水利工程概论复习习题及答案

PAGE7第一章1.水资源的概念及特质：地球上（地表，地下，和空气中）用于满足人类生活和生产需要的水源统称为水资源。B、a资源的循环性b储量的有限性c分布的不均匀性d利用的多样性e利、害的双重性我国水资源的特点以及解决我国水资源面临问题的途径：㈠特点：⑴水资源总量丰富⑵水资源均量相对不足⑶时空分布不均⑷水土流失及水质污染情况不容忽视㈡解决途径：⑴水资源短缺和用水许可⑵地下水资源的利用和保护⑶生态流量⑷水污染的控制和治理3.水利事业的涵义及效益、防洪措施、水力发电原理：A、涵义：为了充分利用水资源，研究自然界的水资源，对河流进行控制和改造，采取工程措施合理使用和调配水资源，以达到兴利除害的各部门从事的事业统称为水利事业B、效益：主要有防洪、农田水利、水力发电、工业及生活供水、排水、航运、水产、旅游等C、防洪措施：⑴增加植被、加强水土保持⑵提高河槽行洪能力⑶提高蓄洪、滞洪能力D、水利发电原理：树立发电就是利用蓄藏在江河、湖泊、海洋的水能发电，现代技术，主要是利用大坝栏蓄水流，形成水库，抬高水位，依靠落差产生的位能发电第二章河川径流形成过程及阶段：河川径流是自降水开始，到河水从海口断面留出的整个过程。一般要经历降水、蓄渗（入渗）、产流和汇流几个阶段与其他电站相比，水电站的工作特性：发电能力和发电量随天然径流情况变化（2）发电机组开停灵活、迅速（3）建设周期长，运行费用低廉.3坝式、引水式和混合式水电站类型的运行特点、投资特点、适用条件坝式水电站是在河道上修筑大坝，截断水流，抬高水位，在靠大坝的下游建造水电站厂房，甚至用厂房直接挡水B、引水式水电站一般仅修筑很低的坝，通过取水口将水引取到较远的、能够集中落差的地方修建水电站厂房。引水式水电站对上游造成的影响小，造价相对较低，为许多中小型水电站采用C、混合式水电站修建有较高的拦河大坝，用水库调节水量，水电站厂房修建在坝址下游有一定距离的某处合适地方，用输水隧洞或输水管道将发电用水从水库引到水电站厂房发电，混合式多用于土石坝枢纽，以及建于山区性狭窄河谷的枢纽兴利调节原理及类型的判断：A、原理：径流调节的原理为水量平衡，即W来-W用=△V式中，W来为时段T内从河道进入水库的天然来水量；W用为时段T内水库的供水量，△V为库容增量，即蓄积在水库中的水量，△V>0表示水库库容增加，水库蓄水，△V<0表示水库库容减少，水库供水。B、类型：⑴无调节⑵日调节⑶年调节⑷多年调节C、类型判断方法：按其调节周期（水库库空—库满—库空的整个蓄放全过程的时间）的长短来分5.水库的特征水位与库容的关系：⑴正常蓄水位⑵.死水位与死库容⑶.兴利库容⑷防洪限制水位⑸防洪高水位和防洪库容⑹.设计洪水位和拦洪库容⑺.校核洪水位和总库容⑻水库的动库容合理的兴利调度：合理的兴利调度能够使书库在供水期（枯水期）不受到破坏，期末正好用尽兴利库容，到达死水位：在蓄水期（洪水期）尽量少弃水，充分发挥效益，期末蓄到正常蓄水位：1.水利水电工程的等级水工建筑物的特点和分类：A、特点：⑴受自然条件约束⑵受水的影响大⑶施工复杂⑷失事后果严重B、分类：（1）按其作用分类①.挡水建筑物②.泄水建筑物③取水、输水建筑物④.专门建筑物（2）按其使用时间长短分类①永久性建筑物（又分为主要建筑物和次要建筑物）②.