作业4 答案 (第7章、第8章、第9章、第10章)
第7章。一、选择题
1. 对于管道无压流，当充满度分别为（ b ）时，其流量和速度分别达到最大。
a. 0.5, 0.5 b. 0.95, 0.81 c. 0.81, 081 d. 1.0, 1.0
2. 对于a, b, c三种水面线，下列哪些说法是错误（ a ）（c ）
a．所有a、c型曲线都是壅水曲线，即，水深沿程增大。
b．所有b型曲线都是壅水曲线，即，水深沿程增大。
c．所有a、c型曲线都是降水曲线，即，水深沿程减小。
d．所有b型曲线都是降水曲线，即，水深沿程减小。
3. 跌水的形成条件是（ d ）
a.从急流过渡到急流 b.从急流过渡到缓流。
c.从缓流过渡到急流 d.从缓流过渡到缓流。
4．水跃的形成条件是（ c ）
a.从急流过渡到急流 b.从急流过渡到缓流。
c.从缓流过渡到急流 d.从缓流过渡到缓流。
5．两段长直的棱柱形渠道，通过的流量相同，（ b ）
a.粗糙系数不同（>）其他参数相同（，则。
b.底坡不同（），其他参数相同（，则。
c.底宽不同（），其他参数相同（，则。
d.边坡系数不同（），其他参数相同（，则。
6. 一梯形断面渠道，底宽b=2m，边坡系数m=1.0，明渠中的水深h=0.5m, 则湿周、水力半径r分别为（ d ）
a. 3.414, 0.366 b. 3.5, 0.30 c. 3.414, 0.30 d. 3.5, 0.366
二、判断题
1、缓流一定是均匀流，急流一定不是均匀流。 （错误 ）
2、断面单位能量沿程可大、可小，或者不变。（ 错误 ）
3、明渠中均匀流一定是恒定流。（ 正确 ）
4、明渠水流，从缓流到急流发生水跃。( 正确 )
5．谈到某水流是临界流、急流、缓流，这是以明渠断面尺寸、流量一定为前题而讲的。 （错误 ）
6． 明渠水流的测压管水头线不可能沿程上升。（ 正确 ）
三、简答题。
1、简述明渠均匀流的水力特征及其形成条件。
答： 明渠均匀流的水力特征：
1） 底坡线，水面线，总线头线三线平行，即，2）水深，过水断面面积a，断面平均流速及断面流速分布沿程不变。
明渠均匀流形成条件：
流量恒定。
必须是长直棱柱形渠道，糙率不变。
底坡不变。
1、 简述明渠水流的三种流态及其四个判别方法及标准。
答： 明渠水流分为缓流、急流、临界流。
个判别方法有：
干扰波：波速c=， c为临界流， c为急流；
弗劳德数：弗劳德数fr=，fr=1临界流，fr〈 1 缓流，fr〉1 急流；
③ 临界水深： 缓流，临界流，急流， 临界底坡：缓流，临界流，急流。
3. 写出佛劳德数的表达式，并说明其物理意义。
答： 弗劳德数fr= ，物理意义是：反映动能与势能之比。
4. 为什么要引入断面单位能量的概念？
答： 引入断面单位能量，目的是分析水面曲线的变化规律和建立临界流方程。
5. 简述明渠恒定非均匀流的水力特征。
答： ①过水断面面积a，水深，沿程改变。即。
底坡线，水面线，总线头线三线不再平行，即，一、 作图题 (略)
1． 下面为长直棱柱形渠道，n不变，试定性绘出可能出现的水面曲线型式。
二、 计算题。
1． 某输水渠道，沙质土壤，岸边有杂草，糙率系数n=0.025, 底坡i=0.002, 断面为梯形，边坡系数m=1.
0。 按水力最优断面设计，通过流量q=0.8m3/s, 试确定其断面尺寸。
解： （1）按水力最优断面条件计算宽深比。
（2）计算相关水力要素：过流断面积、水力半径。代入流量基本公式解出水深。
3）求出底宽。
答案： 2． 有两段矩形断面渠道相连，通过流量q=2.8m3/s，底宽b=2m, 混凝土衬护，n=0.
