鼠浪湖碼頭水域潮流及其對(duì)船舶操縱的影響分析

夏良軍　馮開(kāi)峰

摘 要：根據(jù)超大型船舶靠泊鼠浪湖礦石中轉(zhuǎn)碼頭的操縱實(shí)踐，結(jié)合地形特點(diǎn)和潮流的定點(diǎn)觀(guān)測(cè)資料，探討鼠浪湖碼頭水域的潮流特征及其對(duì)超大型船舶操縱的影響，優(yōu)化蛇移門(mén)航道和碼頭水域的航行和靠泊方案。

關(guān)鍵詞：超大型船舶;潮流分析;水動(dòng)力;航行;靠泊

中圖分類(lèi)號(hào)：U675? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2019）05-0083-02

1 鼠浪湖碼頭和配套航道概況

（1）鼠浪湖礦石中轉(zhuǎn)碼頭。鼠浪湖礦石中轉(zhuǎn)碼頭位于寧波舟山港衢山港區(qū)，地處蛇移門(mén)水道東側(cè)，建有卸船碼頭、裝船碼頭各1座。卸船碼頭方位角取167°～347°，擁有40萬(wàn)噸散裝礦石泊位2個(gè)，總長(zhǎng)度835米，碼頭前沿設(shè)計(jì)水深為-25.3米。于2016年1月26日正式投入營(yíng)運(yùn)。

（2）蛇移門(mén)航道。蛇移門(mén)航道總長(zhǎng)164.1公里，進(jìn)港主航道最大設(shè)計(jì)通航水深-25.7米，可滿(mǎn)足40萬(wàn)噸散貨船進(jìn)出港。靠離鼠浪湖礦石中轉(zhuǎn)碼頭的船舶，主要使用的是北向主航道、港內(nèi)航道和南向主航道，到港卸貨的船舶采用的是北進(jìn)南出的方式。

2 潮流的定點(diǎn)觀(guān)測(cè)和分析

2.1 潮流的觀(guān)測(cè)

蛇移門(mén)航道及碼頭前沿設(shè)有多個(gè)關(guān)鍵測(cè)流點(diǎn)位。2015年8月15日至30日，在蛇移門(mén)航道進(jìn)行了多點(diǎn)潮流觀(guān)測(cè);2015年10月21日至30日，在卸船1號(hào)碼頭前沿30～100米進(jìn)行了潮流觀(guān)測(cè);2017年5月25日至6月6日，在卸船2號(hào)碼頭前沿30～80米進(jìn)行了潮流觀(guān)測(cè)。

2.2? 潮流的整體概述

鼠浪湖礦石中轉(zhuǎn)碼頭水域?qū)僖?guī)則半日淺海潮流海區(qū)，潮流運(yùn)動(dòng)以往復(fù)流為主，略帶旋轉(zhuǎn)性，潮流強(qiáng)度較大。碼頭北面的黃澤洋水域，漲潮流多為WNW向，落潮流多為ESE向，漲急和落急時(shí)流速均在2節(jié)以上。碼頭南面的岱衢洋水域，漲潮流多為WNW向與NW向，落潮流多為ESE、SE向，急漲和急落時(shí)的流速接近3節(jié)。

2.3 蛇移門(mén)水道段和卸船碼頭前沿重點(diǎn)水域的潮流分析

綜合潮流分析和超大型船舶靠泊的經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)階段該類(lèi)型船舶通常選擇漲末潮流時(shí)間段貼碼頭。船舶在蛇移門(mén)水道段航行時(shí)，會(huì)遭遇大約1節(jié)的漲潮流。周邊有大盤(pán)山、小盤(pán)山、小鼠浪山、外蛇舌山諸多島礁分布，水道縱橫，受島嶼岸線(xiàn)約束使得航道內(nèi)水流強(qiáng)勁，深槽眾多，造成蛇移門(mén)水道段和碼頭前沿的水流條件極為復(fù)雜。

