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倒虹吸管的水力计算

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倒虹吸水力计算

倒虹吸水力计算

校核最小流量
vmin=Q小/w(vmin>1.2m/s)
0.138 0.075 40.000 0.009 0.750 0.184 0.484 0.400 1.098 0.126
0.100
75.699
0.014 0.084 0.500 0.000 0.000 0.100 75.000 0.760 0.000 0.000 0.000 9.000 0.014 0.100 0.000 0.600 0.037 0.121
谢才系数（手册第一册 p7/c2
沿程水头损失（m） hf＝λL*v2/(4R*2g)
(2)局部水头损失 ζj进口（查表3-3）
ζ门槽（单个为0.2）共两个
拦污栅栅条厚度s（m）
拦污栅间距b（m）
拦污栅的水头损失 拦污栅与水平面夹角a（度） 栅条形状系数β（查表3-5）
0.138 0.596
倒虹吸水力计算
1、初拟管道直径
设计流量Q(m3/s)
最小流量Qmin(m3/s)
倒虹吸总长度L(m)
材料糙率n
初选流速v'(m/s)
初选过水断面面积w'(m2)
初选管道直径D'(m)
倒虹管直径
确定出管道直径D(m)
设计流速v(m/s)
相应过水断面面积w(m2)
2、水头损失
（1）沿程水头损失
水力半径（m） R=D/4
ζ拦污栅＝β（s/b）4/3sina
弯道损失ζ弯道（查表3-7）
ζ旁通管（单个为0.1）共两个
明渠的断面面积（m2） w渠
w管/w渠
ζ出口（查表3-4）
ζ通气孔（《水力计算手册表1-3-4》）
总局部水头损失系数∑ζj

倒虹吸流量计算举例(精)

倒虹吸流量计算举例(精)
Q A 2gz2 0.509 2.27 19.6 0.491 2 7.17m3 / s
1 = =0.509 0.716 2.36 0.78
水力分析与计算
故倒虹吸管型式、尺寸及布设满足 设计过流能力要求。
小结、布置任务
小结：
1. 流量计算公式中各物理量理解、确定 2. 局部损失系数理解、确定
水力分析与计算
倒虹吸管过流能力校核
案例：
某水库干渠工程与河流相交。由于洪水位过高，拟建倒虹吸管 。其设计基本数据如下： 设计流量Q=7.17 m3/s；倒虹吸进口前设 拦污栅，管段有两弯段转角，第一、第二弯段转角均为30°急转弯 管；上下游渠道断面相同，底宽b=2.4m，边坡系数m=1.5，糙率 n=0.025，设计流量时水深h0=2.1m，进口渐变段末端底宽为4.5m ，拟设计双排管，管径1.7m，试校核渠道过流能力。
2
v Q / A 7.17 / 2 / 2.27 1.58m / s
1.582 z 2 0.716 2.36 0.78 0.491m 19.6
倒虹吸管过流能力校核
案例计算：
（2）流量系数计算 （3）流量计算

1 2 gLi A2 A2 A2 i A2 C 2 R A2 1 A2 i i i i 2
水力分析与计算
倒虹吸管过流能力校核
案例分析：
1.流量计算公式
Q A 2g z2
A 2 2 gL A 2 A2 v2 i z2 i 2 1 2 A Ci Ri Ai A2 2 g i
2'
水力分析与计算
倒虹吸管过流能力校核举例
主 讲 人： 王勤香

倒虹吸管过流能力校核举例讲义

倒虹吸管过流能力校核举例讲义

z
2
0.716
2.36 0.781.582
19.6

0.491m
案例计算：
倒虹吸管过流能力校核
（2）流量系数计算
பைடு நூலகம்（3）流量计算

1
i
A2 Ai2

2gLi Ci2 Ri
gAAi22
1
A2 A22
=
1
=0.509
0.716 2.36 0.78
水力分析与计算
Q A 2gz2 0.5092.27 19.60.4912 7.17m3 /s