015, i1=0.012, i2=0.0008。
这两段渠道是否为水跃衔接？若是水跃衔接，是何种形式水跃？并定性绘图表示。
解： （1）（计算临届水深、临界底坡）判断两矩形断面渠道是急流还是缓流，确定是否为水跃衔接。（答案：是）
（2）计算（或查附录c）求正常水深，把视为跃前水深，求跃后水深与比较。
答案：远驱式水跃。
第8章。一、 选择题
1．实用断面堰常常设计成真空堰，其目的是（ b ）
a）减小水流对坝面的冲刷 （b）提高过流能力。
c）减小空化空蚀d）节省建筑材料。
2、小桥过流与（ c ）具有相同的水力特征。
a）薄壁堰流 （b）宽顶堰流 （c）实用断面堰流 （d）闸孔出流。
3. 宽顶堰形成淹没出流的充分条件是 ( d )
a) (b) (c) (d)
4．下述堰的分类哪个正确（ a ）
a) /h >0.67 薄壁堰b) 0.67<δ/h <10.0 宽顶堰。
c) 0.67<δ/h <2.5 实用断面堰 (d) /h >2.5 薄壁堰。
二、 判断题。
1、 只要宽顶堰下游水深超过堰顶，就为淹没出流。（ 正确 ）
2、 小桥过流的淹没出流条件与宽顶堰的淹没出流条件不同。（正确）
3、 对于闸孔出流，当闸门开度与上游水深之比时，闸孔出流转化为堰流。（正确 ）
4、对于薄壁堰，在堰宽b、堰高p和堰上水头h相同的情况下，完全堰的过流能力比侧收堰的过流能力大。（正确 ）
三、 简答题。
1. 简述堰的三种类型及其共同的水力特征。
答： 堰分为三种类型：
(1) 薄壁堰---判别标准
(2) 实用断面堰---判别标准
(3) 宽顶堰---判别标准
共同的水力特征为上游水位壅高过堰时水面跌落。
2. 堰流基本公式中，，等系数与哪些因素有关。
答： 流量系数与行近流速的大小、表面张力有关。
侧收缩系数与堰宽与渠宽的比值（）有关。
3. 宽顶堰淹没出流形成的充分必要条件是什么？
答： 必要条件，充要条件是＞0.8h0。
四、 计算题。
1、 一圆角进口无侧收缩宽顶堰，堰高p1=2.5m，p2=2.0m，堰上水头为0.
40m，通过的流量为4m3/s，求宽顶堰的宽度。在不产生淹没出流的情况下，下游水深最大为多少？
解：（1） 通过计算（）的值，选取流量系数公式，计算流量系数。
（2）求宽顶堰的宽度：
（3）不产生淹没出流，下游水深。
2、 有一河道，用碎石单层铺砌加固河床，通过的流量m3/s，允许流速m/s，桥下游水深m， 若，，，允许桥前壅水深度m。 设计小桥孔径。
解： （1）求桥下临界水深，判别是自由出流，还是淹没出流。（自由出流）
（2）计算桥孔初始值： 取 (b =6.0m )
（3）复算求桥下临界水深，判别是自由出流，还是淹没出流。（仍为自由出流）
（4）计算桥前壅水深度 h =1.81m <
（4）确定桥孔径为6.0 m。
第9章。一、 选择题。
1. 渗流雷诺数可定义为（ a ）
ab. c.
2. 土壤的渗透系数与以下（ b ）无关。
a． 流体的种类 b. 流体的温度 c. 土壤的性质 d. 大气压强。
3. 当不透水层底坡，为（ a ）渗流。
a. 顺坡 b. 逆坡 c. 平坡。
4. 完全井为（ d ）。
a. 井深直达不透水层的潜水井； b.井深未达到不透水层的潜水井；
c. 井深直达不透水层的承压井 ； d.井深未达到不透水层的承压井。
二、 判断题。
1． 在渐变渗流中水力坡度线和浸润线重合。（ 正确 ）
2． 渗流模型中渗流流速与实际空隙中的平均流速是相等的。（ 错误 ）
3． 在无压渗流中，重力水的自由表面称为浸润线。（ 错误 ）
4． 达西定律是渗流中最基本的定律，它适用于所有的渗流。（ 正确 ）
三、 简答题。
1． 渗流模型是如何建立的，为什么可以如此建立？
答： 把包括土颗粒组成的骨架在内的整个空间看做渗流流场，认为流体在该流场作连续。
流动， 用虚拟的流速代替实际流速，称为渗流模型。
因为土壤颗粒组成的通道相当复杂，渗流运动要素不便于统计、量测，引入渗流模型概念，即把整个渗流流场看成流体的连续流动，可借用管流、明渠流建立的的概念。
2． 达西定律与裘皮幼公式的区别和联系。
答： 渗流达西定律表示为：,而裘皮幼公式可表示为：,裘皮幼。
公式表明渐变渗流中平均流速与点流速是相等的，即渗流的过流断面流速分布为矩形。
渗流达西定律与裘皮幼公式都适用于渗流层流。
四、 计算题。
1． 一渠道位于河道的上方（参考图9-6），渠道和河道之间有透水层，相距=200m，渠道右岸水深3.0m，河道左岸水深为4.0m，土层渗透系数=0.
001cm/s，不透水层底坡=0.003，按平面渗流处理，求单宽渠长的渗流量并绘制浸润线。
解：参考例题9.1
答案：单宽渗流量0.33.
绘制浸润线（略）
2． 如图所示为基坑排水，设4个普通完全井，圆形分布，圆的半径为30m，井径相同为0.2m，含水层厚h=10m，渗透系数=0.02cm/s，椐工程需要，基坑内中心水位降深s>3m，假设各井抽水量相同，求总的抽水量。
解： 此题为井群的水力计算，可直接用公式求解。
答案： 0.0984 m3/s。
第10章。一、选择题
1.重力相似模型中， 流速比尺等于几何比尺的( c )次方 。
a. 2 b. 1.5 c. 1 d. 0.5
2. 重力相似模型中， 流量比尺等于几何比尺的( a )次方 。
a. 2.5 b. 2 c. 1.5 d. 1
3. 重力相似模型中， 时间比尺等于几何比尺的( d )次方 。
a. 2 b. 1.5 c. 1 d. 0.5
二、判断题。
1. 凡是正确反映客观规律的物理方程式，必然是一个齐次量纲式。（正确 ）
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