闭合流域多年平均水量平衡方程变为: _PRE 影响水资源的因素十分复杂，水

3、资源的许多有关问题，难于由有关的成因因 素直接计算求解，而运用水量平衡关系，往往可以使问题得到解决。因此，水量 平衡原理在水文分析计算和水资源规划的分析计算中有广泛的应用。如利用水 量平衡式可以用已知的水文要素推求另外的未知要素。例如：某闭合流域的多年 平均降雨量一P=1020mm多年平均径流深一R=420mm试求多年平均蒸发量一E 。 _E=_P- _R= 600mm 3、何谓年径流？它的表示方法和度量单位是什么？径流深度、径流总量、 平均流量、径流模数的概念及相互关系。 答：一个年度内在河槽里流动的水流叫做年径流。年径流可以用年径流总量W (m3)、年平均流量Q (m3/s)、年径流深R

4、(mm)、年径流模数M (L/(s km2) 等表示。将计算时段的径流总量，平铺在水文测站以上流域面积上所得的水层厚 度，称为径流深度，径流总量是指在指定时段 t通过河流某一断面的总水量。 径流模数是单位流域面积上单位时间所产生的径流量。 4、流量的观测与水位流量关系曲线的延长。 答：测站测流时，由于施测条件限制或其他种种原因，致使最高水位或最低水 位的流量缺测或漏测，在这种情况下，须将水位流量关系曲线作高、低水部分的 外延，才能得到完整的流量过程。 根据水位面积、水位流速关系外延：河床稳定的测站，水位面积、水位流速关 系点常较密集，曲线趋势较明确，可根据这两根线来延长水位流量关系曲线。 根据

5、水力学公式外延：此法实质上与上法相同，只是在延长ZV曲线时，利 用水力学公式计算出需要延长部分的 V值。最常见的是用曼宁公式计算出需要延 长部分的V值，并用平均水深代替水力半径 R。由于大断面资料已知，因此关键 在于确定高水时的河床糙率n和水面比降I。 水位流量关系曲线的低水延长：低水延长常采用断流水位法。所谓断流水位是 指流量为零时的水位，一般情况下断流水位的水深为零。此法关键在于如何确定 断流水位，最好的办法是根据测点纵横断面资料确定。 5、流域平均降水量的计算方法。 (1) 算术平均法。设流域内共有n个雨量站，各雨量站的雨量分别为 x1， x2，xn (mr)则流域平均雨量为： 此法简单

6、明了，适用于流域内地形变化不大，雨量站数目较多且分布均匀的 情况。 （2）泰森多边形法。此法是先把流域内及流域外附近的相邻的雨量站用直线 连接构成三角形，再做各三角形每条边的垂直平分线，则许多垂直平分线与流域 的分水线组成若干不规则的多边形。每个多边形的面积用fi表示，每个多边形 的雨量用此多边形内的雨量站的雨量 xi表示，用加权平均法可计算流域的平均 雨量，公式为： 本法应用比较广泛，当流域内雨量站分布不均匀或流域内地形变化较大时, 均可使用。 （3）等雨量线法。对于较大的流域，地形起伏一般较大，当流域内有足够的 雨量站时，可绘出等雨量线，求出相邻两等雨量线间的面积及平均雨量值 （xi+xi

7、+1 ） 12，计算流域平均雨量。 6如何绘制累积频率曲线？设计频率标准如何确定? 答：根据实测水文资料，按从大到小的顺序排列，如下左图所示，然后用经 验频率公式计算系列中各项的频率，称为经验频率。以水文变量x为纵坐标， 以经验频率p为横坐标，点绘经验频率点据，根据点群趋势绘出一条平滑的曲 线，称为经验频率曲线，下图为某站年最大洪峰流量经验频率曲线。有了经验频 率曲线，即可在曲线上求得指定频率 p的水文变量值x。 对经验频率的计算， 目前我国水文计算上广泛采用的是数学期望公式P=m/( n+1)x100% 7、经验频率曲线的绘制方法。 答：根据实测水文资料，按从大到小的顺序排列，如下左图所示，