临时性建筑物第四章重力坝的工作原理和优缺点：原理：重力坝是主要依靠自身重量在地基上产生的摩擦力和坝与地基之间的凝聚力抵抗坝前巨大的水推力，来维持自身稳定的一种坝型B、优点：⑴安全可靠⑵容易解决泄水问题⑶对地质、地形条件适应性强⑷便于施工⑸适用于各种气候条件C、缺点：⑴水泥用量大，材料强度没用充分发挥⑵坝体场压力大⑶施工期温度应力和收缩应力大重力坝的可能破坏形式和安全运行的三个基本条件：A、破坏形式：⑴滑动⑵倾覆⑶坝址压碎B、三个基本条件：⑴抗滑稳定⑵上游面无拉应力⑶下游面不超过材料（或坝基）的允许压应力荷载的分类：⑴按作用方式可分为：①直接荷载②间接荷载；⑵按作用在建筑物上随时间变异情况可分为：①永久荷载②可变荷载③偶然荷载重力坝的消能方式、原理及特点：A、体形式有底流消能、挑流消能、面流消能和戽流消能。坝体消能的形式有宽尾墩、阶梯效能工、联合效能工B、a底流消能的原理：①通过水跃将急流转变为缓流而消能；②主要靠水跃产生的表面旋滚与底流间的强烈紊动、剪切和掺混消能。b挑流消能的原理：利用泄流建筑物出口处设置的挑流鼻坎，将急流挑向空中，再落入离建筑物较远的下游河道。主要靠急流沿固体边界摩擦而耗能，射流在空中与空气摩擦、掺气和扩散等耗能，射流落入尾水中淹没紊动扩散耗能。c面流消能的原理：利用鼻坎将急流挑至水面，在主流下面形成旋滚而消能。d消力戽消能的原理：急流进入潜在水下的戽内发生旋滚，经大量消能后由鼻坎挑向下游水面。C、a底流消能的特点：①通过水跃将急流转变为缓流而消能；②主要靠水跃产生的表面旋滚与底流间的强烈紊动、剪切和掺混消能；③流态稳定，消能效果好；④对地质和尾水条件要求低，适应性强；⑤产生的雾化小；⑥方量大，投资高。b.挑流消能工构造简单，造价低；但是，当下游水深不够时可能会影响大坝安全，挑流时坝区存在雾化问题。挑流消能适用于上下游落差较大，岩基较好的河床情况c.面流消能适用于下游水深较大，流量变化范围小，水位变幅不大，或有排漂时的情况d.戽流消能工程量比底流消能小，冲刷坑比挑流浅，基本没有雾化问题，其缺点与面流相似重力坝地基处理的措施：A、开挖和清理B、基础灌浆：①基础灌浆的类型：帷幕灌浆和固结灌浆②帷幕灌浆的目的：是降低坝底渗透压力，防止坝基内产生机械管涌或化学管涌，减少坝基渗漏量。③固结灌浆的目的：是调高基岩的整体性和强度，降低坝基的透水性C、坝基排水D、断层破碎带和软弱夹层的处理拱坝的工作原理：拱坝利用拱的作用，将水平压力转化为沿着拱轴方向上的推力什么是顶拱和拱冠梁：⑴拱坝最上面的一层拱圈称为顶拱⑵拱坝与河床最深处的铅直剖面称为拱冠梁8拱圈中心角对拱坝稳定和应力影响：在拱坝的平面布置中，圆形拱圈的中心角2φA对拱坝的稳定和应力影响很大。较大的拱圈中心角2φA能够更好地发挥拱的作用。但是，为了让拱端的推力指向两岸基岩深处，2φA应该取较小值。在拱坝的设计布置，拱端切线与平行于河流的山体等高线交角应不小于30°一般取2φA=75°~110°拱坝坝体温度高于或低于封拱温度时对坝肩和应力的影响：坝体温度升高时，对应力有利，对坝肩无利。坝体温度降低时，对应力无利，对坝肩有利。