3.2.1.1 船闸型式
按结构和布置方式及其所具备的功能，以及采用分类方法的不同，船闸可以有多种不同分类方法。据目前世界上已建船闸资料，通常可按照船闸的级数，将船闸划分为单级船闸和多级船闸两大类。对单级船闸，在用水问题较为突出的工程中，按照是否布置节水池，又可分为普通型和节水型两种；对多级船闸按其级与级之间的布置，又可分连续式和分散式两种，在特殊条件下同样可以考虑是否采用节水的措施。
（1）单级船闸。
1）单级普通型船闸。船闸主要包括上、下游引航道，上、下闸首和闸室3 大部分。上、下闸首是对船闸闸室水位进行控制的建筑物，其上布置有闸门和输水系统的阀门及相关的机电设备；船闸的闸室是船舶在内升降的空间，通过分别操纵闸首和输水系统的闸门、阀门使船舶（队）随水位升降并分别与上、下游引航道水位齐平，形成船舶（队）克服上、下游水位落差的条件。
当单级船闸的水头较高时，通常只在船闸上、下闸首水位变化和最小槛上水深的范围内布置闸门，在上闸首上游最低通航水位以下满足槛上水深后的下部和下闸首下游最高水位以上满足通航净空后的上部，分别设置帷墙和胸墙，采用这种布置方式的单级船闸，又称为“井式”船闸，见图3-1（A）、图3-1（B）。
图3-1 （A） 普通型单级船闸
（a）纵剖面图；（b）平面图
图3-1 （B） 井式单级船闸
（a）纵剖面图；（b）平面图
单级普通型船闸和井式船闸，从上游船舶进闸开始，实现船闸迎向运行一个循环的程序如下：上闸首闸门处于开启状态，下闸首闸门和泄水阀门处于关闭状态，闸室水位与上游引航道水位齐平，下行船舶（队）由上游驶入闸室并系缆，关闭上闸首闸门和上游输水阀门，开启下游输水阀门，由闸室向下游泄水至与下游引航道水位齐平，打开下闸首闸门，船舶（队）解缆驶离闸室；上行船舶（队）驶入闸室，关闭下闸首闸门和下游输水阀门，开启上游输水阀门向闸室充水至与上游引航道水位齐平，打开上闸首闸门，船舶（队）驶离闸室。
2）单级节水型船闸。单级节水型船闸是单级井式船闸的另一种型式。修建这种船闸最早的目的是为节省较高水头单级船闸的耗水，随着单级船闸设计水头的增高，同样可以把这种型式船闸通过节水室分级充泄水的方式，作为解决高水头船闸输水难题的一种技术方案，同时解决船舶过闸的耗水量大和高水头船闸输水技术难度大的问题，其与单级普通型船闸的不同点，是除具有单级普通型船闸相同的基本组成外，还在闸室的一侧或两侧设置了节水建筑物，见图3-2。
图3-2 单级节水型船闸示意图
（a）纵剖面图；（b）平面图；（c）横剖面图
1—闸室；2—纵向廊道；3—底部廊道；4—分配廊道；5—横向廊道；6—节水室阀门；7—节水室；8—进水口；9—出水口；10—灌水阀门；11—泄水阀门
节水型单级船闸节水的原理是利用船闸闸室内处于不同高程位置上的水体，分别与不同高程节水室之间形成的高差，在船闸泄水时，将闸室的部分水体泄入节水室内保存起来，至船闸充水时，再利用两者之间的高差反灌回闸室，通过对部分水体的重复利用，达到船闸节水的目的；同样由于分层进行充泄水，在减少船闸过闸耗水量的同时，相应地可以减小输水水头，降低输水水力指标，为解决输水技术上的难题提供有利条件。
节水船闸的节水效果，随节水建筑物的规模及布置而定。例如，将闸室的充、泄水体，沿高程分成5 等份，在节水建筑物内，设置除最高的一个等份与最低的一个等份外与其他各等份水体相对应的3 层节水室，每个节水室均有带阀门的管道与不同水体分层的闸室连通，利用闸室不同分层水体与各节水室之间形成的水位差，闸室泄水时，将上部3 层水体分层泄入贮水室，只将最下面两层无法存入节水建筑物的水体泄入下游；闸室充水时，先由节水室分层向闸室下部3 层充水，只有最上面的两层水体，由上游引航道充入闸室，如节水池的容积与闸室内一层水体的体积相等，闸室船舶一次过闸的耗水量和输水的水头，均可减少为普通型船闸的2／5。
