浅析五万吨级重载油轮乘潮进靠纳海码头的操纵方法
邵正帅 陈永勇
摘 要：舟山马岙港区灌门航道水深流急，水流条件复杂，航道通航受狭口段水流限制较大，对船舶进出灌门航道操纵极其不利，但该区域交通流密集，重载油轮靠泊频繁，引航工作面临巨大挑战。本文结合工作实践，通过典型案例分析，提出船舶靠泊该区域的操纵要领。
关键词：重载油轮;乘潮;下沉量;操纵方法
中图分类号：U675.9? ? ? ? ? ? 文献标识码：A? ? ? ? ? ? 文章编号：1006—7973（2019）01-0062-04
1引言
舟山纳海有限公司码头位于舟山市本岛西部岑港镇马鞍，地理坐标为30°07'11"N、121°57'06''E，该公司建有3万吨级液体化工泊位（水工结构按靠泊5万吨级船舶设计）2座，泊位长度均320米，相邻的天禄和浙江海洋石化2家公司也建有同类型5万吨级码头共2座。该区域重载油轮靠泊频繁，年均有100多艘次船舶靠泊，货源主要来自日本、韩国和东南亚。由于靠泊此区域码头的重载油轮航行距离远（船舶要通过灌门航道，舟岱大桥临时主航道，五虎礁引航锚地推荐航道和烟墩航道），航道富余水深较小，交通流密集，码头前沿水文条件复杂，本人结合自身在工作中的实际操纵经验，浅析吃水11.2米重载油轮选择过灌门航道的时机，舟岱大桥临时航道的航法，乘潮过浅水区域时对船舶操纵的影响以及靠泊时的注意事项。
2船舶概况
由于航道水深受限，靠泊舟山纳海石油码头的船舶吃水也有一定的限制，通常进口的船舶最大吃水在11米左右，为5万载重吨的灵便性油轮。这种类型油轮的船长183米，船宽32.2米，满载吃水13.5米，满载排水量约6万吨，主机功率通常为8000KW。操纵性总体表现为停车和倒车冲程大、倒车所致偏转效应强、航向稳定性和旋回性好等。
3灌门航道
3.1 灌门航道概况
灌门航道位于舟山马岙港区。灌门航道由两部分组成，分别为灌门直航道和灌门狭口段航道。灌门直航道长约7.5海里，宽度1000米，水深在15到50米之间，主流向为东西向，涨水流向正西，落水流向正东，容易受东风向影响而产生较大涌浪。
灌门狭口段航道位于粽子山和龙王跳咀之间，灌门狭口段因受粽子山和龙王跳咀地形的窄束作用和海底地形影响，造成水深流急的复杂水流条件。狭口段航道宽度0.2海里，水深在27到66米之间，航行距离虽短但转向角达到50度以上，经验表明，若船速控制不好或者通过狭口段时机不利，船舶极有可能不能顺利通过而被风流压向下园山礁石区，造成船舶事故。狭口段的流速非常急，根据实测水文测验资料分析，狭口航道轴线中部测流点最大涨、落潮流速分别为6.6节和6.2节，涨、落潮平均流速小于2节出现频率分别为20%和24%，大于2节流速出现频率在75%以上，并且流速结构中高流速水流（大于3节）占据主要成分，如表1所示。
如图1所示，根据现场实测的流态反映，高流速时航道水域内产生漩涡和激波，且狭口段水流主流向与航道存在大約18度的夹角，因此航道通航受狭口段水流限制较大，对船舶进出灌门航道操纵极其不利。
3.2 通过灌门航道的时机和操纵要领
如果船舶不在五虎礁联检锚地抛锚而采用直接靠泊的方式，并且在最高潮位时段通过烟墩航道的浅水区域，那么船舶应该在定海低潮后0.5～1小时进入灌门直航道，定海低潮后1.5～2小时通过灌门狭口段航道，此时灌门狭水道流速小于0.5节，流向偏东。如果船舶当天不是直接靠泊，在五虎礁联检锚地抛锚待泊，那么也可以选择在涨末潮水时通过灌门航道，时机是定海高潮后0.5～1小时进入灌门直航道，定海高潮后1.5～2小时通过灌门狭口段航道，此时灌门狭水道流速小于0.5节，流向偏西。
