重力坝设计中与水力学有关的设计计算。主要内容包括：选择泄水建筑物的形式，确定泄水建筑物在枢纽布置中的位置，计算孔口尺寸和泄流能力，下泄水流与下游河道衔接的消能防冲。合理的水力设计应满足如下要求：泄水建筑物有足够的泄流能力，以保证大坝的安全；水流能顺利通过泄水建筑物，避免产生破坏；有效消除下泄水流的能量，不产生危及坝体安全的坝下冲刷和对两岸的冲刷；进出口水流平顺，不影响航运或其他建筑物的安全运行。

重力坝的泄水建筑物大多数为坝身过水，称为泄水重力坝，属于河床式泄水建筑物。只有当河床宽度不够、枢纽布置困难时，才采用岸边式泄水建筑物。泄水重力坝应布置在原河床中部，有利于上下游水流流态和坝下消能防冲。高重力坝的上游水流行近流速往往很小，水流流态容易满足要求。当泄水重力坝的下泄水流影响发电、通航等相邻建筑物的正常运行时，可以使用下游导墙分隔，平顺水流。

泄水重力坝的泄水方式有坝顶溢流和坝身孔口泄流，其泄流孔口分别称为溢流表孔和深式泄水孔。坝顶溢流表孔的堰顶高程一般低于水库正常高水位，用闸门挡水。有的小型水库的溢流堰顶高程等于水库正常高水位，可以不设闸门。溢流表孔遭遇意外洪水时有较高的超泄能力，其闸门承受的水压力较小，易于检修。表孔溢流时，一般不受闸门限制，水流从堰顶自由下泄，泄流量按堰流计算。坝身泄水孔又称深式泄水孔，按泄水孔在坝体的相对位置有中孔和底孔之分。底孔的进口高程接近于死水位或河底，长期淹没在水下，除用于泄洪外，还可兼有供水、放空、排沙、导流等作用。深式泄水孔按孔内水流条件可分为有压泄水孔和无压泄水孔，泄流量分别按长管和有压短管计算。有的工程将溢流堰顶高程降低，上部设胸墙，形成大孔口。设置胸墙挡水可以减小闸门尺寸和受力。大孔口在低水位泄流时为自由溢流，高水位时为孔口出流。中国陆水工程将胸墙做成活动式，遇到特大洪水时将胸墙吊起，提高超泄能力。

溢流坝面过流曲线由顶部曲线段、中间直线段和下部反弧段组成。顶部曲线常采用幂曲线（参见溢流坝坝面曲线），要求在下泄常遇洪水时不产生负压，下泄校核洪水时负压值不低于-0.0589 MPa。中间直线段的坡面与非溢流坝的下游坝面齐平。下部反弧段的半径R=（4～10）h，h为反弧最低处的水深。低坝常由反弧曲线与堰顶曲线直接相切，不存在中间直线段。溢流坝与非溢流坝之间用导墙分隔，导墙高度不得低于最大水深、掺气水深、安全超高之和。无压泄水孔的进口有压段的断面应逐渐收缩，避免出现负压。无压段的底缘曲线采用抛物线。明流段的孔顶要留有安全余幅。门后要设通气孔，保证泄水时向孔内充分通气。有压泄水孔的过水断面常为圆形，出口处应收缩以免产生负压。泄水重力坝的过流面应能抗冲耐磨。流速大于20 m/s的区域应防止发生壁面空蚀，常用的措施为控制壁面不平整度或设掺气坎（槽），必要时应有专门的防蚀抗磨护面措施。

重力坝水力设计采用的洪水标准包括洪峰流量和洪水总量，根据《水利水电枢纽工程等级划分和标准》确定。泄水重力坝确定了泄水方式后，需要经过调洪演算后方能确定孔口尺寸。并计算出相应的上游洪水位及下泄流量。影响孔口因素有库容特性、库水位壅高限制、下游河道安全泄量。单宽流量是确定孔口尺寸的重要因素，与下游基岩的抗冲能力有关。坚硬完整的岩石单宽流量可达100～200 m³/（s·m），软弱或裂隙发育的岩石单宽流量仅20～50 m³/（s·m）。较大的单宽流量可缩短泄流重力坝的总长度，有利于枢纽总体布置。限制库水位壅高的因素有水库淹没损失和上一梯级的尾水位，库水位壅高与下游河道安全泄量互有矛盾。安全泄量小，则需要增大库容和加高大坝，从而加大库区淹没和投资。反之，则下泄流量增大，加大下游防洪压力。一般要进行多方案计算，综合考虑各影响因素后，选择最佳方案。

重力坝的坝下消能方式应根据地形地质条件、枢纽布置、运行条件、下游水深及河床抗冲能力、消能防冲要求、下游水流衔接以及对其他建筑物的影响等综合考虑，并经技术经济比较选定。常用的方式有：挑流消能、底流消能、面流消能和戽流消能等。挑流消能利用反弧鼻坎将下泄水流抛向空中，使水流自由下落于水体中，利用水体的紊动和掺气消耗能量。挑流消能会造成下游冲坑，一般用控制冲坑后坡的方法保证大坝安全。挑流消能的工程设施简单，但容易产生雾化等不利影响。底流消能利用水跃漩滚消耗能量，消能效果好，但是需要一定厚度护坦保护河床底部免受冲刷，适用于地质条件较差或落差较小的中小型工程。面流消能将主流挑向水面，利用水流波动和漩滚消能，可使河床底部免受冲刷，但对航运和两岸岸坡稳定不利。中国20世纪60年代曾在广西西津、浙江富春江等20余座工程中采用，现已较少应用。戽流消能工的戽斗有较大的半径和挑角，利用戽斗产生的“三滚一浪”消能。面流和戽流均适用于尾水较深，且有一定抗冲刷能力的下游河道。中国石泉坝为此种消能方式。下泄水流与下游河水应平顺衔接，防止产生回流或折冲水流。随着高水头大泄量泄洪的要求，坝面消能得到较好发展，成功应用的型式有宽尾墩和台阶式坝面。将溢流坝的闸墩尾部扩宽，收缩闸孔过流宽度。经过收缩后的水流在坝面坦化，可增加水流紊动并大量掺气，达到消能减蚀的效果。台阶式坝面适用于碾压式混凝土坝，水流在台阶上产生强烈的横轴漩滚，大量削减能量。中国重力坝的消能方式有着向联合消能工发展的趋势，如：潘家口工程的宽尾墩—挑流联合消能工，岩滩宽尾墩—戽式消力池联合消能工，五强溪水电站的宽尾墩—消力池联合消能工，水东水电站碾压混凝土坝的宽尾墩—台阶式坝面—消力池联合消能工。

重力坝的水力学问题往往比较复杂，对于大型工程，应通过水工模型试验验证重力坝水力设计的合理性。