单级节水型船闸的船舶过闸程序大部分与普通型船闸相同，唯其充水与泄水的过程，通过节水建筑物逐层进行，闸室的充泄水时间增加较多。
（2）多级船闸。
1）连续式多级船闸。连续式多级船闸的组成与单级普通型船闸的不同点，是在上、下游通航水位之间船闸的主体段，由连续布置的多个单级船闸构成，见图3-3。由于多级连续式船闸单向过闸需要的时间较长，有时为满足枢纽过坝运量的需要，提高船闸的通过能力，将船闸布置成双线。
图3-3 3 级连续式船闸
（a）纵剖面图；（b）平面图
连续布置多级船闸的运行程序与单级船闸的不同之处，在于船舶（队）进入闸室至最后驶离闸室之间，需通过逐级启闭各个闸首的闸、阀门，由上一级闸室对下一级闸室泄水，形成上、下级闸室间水位齐平，过闸船舶随水位齐平逐级过闸。
2）分散式多级船闸。船闸的主体部分由多个分开布置的单级船闸构成，这种船闸与连续布置的多级船闸的主要不同之处，是在上下两级船闸之间设置了一个中间渠道，见图3-4。这种布置形式的船闸的过闸程序与逐个通过单级船闸相同。
图3-4 3 级分散式船闸
（a）纵剖面图；（b）平面图
（3）型式选择。(www.xing528.com)
目前世界各国已建的船闸，设计水头绝大多数在40m 以下，单级船闸通常是船闸首选的一种型式。但当单级船闸的设计水头更大时，需根据所在位置的地形、地质条件、船闸耗水的情况和解决水力学问题的难度，对是否需要采用连续或分开布置的多级船闸和节水式船闸等进行比较。
多级船闸连续布置与分散布置相比较，船闸布置较集中，船闸的线路较短，管理方便，工程量和造价一般较小；多级船闸分散布置相当于多个单级船闸，利用中间渠道进行连接。这种布置方式，必要时可通过利用中间渠道设置弯段，更好地适应坝址的地形、地质条件，改善引航道口门区的通航条件，船闸的运行方式比较灵活，单线分散布置多级船闸的通过能力，也较单线连续布置多级船闸的通过能力为大。但船闸间通过中间渠道进行连接，线路较长，工程量和造价一般较大，在船闸充、泄水时，中间渠道内的通航水流条件问题比较难以解决。对这两种方案的选择，在某种程度上，主要取决于河道的运量要求，当运量要求同时修建双线船闸时，应优先采用连续式布置的多级船闸，如修建单线船闸，可优先采用将闸室分散布置的多级船闸。
节水型船闸通过在闸室旁设置节水室，可以起到节省过闸耗水、减小闸室输水水头的作用。但闸室的充泄水时间太长，船闸的通过能力明显降低，且船闸下闸首、闸门结构和输水系统布置比较复杂，因此，目前世界上采用这种型式的船闸极少。
3.2.1.2 连续多级船闸水级划分
（1）水级划分方式。分散式多级船闸的水级划分，主要根据当前船闸输水技术的水平，决定单级船闸最大的输水水头和各级船闸分担总水头的份额，水级的划分相对比较简单。连续多级船闸的分级，除考虑分级后在船闸级与级之间的最大输水水头，确定船闸的级数外，还需更多地考虑工程的地形、地质条件，船闸的工程量，以及船闸运行管理等因素，确定所采用的水级划分的方式。按照适应上、下游水位间的不同组合，在船闸的最大输水水头和级数确定以后，船闸可有许多不同的水级划分方式。通常可按各级船闸水头大致相等、适应船闸的基础条件较好、船闸的工程量和过闸耗水量较小以及运行管理比较方便等原则，比较选择船闸的水级划分方式。
下面重点介绍4种较有代表性的水级划分方式。
