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)1

工程水文水力学思考题和计算题一、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：水文现象具有确定性与随机性、相似性与特殊性。对水文现象的分析研究方法有成因分析法、数理统计法和地理综合法。研究确定性规律采用成因分析法；研究随机性规律采用数理统计法；研究相似性规律采用地理综合法；研究各区域的特殊性需要合理布设各代表网站，以便全面分析计算，最终总结其变化规律，某种程度上为进行地理综合法研究提供根底。各研究方法简述如下：1〕成因分析法:确定性成因规律，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、设计洪水计算等。3〕地理综合法：根据气候要素及其它地理要素的地区性规律，说明水文现象也具有地区性的分布规律。这种地区性规律可用地区经验公式或等值线图或分区图或图表来反映水文特征值的变化与分布。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根本原理。依此，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为该时段该流的径流量，那么有：P＝R+Ec+△U△U为该时段流域内的蓄水量，△U=U2－U1。对于多年平均情况，U＝0，那么闭合流域多年平均水量平衡方程变为：P＝R+E影响水资源的因素十分复杂，水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P＝1020mm，多年平均径流深R＝420mm，多年平均蒸发量E.E＝P－R＝600mm3、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〔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Δt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.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、低水局部的外延，才能得到完整的流量过程。1〕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2〕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。3〕根据水力学公式外延：此法实质上与上法相同，只是在延长Z～V曲线时，利用水力学公式计算出需要延长局部的V值。最常见的是用曼宁公式计算出需要延长局部的V值，并用平均水深代替水力半径R。由于大断面资料，因此关键在于确定高水时的河床糙率n和水面比降I。4〕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，最好的方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。答：1〕算数平均法。1、P为流域平均降水量，Pi为各站同期降水量，n为测站数。2、此法适用于流域内地形起伏不大，雨量站网分布均匀且比较稠密的地区。2〕泰森多边形法。1、F为流域总面积fi为各多边形面积n为多边形个数。2、此法用于雨量站分布不均匀的流域。3、步骤：a、将相邻雨量站用直线连接而成假设干个多边形。b、对每个三角形各边做垂直平分线，这些线和流域边界线将流域分成假设干个多边形，每个多边形内有一个雨量站。C、此雨量站测得的降水量代表多边形面积上的平均降水量。3〕等量降水量法。1、fi为各相邻等降水量线间的距离n为等降水线间的面积快数。2、此法需足够数量的雨量站才能绘出反映实际降水空间分布的等水量线。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，下列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，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，即可在曲线上求得制定频率p的水文变量值Xp。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？9、偏态系数Cs﹥0或<0，各说明随机变量x的分布有何特点？10、重现期〔T〕与频率〔P〕有何关系？千年一遇洪水，是指什么意思？95％的年径流其重现期为多少？P=90%的枯水年，其重现期〔T〕为多少年？以P=90%的枯水年为设计依据，其平安率和风险率各为多少，答：频率曲线绘制后，就可在频率曲线上求出指定频率p的设计值xp。由于"频率"较为抽象，水文上常用"重现期"来代替"频率。所谓重现期是指某随机变量的取值在长时期内平均多少年出现一次，又称多少年一遇。根据研究问题的性质不同，频率P与重现期T的关系有两种表示方法。1、当为了防洪研究暴雨洪水问题时，一般设计频率P＜50％，那么:pT1式中：T――重现期，年；p――频率，％。〔2〕当考虑水库兴利调节研究枯水问题时，设计频率P＞50％，那么: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，假设以P=90%的枯水年为设计依据，其平安率和风险率分别为90％和10％11、假设年径流量与年降水量之间的回归线近似为幂函数，试以分析法为例说明推求其回归方程的方法步骤？答：幂函数y=axb两边取对数后变为直线方程Y=A+bX，其中Y=lgy，X=lgx，A=lga。