2.3.1蛇移門(mén)水道段的潮流分析

選擇漲末入泊的船舶，從北航道南下進(jìn)入蛇移門(mén)水道段時(shí)，通過(guò)外蛇舌山前，潮流多從北口東部進(jìn)出。隨著船舶的繼續(xù)南下，漲潮橫流的影響逐漸減少和偏轉(zhuǎn)，并最終以航道北上的漲潮流影響為主;過(guò)外蛇舌山后，漲潮流沿著該山嘴和外掃葉礁形成的弧形海灣，產(chǎn)生回流。在接近小盤(pán)山附近時(shí)，由于水深的變化，以及北上的漲潮流和大小盤(pán)山之間橫流的影響，航道內(nèi)又會(huì)產(chǎn)生不小的“潮流切變”現(xiàn)象。當(dāng)超大型滿(mǎn)載船舶航行至此段水域時(shí)，保持直線(xiàn)航行較為困難。

2.3.2卸船碼頭前沿的潮流分析

該碼頭卸船泊位里檔為頭崗山嘴的突出部分。漲潮時(shí)，潮流方向沿著岸線(xiàn)和等深線(xiàn)，在泊位附近無(wú)船舶的情況下，潮流流經(jīng)深槽較為通暢自然。隨著船舶逐漸接近泊位，泊位外檔的潮流通道被航經(jīng)此處的船舶堵塞，泊位內(nèi)側(cè)逐漸形成一個(gè)臨時(shí)強(qiáng)壓區(qū)。而流經(jīng)此處的漲潮流因無(wú)法循正常通道而去，被動(dòng)選擇從航經(jīng)此處的船舶底部和船首方向，流向泊位外側(cè)的深溝，從而在入泊過(guò)程中遭遇到一股較強(qiáng)的推開(kāi)流。

選擇漲末入泊的船舶，由于碼頭邊深槽和礁盤(pán)的影響，如果船位控制不同，將受到不同的潮流和水流切變的作用。1號(hào)碼頭位于2號(hào)碼頭的南面，靠泊的操縱方式存在差異。2號(hào)碼頭前沿容易受到主航道北上漲潮壓攏流的影響，而1號(hào)碼頭前沿則容易受到來(lái)自裝船碼頭方向漲潮推開(kāi)流的影響。

3潮流對(duì)船舶航行的影響分析

蛇移門(mén)水道段和碼頭前沿，航道特征為寬500～800m、水深30m以上的深槽，是鼠浪湖港區(qū)的主要潮流通道。航道受附近地形和水深的變化影響，存在著明顯的渦流、潮流切變、淺水和深溝效應(yīng)。

3.1渦流、回流、潮流切變的影響

選擇漲末潮時(shí)靠泊的船舶，由蛇移門(mén)北航道南下時(shí)，受航道東面漲潮流的影響，通常會(huì)遭遇10°向西的流壓差;當(dāng)接近外蛇舌山北面，由于地形阻擋在航道西側(cè)形成渦流。船首通過(guò)外蛇舌山后，船首右舷受到弧形海灣引導(dǎo)的向東回流的影響，而船尾左舷受到來(lái)自衢山臨時(shí)錨地漲潮橫流的影響，前者的水動(dòng)力大于后者，船舶會(huì)產(chǎn)生向左偏轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，且整體船身向左漂移，如圖1中①。

過(guò)外蛇舌山之后，船尾右舷受到弧形海灣引導(dǎo)的向東回流的影響逐漸加強(qiáng)，而此時(shí)船首因?yàn)橐种粕想A段向左的偏轉(zhuǎn)角和漂移量，航向已調(diào)整為超過(guò)180°，船首左舷開(kāi)始受到由南航道北上的約為355°方向漲潮流的作用，兩者的水動(dòng)力基本相當(dāng)，船舶產(chǎn)生向右偏轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，如圖1中②。應(yīng)注意控制船位，避免靠近小盤(pán)山西側(cè)的水深為-25.1米的礁盤(pán)水域。

3.2 礁盤(pán)附近淺水效應(yīng)的影響

整個(gè)航道有兩處清礁后形成的礁盤(pán)水域：位于小盤(pán)山西側(cè)的礁盤(pán)，南北長(zhǎng)度約300米，東西寬度約160米，距離航道中心線(xiàn)以東約130米;位于2號(hào)碼頭前沿以西約130米處的礁盤(pán)，南北長(zhǎng)度約285米，東西寬度約200米。礁盤(pán)處水深為-25.1米。