2gLi Ci2 Ri
gAAi22
1
A2 A22
水力分析与计算
A、 Ai—管道出口断面及计算管段断面
面积；
ζi——为管道某一局部能量损失系数， 不包括管道出口处但包括管道进口处；
Ci、Ri、Li——分别为管身计算段水流 的谢才系数、水力半径和管长。
倒虹吸管过流能力校核
案例计算：
（1）倒虹吸进出口水面落差值Δz2
水力分析与计算
案例：
倒虹吸管过流能力校核
某水库干渠工程与河流相交。由于洪水位过高，拟建倒虹吸管
。其设计基本数据如下： 设计流量Q=7.17 m3/s；倒虹吸进口前设 拦污栅，管段有两弯段转角，第一、第二弯段转角均为30°急转弯 管；上下游渠道断面相同，底宽b=2.4m，边坡系数m=1.5，糙率 n=0.025，设计流量时水深h0=2.1m，进口渐变段末端底宽为4.5m ，拟设计双排管，管径1.7m，试校核渠道过流能力。
ζ拦=1.83×(1.6/18)4/3sin80°=0.072
拦
A2 A22

倒虹吸水力计算——公式

倒虹吸水力计算——公式
倒虹吸水力计算
序号
计算参数
1 初拟管道直径 1.1 设计流量
1.2 最小流量 1.3 倒虹吸总长度 1.4 材料糙率 1.5 初选流速 1.6 初选过水断面面积
1.7 初选管道直径 1.8 确定管道直径D 1.9 设计流速
#### 相应过水断面面积
2 水头损失
2.1 沿程水头损失
22..11.. 22.1. 3
hf
L V2 D 2g
ζj进口
ζ拦污栅＝β（s/b） 4/3sina
拦污栅栅条厚度
s
m
拦污栅间距
b
拦污栅与水平面夹角 α
栅条形状系数
2.2. 32.2. 4
闸槽损失系数 弯道损失
β ζ门槽 ζ弯道
2.2. 5
管道入明渠损失系数
ζ出口
w渠
w管/w渠
ζ出口（查表3-4）
2.2. 6 2.2. 7
ζ通气孔（《水力计算手册表
5.1 流量系数
Q小 Vmin V允
m
5.2 设计流量
Q设
m
hj
V2 2g
m
hw hf hj
m
m3/s m/s m/s
vmin=Q小/w
m
1
L / D
m3/s
Q mA 2gZ
0.608 0.754 0.850 0.754
5.000 1.592
1.20
0.827 9.99
水力半径 谢才系数 能量损失系数
沿程水头损失
2.2 局部水头损失
2.2. 1
进口损失系数
2.2. 2
拦污栅损失系数符号Fra bibliotek单位Q
m3/s
Qmin m3/s

倒虹吸水面落差计算.

倒虹吸水面落差计算.

z z1 z2 z3
方头形 直线扭曲面形
（1）倒虹吸进口水面降落值Δz1
v22 v12 z1 (1 1 ) 2g
v1、v2——分别为进口渐变段首、末端断面平均流速； ζ1——进口渐变段局部水头损失系数，查表确定
水力分析与计算
倒虹吸水面衔接分析计算
案例分析： 2.水面落差△z计算
水力分析与计算
倒虹吸管水面衔接分析计算
主 讲 人： 王勤香 黄河水利职业技术学院
2014.10
水力分析与计算
水力分析与计算
倒虹吸水力分析与计算
一、倒虹吸管水力分析
△z
1
△z
2
△z
3
z z1 z2 z3
二、倒虹吸管水力计算内容
（1）选择适宜的流速，确定管径； （2）已知管径、管道布设，校核过流能力； （3）确定下游渠道水位和渠底高程（求水面总落差）。
渐变段型式 反弯扭曲面形 1/4圆弧 方头形 直线扭曲面形
ζ1 0.1 0.15 0.3 0.05~0.3
ζ2 0.2 0.2 0.7 0.3~0.5
z z1 z2 z3
（2）倒虹吸出口水面上升值Δz3 v3、v4——出口渐变段首、末端断面平均流速 ζ2——出口渐变段局部水头损失系数 v42 z3 (1 2 ) 2g
倒虹吸水面衔接分析计算
案例分析：
（3）倒虹吸进出口水面落差值Δz2
A 2 2 gLi A 2 v2 v2 v22 z2 i ( ) 2 ( ) Ci Ri Ai 2g 2g Ai
2'
2'
A 2 2 gL A 2 A2 v2 i A、 Ai—管道出口断面及计算管段断面面积； z2 i 2 1 2 A Ci Ri Ai A2 2 g i

