大型船舶進(jìn)出鹽城港富余水深的探究

謝保峰 陳進(jìn)濤

（江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院航海技術(shù)系，江蘇南京 211170）

1 港口通航資源剖析

1.1 航道特點(diǎn)

鹽城港位于江蘇省海岸線中部，“西洋深槽”西岸。水路北距連云港120 海里、西距上海港250海里。潮汐屬正規(guī)半日潮港，平均高潮位4.68米，平均低潮位1.09米，平均潮差3.56米，本海域?yàn)閺?qiáng)流海區(qū)，主流與岸線大致平行，近似呈南北向往復(fù)流，漲潮流向偏南，落潮流向偏北；最大流速出現(xiàn)在半潮面時(shí)，航道中最大漲潮流為4.6節(jié)，最大落潮流為4.3 節(jié)。西洋深槽是一條潮汐通道，呈喇叭形向北開口，東側(cè)有小陰沙及瓢兒沙等干出沙丘做為天然屏障，可進(jìn)出10 萬噸級(jí)海輪。港口航道長(zhǎng)約14.5 海里，航道走向163°／343°，航道以大型燈浮作為入口標(biāo)志，航道兩側(cè)共設(shè)有燈標(biāo)29個(gè)，西側(cè)有綠色燈標(biāo)14個(gè)，東側(cè)有紅色燈標(biāo)14個(gè)，碼頭邊29號(hào)燈標(biāo)為黃色間距為1.1海里［1］。

1.2 進(jìn)出港船舶交通流

2013年鹽城港全面開工建設(shè)外海深水航道工程；加快挖入式港池前期工程，加快在建碼頭建設(shè)，今年建成通航的碼頭有：石化碼頭、糧食與集裝箱專用碼頭和礦石專用碼頭，年底鹽城港自主營(yíng)運(yùn)的萬噸級(jí)以上深水泊位將達(dá)到16個(gè)，吞吐能力達(dá)5000萬噸。港口吞吐能力明顯加強(qiáng)。鹽城港作為蘇北大發(fā)展中興建的港口，隨著蘇北經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，進(jìn)出鹽城港的船舶數(shù)量和噸位越來越大。2011年鹽城港已接卸各類船舶1358 艘次，貨物吞吐量突破1000萬噸。2011年1－8月份鹽城港超大型船舶進(jìn)出港29艘次，其中集裝箱船6 艘次，散貨船23 艘次，僅此29艘次的超大型船舶的載貨量就達(dá)680612 噸。2012年鹽城港除了開通多條內(nèi)貿(mào)航線外，為了加強(qiáng)與東亞及東北亞經(jīng)濟(jì)往來，開通多條至韓國(guó)、日本、俄羅斯國(guó)際航線，同時(shí)增加了多條經(jīng)上海港中轉(zhuǎn)至歐美國(guó)家國(guó)際航線。裝卸貨物涵蓋煤炭、礦石、木材建材等30多個(gè)品種。近期還將開通鹽城港到韓國(guó)平澤周班航線。2011年1 月至11 月，鹽城港完成貨物吞吐量1700萬噸，集裝箱6萬標(biāo)箱，主營(yíng)業(yè)務(wù)收入2.4億元，煤炭銷售1.5億元。本年度鹽城港已接卸各類船舶2560艘次，超大型船舶進(jìn)出港40 艘次，超大型船舶拉動(dòng)港口上量作用明顯。本文主要以35000噸和50000噸散貨船為例研究鹽城港航道富余水深［2］。