土料在水的渗透力作用下的渗透变形的两种基本形式管涌、流土的概念：A、流土：在渗流作用下，某一范围内的部分土体被掀起的现象，称为流土B、管涌：在渗流作用下，土体中细小颗粒通过粗大颗粒的孔隙发生移动，最终被带出土体的现象，称为管涌土石坝的工作特点和设计要求：A、工作特点：⑴就地取材⑵能够适应各种地质地形条件⑶土石坝构造简单，施工方便，即可用于大型机械化施工，又能适用于小型工程的土法上马施工⑷工作可靠，寿命较长B、设计要求：⑴要选择合理的上下游坝坡，使剖面经济合理，又能保证安全⑵不允许水流漫顶⑶控制坝体或坝基的渗流⑷避免发生有害裂缝⑸能抵御自然现象的破坏土石坝防渗排水的基本原则：A防渗设施：⑴心墙⑵斜墙B排水设施：⑴贴坡排水⑵堆石棱体排水⑶褥垫式排水⑷综合式排水土石坝地基处理的措施;㈠清理㈡砂卵石地基处理：①黏性土截水墙②混凝土防渗墙③灌浆帷幕④铺盖㈢细砂及软土地基处理㈣与地基、岸坡的连接不同坝型的超载能力：重力坝大于拱坝，拱坝大于土石坝15.重力坝与拱坝分缝的异同点：A：重力坝的分缝：有横缝和纵缝。横缝垂直坝轴线，将坝体分成若干个独立的坝段，其作用是减小温度应力，适应地基不均匀变形和满足施工要求。横缝有永久性和临时性两种。纵缝平行坝轴线，将一个坝段分成几个坝块，待其温度接近稳定温度后再进行接缝灌浆，纵缝是为了适应混凝土的浇筑能力和减小施工期的温度应力。纵缝按其布置型式分为：铅直纵缝、斜缝、错缝。B：拱坝分缝：是整体结构，一般不作永久性的结构分缝，但施工需要分段浇筑，各段间设收缩缝，待坝体温度冷却至稳定温度时灌浆封填，使坝成为整体。（1）横缝：横缝一般沿径向或近于径向布置，具体布置方式有三种；①在各分层高程处，横缝指向水平拱厚中心线的曲率中心，对于变厚度拱坝，也可用上游坝面弧线代替拱厚中心线。定中心拱坝的横缝为竖向平面，双曲拱坝的横缝为分层连续的扭曲面；②横缝以某一高程的径向为准，其他高程均与其一致，此时全部横缝均为竖向平面；③横缝在不同高程分别采用上述两种方式，缝面将为分层连续的扭曲面和竖向平面。横缝间距一般为15~20m，横缝内应设键槽，其结构形式和要求与重力坝的类似。(2)纵缝：a拱坝断面一般较薄，可不设纵缝。当坝体厚度大于40～50m时，则需设置纵缝。纵缝的布置和构造要求与重力坝类似。国内典型大型水电站的坝型：三峡是重力坝，锦屏是拱坝，小浪底是土石坝水闸闸基防渗原则和相关措施A、原则：上防下排，即在闸基靠近上游侧，以防渗为主，采取垂直或水平降渗措施阻截渗水、消耗水头或延长渗径，降低渗透坡降，减少渗透流量，在防渗体的下游位置，以排水为主，尽快排除渗水，迅速排除穿过防渗设施的渗水，进一步降低渗压B、相关措施：（1）水平防渗：铺盖（2）垂直防渗：钢板桩、钢筋混凝土板桩、木板桩、帷幕、混凝土防渗墙（3）排水措施（4）两岸防渗18.水闸的消能方式和设施（1）消能方式：水头低、下游水位变幅大、地基条件差—底流消能（2）消能设施：a.护坦；b.辅助消能工；c.海漫；d.防冲槽和防淘墙19.水工隧洞分类及闸门布置A、水工隧洞按其功用可分为以下几类：a.泄水隧洞，主要用于下泄泄水b.引水和输水隧洞，用于电站、灌溉、工业及生活用水的引取和输送c.排沙隧洞，又叫冲沙隧洞。排沙隧洞排除淤积在水库中的泥沙，延长水库的寿命，避免泥沙淤积渠道或磨损水轮机。排沙洞的进口高程比渠道或电站进口高程低。排沙洞在洪水期利用多余的水泄水冲沙d.导流隧洞，施工导流期间临时过水，也可与永久泄洪隧洞相结合e.放空隧洞，用于放空水库。放空隧洞的进口高程低于死水位，并且要有一定的填埋深度f.发电尾水隧洞，多用于地下厂房水电站g.通航隧洞，因造价太高，除规模较小者外，国内外很少采用B、按隧洞内的水流流态，水工隧洞分为有压隧洞和无压隧洞C、泄水隧洞按其全洞流态及闸门布置位置分为：a.表孔无压洞，工作闸门布置在进口段b.深孔无压洞，工作闸门与检修闸门均在进口c.深孔有压洞，工作闸门一般位于隧洞出口处d.