8、然后用经验频 率公式计算系列中各项的频率，称为经验频率。以水文变量x为纵坐标，以经验 频率p为横坐标，点绘经验频率点据，根据点群趋势绘出一条平滑的曲线， 称为 经验频率曲线，下右图为某站年最大洪峰流量经验频率曲线。 有了经验频率曲线， 即可在曲线上求得指定频率p的水文变量值Xpo 8、频率曲线的三个统计参数各表示什么意义？对频率曲线各有什么影响？ 答：三个统计参数： 1)均值表示毓中变理的平均情况。高某水文变更的观测毓为XI, X2, Xn,则其均值为 2）变差系数：水文计算中用均方差与均值之比作为衡量系列的相对离散程度 的一个参数，称为变差系数，或称离差系数、离势系数，用Cv表示，其计算式

9、aly （x-x） a = i Cv= xV M 为： 3）偏态系数：在数理统计中采用偏态系数CS作为衡量系列不对称程度的参 数，其计算式为： 工（耐-X）5_ 丹工（兀 X） =气 CS= C7Her- 关于三个统计参数对频率曲线的影响： 1，均值x对曲线的影响，Cv和Cs值固定时，x大的在频率曲线之上，相反在 频率曲线之下，x越大频率曲线越陡。 2, 2, Cv对曲线的影响，当x与Cs为固定值时，Cv越大，则曲线越陡，左上 方向上太高，右下方越下降，Cv越小，频率曲线越平缓，Cv=0时，则为水 平， 3, 当Cs对曲线有影响时，且x与Cv固定值，且Cs0随着Cs增大频率曲线 上端变得陡峭，

10、下端变得平缓，此时曲线中部越来越偏向左边，当 Cs2时，下 端趋于水平，当Cs=0时，曲线呈正态分布。当 Cs 0或0,称为正偏； 若CSV0,称为负偏，如下图 g对密度曲线的影响 偏态系数Cs 0,说明随机变量x出现大于均值的机会比出现小于均值的机 会少；偏态系数Cs50%,则：I丿 千年一遇洪水是指在长时期内平均 1000年出现一次的洪水情况，换句话说， 大于等于这样的洪水平均1000年可能出现一次；95%的年径流其重现期T=20 年；P=90%的枯水年，其重现期T=10年，在长时期内平均10年出现一次的枯 水情况，若以P=90%的枯水年为设计依据，其安全率和风险率分别为90%和10%.

11、11、 若年径流量与年降水量之间的回归线近似为幕函数，试以分析法为例说 明推求其回归方程的方法步骤？ 答：幕函数y=axb两边取对数后变为直线方程 Y=A+bX，其中丫=lgy ,X=lgx， A=lga。因此，此时建立回归方程的步骤为：将 xj，yj变换为Xj，Yj;按一 元线性回归方法计算A、b;将A取反对数得a；把a、b代入y=axb中，即 得要推求的回归方程。 12、推求设计洪水过程线的基本方法是什么，洪水过程线放大有哪两类方 法？ 答:推求设计洪水时要确定设计洪水过程线，亦即确定设计洪水的时程分配。 目前，生产上一般采用放大典型洪水过程线的方法确定设计洪水过程线。进行洪 水过程线放大

12、通常采用两种方法，即同倍比法和同频率法。同倍比法较为简单， 可采用设计洪峰流量与典型洪峰流量的比值或某时段的设计洪量与典型洪量的 比值对典型洪水过程线进行放大。但按此法进行放大后，不能保证设计洪水过程 线各个时段的洪量或洪峰流量都与设计值相等。采用同频率法放大典型洪水过 程线时，对洪峰流量和各个时段的洪量采用不同倍比，使得放大以后的过程线洪 峰流量以及各时段的洪量可分别等于设计洪峰流量和设计洪量值。 13、某流域下游有一个较大的湖泊与河流连通，后经人工围垦湖面缩小很多。 试定性地分析围垦措施对正常年径流量、径流年际变化和年内变化有何影响？ 答：由于水面蒸发减小，使年径流增加；由于调蓄能力减小，

13、使年际、年内 变化加剧。 14、人类活动对年径流有哪些方面的影响？其中间接影响如修建水利工程等 措施的实质是什么？如何影响年径流及其变化？ 答：有直接与间接两方面的影响。修建水利工程等措施的实质是改变下墊面性质 而影响年径流，它们将使蒸发增加，从而使年径流量减少；调蓄能力增加，从而 使径流的年内、年际变化趋于平缓。 15、水文资料的三性审查是指什么？对年径流系列一致性审查是建立在气候 条件和下墊面条件稳定性上的，一般认为什么条件是相对稳定的，主要由于什么 条件受到明显的改变使资料一致性受到破坏？ 答：水文资料的三性审查是指对资料的可靠性、一致性和代表性进行审 查。对年径流系列一致性审查是建立在