在船位到达狭口段前，应落实好护航艇和护航拖船。船位距狭口段2海里时开始调控船速，到达狭口段航道时船速控制在7～8节，重载船由于转向避让困难，要提前通知马岙海事处和护航艇，安排合适的空档，船位到达预定的转向点时，先用大角度转向，等船首向右旋回时，及时回舵，利用重载船舶的惯性转向。由于转向角度达到50度，在转向过程中，重载船舶的速度会下降很多，适当加车增加舵效。同时要考虑粽子山南面的浅水区，狭水道效应和浅水效应对船舶操纵的影响。由于浅水效应，使船舶的舵力下降，旋回性变差，航向稳定性提高，并且狭口处弯曲度大，因此要始终保持好船位，不要靠粽子山太近。重载船舶切忌转向太快，如果向右旋回太快可压左舵减缓，不要把定，要始终保持右转趋势。船位在粽子山南面时，该处的潮流和浅水效应会阻止船舶向右偏转，一旦趋势形成，船位会偏出计划航线，压向下园山的礁石区，十分危险。操纵重载船舶过灌门航道时用舵应遵循舵角要大、回舵要快、勤用舵、切忌把定的原则。同时要注意克服风的不利影响。
4船舶通过舟岱跨海大桥临时主航道的操作要领
舟岱跨海大桥建设期间设置三个临时航道：分别为临时南航道、临时主航道、临时北航道。临时主航道位于长白岛的西北面，由六个灯浮组成，全长1.5海里，呈西北—东南走向，航道水深17～50米，航道宽度500米，是进出舟山北部港区的重要航道。该区域潮流属于不规则半日潮，涨潮流向西北，落潮流向东南，航道主轴线与潮流成10度左右的夹角。涌浪通常不大，较大涌浪一般发生在受到台风或持续东北大风影响的时候，航道受带北字头的风向影响较大。
临时主航道位于舟山的马岙港区，港区内有30多家修造船船厂和港口生产企业，每天有近100艘次的中大型船舶使用该航道（不包括大桥施工船），同时航道两侧有大量施工船来回穿越，在建的桥墩离航道只有200米的安全距离，所以船舶进入航道前应加强瞭望和定位，确保主机、舵机等关键设施设备处于良好的工作状态，及早确定航道位置和船舶航向，并加强与现场施工船舶的联系，及早协调避让。船舶通过临时航道时，应控制船速、各自靠右航行、并与两边的航标和桥墩保持足够的安全距离，同时避免追越或与他船并行。发现航道或航标异常或有疑问时，应立即停航，及时与有关部门联系和通报。
5船舶通过五虎礁引航锚地推荐航道和烟墩航道内的操纵要领
5.1 富裕水深的计算
浅水是一个相对的概念，通常采用相对水深的概念来表示水深的大小，即水深吃水比（h/d）。国际上一般将水深分为4个范围：①当水深和吃水比（h/d）h/d﹥3.0时，该水深为深水;②当水深和吃水比介于1.5﹤h/d﹤3.0时，该水深为中等水深;③当水深和吃水比介于1.2﹤h/d﹤1.5该水深为浅水。船舶航行于该水域时，操纵性能受到明显影响;④当水深和吃水比h/d﹤1.2时，该水深为超浅水。船舶航行于该水域时，操纵性能受到显著影响。
本文按重载油船吃水11.2米计算，根据定义，当航道水深小于13.4米，为超浅水区，水深介于13.4和16.8米之间为浅水区。五虎礁引航锚地推荐航道和烟墩航道水深如图2表示。
富余水深的定义为实际水深减去静止时船舶吃水，影响富余水深有两方面因素：一方面是引起水深变化因素，另一方面是引起吃水变化因素，即富余水深与实际水深和船舶吃水有关。其中实际水深与潮汐有关，而潮汐是动态的，故富余水深也是动态的;引起吃水变化的因素包括船舶纵倾、横倾、航行下沉和波浪引起的船舶吃水增加量等，最主要还是船舶在受限水域航行时的下沉量。根据美国船舶操纵资料介绍估算船舶下沉量计算公式：
S=（2×V×V×Cb）/100
公式中： Cb—船舶的方形系数;
V—船速。
通常此类型船舶的方形系数取Cb=0.7737，当船舶平吃水11.2米，船舶在受限水域的下沉量如图3所示。