深孔有压—无压洞，工作闸门可以放置在隧洞中间任何位置20.水工隧洞布置隧洞布置主要包括洞型选择和洞线选择两个方面，有压洞和无压洞洞型选择和洞线选择应从以下几个方面考虑a.工程布置b.水流条件c.结构条件d.闸门设置及运行e.工程量及施工难易第五章调压室的作用：设置调压室后可以反射水击波，缩短压力水管长度，改善机组在负荷变化时的运行条件水击现象：在有压输水系统中，当电力负荷瞬间变化时，压力隧洞中出现压力迅速波动，并沿管道传递，这种现象称为水击现象3调压室的类型及工作特点：a.圆筒式:圆筒式调压室自上而下具有相同的断面，结构形式简单，反射水击波好。但是需要较大的容积才能得到较好的效果，工程量大，正常运用时底部水头损失大。简单圆筒式调压室适用于中小型工程b.阻抗式：阻抗式调压室正常工作时水头损失小。反射水击波的效果较差。c.双室式：双室式调压室适用于水头较高、工作深度较大的水电站d.溢流式：调压室顶部有溢流堰，利用水流通过溢流堰外溢，限制水位上升。由于溢水过程中，调压室水位保持不变，可削减水击波压力e.差动式：差动式调压室的断面小，水位稳定快；但是结构复杂。一般用于较高水头的水电站第六章主厂房的分层：发电机层、水轮机层和尾水管层2.厂房建筑物构成：a.主厂房；b.装配场；c.副厂房；d.主变压器场；e.高压开关站3.不同类型水轮机水头范围比较：（1）反击式水轮机a.混流式水轮机，使用水头为29-500mb.轴流式水轮机，工作范围为2-70m，是低中水头、大流量的机型c.贯流式水轮机，用于低水头水电站，水头一般小于20md.斜流式水轮机，适用于水头范围较宽，可达150m，工作效率高（2）冲击式水轮机a.水斗式水轮机，一般用于300m以上的工作水头，最大水头已达1770mb.双击式水轮机，多用于农村小水电站，其水头一般在6-60m4.抽水蓄能电站工作原理：抽水蓄能电站将其他电站发出的电能转换成水能储存在水库中，等到电力系统负荷高峰时，电站利用上下水库落差发电第七章船闸由闸首、闸室和引航道三大部分组成。此外，还有输水系统、导航建筑物、靠船建筑物船只过闸过程（以上游通行的船只只通过单级船闸为例）a.船只从下游河道驶入下引航道，等待过闸b.开启下闸首的输水系统阀门，闸室内的水流向下游河道c.闸室内水位逐渐下降，直至与下游水位齐平d.开启下游船闸闸门，船只驶入船闸闸室e.关闭下游闸门f.开启上闸首的输水系统阀门，上游水库的水流向闸室g.船只随闸室的水位逐渐上升，直至与上游水位齐平h.开启上游闸门，船只驶出船闸闸室过坝建筑物的种类（1）通航建筑物a.船闸；b.升船机（2）过鱼建筑物a.鱼道；b.鱼闸；c.水力升鱼道（3）过木建筑物a.过水机；b.筏道；c.漂木道船闸的分类（1）按船闸的级数分a.单级船闸；b.多级船闸（2）按船闸的线数分a.单线船闸；b.多线船闸（3）按闸室形式分a.普通船闸；b.广厢船闸；c.具有中间闸首的船闸；d.井式船闸5.船闸和升船机的对比：a船闸一次通航能力大，可达万吨级以上。但一级船闸的允许上下游水位差较小，一般不超过30m。所以，在落差较大的河道上，需要采取多级船闸逐级抬升才能完成船只通航任务。升船机利用机械动力将船只吊起过坝。升船机一次抬升高度大，但通航能力小，目前最大船舶仅3000t级。b船闸具有运输量大、安全可靠、运行费用低、建筑物运行经验比较丰富等优点；缺点是耗水量大，过船速度慢。升船机耗水量极小，运送船只速度快，范围大，但