14、气候条件和下墊面条件稳定性上的，一般 认为气候条件是相对稳定的，主要由于下墊面条件受到明显的改变使资料一致性 受到破坏。 16、缺乏实测资料时，怎样推求设计年径流量？ 答:缺乏实测资料时，一般可采用水文比拟法或年径流量统计参数等值线图、分 区图法求得均值、Cv、Cs,并确定线型，推求年径流理论频率曲线，再由设计 频率查此曲线得设计年径流量。 17、 为什么年径流的CV值可以绘制等值线图？从图上查出小流域的 Cv值 一般较其实际值偏大还是偏小？为什么？ 答：因年径流变化主要受气候因素的影响， 后者在地区上的变化具有缓变的规律 性，因此，年径流Cv值可绘成随地区变化的等值线图。因Cv等值线图大多是

15、 由中等流域资料计算的Cv值绘制的，而中等流域比小流域有较大的调蓄补偿作 用，故从等值线图上查得的小流域 Cv值常常比实际的偏小。 18、推求设计年径流量的年内分配时，应遵循什么原则选择典型年？ 答：选择典型年的原则有二：典型年的年径流量应接近设计年径流量； 对工程设计偏于安全。 19、简述具有长期实测资料情况下，用设计代表年法推求年内分配的方法步 骤？ 答：方法步骤为：根据长期年径流系列进行频率计算， 推求设计年径流量 Qp；按选择代表年（典型年）的原则，在实际资料中选择典型年Q典；以 K=Qp/Q典分别乘典型年各月的月径流量，得设计年径流的各月径流量，即设计 年径流的年内分配。 20、简述

16、年径流年内、年际变化的主要特性？ 答：（1）年内变化具有一年为周期的周期性变化； （2）年际变化具有丰、枯年组的交替现象，但周期很不固定； （3）年内、年际变化还具有明显的地区性， 我国北方的径流变化一般比 南方多雨地区剧烈。 21、何谓保证率？若某水库在运行 100年中有85年保证了供水要求，其保 证率为多少？破坏率又为多少？ 答：用水的保证程度。p=85%; q=1-85%=15% 22、何为抽样误差，如何减少抽样误差？ 答：用一个样本的统计参数来代替总体的统计参数是存在一定误差的，这种 误差是由于从总体中随机抽取的样本与总体有差异而引起的，与计算误差不同， 称为抽样误差。 抽样误差的大小

17、由均方误来衡量。计算均方误的公式与总体分 布有关。对于皮尔逊川型分布且用矩法估算参数时，用、分别代表、Cv和 Cs样本参数的均方误，计算公式略。抽样误差的大小，随样本项数、cv、和cs的 大小而变化。样本容量大，对总体的代表性就好，其抽样误差就小，这就是为什 么在水文计算中总是想方设法取得较长的水文系列的原因。 23、设计洪水的概念 答：由于流域内降雨或溶雪，大量径流汇入河道，导致流量激增，水位上涨， 这种水文现象，称为洪水。在进行水利水电工程设计时，为了建筑物本身的安全 和防护区的安全，必须按照某种标准的洪水进行设计， 这种作为水工建筑物设计 依据的洪水称为设计洪水。在工程设计中，设计标准由

18、国家制定，以设计规范给出。 规划中按工程的种类、大小和重要性，将水工建筑物划分为若干等级，按不同等级 给出相应的设计标准。 24、等流时线的原理以及应用 答：假定流域中任一地点的雨水流速都相同， 则任一地点净雨水质点流达出 口断面的时间就取决于它与出口断面的距离。 据这一假定，将流域内汇流时间相 等的点连接起来，称为等流时线。等流时线概念简明地阐述了流域出口流量是 如何组成的。它是水量平衡方程在动态条件下的表述， 是流域汇流计算的一个基 本概念。但它只考虑了汇流的平均流速，没有考虑同一条等流时线上的水质点具 有不相同的流速。在汇流过种中，各条等流时线上的水质点可以相互混合。 这种 现象称为流域

