泄洪洞洞頂余幅與補(bǔ)氣洞通氣平衡特性分析

王孝群，練繼建，杜帥群，邵 楠，張 劍

(1.河北工程大學(xué)水利水電學(xué)院，河北 邯鄲 056038；2.河北省智慧水利重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 邯鄲 056038；3.天津大學(xué)水利工程仿真與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072；4.中國(guó)電建集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550081)

泄洪洞通風(fēng)補(bǔ)氣問(wèn)題是工程界一直十分關(guān)注的問(wèn)題，尤其對(duì)于我國(guó)高壩工程中的高水頭長(zhǎng)泄洪洞，通風(fēng)洞內(nèi)的風(fēng)速超過(guò)規(guī)范的現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮。在泄洪洞無(wú)壓段，水流拖曳其上方洞頂余幅空間內(nèi)的空氣流向下游并由泄洪洞出口流出，導(dǎo)致洞頂余幅空間內(nèi)形成真空負(fù)壓，為此實(shí)際工程中通常在無(wú)壓段設(shè)置補(bǔ)氣洞。在外部大氣壓與洞頂余幅內(nèi)的真空負(fù)壓之間的壓差驅(qū)動(dòng)作用下，一定量的空氣由補(bǔ)氣洞流入洞頂余幅，從而改善洞頂余幅內(nèi)的氣流氣壓條件。然而若通氣孔設(shè)置不合理，泄洪洞通風(fēng)不暢，可能導(dǎo)致洞內(nèi)負(fù)壓過(guò)大，進(jìn)而可能引起閘門振動(dòng)[1-2]、加劇水流紊動(dòng)或增大空化空蝕破壞[3]風(fēng)險(xiǎn)。

過(guò)去的補(bǔ)氣洞設(shè)計(jì)中，首先利用經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)測(cè)泄洪洞需氣量，再根據(jù)需氣量預(yù)測(cè)結(jié)果確定補(bǔ)氣洞的尺寸。韓立[4]對(duì)以往研究中提出的各種泄洪管道需氣量預(yù)測(cè)公式進(jìn)行了總結(jié)。然而，以往研究提出的公式大多數(shù)來(lái)自于特定工程的實(shí)測(cè)資料或模型試驗(yàn)，僅僅將泄洪洞需氣量與泄洪流量、水流弗勞德數(shù)等相關(guān)聯(lián)，計(jì)算公式相對(duì)簡(jiǎn)單，應(yīng)用于實(shí)際工程時(shí)誤差較大[5]。此外，三維數(shù)值模擬是泄洪洞通風(fēng)補(bǔ)氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的另一種輔助決策方法，Yazdi等[6]采用VOF方法對(duì)明流管道的通氣量進(jìn)行了數(shù)值模擬，研究了不同工況下洞內(nèi)的氣流流速分布并給出了計(jì)算公式，基于此給出了通氣孔尺寸設(shè)計(jì)的計(jì)算方法；李美玲等[7]通過(guò)三維數(shù)值模型模擬了通風(fēng)面積對(duì)泄洪洞需氣量的影響，給出了需氣量隨通氣孔面積的變化規(guī)律；Salazar等[8]采用顆粒有限元法(PFEM)模擬了西班牙Susqueda大壩工程底孔泄流中的水-氣相互作用，通過(guò)模擬計(jì)算不同的閘門開度工況，可得到Sharma[9]在試驗(yàn)中觀測(cè)到的各種流態(tài)，且最大需氣量出現(xiàn)在80%的閘門開度工況，這與前人的研究結(jié)果相符[10]。Wei等[11]利用VOF模型模擬了一個(gè)矩形斷面有壓接無(wú)壓泄水管道及其通風(fēng)結(jié)構(gòu)，研究了來(lái)流流速及洞頂余幅對(duì)通風(fēng)量的影響，并擬合了通氣孔風(fēng)速的經(jīng)驗(yàn)公式。然而，對(duì)于高水頭長(zhǎng)泄洪洞這類大尺度復(fù)雜結(jié)構(gòu)，三維數(shù)值模擬中繪制網(wǎng)格工作量大，且由于需要的網(wǎng)格數(shù)量較多導(dǎo)致紊流數(shù)值模擬所需的時(shí)間較長(zhǎng)，尤其在工程設(shè)計(jì)階段，結(jié)構(gòu)體型頻繁變化導(dǎo)致三維數(shù)值模擬的工作量和所需時(shí)間倍增。相比之下，Lian等[12]將泄洪洞中的水流視為水-氣分層流，推導(dǎo)了泄洪洞多補(bǔ)氣洞供氣理論分析模型，該模型具有計(jì)算效率高，精度高的特點(diǎn)，且補(bǔ)氣洞通風(fēng)量計(jì)算通過(guò)錦屏一級(jí)泄洪洞原型觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。