倒虹吸管设计—倒虹吸的水力计算

倒虹吸管设计—倒虹吸的水力计算

（a）进口设消力池；
（b）进口设斜坡段
倒虹吸管水力计算
——倒虹吸管水力计算的任务
倒虹吸管为压力流，其流量按有压管流公式进行计算。倒虹吸管 水力计算是在渠系规划和总体布置的基础上进行，其上下游渠道的水 力要素、上游渠底高程及允许水头损失均为已知。
水力计算的主要任务是： 确定管道的横断面尺寸与管数； 水头损失计算、过流能力校核； 下游渠底高程的确定； 进出口的水面衔接计算。
式中 Hd—下游渠底高程（m）； Hu—上游渠底高程（m）； hu—上游渠道水深（m）； hd—下游渠道水深（m）； hw—总水头损失（m）。
04
进出口水面衔接计算
通过加大流量时，进口水面可能壅高，验算进口的壅水高度是否超过 挡水墙顶和上游堤顶，有无一定的超高值。若有，应通过计算，加大挡水 墙顶及上游堤顶的高度，增加超高值。
3.横断面尺寸的确定
倒虹吸管横断面尺寸主要取决于管内流速的大小，管内流速应根据
技术经济比较和管内不淤条件确定，管内的最大流速由允许水头损失控
制，最小流速按挟沙流速确定。工程实践表明，倒虹吸管通过设计流量
时，管内流速一般为1.5～3.0m/s。有压管流挟沙流速可按下式计算：
Vnp
[w0 6
4
4Qnp
在实际工程中，倒虹吸管的水力计算主要包括以下几种情况： ➢ 根据需要通过的流量和允许的水头损失，确定管道的断面形状和尺寸； ➢ 由允许的水头损失和初拟的断面尺寸，校核能否通过规定的流量；
➢ 由需要通过的流量及拟定的管内 流速，校核水头损失是否超过允 许值。
倒虹吸管水力计算
——倒虹吸管水力计算的方法
为了避免在管内产生水跃，可根据倒虹吸管总水头损失的大小，采 用不同的进口结构型式。

倒虹吸管的水力计算

钢管管壁的应力用三向强度理论平面应力重叠法计算。
其他各种预制管 一般是按照设计要求，选用厂家生产的各种定型产 品而不单独进行结构计算。
28 | 倒虹吸管
镇墩
荷 载：
镇墩自重、水管在转弯段由内水压 力引起的轴向力、管道弯曲段水流 离心力及水重、土压力等。由管道 传给镇墩上的荷载有：管道自重、 管内水重、管道上填土压力、管道 摩擦力、河道水面以下管道浮力、 水流对管壁的摩擦力以及因温度影 响而产生的轴向力等。
21 | I倒虹吸管
22 | 倒虹吸管
倒虹吸管管径根据选定的流速按下式计算确定：
D 4Q v
式中
D—管径（m）； Q—流量（m3/s）； V—流速（m/s）。
23 | 倒虹吸管
倒虹吸管的输水能力按压力流计算，其计算公式为：
QmA 2gz
式中
Q—流量（m3/s）； A—倒虹吸管的断面积（m2）； Z —上、下游水位差（m）； μ—流量系数。
镇墩为重力式结构，靠自重维持 其稳定。对于结构计算，主要应 验算基础承载力和验算抗滑、抗 倾覆的稳定性。
镇墩除验算基础应力外，对墩身 亦应选择危险断面验算其最大及 最小应力。
29 | 倒虹吸管
谢谢大家！
倒虹吸管总的水头损失按下式计算：
hw ( 0
l ) v2
D 2g
24 | 倒虹吸管
式中 0 -出口损失系数 ； -局部损失系数总和； l -沿程摩擦损失系数；
D
倒虹吸管的结构计算
荷 载： 管身自重、管内水重、土压力(铅直土压力和水平土压力)，内 水压力、外水压力、管道弯曲段水流离心力、地面荷载、地 基支承反力、由于温度变化和混凝土干缩引起的内力以及地 震荷载等。

