溢流式溢洪道经坝顶泄洪，水流作为明槽水流或自由溢流下泄，并需要将水流中的大部分动能释放掉；否则，溢流可能危及下游、周围甚至大坝本身。工程中一般采用以下三种方式进行消能：高速水流从挑流鼻坎挑入水垫塘中；在溢洪道下游建造标准消力池，以形成水跃并消掉大部分的能量；在溢洪道上设置台阶，水$ t } N O [ Z流流过粗糙的或有台阶的泄槽，就能消去大部分的能量。在台阶式陡槽上，水流沿着溢洪道表面的台阶流动，明显地提高消能率；于是，排除k L S ,或极大降低了在溢洪道末端进行大量消能的必要性。
台阶式溢洪道的运用
在过去的几十年里，台_ o q T ?阶式溢洪道已e R U v 8 x经成为一种很风行的安全泄洪方式。碾压混凝土的发展又增强了台阶式溢洪道的兴趣。上面已提到了的，在台阶式溢洪道中，水流沿着溢洪道表面的台阶流动，明显地提高消能率；因而，减少了下游消力池的规模和费用。
台阶也可用于暴雨渠道中的消能。在挪威，台阶也被用在明流的泄洪隧洞中，以提高消能。这种设计允许在竖井的上B ^ ! P v 9 M游卷出空气，以避免竖井中有空气。台阶布置也被用于水处理厂中。阶梯式布置和跌水还被沿河和溪流所C R & 6 H b B w引用，以便给低溶氧的水充氧。台阶式的溢洪道能建造在各种地形上。
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&nb{ { o _ Xsp; 台阶式泄槽由在底板上有多级跌水的开敞式渠道组成。台阶上的水流分成两种形态：舌形水流（1 + D插图1）
而在表层水流形态中，沿台阶K , Y * :表面向下M ` I [ T \ m 2的水] | + 6流表现为粘滞流，表层水流流过台阶，并有台阶间的洄流作为水垫。台阶的外角连线形成了水流流过的虚拟底板。在这虚拟底板下面，产生了H ( a h g - u g V洄流旋涡，水流通过台阶外角剪切力的传递保持的这些旋涡。在溢i v ! W ] Z ) # +洪道最初的台阶上，水流平滑并没有空气掺. q 2 A P ^ \ X入；而在最初几个未掺气的台阶以后，水流表现为：当快速发展的边界层到达水流表面时，空气强烈地掺入了（? l |插图3）。由于动能转化为旋涡的作用，加强了消能效果。大坝上，表层水流形态比舌形水流形态消能更充分。
对于泄量小且底坡比较平缓的情况，水流表现为连续跌落的舌形水流。泄量增加或底坡变陡则可能导致出现表层水流形态。当自由跌落水舌下的空腔消失时，表层水流形态就开始出现了。这种现象与掺气设施和通风孔的的空腔充填（或称淹没）# . m类似。
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插图2表层水流形态
台阶式溢洪道的消能率是台阶尺寸和泄槽纵坡的插图3
函数。坡度增大，消u & ( f ) D B能率减小；而台阶尺寸越大，消能越多。
舌形水流的消能随台阶数的减少而增- a & / u g *加，随纵坡坡度的增加e ~ * v / d而减小。
台阶式0 6 \ Z溢洪道中，坡度越陡则掺气相应增加。随着台阶尺寸的加大，相应也增大了| : 1 [ I d A掺气。但是，掺气多却使溢洪道的消能率降低，水体膨胀。为减小空蚀破坏的风险，掺气水b v S H a z o y 2流中至少需要大约45 O W # \ + T%~8%的含气浓度。
水中溶气对环境的影响也相当严重。在深池中，高掺气的水流在光照射下，造成静水压力迫使大气中的气x P 5 u $ B体溶解；由于气泡损伤，导致幼鱼死亡。为避免上述情况发生，设计溢洪道时应限制水的饱和度到110%TDG左右。采用台阶式溢洪道，m J O \在消能上能有所帮助，可形成浅的消力池，降低掺气水流中静水压力的作? } : Z W g / _ I用。
初始点是边界流与水流- e - A p R上游面的交点。在初始点之前，可能会有空穴发生，而在初始点之后，由于掺入了一定量的气体o y _ ] z，空穴风险就降低了。如果泄量大些，则初始点下移，形成一大片未掺气水流区，该范围空+ ) ^穴风险实际上存在于较高的流速。
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