水力学与桥涵水文课后习题问题详解.doc

'水力学与桥涵水文课后习题答案第一章习题1.1解：水温为30度时水的密度质量重力1.2解：密度重度1.3解：4℃时水的密度为1000()100℃时水的密度为958.4()假定1000kg的水则体积增加百分比为1.4解：压缩系数弹性系数1.5解：运动粘滞系数为动力粘滞系数与密度的比值1-8解：剪切力不是均匀分布， 积分后得1.9解：，，，，接触面面积作用力第二章习题2-2解：玻璃管的自由表面为等压面，液体的质量力包括重力、一个虚构的方向向左的惯性力，所以单位质量力的三个分量为：，带入液体平衡微分方程有：积分得：当时，当，从而有，得2-3解：1-1面为等压面，并且大气相通，相对压强为0，有所以得水下0.3m处相对压强绝对压强真空度 测压管水头2-4解：2点与大气连通，相对压强，所以，所以3点和4点压强相等，所以有2-8解：设水的作用力为，作用点距C点的斜长为设油的作用力为，作用点距B点的斜长为根据已知条件有：合力 对B点求距之和与合力P对B点求距相等，因而有得算法二：压强分布图分三部分，两个三角形，一个矩形得2-9解：设左边静水总压力为，作用点距水闸底距离（斜长）为，右边静水总压力为，作用点距水闸底距离（斜长）为，，，由题意知，当，对点力矩相等时，闸门将会自动打开，所以有 则，2-10解：此题只可采用解析法求解面积P和F对o点力矩相等时，F即为所求所以2-11解：（方向向右）（方向向左）所以（方向向右）（方向向上）（为圆柱）所以 角度2-12解：由题意画压力体图得知压力体为一个圆柱减一个半球（作用力方向向上）2-13 2-14(a) (b) (c) (d) 第三章习题容简单回顾：水力学三大方程1.连续方程：总流各断面所通过的流量是相同的，（对理想液体和实际液体的各种流动状态都适用）表达式为：，或者2.能量方程：表示过水断面上单位重量液体具有的势能；表示过水断面上单位重量液体具有的平均动能；表示在1、2两过水断面之间单位重量液体的平均水头损失。注意“能量方程的适用条件及注意事项”同一断面上任何点的值相等，具体选择那一点，以计算方便为宜。习题3.93.动量方程：进行代数运算时，分解为三个方向的标量方程式注意应用注意事项：外力包含液体重量；流出动量减去流入动量，不可颠倒；都是矢量，所以必须先明确坐标轴的正向；求出闸门对水流的作用力后，那么，“水流对闸门的作用力与大小相等，方向相反”，这句话不可省略，需要说明。3-1解：所以有得3-4解：当管道和差压计中均为水时有当管道中为水差压计中为水银时有当管道中为油，差压计中为水银时有 3-5解：（1）1-1和2-2断面列连续方程，，得假设水流从1到2，1-1和2-2断面列能量方程得3.684m>0，所以假设成立，水流从1流到23-6解：（1）列连续方程，，（2）列能量方程得3-7解：（1）列连续方程，得（2）列能量方程水平放置文丘里流量计，得 3-8解：列能量方程得3-9解：A-C断面列能量方程得得B-C断面列能量方程管道直径相同，有得3-10解：自由表面与B断面列能量方程 得自由表面与A断面列能量方程得3-11解：根据连续方程，得设闸墩对水流的作用力为R(方向向左)列动量方程得那么水流对闸墩的作用力（方向向右）3-12解： 列能量方程得则压力列动量方程得（方向向左）则每个螺栓受到的拉力（方向向右）3-13解：，列能量方程得， 列动量方程得（方向向左）则（方向向右）3-14解：，，得，列能量方程得则列动量方程（向左）（向上）则（向右）（向下） 所以如果G＝20Kg时（向上）（向下）所以第四章习题容简单回顾：1.湿周、水力半径概念及计算湿周：断面上液体与固体边界所接触的周线长，水力半径：过水断面面积与湿周的比值，即以梯形为例：梯形底宽，高，底坡，面积，湿周水力半径2.满宁公式、才公式，3.沿程水头损失计算计算公式： 对于圆管，，4.局部水头损失计算产生局部水头损失的情况有：（1）流动断面改变；（2）流动方向改变；（3）流道中有障碍物（如闸、阀、栅、网等）；（4）流动中有流量的汇入或分出。计算公式：一般需要记住进口水头损失系数的，出口的水头损失系数4-1解：雷诺数，随管径的加大，雷诺数会减小，，，所以随管径增加，雷诺数会减小。4-2解：沿程水头损失，，（1），当流速相等时，，，所以（2）如果两管中的雷诺数相等，则，所以4-3解：水温为10℃时，运动粘滞系数>2300,流动为紊流，则临界流速4-12解：得，流速流量4-13解：，得 得或者，那么得4-14解：1-1和2-2列能量方程得流速流量4-15解：列能量方程得流量解第二个弯头处压强最低列能量方程得4-16解：列能量方程得 蓄水池自由表面与吸水井自由表面列能量方程第五章习题容简单回顾：1.底坡：单位长度渠底高程减小值2.水力最佳断面：在底坡、糙率和过水断面面积一定的条件下，能使渠道的输水能力最大的断面形状称为水力最佳断面。工程中最常用的是梯形断面形状，经推导梯形断面水力最佳断面的宽深比，水力最佳断面的宽深比仅是的函数，当时，断面为矩形，此时，说明矩形水力最佳断面底宽为水深的2倍。3.梯形断面渠道水力计算（2）种情况，可求得面积湿周水力半径，一个未知数，即可求得（3）种情况两个未知数，一般要加附加条件，下面按附加条件为“水力最佳断面”来讲 水力最佳断面宽深比，建立关系，然后面积湿周水力半径4.水面线的定性分析正常水深线；临界水深线；与线一般不重合，在临界坡时与线重合位于之上；；。下标1――，缓坡；下标2――，急坡；下标3――，临界坡；下标0――，平坡；――i<0,逆坡。 