倒虹吸管设计计算

倒虹吸管设计计算一、倒虹吸管总体布置（根据地形和当地需水量情况确定）1•布置原则；P132•布置型式；｛地面式（露天或浅埋式）、架空式｝3•管路布置；（斜管式和竖井式）4•进口段布置；｛渐变段、拦污栅、节制闸、连接段（进水口、通汽孔）、沉沙、冲沙及泄水设施｝5•出口段布置；（设消力池）二、倒虹吸管的构造1.管身构造；（钢筋混泥土管、钢管、铸铁管）2•支承结构；（管座、镇墩、支墩）三、倒虹吸管的水力计算1.管道断面尺寸的确定；①灌溉面积的确定：（根据土地利用参加够调整表查出整理后土地的灌溉面积。

）②补水量的计算：项目区水田和旱地需水量除去项目区降雨量即为需补给水量。

项目区分为水田和旱地，主要农作物为水稻、玉米、油菜，各种农作物所在区需水量不同。

根据贵州省《灌溉用水定额》编制分区图：项目区属I区，灌溉定额根据贵州省灌溉用水定额编制I区水稻净定额为270m3/亩，毛灌溉定额为644 m3/亩需水量公式W需二M毛An叫一一农业生产总需水量，m3；M毛--综合毛灌溉定额，m3；A ——灌溉面积，亩；n——农作物复种指数，采用综合灌溉定额时，已经考虑了复种指数，可不再计入。

M净--作物净灌溉定额，m3/亩；I区渠系水利系数为0.465; 田间水利用系数--灌溉水利用系数。

为0.95,故灌溉水利用系数为0.465X 0.95 得0.44。

③.流量计算根据当地全年水田需水量表、旱地需水量表和全年降雨量表查出全年需水量和降雨量的最大值和最小值，计算出最大补水量和最小补水量，以推出其流量。

④.确定尺寸；D o =J4Q/—（圆管）设计流速，m/s。

2•管壁厚度的拟定内水压力，的15 %〜30 %o高水头取大值，低水头取小值;焊缝系数，一般为0.90〜0.95,双面对接焊缝取0.95，单面对接取0.90;钢材的允许应力上'应力区域荷载组膜应力区局部应力区备注基本特殊基本特殊-s为钢材屈服强D o管道内径，m;Q —倒虹吸管设计流量，m3/s ；取单位长度承受较大内水压力P的管道管壁中环向拉应力为PDK 1 —06- 2t SgHD。

倒虹水利计算

倒虹水利计算倒虹管的水力计算倒虹管的水头损失由以下四部分组成：进口局部水头损失=H1=ε1v2/2g ε1—系数，一般ε1=0.5出口局部水头损失=H2=ε2v2/2g ε2—系数，一般ε2=1.0弯头局部水头损失=H3=ε3v2/2g θ=30°，ε=0.10-0.55,一般用0.30沿程水头损失=H4=i*L总水头损失H=H1+H2+H3+H4钢管和铸铁管的水力坡降的确定：当V≥1.2m/s时； i=0.00107V2/D1.3当V＜1.2m/s时； i=0.000912 V2（1+0.867/V）0.3/D1.3输入进水井流量求出流速后，根据流速的大小进行相应的计算当V≥1.2m/s时，水头损失计算如下：管径（mm) 进水井流量(L/S)水力坡降(i)流速(m)倒虹管长度(m) 400.00000160.000.00571 1.2730040.00当V＜1.2m/s时水头损失计算如下：管径（mm) 进水井流量(L/S)水力坡降(i)流速(m)倒虹管长度(m) 600.00000210.000.001230.7425840.00塑料管的水力坡降的确定：i=0.000915Q1.774/D4.774管径（mm) 进水井流量(L/S)水力坡降(i)流速(m)倒虹管长度(m) 400.00000200.000.00418 1.5912540.00注：表格中深色填充的数据需要手动输入。

进口局部水头损失(m)出口局部水头损失(m)弯头局部水头损失0.041340.082680.09922进口局部水头损失(m)出口局部水头损失(m)弯头局部水头损失0.014070.028130.03376进口局部水头损失(m)出口局部水头损失(m)弯头局部水头损失0.064590.129190.15503沿程水头损失(m)总水头损失(m) 0.228260.45149沿程水头损失(m)总水头损失(m) 0.049290.12525沿程水头损失(m)总水头损失(m) 0.167210.51602。