泄洪洞通風(fēng)補(bǔ)氣特性十分復(fù)雜，泄洪洞的需氣量不僅與水流條件有關(guān)，可能還與洞頂余幅的面積以及補(bǔ)氣洞的結(jié)構(gòu)布置等因素相關(guān)。目前需氣量、洞頂余幅以及補(bǔ)氣洞之間的平衡關(guān)系尚不明確，工程界通常認(rèn)為洞頂余幅總是越大越有利，而本文基于文獻(xiàn)[12]給出的泄洪洞多補(bǔ)氣洞供氣理論分析模型，以錦屏一級(jí)泄洪洞為例，進(jìn)一步模擬分析洞頂余幅和補(bǔ)氣洞之間的平衡特性。

1 泄洪洞通風(fēng)補(bǔ)氣系統(tǒng)理論分析模型

若將泄洪洞內(nèi)的水流視為水-氣分層流，則可基于質(zhì)量守恒和動(dòng)量守恒的基本原理，分別列出水流和氣流的控制方程，再引入分層界面上的水-氣拖曳力模型，將水流和氣流的控制方程耦合在一起求解。首先，如圖1所示進(jìn)行泄洪洞無(wú)壓段的空間離散，假定共設(shè)置m條補(bǔ)氣洞，則以補(bǔ)氣洞和泄洪洞出口為節(jié)點(diǎn)，將整個(gè)泄洪洞劃分為m大段，再用適量的節(jié)點(diǎn)將每個(gè)大段分為適量的微元段，在節(jié)點(diǎn)上定義變量，例如：節(jié)點(diǎn)i處的斷面平均水流流速vwi、洞頂余幅平均氣流流速vai和氣壓pai，補(bǔ)氣洞j內(nèi)的風(fēng)速vadj和氣壓padj，即可在微元段上列出控制方程。

圖1 泄洪洞明流段水-氣分層流空間離散示意圖

泄洪洞水-氣分層流一維模型中所列的控制方程類似于水力學(xué)中恒定總流的控制方程，以下簡(jiǎn)要介紹水流和氣流的控制方程。以節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)i+1為例，水流的控制方程為

(1)

其中ΔHi=Δhfi+Δhawi

式中：yi為節(jié)點(diǎn)i處斷面底板高程；ρw為水的密度；hwi為斷面i處的水深；ΔHi為水頭損失；Δhfi為斷面i到斷面i+1避免摩擦導(dǎo)致的水頭損失；Δhawi為水-氣拖曳力作用造成的損失，可參考文獻(xiàn)[12]；θ為底板與水平面的夾角；g為重力加速度。

氣流的控制方程為

(2)

vaiAai=va,i+1Aa,i+1

(3)

此外，對(duì)于補(bǔ)氣洞上游側(cè)的節(jié)點(diǎn)，考慮氣流控制方程時(shí)需要考慮補(bǔ)氣洞局部質(zhì)量和能量輸入的影響，所列控制方程與式(2)(3)略有差異，更具體的方程推導(dǎo)過(guò)程以及水-氣耦合求解方法可參考文獻(xiàn)[12]。

2 模型驗(yàn)證

本文通過(guò)錦屏一級(jí)泄洪洞和糯扎渡右岸泄洪洞2個(gè)泄洪通風(fēng)系統(tǒng)驗(yàn)證多補(bǔ)氣洞供氣理論分析模型的可靠性。