底坡按跟0的比较关系可以分为5-4解：解得解得i=0.373‰5-6解：宽深比矩形时，，面积湿周水力半径流量5-7解：宽深比，0.828 根据下列公式：h(m)x(m)A(m2)RR2/3ii1/2Q(m3/s)1.0003.656431.828000.499940.629910.00040.021.151480.9803.583301.755610.489940.621480.00040.021.091080.9603.510171.684680.479940.613000.00040.021.032710.9553.491891.667180.477440.610870.00040.021.018430.9453.455321.632450.472440.606600.00040.020.990240.9503.473611.649770.474940.608740.00040.021.00427根据试算得5-8解：面积湿周水力半径流速流量5-9解：根据解得联立求解，得 5-10解：5-12解：按水力最佳断面，水深h，面积，湿周，水力半径流量hARQ1.000460.6666666675.3868905531.1004.46.20.7096774196.1777785221.2004.86.40.756.9923165271.3005.26.60.7878787887.8279603231.4005.66.80.8235294128.6825328791.3405.366.680.802395218.1676291011.3205.286.640.7951807237.997424546经试算求得正常水深所以湿周水力半径临界水深所以水流为缓流 临界底坡,所以水流为缓流佛汝德数，所以水流为缓流微波流速流速，所以水流为缓流5-18 第七章习题7-11解：已知流域面积，多年平均流量，多年平均降雨量。多年平均年径流总量年径流深年径流系数年径流模数7-12解：全河流平均比降关于平均比降的推导：根据各梯形面积之和与整个梯形面积相等 ，那么，代入上式得所以得特征点ABCDEF河口河底高程(m)2411411069176665651起点距(km)01025436590120140　i1i2i3i4i5i6i7　　0.010.002330.000830.000680.00040.000330.00025　千分之i　102.333330.833330.681820.40.333330.25　　(h0+h1)l1(h1+h2)l2(h2+h3)l3(h3+h4)l4(h4+h5)l5(h5+h6)l6(h6+h7)l7　　382000037050003546000367400035500003660000214000024095000平均比降i0.00050077　　　　　　　平均水深86.0535714　　　　　　　第九章习题9.11序号年份流量x-xi(x-xi)2(x-xi)3流量（大-小）p119752270625.7391500.524496185730250.045455219761750105.711172.491180932.228050.09090931977480-1164.31355594-1.578E+0925700.13636441978720-924.3854330.5-78965767222700.18181851979840-804.3646898.5-52030045619600.2272736198028051160.713472241.564E+0918400.272727719811960315.799666.493146471117500.318182819821840195.738298.497495014.517100.363636919831460-184.333966.49-6260024.116800.4090911019841550-94.38892.49-838561.8116000.4545451119852570925.7856920.579325129815800.5121986171065.74316.49283593.3915500.5454551319871600-44.31962.49-86938.30715100.5909091419881490-154.323808.49-367365014900.6363641519891280-364.3132714.5-4834788914600.6818181619901510-134.318036.49-2422300.613100.72727317199130251380.719063322.632E+0912800.7727271819921100-544.3296262.5-16125567311000.8181821919931310-334.3111756.5-373601958400.863636 201994168035.71274.4945499.2937200.9090912119951580-64.34134.49-265847.714800.954545均值　1644.29　81450642.126E+09　　均方差　　　638.1639　　　Cv　　　0.38811　　　Cs　　　　0.4543923　　ø(p=1)2.65　　　　　　Qp3335.4　　　　　　　　　　　　　　csø(p=1)　　　　　　0.42.62　　　　　　0.52.68　　　　　　0.452.65　　　　　　9.12根据A与B站的11对同期观测资料建立A与B直线方程，（以B为y，以A为x），根据方程延长B站资料年份AB19821271301985198136198615454198744321989242619902721199118418219923018199354461994715619959876 延长后数据年份AB197912292.928819805442.56121981109.9704198212713019833629.228619846752.190319851981361986154541987443219886953.67171989242619902721199118418219923018199354461994715619959876也可以按序号yxy-yix-xi(y-yi)2(x-xi)2（y-yi）（x-xi）113012759.435.13528.361232.012084.94213619865.4106.14277.1611257.216938.94354154-16.662.1275.563856.41-1030.8643244-38.6-47.91489.962294.411848.9452624-44.6-67.91989.164610.413028.3462127-49.6-64.92460.164212.013219.047182184111.492.112409.968482.4110259.9481830-52.6-61.92766.763831.613255.9494654-24.6-37.9605.161436.41932.34105671-14.6-20.9213.16436.81305.141176985.46.129.1637.2132.94均值70.636491.909　　　　　和　　　　30044.5641686.9130875.64相关系数r0.87244　　　　　　a0.74066　　　　　　b2.56339　　　　　　y=0.7407x+2.5634　　　　　 求得线性方程，即可延长数据。