倒虹吸管的水力计算

进口段包括进水口、闸门、启闭台、拦污栅、通气管及渐变段，对于1～ 3级倒虹吸管，进口前的渠道一侧应设泄洪闸（或溢流堰）。多泥沙渠道， 尚应设沉沙及冲沙设施。
进口渐变段长度可取上游渠道设计水深的3～5倍。
倒虹吸管出常设置消力池（可结合渐变
段布置），用以调整出口水流的流 速分布，池长一般为渠道设计水深 的3~4倍，低于下游渠底的池深（cm）
镇墩为重力式结构，靠自重维持 其稳定。对于结构计算，主要应 验算基础承载力和验算抗滑、抗 倾覆的稳定性。
镇墩除验算基础应力外，对墩身 亦应选择危险断面验算其最大及 最小应力。
29 | 倒虹吸管
谢谢大家！
当渠道与河流或道路相交，且渠道水位与河水位或路面接近同一标高， 不能采用渡槽、涵洞等 。
倒虹吸管与渡槽相比，具有工程量少、施工方便、节约劳力及材料、造 价低等优点；其缺点是水头损失大，维修管理不便。
斜管式
10 | 倒虹吸管
倒虹吸管进出口布置应满足水力条件良好、运用可靠以及稳定、防渗、防 冲、防淤等要求。
图 镇墩与管端的连接 (a)刚性连接；(b)柔性连接
白水寨压力钢管镇墩
19 | I倒虹吸管
倒虹吸管的水力计算
倒虹吸管的水力计算是根据已定的渠道流量、流速、进口渠底高程，在 水头损失许可范围内选定合理的管径，并进行出口渠底高程和进出口水 面衔接计算等。
当通过设计流量时，管内流速通常为1.5~3.0m/s，最大可达4m/s。
13 | I倒虹吸管
为适应地基不均匀沉降而引起的弯曲变形和由于温度降低和混凝土凝固 而引起的纵向收缩变形，管道应设置永久性伸缩缝，缝间设止水。
缝的间距，土基上宜取15~20m；岩基上可取10~15m。露天管取小值， 完工时及时填土的埋置管可取大值。
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倒虹吸水力计算（钢管D=1.8m）
1、初拟管道直径
设计流量Q
6.710
倒虹吸总长度L
334.410
材料糙率n
0.012
初选流速v'
2.650
初选过水断面面积w'
2.532
初选管道直径D'
1.796
确定出管道直径D
1.800
设计流速v
2.637
相应过水断面面积w
2.543
2、水头损失
R=D/4
0.450
钢管管壁厚度除应满足强度要求外，还需满足稳定性要求，管壁
维持稳定的最小厚度为：
对于φ1800管径
故所选壁厚满足抗外压稳定要求，即钢管在外部压力作用，若管内出现负压也不会失稳。
0.324
ζ旁通管（单个为0.1）
0.100
w渠
9.560
w管/w渠
0.328
ζ出口
0.540
ζ进人孔
0.100
总局部水头损失系数∑ζj
1.564
总局部水头损失hj＝∑ζjv2/2g
0.364
总水头损失z＝hj+hf
1.229
允许水头损失
1.990
3、校核流量
Q＝w(2gz)0.5/(λL/D+∑ζj)
2.650
初选过水断面面积w'
2.532
初选管道直径D'
1.796
确定出管道直径D
1.900
设计流速v
2.367
相应过水断面面积w
2.834
2、水头损失
R=D/4
0.475
（1）沿程水头损失
C=R1/6/n
58.888
λ=8g/c2
0.023
hf＝λL*v2/(4R*2g)
1.137
(2)局部水头损失
ζj进口
0.250
ζ门槽
0.100
拦污栅栅条厚度s
0.030
拦污栅间距b
0.100
拦污栅与水平面夹角a
80.000
栅条形状系数β
0.760
ζ拦污栅＝β（s/b）4/3sina
0.150
弯道损失：ζ弯道=0.073+0.073+0.073+0.071+0.034
0.324
ζ旁通管（单个为0.1）
0.100
1、初拟管道直径
设计流量Q
6.710
倒虹吸总长度L
334.410
材料糙率n
0.015
初选流速v'
2.650
初选过水断面面积w'
2.532
初选管道直径D'
1.796
确定出管道直径D
2.000
设计流速v
