國(guó)內(nèi)航區(qū)氣象衡準(zhǔn)探討

馮振玉 浙江欣海船舶設(shè)計(jì)研究院總工程師

對(duì)于船舶完整穩(wěn)性的計(jì)算，在《國(guó)內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》（以下簡(jiǎn)稱《國(guó)內(nèi)規(guī)則》）中有穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)K的校核，在《2008年國(guó)際完整穩(wěn)性規(guī)則》（以下簡(jiǎn)稱《IS規(guī)則》）中有氣象衡準(zhǔn)數(shù)K的校核。兩部規(guī)則對(duì)K值的命名不同，正確地說(shuō)，應(yīng)叫氣象衡準(zhǔn)數(shù)。因?yàn)榉€(wěn)性衡準(zhǔn)的參數(shù)諸多，它只是其中之一，且與氣象條件密切相關(guān)。K值大小的決定因素是風(fēng)壓，風(fēng)壓的大小取決于風(fēng)速，而決定風(fēng)速大小的又是風(fēng)級(jí)。故氣象衡準(zhǔn)數(shù)的大小，實(shí)質(zhì)上就是反映船舶抵抗自然風(fēng)級(jí)的能力。一般稱K=1時(shí)為臨界氣象衡準(zhǔn)，此時(shí)的抗風(fēng)能力為氣象衡準(zhǔn)的最低要求。

兩部規(guī)則對(duì)氣象衡準(zhǔn)要求的形式不同，對(duì)船舶抗風(fēng)能力的標(biāo)準(zhǔn)也不同。相對(duì)而言，在切合實(shí)際方面，《IS規(guī)則》的標(biāo)準(zhǔn)要優(yōu)于《國(guó)內(nèi)規(guī)則》的標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)具體分析如下：

氣象預(yù)報(bào)中風(fēng)級(jí)與風(fēng)速的關(guān)系

船舶的抗風(fēng)能力，應(yīng)針對(duì)氣象預(yù)報(bào)的風(fēng)級(jí)。氣象預(yù)報(bào)是以海平面之上10m高處的平均風(fēng)速為準(zhǔn)，按蒲氏風(fēng)級(jí)進(jìn)行預(yù)報(bào)。其風(fēng)級(jí)N、風(fēng)速V和風(fēng)壓P之間存在著下述關(guān)系：

氣象預(yù)報(bào)的風(fēng)級(jí)與風(fēng)速的關(guān)系見(jiàn)表1。

從表1可以看出，每級(jí)風(fēng)的風(fēng)速大小都有一定的范圍，故在預(yù)報(bào)船舶的可抗風(fēng)級(jí)時(shí)，應(yīng)以可抗某級(jí)風(fēng)的最大風(fēng)速為準(zhǔn)，以便覆蓋該級(jí)風(fēng)速的全部范圍。例如，對(duì)于滿足K=1臨界衡準(zhǔn)時(shí)的風(fēng)速V=28.1m/s，則按28.1m/s在表1的最大風(fēng)速欄反向插值，求出對(duì)應(yīng)的風(fēng)級(jí)為N=9.9（也可以按公式N=10（lgV+0.0778）/1.5-0.49進(jìn)行計(jì)算）。但預(yù)報(bào)船舶的抗風(fēng)等級(jí)時(shí)，應(yīng)按氣象預(yù)報(bào)都是整級(jí)風(fēng)的形式，只取N的整數(shù)部分。

核算氣象衡準(zhǔn)時(shí)的風(fēng)壓取值

《國(guó)內(nèi)規(guī)則》將航區(qū)劃分為遠(yuǎn)海、近海、沿海和遮蔽四個(gè)航區(qū)分別進(jìn)行風(fēng)壓取值。對(duì)于漁船，因?yàn)檎诒魏絽^(qū)都在禁漁線之內(nèi)，不允許漁船作業(yè)，故只保留了前三個(gè)航區(qū)。但不管是交通船還是漁船，其航區(qū)風(fēng)壓的取值都是相同的。

表1 氣象預(yù)報(bào)的風(fēng)級(jí)與風(fēng)速的關(guān)系

《IS規(guī)則》對(duì)風(fēng)壓的取值不分航區(qū)，但對(duì)于不同的船類取值略有不同。對(duì)于商船和船長(zhǎng)不小于45m的漁船，其風(fēng)壓取值一律為504Pa。對(duì)于船長(zhǎng)為24m和45m之間的漁船，其風(fēng)壓依船舶水上側(cè)投影面積中心到水面的高度h不同而變化，也就是考慮了風(fēng)速梯度系數(shù)c的影響。

《IS規(guī)則》與《國(guó)內(nèi)規(guī)則》計(jì)算氣象衡準(zhǔn)值時(shí)，都以距離水面6m高度處的風(fēng)壓為基準(zhǔn)，其他高度處的風(fēng)壓系按風(fēng)速梯度系數(shù)c進(jìn)行修正。對(duì)低于6m高度的風(fēng)壓，《國(guó)內(nèi)規(guī)則》適用于船長(zhǎng)不小于20m的所有船舶；《IS規(guī)則》只適用于船長(zhǎng)為24m和45m之間的漁船，相當(dāng)于放寬了校核的標(biāo)準(zhǔn)。兩者計(jì)算風(fēng)壓取值的對(duì)比見(jiàn)表2。