5.2 船舶通过该区域的操作要领
舟岱大桥临时航道到泊位之间的五虎礁引航锚地推荐航道和烟墩航道的海图水深在10.1～14.6米之间，存在两个超浅区域。浅水域操纵船舶，有时会出现舵效极度降低甚至无舵效，不能自主操纵的局面，需要拖轮支援;浅水域航行中船体进一步下沉会危及船体、舵和推进器的安全，甚至危及主机的正常工作。为使重载船舶（吃水11.2米）在五虎礁引航锚地推荐航道和烟墩航道中安全航行，应乘潮进港，并使船体水下有足够的空间供船舶操纵，保证船舶龙骨下水深有一定的安全余量。
6浅水效应对重载船舶操纵的影响
重载船舶进入浅水中航行时，由于流经船体以下的空间限制，水流受阻，流经船体的水流由三维空间流动变为向两侧的二维平面流动，使船体周围水压力的分布发生变化，增加了船舶阻力，改变了船体表面的水动力的大小和分布，使其操作特性发生了改变。
6.1 船舶阻力增加，船速降低，航向稳定性提高
由于在浅水域船体周围水流加速，增加了船舶的摩擦阻力和兴波阻力;螺旋桨盘面附近涡流增强，推进器效率降低，使船速降低，水深越浅降速越明显。同时，船体的附加质量和附加惯性矩增大，当h/d<1.5时，附加质量和附加惯性矩成倍增大，使船舶的运动加速度和角加速度变低，不易改变运动状态，航向稳定性提高。
6.2 船舶水动力和力矩增大，横移和转向困难，船体震动明显
在浅水区域，由于船体周围流速增强，导致船舶受到水动力和水动力矩增大，转头阻矩加大，在实船操纵中，船舶的转向和横移发生困难，经常要用满舵来转向。这就要求引航员在浅水区域中引领重载船舶时，要用大舵角，早回舵，早压舵，必要时加车增加螺旋桨排出流提高舵效。与此同时，船尾伴流增强，螺旋桨上下浆叶推力之差变大，船体出现明显的震动。
6.3 船体下沉和纵倾变化
在浅水中，由于船体周围的流动由三维流动变为二维流动，流速增加，使船体周围水压力变化加剧，船中低压区扩展至船尾，船体下沉和纵倾变化比深水中更为显著。船体的升沉和纵倾变化主要取决于船型和船速，方形系数Cb>0.7的肥大型商船一般船速下的船体下沉表现为首倾，对于平吃水船舶会造成船首吃水增大。
6.4 实例
油轮“鱼鹰”（SM OSPREY）轮，船籍港韩国，船长183.0米，船宽32.2米，50034载重吨。本航次载货量40018吨，进港吃水11.2米。2018年6月8日气象情况：偏南风4～5级，阵风6级，海浪1～2级，能见度良好。当日定海港潮汐：0457时，325cm;1202时，152cm;1738时，275cm;2357时，169cm。
船舶通过第一个超浅水区域时间为0345～0355，此时潮高2.8米，潮流是急涨水。第一个超浅水域海图标绘水深是10.2米，由于海图基准面误差，实际海图水深大于海图标绘水深0.3米，此时航道实际水深为13.3米。根据定义，此时富余水深是2.1米。船舶在无遮蔽航道航行纵摇、横摇和垂荡增加吃水0.3米，通过第一个超浅水域时船速控制在6节左右，下沉量0.56米。通过计算，船舶通过第一个超浅水域时，船舶龙骨下的实际水深大约1.24米。通过第二个超浅水区时间是0500～0515，此时潮高3.2米，潮流是涨流末端。第二个超浅水域海图标绘最浅水深10.1米，由于海图基准面误差，实际海图水深大于标绘水深0.2米，此时航道实际水深13.5米。根据定义，此时富余水深是2.3米。船舶在半遮蔽航道航行纵摇、横摇和垂荡增加吃水0.15米，通过第二个超浅水域时船速控制在船速8节左右，下沉量0.99米，因此，船舶通过第二个超浅水域时，船舶龍骨下实际水深大约1.16米。