2.136
相应过水断面面积w
3.140
2、水头损失
R=D/4
0.500
（1）沿程水头损失
C=R1/6/n
59.393
λ=8g/c2
0.022
hf＝λL*v2/(4R*2g)
0.865
(2)局部水头损失
ζj进口
0.250
ζ门槽
0.100
拦污栅栅条厚度s
0.030
拦污栅间距b
0.100
拦污栅与水平面夹角a
80.000
栅条形状系数β
0.760
ζ拦污栅＝β（s/b）4/3sina
0.150
弯道损失：ζ弯道=0.073+0.073+0.073+0.071+0.034
0.100
总局部水头损失系数∑ζj
1.564
总局部水头损失hj＝∑ζjv2/2g
0.554
总水头损失z＝hj+hf
2.071
允许水头损失
1.990
所选管径不能满足要求
倒虹吸水力计算（预应力砼管D=1.9m)
1、初拟管道直径
设计流量Q
6.710
倒虹吸总长度L
334.410
材料糙率n
0.015
初选流速v'
（1）沿程水头损失
C=R1/6/n
72.949
λ=8g/c2
0.015
hf＝λL*v2/(4R*2g)
0.971
(2)局部水头损失
ζj进口
0.250
ζ门槽
0.100
拦污栅栅条厚度s
0.030
拦污栅间距b
0.100
拦污栅与水平面夹角a
80.000
栅条形状系数β
0.760
ζ拦污栅＝β（s/b）4/3sina
1.525
允许水头损失
1.990
3、校核流量
Q＝w(2gz)0.5/(λL/D+∑ζj)
6.707
所选管径能满足要求
倒虹吸水力计算（预应力砼管D=1.8m)
1、初拟管道直径
设计流量Q
6.710
倒虹吸总长度L
334.410
材料糙率n
0.015
初选流速v'
2.650
初选过水断面面积w'
2.532
初选管道直径D'
拦污栅间距b
0.100
拦污栅与水平面夹角a
80.000
栅条形状系数β
0.760
ζ拦污栅＝β（s/b）4/3sina
0.150
弯道损失：ζ弯道=0.073+0.073+0.073+0.071+0.034
0.324
ζ旁通管（单个为0.1）
0.100
w渠
9.560
w管/w渠
0.266
ζ出口
0.540
ζ进人孔
6.707
所选管径能满足要求
管壁确定：
管壁厚度公式计算：
式中δ—管壁厚度（mm）
H—包括水击压力值的设计水头（m）；
D—钢管内径（m）；
[σ]—钢材允许应力，[σ]=0.55σs×75%（kg/cm2）,
σs=2400kg/cm2;
φ—接缝坚固系数，φ取0.9。
经计算，钢管计算厚度为12mm，再加上2mm的锈蚀及磨损厚度，钢管能满足结构强度要求，故选择壁厚为δ=14mm的钢管。
0.150
弯道损失:ζ弯道=0.073+0.073+0.073+0.071+0.034
0.324
ζ旁通管（单个为0.1）
0.100
w渠
9.560
w管/w渠
0.266
ζ出口
0.540
ζ进人孔
0.Hale Waihona Puke 00总局部水头损失系数∑ζj
1.564
总局部水头损失hj＝∑ζjv2/2g
0.554
总水头损失z＝hj+hf
1.796
确定出管道直径D
1.800
设计流速v
2.637
相应过水断面面积w
2.543
2、水头损失
R=D/4
0.450
（1）沿程水头损失
C=R1/6/n
58.359
λ=8g/c2
0.023
hf＝λL*v2/(4R*2g)
1.517
(2)局部水头损失
ζj进口
0.250
ζ门槽
0.100
拦污栅栅条厚度s
0.030
w渠
9.560
w管/w渠
0.296
ζ出口
0.540
ζ进人孔
0.100
总局部水头损失系数∑ζj
1.564
总局部水头损失hj＝∑ζjv2/2g
0.447
总水头损失z＝hj+hf
1.584
允许水头损失
1.990
3、校核流量
Q＝w(2gz)0.5/(λL/D+∑ζj)
6.707
所选管径能满足要求
倒虹吸水力计算（预应力砼管D=2.0m)