因此，此时建立回归方程的步骤为：①将xj，yj变换为Xj，Yj；②按一元线性回归方法计算A、b③将A取反对数得a；④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根本方法是什么，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，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：人类活动对年径流的影响，包括直接与间接两个方面。直接影响如跨流域引水，将本流域的水量引到另一流域，或将另一流域的水引到本流域，都直接影响河川的年径流量。间接影响如修建水库、塘堰等水利工程，旱地改水田，坡地改梯田，浅耕改深耕，植树造林等措施。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，一般可采用水文比较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18、推求设计年径流量的年内分配时，应遵循什么原那么选择典型年？答：选择典型年的原那么有二：①典型年的年径流量应接近设计年径流量；②对工程设计偏于平安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：①根据长期年径流系列进行频率计算，推求设计年径流量Qp；②按选择代表年〔典型年〕的原那么，在实际资料中选择典型年Q典；③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？假设某水库在运行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Ⅲ型分布且用矩法估算参数时，用x、.cscv、分别代表x、σ、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n、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，为了建筑物本身的平安和防护区的平安，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,设计标准由国家制定,以设计标准给出。规划中按工程的种类、大小和重要性,将水工建筑物划分为假设干等级,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，那么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根本概念。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有不相同，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根本途径？答：绝大多数情况下，设计洪水就是合设计频率的洪峰流量、洪水总量和洪水过程线。因掌握资料的情况和工程规划设计要求不同，推求设计洪水有不同途径。当设计流域具有较长期的实测洪水资料，且具有历史洪水调查和考证资料时，可直接由流量资料推求设计洪水。当流域具有较长期实测暴雨资料，而且有屡次暴雨洪水对应观测资料，可以分析产流和汇流规律时，可由暴雨资料推求设计洪水。小流域往往既缺乏洪水资料，又缺乏暴雨资料，此时可采用推理公式法和地区经验公式等方法推求设计洪水。当采用可能最大洪水作为校核洪水时，需由可能最大降雨求得可能最大洪水，从而确定相应的设计洪水。二、分析计算题1、某水文站控制流域面积F=560KM2，多年平均降雨量，多年平均径流系数＝0.40，试求其多年平均年径流总量，多年平均年径流量，多年平均径流深及多年平均年径流模数。2、某流域面积F=900KM2，其多年平均降雨量，多年平均径流深，试求多年平均蒸发量。又该地多年平均水面蒸发量，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及多年平均年径流量。3、某水库属大〔2〕型水库，年最大7天暴雨系列的频率计算结果为=432mm、CV=0.48，CS=3CV。试确定大坝设计洪水标准，并计算该工程7天设计暴雨。提示适线结果的情况下，推求设计值均用如下公式：或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年发生超标准暴雨的可能性？5、某流域多年平均最大3天暴雨频率曲线：=210mm、CV=0.45，CS=3.5CV，试求该流域百年一遇设计暴雨。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。7、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。8、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(Δt=6h)123456雨量〔mm〕6.45.61769982519、百年一遇的设计暴雨，其过程如下表，径流系数，后损，试用初损、后损法确定初损及设计净雨过程。时段〔〕123456雨量〔mm〕6.45.617699825110、百年一遇暴雨为460mm，暴雨径流系数，后损历时，试确定其初损。11、如下图为一溢流坝上的弧形门。：R=10m，门宽b=8m，α=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。12、水从水箱流入一管径不同的管道，管道连接情况如下图。：d1为150mm，l1为25m，λ1为0.037；d2为125mm，l2为10m，λ2为0.039。局部水头损失系数：进口ζ1为0.5，逐渐收缩ζ2为0.15，阀门ζ3为2.0。〔以上ζ值相应的流速均采用发生局部水头损失后的流速。〕试求：〔1〕沿程水头损失∑hf；〔2〕局部水头损失∑hj；〔3〕要保持流量Q为25000cm3/s所需要的水头H。13、一简单管道，如下图。长为800m，管径为0.1m，水头为20m，管道中间有2个弯头，每个弯头的局部水头损失系数为0.3，沿程阻力系数λ=0.025，试求通过管道的流量。14、一矩形断面