“流場的切變線”對大型船舶操縱的影響及對策分析

肖勝先

摘 要：近幾年，大型船舶、游輪和集裝箱貨船被大量投入運營，潮流所帶來的影響，在該類船舶上表現(xiàn)的更為突出。文章首先簡單地介紹了什么是流場切變線，然后結(jié)合寧波港的情況，分析了切變線對船舶操縱的影響，最后提出了操縱大型船舶的有效對策，內(nèi)容包括了解切變線位移、通過方法等，供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：流場切變線 大型船舶 船舶操縱

寧波港是我國進出大型船舶的主要港口，具有島嶼縱橫、水道交錯和地形復(fù)雜的特點，研究表明，如果在前進過程中，潮流受到外力作用，產(chǎn)生流場切變線的幾率就會大幅增加，位于切變線附近的船舶，其操縱性能也會被反向流作用所影響，進而導(dǎo)致安全風(fēng)險的出現(xiàn)，由此可見，對潮流進行研究具有重要的意義。

1.流場切變線的定義

流場切變線是由風(fēng)場切變線延伸所得，風(fēng)場切變線指的是風(fēng)速、風(fēng)向不連續(xù)線，簡而言之，就是兩種對立氣流的交界線，流場切變線指的是特定水域范圍同時存在漲流和落流，由于二者方向不同，交匯后在海面形成兩邊水流矢量方向相反的交界線。研究表明，可能給流場切變線帶來影響的因素，主要是潮流強度、漲落，該現(xiàn)象在分布廣闊、島嶼較多的水域較為常見。

2.切變線對船舶操縱的影響

大型船舶的速度普遍較快，存在切變線的范圍又較小，即使反向潮流的流速大，但是給船舶帶來影響的時間較短，因此，往往不會導(dǎo)致船舶安全受到威脅的情況出現(xiàn)。對低速行駛的船舶而言，切變線的影響十分明顯。

2.1船速

首先，剛剛進入切變線區(qū)域的船舶，通常處于頂流航行的狀態(tài)，對余速進行控制的難度較低;其次，由于通過切變線要滿舵旋回，因此，船速大幅下降的情況較為常見;最后，通過切變線后，船舶仍為頂流航行。綜上，通過切變線時，船舶的降速十分明顯。

2.2航向

切變線會給船首、船位帶來方向不同的潮流作用力，進而產(chǎn)生扭船力矩，最終給船舶安全性造成威脅。研究表明，流速是影響力矩大小的主要因素，力矩往往會隨著流速的增大而增大，另外，可能給力矩帶來影響的因素，還包括船舶尺寸、夾角度數(shù)等，一方面，大型船舶吃水普遍較大，所受力矩往往也更大;另一方面，船舶和切變線所產(chǎn)生夾角度數(shù)越大，力矩帶來的影響就會越大。受強大反向流影響，多數(shù)船舶都會出現(xiàn)向右偏轉(zhuǎn)的情況，航向保持能力則會超過舵力，失控的問題隨之發(fā)生，只有通過切變線，才能使該問題得到解決。由此可見，負責(zé)操縱大型船舶的人員，應(yīng)對反向流帶來的不利影響引起重視，避免由于船舶安全受到威脅，導(dǎo)致企業(yè)承受不必要損失的情況出現(xiàn)。

2.3受力分析

通過分析可知，如果流向角增大，船舶承受的橫向流壓力也會有所增大，若船舶處于低速航行狀態(tài)，則無法憑借自身的舵力，對切變線所產(chǎn)生轉(zhuǎn)船力進行克服，其安全性自然會受到影響。通過切變線時，船位、船首都會受到潮流作用的影響，船舶保向性也會受到影響，只有借助拖輪對切變線所帶來偏轉(zhuǎn)進行抑制，才能為船舶安全性提供保障。

3.操縱大型船舶的有效對策

3.1了解切變線位移

以寧波港遠東碼頭、港吉碼頭附近的潮流動態(tài)為例，對流速、流向和切變線的關(guān)系進行分析。處于初落階段時，潮流以碼頭岸線方向為指引，自西向東流動，此時，潮流具有流速緩慢、流向與主航道一致的特點，并未發(fā)現(xiàn)流向切變線;待流速達到特定數(shù)值后，受島嶼阻礙，潮流路線開始出現(xiàn)變化，切變線隨之產(chǎn)生。由于流速緩慢，產(chǎn)生之初的切變線和岸線的距離，通常較近，隨著流速增加，切變線位置逐漸外移。

3.2通過切變線的方法

流場切變線經(jīng)常出現(xiàn)在地形復(fù)雜、島嶼密布的海岸，對低速航行的船舶而言，如果在靠泊的過程中，遇到了切變線，所受到的影響通常十分巨大。在通過切變線時，負責(zé)操縱大型船舶的人員，應(yīng)遵循以下原則：第一，在切變線間存在大流速反向流時，盡量避免穿越，這是因為潮流作用力給船舶帶來的影響極大，只有在外力的協(xié)助下，才能安全的通過切變線;第二，必要情況下，運用適合的操作方法，在潮流較緩時穿越，盡量減小切變線帶來的影響，另外，在通過切變線前，相關(guān)人員應(yīng)仔細檢查船舶性能，做好備錨等應(yīng)急措施，避免引發(fā)不必要的問題。

