Qmax型LNG船洋口港烂沙洋北航道航行安全探讨

    王华+陆元旦+陈汝夏

    

    

    

    摘 要：通过对富余水深主要影响因素的分析，结合Qmax型LNG船舶进出洋口港烂沙洋北航道的船舶引领实践经验，运用Barrass航行下沉量计算公式计算了Qmax型LNG船舶在不同航速条件下通过浅水区域的航行下沉量和富余水深，并与实际富余水深测量结果进行比较，从而验证Qmax型LNG船舶在浅水区航行航行下沉量计算结果的可靠性，以确保航行安全，也为该类型船舶驾引人员提供参考。

    关键词： Qmax型LNG船舶 烂沙洋北航道 下沉量 富余水深

    足够的水深是船舶安全航行和靠离泊的基本保障。为防止出现搁浅等意外，船舶在浅水区域内航行需留有足够的富余水深。由于洋口港烂沙洋北航道的特殊条件，在引领Qmax型LNG船舶时，必须考虑其航行产生的浅水效应，尤其是航行下沉量给予足够的重视。

    富余水深（UKC）的概念以及计算方法

    国内很多航海专著和文献中都将英文“Under keel clearance”（缩写为UKC）译为富余水深，并将其定义为“船舶龙骨下水深留有一定的安全余量”。富余水深（UKC）即船底以下的水深，是指船舶龙骨下缘至海底的垂直距离。船舶在静止状态和航行状态时的船底水深均可以被称为富余水深。富余水深示意图如图1所示：

    图1 富余水深示意图

    富余水深可用式（1）表示：

    UKC = h – d （1）

    式中：UKC——富余水深；h——实际水深（海图水深+潮高）；d——船舶吃水。

    影响富余水深的因素是多方面的，包括潮高、大气压变化对海平面高度的影响、船舶航行引起的船体下沉、风浪使船体产生纵摇、横摇、垂荡而引起船舶吃水的变化以及海水密度的变化引起船舶吃水变化等等。可以把这些影响因素分为两种类型：一种是引起船舶吃水（d）变化的因素，包括船体下沉、船舶产生横倾纵倾、海水密度变化等因素；另一种是引起实际水深（h）变化的因素，如潮高、海平面高度变化等等。

    船舶航行时，船体会在垂直方向产生一定的下沉，引起船舶吃水增加。因船舶航行引起的船体下沉值称为航行下沉量。当船舶平吃水时，最大航行下沉量发生在船首；当船舶有尾吃水差时，最大航行下沉量发生在船尾；当船舶有首吃水差时，最大航行下沉量发生在船首。船舶在浅水区域内航行时，船舶下沉量是船舶对富余水深影响的最大因素。

    当船舶从密度较大的港外海水水域驶入密度较小的港内海水水域时（如河口港），船舶吃水会逐渐增加，从而使富余水深减少。反之则船舶吃水减少，富余水深增加。另外，船舶纵倾和横倾都将引起最大吃水的增加。因此，计算富余水深时还应考虑一定的横倾修正量。

    根据以上分析，富余水深可以使用下列公式计算为：UKC = h（海图水深+潮高） – d（船舶静态吃水+水密度变化修正量+下沉量+横倾修正量） （2）

    Qmax型LNG船舶航行下沉量计算结果

    航行下沉量的确定有经验方法和理论方法。经验方法有多种。英版《航海手册》推荐的三个经验公式分别为：

    下沉量 = 10%的吃水； （3）

    下沉量 = 每5节前进速度下沉0.3米； （4）

    下沉量 = V2/100 （m），式中，V = 海里/小时 （5）

    式（3）方法一般指船速为10节条件下的航行下沉量计算，但并不适用于所有船速；式（4）方法说明船舶的航行下沉量与船速增加呈线性关系。但下沉量并非与船速一直保持线性关系。式（2）仅适用于某一速度范围内。式（5）方法说明下沉量与船速的平方成正比关系，但没有考虑船型水深等因素的影响。上述三种经验公式均有其局限性，其所导致的误差可能很大。