1.3 港口遠(yuǎn)景規(guī)劃

江蘇海岸線較長(zhǎng)，海洋資源豐富，但沿海港口較少，只有連云港和南通兩個(gè)海港。為了發(fā)展蘇北，合理配置資源。鹽城港應(yīng)運(yùn)而生，經(jīng)過近幾年的努力，2005年10月鹽城港一期工程建成通航，產(chǎn)生兩個(gè)萬噸級(jí)泊位。2010 年8 月二期工程進(jìn)行通航。建成5－7 萬噸級(jí)散貨泊位一個(gè)，2－4萬噸級(jí)雜貨泊一個(gè)。二期碼頭前沿水深15 m，5－7萬噸級(jí)貨輪可正?？坎?，10萬噸貨輪可乘潮進(jìn)港。年吞吐能力可達(dá)1200 萬噸。根據(jù)2020年遠(yuǎn)景規(guī)劃，北港區(qū)將建設(shè)3－4 萬噸級(jí)碼頭3個(gè)，萬噸級(jí)碼頭1個(gè)。南港區(qū)將建設(shè)5萬噸級(jí)深水泊位5個(gè)。年吞吐能力達(dá)5 000萬噸散雜貨、100萬標(biāo)箱，開通至歐美等地重要港口的航線，成為江蘇中部最大的對(duì)外開放的綜合性商港。隨著大型泊位和碼頭興建，進(jìn)出鹽城港的萬噸級(jí)以上船舶越來越多。在合理利用水深資源的同時(shí)，較精確的估算船舶航行中的富余水深對(duì)船舶航行安全非常重要。

2 船體下沉量研究

船體下沉即航船的動(dòng)吃水增加量是決定船舶富余水深的關(guān)鍵性因素。根據(jù)流體力學(xué)連續(xù)性方程和伯努利方程得知：

V 為相對(duì)流速，S 為斷面過流面積，C 為常數(shù)，m 為水的質(zhì)量，E為勢(shì)能（水壓力）。

當(dāng)船舶周圍相對(duì)水深變淺，斷面過流面積變小，由（1）式可知，S與V 成反比，過流面積越少，流速越大。由式（2）得知，V 越大，流的動(dòng)能越大，E（勢(shì)能）越小，水壓力越小，船舶船體下沉。

2.1 船體下沉量及其影響因素探究

從流態(tài)角度理解，船舶在前進(jìn)中，既將水流向左右排開，也向船底方向排開，船首尾以及船中附近的流態(tài)和水壓力的分布發(fā)生變化，高壓區(qū)產(chǎn)生在船首尾附近，低壓區(qū)出現(xiàn)在船中。隨著船速增加，船體周圍的水流速度比船速快，船體附近水位下降，產(chǎn)生下沉。當(dāng)水深變淺時(shí)，船底水流受阻，下沉量增大。根據(jù)霍夫特的研究得知：當(dāng)水深（H）與吃水（d）的比小于等于2.5時(shí)，船舶前進(jìn)中的操縱性受到影響，應(yīng)視為淺水域。當(dāng)H／d≤1.5時(shí)，船舶前進(jìn)中的操縱性受到明顯影響，船舶下沉量變化明顯。鹽城港高潮時(shí)最大水深為15米，由此可得，當(dāng)吃水達(dá)10米的船舶進(jìn)出港時(shí)操縱受影響的程度開始明顯。

2.2 計(jì)算下沉量的數(shù)學(xué)模型探究

Tuck等人在對(duì)船型做適當(dāng)假定的條件下給出的平均下沉量S和縱傾變化τ的公式：

式中，Cb為方形系數(shù)，L、B、d分別為船長(zhǎng)、船寬和船舶吃水（米），F(xiàn)r為船舶長(zhǎng)度傅汝德數(shù)，H 為水深（米）。

Hooft結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出平均下沉量S和縱傾變化τ的公式：

美國(guó)Barrass提出更為簡(jiǎn)便估算公式，

式中Cb為方形系數(shù)，V 為船速（節(jié)）。

《上海港引航實(shí)用手冊(cè)》結(jié)合Tuck和Hooft兩位專家研究結(jié)果得出船舶下沉量計(jì)算公式，船體下沉量S，分解二個(gè)分量，平均下沉量S1和縱傾變化引起首傾S2：