表2中的風(fēng)速梯度系數(shù)c，系指距離水面不同高度處的風(fēng)速，與距離水面6m高度處的風(fēng)速之比。這是考慮空氣具有粘性，同一時(shí)間內(nèi)在不同高度處的風(fēng)速不同。從表2所列數(shù)據(jù)看，《IS規(guī)則》與《國(guó)內(nèi)規(guī)則》風(fēng)速梯度系數(shù)的取值基本一致。

《IS規(guī)則》氣象衡準(zhǔn)的內(nèi)容及最低抗風(fēng)等級(jí)

《IS規(guī)則》氣象衡準(zhǔn)的規(guī)定是：假定船舶失去動(dòng)力且處于橫風(fēng)橫浪之中，在定常風(fēng)的作用下，船舶向下風(fēng)舷橫傾了一定的角度，然后在此角度下受波浪的作用共振諧搖。當(dāng)船舶搖至上風(fēng)舷最大角度時(shí)，剛好受到突然加大的陣風(fēng)，將船吹向下

風(fēng)舷產(chǎn)生橫傾。用船舶自身抗傾覆能量與這種風(fēng)浪聯(lián)合作用傾覆能量的比值K，作為氣象衡準(zhǔn)數(shù)，并規(guī)定K≥1。其數(shù)學(xué)模型見(jiàn)圖1，校核的步驟如下：

（1）船舶受到垂直于其中心線的一個(gè)定常風(fēng)壓的作用，產(chǎn)生一個(gè)定常風(fēng)傾力臂(lw1)；

（2）假定在波浪作用下，船舶由lw1的平衡角(φ0)向上風(fēng)一側(cè)最大諧搖至橫搖角(φ1)；

（3）然后船舶受到一個(gè)陣風(fēng)風(fēng)壓，產(chǎn)生一個(gè)陣風(fēng)傾側(cè)力臂(lw2)，且lw2=1.5 lw1；

（4）在此情況下，面積“b”應(yīng)等于或大于面積“a”，即K=b/a≥1。

圖1《IS規(guī)則》氣象衡準(zhǔn)

在《IS規(guī)則》的數(shù)學(xué)模型中，設(shè)定陣風(fēng)風(fēng)壓力臂w2與定常風(fēng)風(fēng)壓力 臂w1之 間 有w2=1.5w1的 關(guān)系。由于風(fēng)壓力臂與風(fēng)壓成正比，故陣風(fēng)的風(fēng)壓P2與定常風(fēng)的風(fēng)壓P1之間同樣存在P2=1.5P1的關(guān)系。利用公式（3）V=（P/0.7356）0.5（m/s），可以反推出P2所對(duì)應(yīng)的風(fēng)速V2，再以V2作為最大風(fēng)速，反推出可抗的陣風(fēng)風(fēng)級(jí)。它們之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表3。

表2 《國(guó)內(nèi)規(guī)則》與《IS規(guī)則》計(jì)算風(fēng)壓的對(duì)比

表3 《IS規(guī)則》規(guī)定的風(fēng)壓及其對(duì)應(yīng)陣風(fēng)的風(fēng)速與風(fēng)級(jí)

由表3可見(jiàn)，《IS規(guī)則》滿足臨界氣象衡準(zhǔn)的最小抗風(fēng)等級(jí)為10.9級(jí)。若聯(lián)想發(fā)揮一下，當(dāng)初規(guī)則的設(shè)定應(yīng)該是11.0級(jí)，有可能是上述公式推導(dǎo)過(guò)程中累計(jì)的誤差所致。

《國(guó)內(nèi)規(guī)則》氣象衡準(zhǔn)的內(nèi)容及最低抗風(fēng)等級(jí)

《國(guó)內(nèi)規(guī)則》氣象衡準(zhǔn)的規(guī)定是：假定船舶失去動(dòng)力處在橫浪之中共振諧搖，當(dāng)搖到某一舷最大角度時(shí)，受到突然吹向另一舷的橫向陣風(fēng)而發(fā)生橫傾，用船舶自身抗傾覆能量與這種風(fēng)浪聯(lián)合作用傾覆能量的比值K，作為氣象衡準(zhǔn)數(shù)，并規(guī)定K≥1（其數(shù)學(xué)模型略）。

按照前述的步驟，同樣可以求出《國(guó)內(nèi)規(guī)則》臨界氣象衡準(zhǔn)時(shí)的最低抗風(fēng)級(jí)別，具體見(jiàn)表4。

表4 《國(guó)內(nèi)規(guī)則》臨界氣象衡準(zhǔn)時(shí)可抗陣風(fēng)的風(fēng)級(jí)