錦屏一級(jí)泄洪洞明流段采用弧形閘門連接。圖2為泄洪洞閘室和明流段結(jié)構(gòu)示意圖，沿程共布置4個(gè)摻氣挑跌坎；洞身通過(guò)3個(gè)補(bǔ)氣洞與外界大氣相連，其中1號(hào)洞截面積為21.24 m2，2號(hào)洞為32.98 m2，3號(hào)洞為32.82 m2。洞身總長(zhǎng)1 407 m，其中明流段長(zhǎng)約800 m，底板落差約140 m，洞身斷面寬13 m，高17 m。當(dāng)庫(kù)水位為1 879.35 m時(shí)，閘門全開工況下的泄洪流量約為3 220 m3/s[15]。

圖2 錦屏一級(jí)泄洪洞通風(fēng)補(bǔ)氣系統(tǒng)布置

糯扎渡右岸泄洪洞隧洞長(zhǎng)1 076.104 m，工作閘門前有壓段長(zhǎng)526.749 m，閘門運(yùn)行水頭高達(dá) 120 m，設(shè)2個(gè)閘孔，單孔5 m×8.5 m。如圖3所示，明流段共設(shè)置了4個(gè)通風(fēng)設(shè)施：閘室位置的閘門下游側(cè)設(shè)一條通風(fēng)洞，長(zhǎng)約224 m，斷面為6 m×6 m的矩形；每道摻氣坎處設(shè)通氣井，斷面均為圓形，直徑均為2 m，其中，1號(hào)和2號(hào)通氣井還搭配有通氣平洞以連接外部大氣。當(dāng)上游水位高程為803.73 m，閘門開度20%時(shí)，泄洪流量為705 m3/s[16]。

圖3 糯扎渡右岸泄洪洞通風(fēng)補(bǔ)氣系統(tǒng)布置

對(duì)錦屏一級(jí)和糯扎渡右岸泄洪洞進(jìn)行空間離散，將對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的泄洪洞洞身截面參數(shù)、補(bǔ)氣洞的結(jié)構(gòu)參數(shù)等輸入多補(bǔ)氣洞供氣理論分析模型，計(jì)算得到各補(bǔ)氣洞或補(bǔ)氣豎井的通風(fēng)量，并與原型觀測(cè)成果對(duì)比(表1)?？梢园l(fā)現(xiàn)，文獻(xiàn)[11]預(yù)測(cè)的錦屏泄洪洞通風(fēng)量與閘門下游側(cè)的1號(hào)補(bǔ)氣洞的通風(fēng)量接近，而本文模型可預(yù)測(cè)所有通風(fēng)洞的風(fēng)量，且計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果十分接近。

表1 通風(fēng)量計(jì)算結(jié)果與原型觀測(cè)結(jié)果對(duì)比

3 模擬結(jié)果與分析

洞頂余幅一直是泄洪洞設(shè)計(jì)中十分重要的參數(shù)，它表示水面以上的空間余量。一般用洞頂余幅面積占泄洪洞斷面面積的百分比來(lái)表示。若洞頂余幅太小，則泄洪洞內(nèi)可能出現(xiàn)明滿流交替的現(xiàn)象；若洞頂余幅太大，則將造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)。事實(shí)上，洞頂余幅很大程度上影響了泄洪洞內(nèi)的負(fù)壓。泄洪洞內(nèi)空氣負(fù)壓條件對(duì)泄洪水流穩(wěn)定性和水流摻氣有重要影響。極端工況下，當(dāng)洞內(nèi)負(fù)壓在局部空間范圍內(nèi)劇烈變化，洞內(nèi)氣壓作為泄洪水流的自由液面邊界條件，將導(dǎo)致水面線的劇烈波動(dòng)，出現(xiàn)不利流態(tài)。若洞內(nèi)負(fù)壓過(guò)大，則影響摻氣設(shè)施的效果。