第一是與人為善。良好的人際關(guān)系是教師情緒勞動(dòng)表現(xiàn)正常的重要保障，而良好人際關(guān)系的維系離不開師生之間、同事之間和睦相處，這要求教師自我能夠“想他人之所想，憂他人之所憂”，能夠有原則地與他人保持信任、尊重、和諧的關(guān)系?！拔抑耙矅L試改變一個(gè)所謂的問題學(xué)生，例如通過對(duì)他的關(guān)注、表揚(yáng)、了解等，改變效果還不錯(cuò)。有的教師選擇對(duì)這樣的學(xué)生放任自流，或者采取批評(píng)、教育的方式，甚至導(dǎo)致不良事件的發(fā)生，這是因?yàn)闆]有充分了解學(xué)生，不能與學(xué)生保持融洽的師生關(guān)系，教師情緒把握也不得當(dāng)，因此適得其反，最終也會(huì)影響到教師自己的良好情緒?！盵HDW—ZL]

式中，L0a為船長(zhǎng)（米），Cb為方形系數(shù)，H 為水深（米），d為平均吃水（米），B 為船寬（米），F(xiàn)r為船舶長(zhǎng)度傅汝德數(shù)，V 為船速（米／秒），g為重力加速度（米／秒2）。

3 大型船舶富余水深研究

3.1 決定富余水深大小的因素

富余水深大小是由靜止時(shí)船舶的吃水，水深誤差，前進(jìn)時(shí)船舶的下沉量，船舶搖蕩的吃水變化和比重不同所產(chǎn)生吃水的變化所組成的。結(jié)合鹽城港航道實(shí)際情況和當(dāng)?shù)氐乃臍庀笮畔⒌弥?。水深誤差主要有潮時(shí)誤差和海圖誤差［4］，根據(jù)《潮汐表》所述，中國(guó)沿岸預(yù)報(bào)誤差在20－30min之內(nèi)，潮高誤差為20－30cm。取其大值為0.3m。根據(jù)國(guó)際測(cè)深標(biāo)準(zhǔn)，水深小于20m，允許誤差為0.3m。按照鹽城港航道東側(cè)有小陰沙及瓢兒沙等干出沙丘做為天然屏障，主流與航道軸線大致平行，近似呈南北向往復(fù)流，船舶搖蕩主要是縱搖，根據(jù)鹽城港港情，并結(jié)合實(shí)船作為參考，縱搖所產(chǎn)生吃水增量為0.5 米［4］。由于鹽城港為海港，所以比重所引起的吃水變化不計(jì)。富余水深（如圖1）可以通過求取靜水中船舶前進(jìn)時(shí)的下沉量得到。

圖1 富余水深示意圖

3.2 大型船舶富余水深的確定

隨著江蘇蘇北地區(qū)快速發(fā)展，鹽城港地位突顯。同時(shí)是濕地資源比較豐富的地區(qū)，該地區(qū)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)較發(fā)達(dá)。在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，保護(hù)海洋環(huán)境也是勢(shì)在必行的。港口的迅猛發(fā)展以及大型泊位和碼頭興建，使得進(jìn)出港口的船舶數(shù)量和噸位也在不斷增大，船舶富余水深的精確確定不僅關(guān)系到船舶航行安全，還直接影響著鹽城港周邊的生態(tài)環(huán)境。下面以3.5萬噸級(jí)和5萬噸級(jí)散貨船來研究船舶在鹽城港航行所需的富余水深［5］。

表1 船舶資料

設(shè)船舶航行速度為10節(jié)，鹽城港航道最小水深為10.4 米，高潮時(shí)水深可達(dá)15 米。Frh＝0.825。通過對(duì)Tuck公式進(jìn)行計(jì)算可得：