由表4可見(jiàn)，《國(guó)內(nèi)規(guī)則》滿足臨界氣象衡準(zhǔn)的最小抗風(fēng)等級(jí)分別為：遠(yuǎn)海航區(qū)13.3級(jí)；近海航區(qū)10.8級(jí)；沿海航區(qū)8.5級(jí)。

國(guó)內(nèi)航區(qū)氣象衡準(zhǔn)的討論

從表3和表4的對(duì)比可以看出，就臨界氣象衡準(zhǔn)的最低抗風(fēng)能力而言，《IS規(guī)則》10.9級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)與《國(guó)內(nèi)規(guī)則》三個(gè)航區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)相比，是一低、一高、一持平。即其較遠(yuǎn)海航區(qū)要求的13.3級(jí)低了2.4級(jí)；較沿海航區(qū)要求的8.5級(jí)高了2.4級(jí)；較近海航區(qū)要求的10.8級(jí)高0.1級(jí)（持平）。根據(jù)國(guó)內(nèi)船舶的航線及營(yíng)運(yùn)的實(shí)際需求，現(xiàn)對(duì)國(guó)內(nèi)航區(qū)的衡準(zhǔn)提出幾點(diǎn)意見(jiàn)供討論：

（1）《IS規(guī)則》適用于全球海域的船舶，應(yīng)該說(shuō)中國(guó)的海域也不屬于例外。即使《國(guó)內(nèi)規(guī)則》規(guī)定的“南海距岸120n mile(臺(tái)灣島東海岸、海南島東海岸及南海岸距岸超越50n mile)”以外的遠(yuǎn)海航區(qū)，其通常海況的惡劣程度總不會(huì)超越“好望角”海域和北大西洋冬季的海況。故將國(guó)內(nèi)航行船舶的抗風(fēng)等級(jí)提高并超越了國(guó)際航行的船舶，缺乏令人信服的依據(jù)。

（2）航區(qū)應(yīng)是指船舶營(yíng)運(yùn)作業(yè)的海域。船舶往返于各個(gè)港口之間，其最佳航線基本上是固定的，在正常情況下，國(guó)際營(yíng)運(yùn)船舶偏離航線的距離都有一定的范圍。對(duì)于國(guó)內(nèi)航行的船舶，偏離航線更會(huì)有限。即使按現(xiàn)行的航區(qū)劃分，除去三沙航線極少數(shù)的船舶之外，其他船舶的航線都不經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)海航區(qū)，即使航向偏離也不會(huì)偏到遠(yuǎn)海航區(qū)。故對(duì)國(guó)內(nèi)船舶設(shè)定的遠(yuǎn)海航區(qū)，實(shí)在沒(méi)有什么意義。如果僅為南沙航線而設(shè)，未免過(guò)于偏頗。

（3）現(xiàn)在船舶科技如此發(fā)達(dá)，無(wú)線電通信系統(tǒng)如此先進(jìn)，通過(guò)接受氣象傳真，船舶或停航或繞道或借港避風(fēng)，完全可以避開(kāi)暴風(fēng)的襲擊（我國(guó)遠(yuǎn)洋作業(yè)的漁船，一直使用《IS規(guī)則》的衡準(zhǔn)，而從沒(méi)有遭遇暴風(fēng)襲擊的事故就是例證）。對(duì)于國(guó)內(nèi)航行的船舶，更不可能遭遇12級(jí)颶風(fēng)的襲擊，將最低抗風(fēng)級(jí)別定到13級(jí)以上，顯得過(guò)分保守，保守會(huì)對(duì)社會(huì)資源造成巨大的浪費(fèi)。

（4）滿足沿海航區(qū)氣象衡準(zhǔn)的絕大部分都是中小型船。從歷年統(tǒng)計(jì)來(lái)看，該類船發(fā)生穩(wěn)性事故的數(shù)量最多，特別是小型漁船。為減少中小型船舶的事故概率，提高該類船的穩(wěn)性標(biāo)準(zhǔn)是很有必要的。

（5）我國(guó)船舶現(xiàn)行的航區(qū)穩(wěn)性，應(yīng)是當(dāng)年引進(jìn)前“蘇聯(lián)船舶登記局”的標(biāo)準(zhǔn)而沿用至今。隨著半個(gè)多世紀(jì)船舶科技的進(jìn)步，對(duì)航區(qū)衡準(zhǔn)的修訂同樣也是與時(shí)俱進(jìn)的要求。

綜上所述，建議修改我國(guó)航區(qū)穩(wěn)性的規(guī)定，最務(wù)實(shí)的舉措是直接與《IS規(guī)則》接軌。務(wù)實(shí)接軌的好處有三：一是降低了國(guó)內(nèi)船舶抗風(fēng)等級(jí)的拔高要求，能取得巨大的節(jié)能效益；二是對(duì)沿海航區(qū)大量的中小型船舶提高了抗風(fēng)級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)減少事故多發(fā)提供了更可靠的技術(shù)保障；三是與國(guó)際衡準(zhǔn)接軌統(tǒng)一，具有去粗取精、刪繁就簡(jiǎn)的功效。何樂(lè)而不為呢。