19、的调节作用。它使得出口的流量过程比上述公式所计算的更为平 缓。因此，等流时线方法的误差很大，现已很少直接应用，或需经调蓄改正后, 才能实际应用。 25、推求设计洪水有哪几种基本途径？ 这里所指的设计洪水是广义的，包括校核洪水。设计洪水的计算内容包括洪 峰流量、设计洪量和设计洪水过程线。由于每个工程的特点和设计要求不同， 设 计的重点和计算的内容不同。例如，提防、灌溉用渠道、桥涵等建筑物没有调蓄 能力，则对工程起控制作用的是洪峰流量，因此，只需重点计算设计洪峰流量； 而对于滞洪、蓄洪区则主要计算洪水总量；对于水库，由于设计洪峰流量、设计 洪水总量和设计洪水过程线对水库都有影响，则需要计算设计洪峰

20、流量、设计洪 水总量和设计洪水过程线。 设计洪水的推求一般分为有资料和无资料两种情况。 有资料推求设计洪水分为三种：由流量资料推求设计洪水；由暴雨资料 推求设计洪水；由水文气象资料推求设计洪水。 无资料推求设计洪水分为地理差值法和经验公式法两种方法。地理差值法 是对于缺乏实测资料地区，根据邻近地区的实测或调查资料，对洪峰流量模数、 暴雨特征值、暴雨和径流的统计参数等，进行地区综合，绘制相应的等值线图， 一般供无资料的中小流域使用；经验公式法是在上述地区综合分析基础上，建 立洪水与暴雨特征值和流域特征值的简化公式，用于估算无资料地区的设计洪 水。 无论采用何种方法推求设计洪水，均需要进行历史洪水

21、调查，用来参加计算 或作为分析论证的依据，上述各种方法是相辅相成的，可同时使用几种方法，相 互验证、综合分析，选定合理成果。 、分析计算题 1、某水文站控制流域面积 F=560KM2，已知多年平均降雨量P = 820mm , 多年平均径流系数:=0.40,试求其多年平均年径流总量W ,多年平均年径流量 Q，多年平均径流深R及多年平均年径流模数 m 。 解：多年平均径流深 R =P = 0.4 820 = 328mm 36 年平均年径流总量 W =RF =328 560 1010 = 18368 (万 m3) 多年平均年径流量 Q =W 183680000 365 24 3600 = 5.824

22、(m3/s) 标准 多年平均年径流模数 M =Q 103-5824 103 =10.4 L/(s km2 F560 2、某流域面积F=900KM2，其多年平均降雨量P = 1280mm，多年平均径流 深R= 650mm，试求多年平均蒸发量E。又该地多年平均水面蒸发量 Ew =1500m m，如该河修建水库后，在该河流域面积之内的水面面积比之未建 水库时增加60KM2,试分析建水库后流域多年平均蒸发量是增大还是减小？并 计算建水库后的多年平均径流深R及多年平均年径流量Q 答：根据流域多年平均水量平衡关系有：E = P _ R = 1280 _ 650 = 630(mm) 修建水库后，由于增加了水

23、面面积，而水面蒸发量大于陆面蒸发量，因此， 修建水库后增大了蒸发量。可近似取陆面蒸发量为流域多年平均蒸发量，则建水 库后多年平均增加的蒸发量： W 二 Ew -E F = 1500-63060 10 106 = 522 104m3 故修建水库后的多年平均蒸发量为: EE W/ F =630 522 104 6 900 10 103 =630 5.8 二 635.8mm 故建水库后的多年平均径流深R为：R、P-E1280-635.8 = 644.2(mm) R F 多年平均年径流量Q = 644.2 900 103 365 24 3600 = 18.38m3/s 3、 某水库属大(2)型水库，已

24、知年最大 7天暴雨系列的频率计算结果为； =432mm CV=0.48，Cs=3G。试确定大坝设计洪水标准，并计算该工程 7天设计暴 雨。 提示已知适线结果的情况下，推求设计值均用如下公式： . .I或二 答:因为该水库属大(2)型水库，根据水利部2000年颁发的编号为SL 252-2000 的水利水电工程等级划分及洪水标准，水库工程为U等，大坝为2级建筑物， 设计洪水标准为500100年一遇，从工程的重要性考虑，最后选定按500年一遇 洪水设计。因为暴雨和洪水同频率，因此要推求 500年一遇的设计暴雨，即： “ L 二- - -mm 4、某工程设计暴雨的设计频率为 P=2%试计算该工程连续2