船舶在五虎礁引航锚地推荐航道和烟墩航道内航行时，船舶龙骨下的实际水深在1.16～4.0米。第一个超浅水区与第二个超浅水区之间的航程大约11海里，前半航程为顺流航行6海里，后半航程为顶流航行5海里，船舶在定海高潮前一小时通过第一个超浅水域，在定海高潮时通过第二个超浅水域，使船舶通过超浅水域时有足够的富余水深，对船速的控制提出很高的要求。船舶在五虎礁引航锚地推荐航道和烟墩航道航行时，龙骨下实际水深较小，操纵性变差，密切关注船舶的状态，在操纵过程中，早回舵，早压舵，必要时加车提高舵效;防止船舶在超浅水域发生横移偏离航道或搁浅，提前控制船速和落实护航拖轮;在交通流密集区提前发布航行动态，避免他船妨碍本船的安全通行。
7靠泊时的注意事项
7.1 靠泊条件
纳海泊位长度320米，一字型码头，走向128～308 度，前沿水深20米，泊位西北端有12米等深线，内侧是滩涂。
潮汐为不规则半日潮，涨潮流向西北，最大流速4～5节，落潮流向东南，最大流速5～6节，同时受桃夭门和响礁门水道两股潮流的影响，响礁门水道的流向基本与码头平行，桃夭门水道的流向与码头成30～40度的夹角。最大流速出现在定海高低潮一小时之前。
此时，船舶靠泊作业的许可条件如表2所示。
7.2 靠泊时的注意事项
（1）船舶通过第二个超浅的水区后，船位距码头只有2.3海里，进入人员靠泊操作程序。推荐航道在烟墩水道的左侧，本船南下靠泊航行时与北上航行的船舶形成对遇局面，如果红灯会遇，船舶就要偏离航道，增大靠泊的横距;与此同时，还有一部分在桃花山临时锚泊的船起锚南下，小船为了借流航行，所以靠岸行驶，从本船的左后方追越本船，对船舶入泊角度和横距造成不利影响。因此接近泊位过程中，提前发布航行动态，与南下和北上航行的船舶保持通讯通畅，明确本船的动态。
（2）在泊位西北侧的外沿有10米等深线，所以船舶接近泊位过程中横距不能太小，防止发生墩地和搁浅。
（3）船舶在航道内航行，同时受响礁门和桃夭门水道两股潮流的影响，船位在泊位北侧时受响礁门水道潮流影响较大，流向与泊位平行，船首受推开流影响，船首容易向右偏转，加车满舵也很难抑制船首向右偏转，同时船速增大，对入泊控速十分不利。因此船首拖轮提早到顶位置，防止船首向右偏转过快。当整体船位正横泊位时，船舶右舷受到桃夭门水道潮流的影响，入泊拢速突然增大，所以首拖和尾拖应提前到拉位置，减小横移拢速。
（4）码头内侧和北侧是滩涂，水深很浅，涨水时有回流影响，使船舶在泊位的北端和南端受不同潮流的影响，当船位在泊位的南端时受涨水流影响，北端时受落水流影响，船舶接近泊位过程中船速不易衰减，有时还会增大。
（5）船舶接近泊位时船速不宜过快，如果船速过快，倒车时间过长，船舶受沉深横向力和排出流横向力的影响，同时受响礁门涨潮的推开流，使船首向右偏转速率过快，首拖最快顶也抑制不住船首向右偏转，整体船位外移，不易拢泊，应提前控速，减少倒车时间。
8结语
该区域原重载油轮靠泊最大吃水9.5米，通过引航员的认真学习和交流研究，采取乘潮进港靠泊，精准控制船舶通过灌门航道时机，熟练掌握重载油船在浅水区域中的操纵特性等手段，已使进港靠泊该区域油轮最大吃水深度达到11.2米，而此类型油轮吃水每增加10厘米，载货量会增加50吨，大幅度提高了企业的经济效益。引航员技术的提高，不仅为港口安全保驾护航，更助力了舟山港口吞吐量的提升。作为引航员，要勇擔责任，熟练业务，为舟山港口发展贡献更大的力量。
参考文献：
[1]洪碧光.船舶操纵[M].大连：大连海事大学出版社，2008.
[2]谷文贤.船舶操纵[M].大连：大连海事大学出版社，1993.
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