本文以錦屏一級(jí)泄洪洞為例進(jìn)行分析。多補(bǔ)氣洞供氣理論分析模型中，除可得到各通風(fēng)設(shè)施的通風(fēng)量外，還可得到水流流速、洞頂余幅風(fēng)速和氣壓的沿程變化如圖4所示(閘門全開工況)。水流流速在樁號(hào)590～1 000 m附近由于底板高程變化不大，水流流速緩慢升高，而在高程變化較大的1 000～1 300 m附近，水流流速迅速升高，最終在泄洪洞出口附近達(dá)到約55 m/s。洞頂余幅風(fēng)速的變化趨勢(shì)與水流流速變化有關(guān)，在水流流速迅速升高的地方，由于水深迅速減小，洞頂余幅空間增大，洞頂余幅的斷面平均風(fēng)速隨之減小，而在補(bǔ)氣洞位置處，由于補(bǔ)氣洞的局部質(zhì)量和能量輸入，風(fēng)速突然躍升，整個(gè)泄洪洞無(wú)壓段內(nèi)，氣流流速小于水流流速，即水氣之間的相互作用表現(xiàn)為水拖氣。洞頂余幅內(nèi)的氣壓沿程逐漸增大，直至泄洪洞出口附近接近大氣壓0，而在補(bǔ)氣洞位置處，由于補(bǔ)氣洞的質(zhì)量和能量輸入，局部風(fēng)速的突增導(dǎo)致氣壓的突降。

圖4 本文模型計(jì)算結(jié)果

3.1 洞頂余幅對(duì)通氣特性的影響

為研究洞頂余幅的影響，通過(guò)將錦屏一級(jí)泄洪洞的截面高度乘以一定的縮放系數(shù)，忽略截面高度對(duì)泄流水深的影響(對(duì)于多數(shù)非極端工況，水深受負(fù)壓影響較小，計(jì)算洞頂余幅時(shí)可以忽略)，即可實(shí)現(xiàn)洞頂余幅的變化。由于不便直接對(duì)比不同截面高度下洞頂余幅氣壓沿程變化的整個(gè)曲線(圖4(b))，因此取圖中泄洪洞樁號(hào)900 m附近單一斷面的洞頂余幅氣壓進(jìn)行研究。如圖5所示為樁號(hào)910.186 1 m位置處洞頂余幅氣壓和通風(fēng)量隨洞頂余幅的變化。隨著洞頂余幅的增大，氣壓經(jīng)歷了先增大后減小，隨后又增大，最后趨近于大氣壓0。

圖5 洞頂余幅氣壓及通風(fēng)量隨泄洪洞洞頂余幅的變化曲線

本文將洞頂余幅變化的過(guò)程分為圖5中所標(biāo)的3個(gè)分區(qū)和2個(gè)極值點(diǎn)，具體分析如下：

a.在分區(qū)Ⅰ中，由于水面以上的洞頂余幅空間過(guò)小，通氣不暢，高速水流拖曳的氣流量以很高的流速通過(guò)狹小的余幅空間，形成了較高的負(fù)壓，此時(shí)洞頂余幅的過(guò)氣能力較小，補(bǔ)氣洞的通氣能力有富余，而隨著洞頂余幅的空間增大，洞頂余幅過(guò)氣能力增大，負(fù)壓則不斷減??；分區(qū)Ⅰ內(nèi)，洞頂余幅的少量變化將引起氣壓的劇烈變化，且洞頂余幅太小可能造成明滿流交替現(xiàn)象，有一定工程風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)中應(yīng)避免洞頂余幅落入該范圍；此外，SL 279—2016《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》條文5.3.4要求洞頂余幅不小于15%，與本文的17.2%基本相符。

b.在分區(qū)Ⅱ中，隨著洞頂余幅進(jìn)一步增大，泄洪洞的總通風(fēng)量持續(xù)增大，即洞頂余幅的過(guò)氣能力持續(xù)增大，此時(shí)補(bǔ)氣洞的供氣能力相對(duì)于洞頂余幅的通氣需求是不足的，需要以增大泄洪洞內(nèi)的負(fù)壓為代價(jià)來(lái)增大補(bǔ)氣洞內(nèi)外壓差，從而提供更大的通氣量。分區(qū)Ⅱ內(nèi)，負(fù)壓隨著洞頂余幅的增大而增大(即氣壓降低)，補(bǔ)氣洞的補(bǔ)氣能力不足是限制泄洪洞通風(fēng)補(bǔ)氣的主要因素。在分區(qū)Ⅱ內(nèi)，洞頂余幅越小負(fù)壓越小，即在保證減小負(fù)壓同時(shí)也縮小了泄洪洞的尺寸。