25、年发生超标准暴 雨的可能性？ 答：因为暴雨是随机事件，每年都有P=2%勺可能性发生超标准暴雨，连续2 年发生超标准暴雨的概率为： p m p = 0.02 = 0.04% 5、 已知某流域多年平均最大 3天暴雨频率曲线：=210mmCV=0.45，CS=3.5Cv， 试求该流域百年一遇设计暴雨。 答：-二匚匚匚mm 6某流域根据实测暴雨和历史调查大暴雨资料，已经绘制出 7d暴雨量经验频 率曲线，现从经验频率曲线上读取三点(945, 5%、(345，50%、(134, 95%， 试按三点法计算这一 7d暴雨系列的统计参数。 答：(1)计算 S= (945+134-2 X 345) / (945-

26、134) =0.48，由 S 查 S=f (CS 关系表得CS=1.70= (2) 由CS查离均系数值表得：=一 -门 卜-1 -， 儆-7 27 计算 5常一刚 945-134 3.03 =267.7 mm (3) 门 _ 一 + - - mm (4) CV= / 1=267.7/417.3=0.642 7、已知某流域50年一遇24h设计暴雨为490mm径流系数等于0.83 ,后损率为 1.0mm/h,后损历时为17h，试计算其总净雨及初损。 总设计净雨量为: 时骼=ox瑰=0.83x490 = 406.7 mm 因后损率f=1.0mm/h，后损历时17h，故总后损量为 17mm则初损为:

27、=490-406.7-10 x17 = 66.3 mm 8、已知某流域百年一遇设计暴雨过程如下表，径流系数等于0.85，后损率为 1.5mm/h,试用初损、后损法确定初损和设计净雨过程。 时段（ t=6h） 1 2 3 4 5 6 雨量 (mm) 6.4 5.6 176 99 82 51 答：总设计净雨量为： 二 - mm 按=1.5mm/h将降雨过程从后向前逐时段扣除后损，并累加净雨，当累加净 雨量等于总设计净雨量时，其前的降雨即为初损10,从下表可知，10=27 mmo 9、已知百年一遇的设计暴雨丄.L.，其过程如下表，径流系数- I汇 后损hd，试用初损、后损法确定初损 及设计净雨过程

28、时段 （A仁働） 1 2 3 4 5 6 雨量（mm） 6.4 5.6 176 99 82 51 答：1）设计总降雨量为八I =0.88 x 420=369.6mm 2）按f =1mm/h在降雨过程线上自前向后计算累计净雨,当 、Ri =369.6mml时，其前面的降雨即为-一，依此求得-一 =27.0mm 用初损、后损法确定初损和设计净雨过程 时段（ t=6h） 1 2 3 4 5 6 雨量（mr） 6.4 5.6 176 99 82 51 初损/ t (m) 9 9 9 9 后损 I0 (mr)i 6.4 5.6 15 设计净雨 （mr）i 152 90 73 42 10、已知百年一遇暴雨

29、为 460mm暴雨径流系数（X- 0.87，后损历时 = 24方， 试确定其初损一。 答：P1%=460rqm G=0.87, f =1mm/h tc=24h Ic +tc=(1-寻)P1% 所以 Ic=(0.13 x 460)-1 x 24=59.8-24=35.8mm 11、如图所示为一溢流坝上的弧形门。已知： R=10m，门宽b=8m， a =30 试求：作用在弧形闸门上的静水总压力及压力中心的位置。 解：静水压力的计算/ = ian3(T =10 x0_5 = 5m 水平分力的计算 ITC =+ )(AZO =9.8x0+ -)x5x8 = 2548CV 22 静水总压力的铅直分力的计算 血二上-上阪附二10-10 x(1866二134用 “3+醫述w =774_6KW 静水总压力 凭+耳=5/2548=+774_f =2663KN 合力与水平线的夹角 压力中心D：仃4 +恥血1他-蚀用 12、水从水箱流入一管径不同的管道，管道连接情况如图所示。已知：di为150mm, li为25m,入i为0.037; d2为125mm, 12为10m,入2为0.039。局部水