第十一章习题11.7数据与9.11相同序号年份流量x-xi(x-xi)2流量（大-小）频率p119752270625.7391500.530250.045455219761750105.711172.4928050.09090931977480-1164.3135559425700.13636441978720-924.3854330.522700.18181851979840-804.3646898.519600.2272736198028051160.7134722418400.272727719811960315.799666.4917500.318182819821840195.738298.4917100.363636919831460-184.333966.4916800.4090911019841550-94.38892.4916000.4545451119852570925.7856920.515800.5121986171065.74316.4915500.5454551319871600-44.31962.4915100.5909091419881490-154.323808.4914900.6363641519891280-364.3132714.514600.6818181619901510-134.318036.4913100.72727317199130251380.7190633212800.7727271819921100-544.3296262.511000.8181821919931310-334.3111756.58400.863636201994168035.71274.497200.9090912119951580-64.34134.494800.954545均值　1644.286　8145064　　均方差　　　638.1639　　Cv　　　0.38811　　 第一次适线 第一次适线 第三次适线最终选用第三次适线结果， 11.8由题意可知，特大洪水项数，实测系列中特大洪水项数，实测系列从1964年开始，但是是个不连续系列，因而实测期为实测数据实有项数，本题目实测期序号年份流量（大-小）序号PM=M/(N+1)（m-l）/(n-l+1)Pm=PMa+(1-PMa)((m-l)/(n-l+1))频率1192583010.0139　　1.38892195475620.0278　　2.77783196472030.0417　　4.16674196570040.0556　　5.5556519696503　0.03850.09199.1880619706454　0.07690.128212.8205719716355　0.11540.164516.4530819726306　0.15380.200920.0855919736267　0.19230.237223.71791019746188　0.23080.273527.35041119756169　0.26920.309830.982912197761010　0.30770.346234.615413197860011　0.34620.382538.247914197958012　0.38460.418841.880315198057213　0.42310.455145.512816198256814　0.46150.491549.145317198353015　0.50000.527852.777818198452216　0.53850.564156.410319198550017　0.57690.600460.042720198649218　0.61540.636863.675221198748319　0.65380.673167.307722198848020　0.69230.709470.940223198947021　0.73080.745774.572624199045022　0.76920.782178.205125199144023　0.80770.818481.837626199242024　0.84620.854785.470127199340525　0.88460.891089.102628199438226　0.92310.927492.735029199537027　0.96150.963796.3675均值 序号　流量xi-x(xi-x)2　1830285.981738.81　2756211.944901.61　3720175.930940.81　4700155.924304.811818865650105.911214.81　6645100.910180.81　763590.98262.81　863085.97378.81　962681.96707.61　1061873.95461.21　1161671.95169.61　1261065.94342.81　1360055.93124.81　1458035.91288.81　1557227.9778.41　1656823.9571.21　17530-14.1198.81　18522-22.1488.41　19500-44.11944.81　20492-52.12714.41　21483-61.13733.21　22480-64.14108.81　23470-74.15490.81　24450-94.18854.81　25440-104.110836.81　26420-124.115400.81　27405-139.119348.81　28382-162.126276.41　29370-174.130310.81194189.5 经适线选定，作为最终结果那么'