c.在分區(qū)Ⅲ中，隨著洞頂余幅空間的進(jìn)一步增大，泄洪洞的總通氣量反而有所降低，可見(jiàn)此時(shí)泄洪洞內(nèi)可能形成逆向氣流等復(fù)雜流態(tài)。洞頂余幅內(nèi)的逆向補(bǔ)氣將抑制其對(duì)補(bǔ)氣洞的供氣需求，且由于洞頂余幅增大使斷面平均風(fēng)速降低，洞內(nèi)的負(fù)壓自然隨之降低。此外，隨著洞頂余幅的增大，泄洪洞出口大氣壓對(duì)洞內(nèi)的抬壓作用影響越來(lái)越明顯，可以設(shè)想極限情況下，泄洪洞截面不斷加大，洞頂余幅空間無(wú)限接近100%，這就相當(dāng)于開敞明渠流的情況，洞內(nèi)氣壓將逐漸接近0，即大氣壓；在分區(qū)Ⅲ內(nèi)，負(fù)壓的降低以增大洞頂余幅為代價(jià)，犧牲了經(jīng)濟(jì)性。

d.在余幅17.2%極值點(diǎn)處，補(bǔ)氣洞的供氣量恰好滿足泄洪洞洞頂余幅過(guò)氣能力，補(bǔ)氣洞通氣能力與泄洪洞的需氣量達(dá)到較好的平衡。補(bǔ)氣洞尺寸與洞頂余幅達(dá)到最優(yōu)匹配，實(shí)際工程中若按照該極值點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，無(wú)疑可同時(shí)保證泄洪洞內(nèi)不產(chǎn)生過(guò)大的負(fù)壓且泄洪洞洞身及補(bǔ)氣洞的尺寸均較小，然而實(shí)際中泄洪水深沿程變化，若為了讓所有隧洞截面保持最優(yōu)余幅顯然不現(xiàn)實(shí)。

e.在余幅54.9%極值點(diǎn)處，由于水流的拖氣能力有限，隨著洞頂余幅增大，通氣量增大的程度逐漸放緩，反而增大的過(guò)氣面積使余幅內(nèi)的斷面平均風(fēng)速減小，此時(shí)洞頂余幅內(nèi)的通氣量已達(dá)到極大值。此時(shí)，洞頂余幅的需氣量與補(bǔ)氣洞的供氣能力再次達(dá)到新的平衡。在該極值點(diǎn)之前，為提高補(bǔ)氣洞供氣能力而形成的負(fù)壓起主導(dǎo)作用，在該極值點(diǎn)之后，泄洪洞截面擴(kuò)大對(duì)負(fù)壓的緩解作用占據(jù)優(yōu)勢(shì)。以該極值點(diǎn)為界，無(wú)論擴(kuò)大或縮小洞頂余幅，均能實(shí)現(xiàn)洞內(nèi)負(fù)壓的降低。

3.2 補(bǔ)氣洞截面面積與洞頂余幅的平衡關(guān)系

由第3.1節(jié)分析可知，泄洪洞中水流的拖氣能力、洞頂余幅的過(guò)氣能力以及補(bǔ)氣洞的補(bǔ)氣能力之間的平衡關(guān)系決定了泄洪洞內(nèi)通風(fēng)補(bǔ)氣的順暢程度，影響著洞內(nèi)氣壓和風(fēng)速的變化。補(bǔ)氣洞的補(bǔ)氣能力主要由補(bǔ)氣洞的截面面積決定，因此本節(jié)將錦屏一級(jí)泄洪洞的3條補(bǔ)氣洞的總面積Atotal乘以一定的放大系數(shù)(1.25、1.5、1.75、2.0)，在不同的補(bǔ)氣洞面積下，分別計(jì)算圖5中的曲線，得到如圖6所示的通氣量及氣壓隨泄洪洞洞頂余幅的變化曲線簇。

圖6 洞頂余幅氣壓及通風(fēng)量隨泄洪洞洞頂余幅的變化曲線簇

對(duì)比圖6(a)中曲線，隨著補(bǔ)氣洞截面面積的增大，泄洪洞需要匹配更大的洞頂余幅才能達(dá)到極值點(diǎn)(即平衡點(diǎn))；此外，隨著補(bǔ)氣洞截面面積的增大，極值點(diǎn)條件下的負(fù)壓降低，2個(gè)極值點(diǎn)位置的負(fù)壓越來(lái)越接近。換言之，隨著補(bǔ)氣洞斷面面積的增大，洞頂余幅空間內(nèi)的負(fù)壓對(duì)于泄洪洞洞身截面高度的變化的敏感性降低，即補(bǔ)氣洞設(shè)置得越大，泄洪洞洞頂余幅空間的適用范圍則越大。