1）按“不补不溢”的方式划分水级：以上、下游最高通航水位的连线加超高后，定出各级船闸的顶部高程，以上、下游最低通航水位的连线减最小槛上水深后，定出各级船闸的底坎高程，见图3-5（a）。这种水级划分方式的特点是充分考虑了上、下游水位变化的情况，船闸在上、下游各种水位情况下，既不需要补水，也不需要溢水，运行管理方便，但船闸的工程量最大，比较适用于上、下游水位变幅都不太大的情况。
2）按“只溢不补”的方式划分水级：以上游最低通航水位（或常遇水位）分别与下游最高和最低通航水位的连线，通过加超高和减最小通航水深后定出各级船闸的顶、底高程，见图3-5（b）。采用这种水级划分方式，考虑了上游最低通航水位与下游通航水位变化之间的关系，船闸在上游通航水位高于最低通航水位（或常遇水位）时，船闸需进行溢水，但在任何下游通航水位的情况下船闸不需要补水。由于降低了部分闸室的顶部高程，可节省船闸的工程量，通常适用于船闸主体段上游部分的地形较低，上游通航水位变幅较小，高于上游通航最低水位的几率不大的情况。
3）按“只补不溢”的方式划分水级：以上游最高通航水位分别与下游最高和最低通航水位的连线后，加超高和减最小槛上水深后，确定各级船闸的顶、底高程，见图3-5（c）。采用这种水级划分方式，考虑了上游最高通航水位与下游通航水位变化之间的关系，船闸在上游通航水位低于最高通航水位时，需进行补水，但在任何下游通航水位情况下船闸不需要溢水。由于抬高了部分闸室的底部高程，可节省船闸的工程量，通常适用于船闸主体段下游部分的地形较低、上游通航水位变幅较小、低于最高通航水位出现几率不多的情况。
4）按“又补又溢”的方式划分水级：以上游最高通航水位（或某一个常遇水位）与下游最低通航水位（或某一个常遇水位）间的连线，向上加超高、向下减最小通航水深后，定出各级船闸的顶、底高程，见图3-5（d）。采用这种水级划分方式，基本不考虑上、下游通航水位的变化，船闸除在上游高水位和下游低水位分别等于选用水位时，可既不溢水也不补水外，在上游通航水位和下游通航水位分别低于和高于选用水位时，均需要补水和溢水。这种水级划分的方法，通过降低除第一级以外各级船闸的顶部高程，抬高了除末级以外各级船闸的底部高程，船闸的工程量最省。通常适用于船闸主体段地形的纵坡较陡，上、下游通航水位变幅不大，大部分时间稳定在选用水位附近的情况。
图3-5 连续多级船闸水级划分示意图
（a）不补不溢；（b）只溢不补；（c）只补不溢；（d）又补又溢
由上述4种代表性水级划分方式可以看出，根据工程的具体情况，如采用下游的最高通航水位或最低通航水位分别与上游的最高通航水位和最低通航水位连线或分别在上、下游常遇的通航高水位和常遇的通航低水位之间连线，还可以得出多种不同的水级划分方式。
当水级划分方式不考虑采用出现机会很少的上、下游最高、最低通航水位，而按照常遇水位进行水级划分时，即成为少补不溢、不补少溢等不同的划分方式，三峡船闸采用的即为少补不溢的水级划分方式。
（2）划分方式选择。船闸的水级划分方式尽管有各种各样，但对于一个具体的水利枢纽，比较合理的水级划分方式只有一个，较优的水级划分方式应能兼顾到适应坝址的地形地质条件、各种通航水位发生的几率大小、工程量省、耗水量少、水力学问题能够解决、建筑物的基础条件好、运行管理方便等各个方面，具体可按以下几条原则，通过综合比较论证后选用。
1）级间的最大水头、闸门和阀门的规模，符合设计先进、运行可靠的原则。
2）应能兼顾工程不同运行分期水位的需要。
3）尽可能减少补水和溢水的次数，方便操作运行。
