拱坝的泄流和消能
1.拱坝坝身泄水方式
拱坝坝身常用的泄水方式有：自由跌流式、鼻坎挑流式、滑雪道式和坝身孔口泄流式。
（1）自由跌流式。对于较薄的双曲拱坝或小型拱坝，常采用自由跌流式，如图3-48所示。泄流时，水流经坝顶自由跌入下游河床。这种泄水方式适用于基岩良好、单宽泄洪量较小的小型拱坝。由于落水点距坝趾较近，坝下应设置必要的防护措施。
（2）鼻坎挑流式。为了使泄水跌落点远离坝脚，常在溢流堰顶曲线末端以反弧段连接成为挑流鼻坎，如图3-49所示。挑流鼻坎多采用连续式结构，堰顶至鼻坎之间的高差一般不大于6～8m，大致为设计水头的1.5倍，反弧半径约等于堰上设计水头，鼻坎挑射角一般为10°～25°。过堰水流经鼻坎挑射后，落水点距坝趾较远，可适用于泄流量较大的轻薄拱坝。格鲁吉亚的英古里双曲拱坝，坝高272m，就是采用坝顶鼻坎挑流的泄流方式。
凤滩重力拱坝（图3-46）是目前世界上坝身泄洪量最大的拱坝，泄洪量达32600m3/s，单宽流量为183.3m3/（s·m），采用高低鼻坎挑流互冲消能，共有13孔，其中高坎6孔，低坎7孔。高低坎水流以50°～55°交角互冲，充分掺气，效果良好。
图3-48 自由跌流与护坦布置（单位：m）
（a）胸腔式；（b）表孔式；（c）流溪河溢流坝
图3-49 拱坝溢流表孔挑流鼻坎（单位：m）
（a）平护坦；（b）V形护坦
（3）滑雪道式。滑雪道泄流是拱坝特有的一种泄洪方式，其溢流面由溢流坝顶和与之相连接的泄槽组成。水流经过坝以后，流经泄槽，由槽末端的挑流鼻坎挑出，使水流在空中扩散，下落到距坝趾较远的地点。挑流坎一般都较堰顶低很多，落差较大，因而挑距较远，适用于泄洪量较大的拱坝。滑雪道式泄水结构因滑雪道支垫型式的不同，有重叠式泄流和支撑结构泄水两种布置型式，如图3-50和图3-51所示。
图3-50 重叠式泄流剖面（单位：m）
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图3-51 支撑结构（天堂山拱坝）泄水剖面
（4）坝身孔口泄流式。在拱坝的中部、中高部或低部开设孔口用来辅助泄洪、放空水库或排沙的均属坝身孔口泄流。位于拱坝坝体中部偏上的泄水孔称为中孔，位于坝体中部偏下的称为深孔，位于底部附近的称为底孔。
坝身孔口的泄水通道通常布置为水平或大体水平的，但有时因某种要求，例如下游落点控制、立面水流碰撞或结构布置要求，也可设计成上仰或下俯的。如图3-52所示的罗克斯拱坝泄水孔就设计成上仰的。
如果拱坝坝身设有多个泄水孔，各泄水孔的出口高程可以相互错开，不一定非处在同一高程。坝身开孔泄流的优点是能够将射出的水流送得很远，可以对水流的落点、挑射轨迹进行人为控制；高速水流流道短、初泄流量大，对调洪排沙有利。
2.拱坝的消能和防冲
拱坝泄流具有以下特点：水流过坝后具有向心集中现象，水舌入水处单位面积能量大，造成集中冲刷；拱坝河谷一般比较狭窄，当泄流量集中在河床中部时，两侧形成强力回流，淘刷岸坡。因此消能防冲设计要防止发生危害性的河床集中冲刷以及防止危及两岸坝肩的岸坡冲刷或淘刷。拱坝消能形式主要有以下4种。
（1）水垫消能。水流从坝顶表孔或坝身孔口直接跌落到下游河床，利用下游水深形成的水垫消能。水舌入水点距坝趾较近，需采取相应的防冲措施，一般在坝下游一定距离处设置消力坎、二道坝（图3-53）或挖深式消力池。
图3-52 罗克斯拱坝泄水孔的布置（单位：m）
图3-53 利用施工围堰做成二道坝
（2）挑流消能。这是拱坝采用最多的消能形式。鼻坎挑流式、滑雪道式和坝身孔口泄流式大都采用各种不同形式的鼻坎，使水流扩散、冲撞或改变方向，在空中消减部分能量后再跌入水中，以减轻对下游河床的冲刷。
（3）空中冲击消能。对于狭窄河谷中的中、高拱坝，可利用过坝水流的向心作用特点，在拱冠两侧各布置一组溢流表孔或泄水孔，使两侧的水舌在空中交汇，冲击掺气，沿河槽纵向激烈扩散，从而消耗大量的能量，减轻对下游河床的冲刷。实际操作中应注意两侧闸门必须同步开启，否则射流将直冲对岸，危害更大。
（4）底流消能。对重力拱坝，也可以采用底流消能，我国拱坝采用较少。