對(duì)比圖6(b)中曲線，在洞頂余幅增大到第1個(gè)極值點(diǎn)之前，各曲線基本重合，這是由于在該范圍內(nèi)，洞頂余幅的過(guò)氣能力是制約泄洪洞通風(fēng)補(bǔ)氣的主要因素；然而，隨著洞頂余幅的增大，圖6(b)中的各曲線分別在達(dá)到圖6(a)對(duì)應(yīng)曲線第1個(gè)極值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的洞頂余幅后相繼偏離，補(bǔ)氣洞越小，則相應(yīng)的曲線越早偏離；在洞頂余幅達(dá)到第2個(gè)極值點(diǎn)之前，泄洪洞的總通風(fēng)量持續(xù)增大，且各條曲線均在達(dá)到圖6(a)中所示的第2個(gè)極值點(diǎn)之后出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，通風(fēng)量隨洞頂余幅增大而減小這與3.1節(jié)所述規(guī)律一致。

4 結(jié) 語(yǔ)

a.泄洪水流的拖氣能力、洞頂余幅的過(guò)氣能力以及補(bǔ)氣洞的補(bǔ)氣能力相互平衡，相互制約。

b.當(dāng)補(bǔ)氣洞截面面積一定時(shí)，隨著洞頂余幅的增大，洞頂余幅內(nèi)的氣壓先增大后減小，最后又增大直至接近大氣壓，本文將這一過(guò)程劃分為3個(gè)分區(qū)和2個(gè)極值點(diǎn)；在分區(qū)Ⅰ內(nèi)，洞頂余幅過(guò)氣能力不足是限制泄洪洞通風(fēng)補(bǔ)氣的主要因素；在分區(qū)Ⅱ內(nèi)，補(bǔ)氣洞的補(bǔ)氣能力不足是限制泄洪洞通風(fēng)補(bǔ)氣的主要因素；在分區(qū)Ⅲ內(nèi)，泄洪水流自身的拖氣能力是限制泄洪洞通風(fēng)補(bǔ)氣的主要因素；在第1個(gè)極值點(diǎn)處，補(bǔ)氣洞的補(bǔ)氣能力與洞頂余幅過(guò)氣能力達(dá)到最優(yōu)匹配，實(shí)際工程中若按照該極值點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，無(wú)疑可同時(shí)保證泄洪洞內(nèi)不產(chǎn)生過(guò)大的負(fù)壓且泄洪洞洞身及補(bǔ)氣洞的尺寸均較??；在第1個(gè)極值點(diǎn)處，無(wú)論繼續(xù)增大洞頂余幅還是減小洞頂余幅，都能使洞內(nèi)的負(fù)壓降低，顯然，在該極值點(diǎn)處設(shè)計(jì)，即造成較大的負(fù)壓，又不經(jīng)濟(jì)。

c.補(bǔ)氣洞橫截面積的增大能使洞內(nèi)負(fù)壓對(duì)于洞頂余幅變化的敏感性有效較低，因此更大的補(bǔ)氣洞能使洞頂余幅的尺寸在更大的范圍內(nèi)靈活設(shè)計(jì)而不至于對(duì)洞內(nèi)負(fù)壓造成不利影響。

綜上所述，本文建議明流泄洪洞的洞頂余幅與補(bǔ)氣洞的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮兩者的平衡關(guān)系，可利用所述多補(bǔ)氣洞供氣一維分析模型繪制相應(yīng)的平衡優(yōu)化曲線簇，并盡可能在優(yōu)化曲線中的分區(qū)Ⅱ內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)，即可在實(shí)現(xiàn)泄洪洞通風(fēng)特性優(yōu)化的前提下兼顧補(bǔ)氣洞以及洞頂余幅尺寸的經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)明流泄洪洞洞頂余幅和補(bǔ)氣洞聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計(jì)。