4）能合理利用基岩高程，建筑物的基础条件好、工程量少。
3.2.1.3 输水系统型式
船闸输水系统的型式，是确定船闸总体布置的一个重要因素，其与船闸各分部结构的型式及布置的关系比较密切。输水系统型式选择是船闸水力设计的重要内容，一般可通过判别系数初步选定，其具体方法将在后面作详细介绍。在初步进行船闸的总体布置工作时，输水系统的型式和主要尺度，一般可依据船闸的规模、输水水头和允许输水时间，参考同类船闸的经验，通过简单的计算分析采用。根据国内外船闸建设的经验，在大、中型水利枢纽上，当船闸的工作水头较小，且m＞3.5 时，可采用头部输水系统型式，即只在上、下闸首内布置输水设施进行充、泄水；当工作水头中等，且2.4＜m＜3.5 时，可采用第一类分散式输水系统，即在闸墙内布置长廊道侧支孔或多支孔；当工作水头较高，且1.8＜m＜2.4时，可采用第二类分散式输水系统，即只需在闸室内沿纵向布置1～2 个区段的出水支廊道，且可不考虑在两侧闸墙内布置廊道，将主廊道与出水支廊道相结合，直接布置在闸室底板内的方案；也可在闸墙内布置长廊道或经闸室中部横支廊道支孔出水或经闸室中部进口的纵、横支廊道支孔出水或经闸室中心进口的水平分流二区段出水等；工作水头高，且m＜1.8 时，可采用第三类分散式输水系统，即复杂长廊道等惯性输水系统，在两侧闸室墙内布置输水主廊道，经第一、二分流口两次分流，在闸室底板内布置2个或4个区段支廊道出水。
在船闸的基本布置确定以后，随着设计工作的深入，为最终确定输水系统和船闸分部结构的布置，应考虑船闸规模和工作水头的大小，是否需要通过输水系统的整体水工模型试验，甚至在必要时进行阀门段的局部常压和减压模型试验进行验证。
3.2.1.4 分部建筑物型式
船闸各分部建筑物型式的比较和选择，是船闸设计的重要内容。但在进行船闸总体布置工作的开始阶段，作为协调船闸总体关系的一个重要方面，需要初步拟定各个分部结构的型式和尺寸。通常可根据船闸所在的地形、地质条件和分部结构的规模，参照同类船闸的经验，船闸结构的型式：可按整体式和分离式，以及分离式结构的重力式、扶壁式、衬砌式等多种结构型式，进行简单的计算分析，初步提出船闸各分部结构的型式，作为进行船闸总布置的依据。
3.2.1.5 船闸主要设备型式
船闸设备的型式及各种附属设施的选择和布置，对船闸整体功能的实现，与各分部结构的尺寸、船闸运行的可靠性和效率，以及船闸的操作运行与维修是否方便等有密切关系。这项工作既是船闸金属结构和机电设计工作的重要内容，又是在进行船闸总体布置工作时需要考虑的重要因素。因此，在进行船闸的总体布置工作时，需根据船闸的有效宽度、水头和船闸运行管理方便等考虑，参照同类船闸的经验，通过简单的比选，初步提出闸门、阀门和电气设备的型式。根据国内外船闸建设的经验，工作的内容主要包括对船闸的工作闸门采用人字门还是平板门，相应的检修门采用平板门（提升门或浮门）还是迭梁门，船闸是否需要设置事故闸门，输水系统的阀门采用弧形门还是平板门，相应的检修门采用平板门还是迭梁门，船闸闸门阀门的启闭机械采用液压式还是齿轮式，船闸的电气拖动和控制采用什么方式等初步进行比较和选择，并按设备布置的需要，对船闸分部结构的尺寸和设备布置的位置提出要求。
3.2.1.6 附属设备和设施规划
在船闸总体布置工作中，除上述主体结构和主要设备的规划布置外，还应对充分发挥船闸整体功能和维修管理所必需的防渗及排水、闸面交通、安全监测、运行管理及维修、消防等设备和设施项目进行规划。
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