35000噸級(jí)船舶S＝0.34米，τ＝0.0005米

50000噸級(jí)船舶下沉量S＝0.41米，縱傾τ＝0.0005米

利用Hooft公式計(jì)算得知：

35000噸級(jí)船舶下沉量S＝0.37米，縱傾τ＝0.25

50000噸級(jí)船舶下沉量S＝0.44米，縱傾τ＝0.30

美國(guó)Barrass提出更為簡(jiǎn)便估算公式：

35000噸級(jí)船舶Sk＝0.72，Ss＝1.44

50000噸級(jí)船舶Sk＝0.83，Ss＝1.66

《上海港引航實(shí)用手冊(cè)》公式計(jì)算結(jié)果：

35000噸級(jí)船舶下沉量S1＝0.34米，縱傾S2＝0.25

50000噸級(jí)船舶下沉量S1＝0.41米，縱傾S2＝0.30

鹽城港航道多為泥沙底質(zhì)，地形比較平坦，航道最淺水深為10.5m 和航道寬度為300m，平均高潮位4.68米，由于航道成近似南北走向，東側(cè)有小陰沙及瓢兒沙等干出沙丘做為天然屏障。該航道跟長(zhǎng)江口上海航段航道特點(diǎn)相似，通過上述公式計(jì)算結(jié)果也可以得出這一結(jié)論。富余水深＝潮汐誤差＋海圖誤差＋縱搖吃水增量，根據(jù)《上海港引航實(shí)用手冊(cè)》公式得出，35000噸級(jí)船舶富余水深為1.69m，50000 噸級(jí)船舶富余水深為1.81m。由此得知，35000 噸級(jí)及以上的船舶進(jìn)出鹽城港須候潮。并根據(jù)實(shí)際載況，選擇合適潮時(shí)進(jìn)出［6］。

4 大型船舶進(jìn)出鹽城港水域的安全航行建議

4.1掌握最新航道資料

隨著鹽城港碼頭一期、二期建成投產(chǎn)，三期、四期也在加緊建設(shè)，為了滿足港口發(fā)展，航道規(guī)劃和建設(shè)也在緊鑼密鼓的進(jìn)行中，其中包括航道疏浚和航標(biāo)設(shè)置等。再加上航道地質(zhì)為砂性土質(zhì)，淺灘也會(huì)隨季節(jié)和時(shí)間發(fā)生移動(dòng)，受風(fēng)向的影響，有時(shí)潮水也會(huì)提前或推遲到達(dá)淺灘。船舶在進(jìn)港前，必須獲得最新的港口航道圖書資料，特別是最新的航道水深資料，并注意收聽VTS通報(bào)安全信息，保證航道資料和水文信息的準(zhǔn)確和有效。

4.2 控制航速，保證足夠富余水深

4.3 航泊限制注意事項(xiàng)

大型船舶進(jìn)港靠泊需報(bào)海事部門特別核準(zhǔn)。在航道中航行時(shí)，有小型船及漁業(yè)船舶橫穿航道，搶越船頭。航行時(shí)需謹(jǐn)慎駕駛，加強(qiáng)了望并及早確定碰撞危險(xiǎn)。大型船舶特別是重載時(shí)應(yīng)選擇在白天進(jìn)出港口航道，碼頭南北端多淺灘，船舶不可進(jìn)入，應(yīng)在碼頭外航泊。

1 陳振國(guó).大豐港簡(jiǎn)介及進(jìn)出港操縱［J］.航海技術(shù)，2009（6）：21－22

2 賈曉暉.江蘇大豐港港口介紹［J］.天津航海，2012（2）：8～9

3 趙月林.船舶操縱［M］.大連海事大學(xué)出版社，2000

4 王鶴荀.論安全富余水深［J］.航海技術(shù)，2004（5）：4－6

5 高峰.黃驊港進(jìn)港航道航行船舶下沉運(yùn)動(dòng)量試驗(yàn)［J］.水道港口，2005（3）：47－51

6 雷濤.郭國(guó)平淺水航行船舶下沉量的確定［J］.航海技術(shù).2002（3）：10～11