3.3大型船舶操縱實例

3.3.1切變線與碼頭的橫距較近，需要掉頭靠泊

若切變線和碼頭的距離較近，“大旋回”掉頭會導(dǎo)致船位仍處于順流區(qū)域的情況出現(xiàn)，隨著船速的增加，控制船位、調(diào)整入泊角度的難度不斷加大，靠泊三要素均不具備有利條件，因此，不應(yīng)選擇該掉頭方式。相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)在外力的協(xié)助下，完成掉頭入泊的工作，將船舶?？吭诰啻a頭較近的區(qū)域，頂流航行降低了控制船速的難度，船舶旋回圈也變得更小。經(jīng)過切變線的船舶，受反向流作用影響，極易出現(xiàn)船首大幅右偏的情況，此時，應(yīng)借助拖輪的力量，增加船舶所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)船力，保證船舶能夠安全的通過切變線。另外，通過切變線的船舶，在反向流作用的影響下，往往會出現(xiàn)橫向漂移、大幅降速的現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)引起相關(guān)人員的注意。

3.3.2切變線與碼頭的橫距較遠，需要掉頭靠泊

對該類船舶的余速進行控制是關(guān)鍵，一般來說，應(yīng)將船舶余速控制在5節(jié)左右，這樣做既能夠做到短時間增加舵效，避免入泊速度過快的情況出現(xiàn)，又能夠在出現(xiàn)不利因素時，及時對船舶進行倒車或停船處理，避免將船舶置于危險境地的情況?！按笮亍钡纛^是該類船舶的首選掉頭方式，相關(guān)人員應(yīng)嚴(yán)格控制橫距，在調(diào)整入泊角度的前提下，對余速進行控制。由于通過切變線時，船舶與碼頭的橫距較遠，即使受到反向流影響，仍舊能夠安全、有效地控制船舶。在進行“小旋回”掉頭時，余速通常較快，如果時間、水域無法滿足調(diào)整船位的需求，必然會出現(xiàn)高余速、大角度入泊的情況，由此而帶來的安全隱患，往往是不容忽視的。

3.3.3碼頭邊有切變線，船舶順流進港無需掉頭

島嶼的存在，極易導(dǎo)致碼頭附近出現(xiàn)反向流，若船舶選擇順流進港的方式，產(chǎn)生切變線的情況難以避免。順流進港的船舶，在通過切變線前，所呈現(xiàn)出的狀態(tài)始終為順流，控制靠泊余速的難度極大，大型礦船、VLCC尤甚。通過切變線時，船首、船位受反向潮流所帶來影響，產(chǎn)生向左扭力，此時，船舶會大幅左轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角度甚至可達50°，這會給駛向碼頭的船舶帶來極大的風(fēng)險，如果無法及時、有效地控制船舶偏轉(zhuǎn)問題，則會使船舶碰撞碼頭的幾率大幅增加[3]。研究表明，船舶車和船舵對船舶偏轉(zhuǎn)的抑制作用有限，只有借助拖輪對船舶進行控制，才能避免上述問題的出現(xiàn)。

3.3.4利用拖輪對切變線不利影響進行有效克服

其一，在船舶前進的過程中，潮流作用帶來的影響十分直觀，由于轉(zhuǎn)心通常位于船首后1/4處，因此，潮流作用給船位帶來的影響更加顯著，通過切變線時，拖輪的作用，往往可以在船位處得到充分發(fā)揮;其二，水和前進狀態(tài)下的船舶間，屬于相對運動，如果受橫向拖力、推力影響，導(dǎo)致水動力產(chǎn)生，船舶運動狀態(tài)自然會發(fā)生變化，在實際運行的過程中，受吃水、載貨等因素影響，拖船往往無法向船位正中頂推，若拖船位于船位稍前處，不僅自身安全能夠得到保證，所具有頂推效果也可以得到充分發(fā)揮。由此可見，對通過切變線的船舶而言，拖輪應(yīng)在船位進行頂推。

3.3.5評估船舶風(fēng)險

首先，余速過快的風(fēng)險。船舶在通過切變線時，如果存在余速過快的情況，則需要通過盡快加車的方式，對砣效進行增加，但是，加車后船舶在靠泊時，往往會再次出現(xiàn)余速過快的問題，觸碰碼頭的情況無法徹底杜絕;其次，缺少外力協(xié)助的風(fēng)險。如果通過切變線的船舶缺少外力協(xié)助，僅憑自身舵力，通常難以克服反向流作用力，這也在無形中加大了出現(xiàn)安全風(fēng)險的可能性;最后，沒有在適合時機掉頭的風(fēng)險。過早掉頭后船舶的狀態(tài)仍舊為順流航行，控制余速的難度較大，入泊時，極易出現(xiàn)風(fēng)險，過晚掉頭，潮流會將船位壓向碼頭，從而使船位與碼頭的距離過近，由此而引發(fā)的問題，同樣不容忽視。

4.結(jié)論

通過對文中內(nèi)容進行分析可知，流場切變線在島礁、岬角等潮流相對復(fù)雜的水域較為常見，在大型化成為船舶發(fā)展主要方向的當(dāng)今社會，圍繞極易給船舶航行帶來不利影響的切變線展開討論很有必要，實踐證明，只有這樣才能使相關(guān)人員根據(jù)實際情況選擇操縱方案，對大型船舶加以控制，避免出現(xiàn)不必要的問題。

參考文獻：

[1]殷憲偉.大型船舶在新橋水道原3燈浮水域航行和轉(zhuǎn)向的船舶操縱[J].珠江水運，2016（07）：61-63.

[2]覃志居.大型船舶操縱指數(shù)的最優(yōu)選取仿真研究[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2018，40（04）：13-15.

[3]王智慧.POD推進方式的大型船舶運動模型仿真[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2016，38（10）：52-54.