    船舶航行下沉量的理论方法亦有多种。实践中，计算浅水域船舶航行下沉量一般都采用美国Bryan Barrass博士提出的下述计算公式：

    S=KCbVk/100 （6）

    式（6）中：Vk为船速（kn）；K为航道断面系数，K=5.74Q0.76（1≤K≤2），对于非限制性航道k=1；对于限制性航道k=2。

    航行下沉量主要由船舶的方形系数和航速决定。下沉量与船舶的方形系数成正比，下沉量与船速的平方成正比。应用Barrass的上述的公式，计算Qmax型LNG船舶的航行下沉量。Q-Max 型LNG船满载D=11.9米，Cb=0.772108，在不同船速及H/d不同情况下的船舶下沉量如表1：

    表1 Qmax型LNG船舶满载情况航行下沉量表 （单位：米）

    从计算结果可以看出：船舶的方形系数越大，其航行下沉量越大；航速越大，下沉量越大；水深吃水比越小，下沉量越大。

    Qmax型LNG船舶富余水深计算与实测验证

    Qmax型LNG船舶为当今世界上最大型的LNG船舶。该种船型的LNG船舶的总长为345米，船宽在53.8～55米之间，满载吃水一般为11.9米，压载吃水一般为9.5米，货舱容积26.3～26.6万立方米之间。

    洋口港烂沙洋北航道的浅水区域在洋口No.9至No.11灯浮之间，最浅水深为-11.4米在实际引领Q-Max型LNG船舶进出洋口港烂沙洋北水道和靠离江苏LNG码头工作中，需要考虑安全富余水深的情况有二种情况：一是落末水靠泊；二是初涨水掉头靠舶。

    实例一：

    2014年2月24日引领“扎卡（ZARGA）”轮靠泊江苏LNG码头：

    当日潮汐资料：高潮潮时：0554，潮高5.55米；

    低潮潮时：1209，潮高2.51米；

    高潮潮时：1836，潮高5.19米。

    靠泊方式：利用初涨水时机掉头右舷靠泊。当时实际船速、潮位、船舶下沉量及水深计算出船舶富余水深并与实测水深数值比较情况，见表2：

    表2 富余水深计算与验证实例

    根据壳牌船舶管理公司对船舶富余水深（UKC）管理政策，Qmax型LNG船舶的最低富余水深要求如下：①开阔海域：UKC应超过LNG船最大吃水的50%；②限制水域：最小UKC要求为船舶最大吃水的10%并且要考虑船舶动态因素。③在航道内：最小UKC 要求为船舶型宽的1.5%，但不得小于0.6米并且要考虑船舶的动态因素；④在系泊过程中，最小UKC要求为船舶的型宽的1.5%，但不得小于0.3米。

    可以看出，应用Barrass的公式计算Qmax型LNG船舶的航行下沉量一般大于船舶的实际下沉量，在实际运用中是安全的。上述两个实例中，富余水深计算和实测结果均可以完全满足船方对安全富余水深的要求。

    结论

    准确计算Q-Max型LNG船舶的航行下沉量，科学合理地确定Q-Max型LNG船舶的富余水深，既可以保证船舶的安全通航又能充分发挥港口水域的通航能力。运用Barrass下沉量公式计算船舶航行下沉量简便易行，其计算结果较实际情况偏大，有利于保证船舶的航行安全。

    船舶航行下沉量与船速平方成正比。因此，减少船舶下沉量的最有效方法是控制船速。LNG船舶靠泊江苏液化天然气码头的时段为落末水或初涨水；LNG船舶在航道内航行的速度应控制在10节左右；通过11号浮前后浅水水域时潮高应控制在2.5米以上，船速应控制在6节左右，以留有足够的安全富余水深。

    参考文献：

    [1] 洪碧光. 船舶操纵原理与技术[M]. 大连海事大学出版社，2007.

    [2] 王春久. 超大型船舶在浅水域中下沉量与富余水深的探讨[J]. 航海技术，2012（1）： 2- 7.

    [3] 冯义. 超大型船舶富余水深的构成要素简要分析[J]. 港口科技，2012（1）： 37- 41.

    [4] 董存义， 吴东江. 船体下沉量与富余水深的确定[J]. 航海技术，2008（3）： 14- 16.

    [5] 洪碧光. 船舶操纵[M]. 大连海运学院出版社，1991.

    （第一作者单位：南通港沿海港区引航站）