以40萬(wàn)噸滿(mǎn)載礦船為例，船舶長(zhǎng)度為360米，滿(mǎn)載平均吃水為23.0米，當(dāng)?shù)V船進(jìn)入礁盤(pán)水域時(shí)，以船舶中垂線(xiàn)劃分前后部分，船首和船尾富余水深的不同，導(dǎo)致船舶前后部分受到的水動(dòng)力相差極大。參考流壓力的計(jì)算公式：

Y_w=ρ_w×C_wy×V_w²×L×d/2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中：Yw為橫向水動(dòng)力，N;ρw為水密度，取1025kg/m?;Cwy為水動(dòng)壓力橫向分力系數(shù);Vw為船與水的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，m/s;L為船舶兩柱間長(zhǎng)，m;d為船舶吃水，m。其中Cwy值隨漂角和船體水下形狀等因素的變化而變化，可以通過(guò)水池船模試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。當(dāng)沒(méi)有資料可以參考時(shí)，深水中Cwy取0.6;水深吃水比h/d<3.0時(shí)，取1.0;h/d小于1.5時(shí)，取2.0;當(dāng)富余水深分別為船舶吃水的10%、20%、30%時(shí)，分別取4.8、3.8、3.0。根據(jù)首尾富余水深的不同，可計(jì)算出船舶首尾受到的水流作用力的差異。

3.3 深溝效應(yīng)

船舶通過(guò)蛇移門(mén)2號(hào)浮之后，北上的漲潮流，經(jīng)過(guò)碼頭附近的頭崗山嘴之后，受到大小盤(pán)山之間海峽的引導(dǎo)，有一部分支流轉(zhuǎn)向海峽而去，形成向東的橫流，作用在進(jìn)口船舶的右舷船尾部位。而船首右舷則受到航槽深溝內(nèi)北上的約為5°方向漲潮流的作用，后者的水動(dòng)力大于前者，船舶向左偏轉(zhuǎn)，且整體船身會(huì)向左漂移，如圖1中③。此時(shí)要注意船舶與蛇移門(mén)2號(hào)浮的橫距，并控制船首的偏轉(zhuǎn)。

4潮流對(duì)船舶靠泊的影響分析

4.1 卸船2號(hào)碼頭的靠泊

船舶通過(guò)蛇移門(mén)2號(hào)浮之后，2號(hào)碼頭前沿以西約130米處，有一清礁后殘留的礁盤(pán)。該碼頭受到裝船碼頭和頭崗山嘴的阻擋，若控制好船位避開(kāi)該礁盤(pán)，從其東面通過(guò)去靠泊2號(hào)碼頭，則整個(gè)入泊過(guò)程較為順暢，整體船身受到由南航道北上的約為5°方向漲潮壓攏流的作用，若控制好船舶橫距和速度，基本不會(huì)受到因?yàn)樗畹淖兓鸬乃畡?dòng)力的突變。

現(xiàn)階段靠泊該碼頭的案例中，經(jīng)過(guò)蛇移門(mén)2號(hào)浮之后，船舶因?yàn)闈q潮流的影響整體往東漂移，且船首往左偏轉(zhuǎn)，操縱時(shí)會(huì)選擇增大橫距入泊，則船身在入泊過(guò)程中勢(shì)必會(huì)經(jīng)過(guò)碼頭西側(cè)的礁盤(pán)。以40萬(wàn)噸滿(mǎn)載礦船為例，由船舶中垂線(xiàn)劃分前后部分，船首部進(jìn)入礁盤(pán)水域時(shí)，船尾部位于碼頭前沿水深約-33米左右，根據(jù)上述公式計(jì)算可知，船身前半部分受到的水流作用力約為后半部分的2倍。而此時(shí)泊位外檔的潮流通道被航經(jīng)此處的船舶堵塞，泊位內(nèi)側(cè)逐漸形成一個(gè)臨時(shí)強(qiáng)壓區(qū)，形成一股較強(qiáng)的推開(kāi)流，由于地形的關(guān)系，船舶受到水流作用的部位主要集中在左舷船中之前，導(dǎo)致船首向右偏轉(zhuǎn)，整體船身向外漂移，如圖1中④。因此需要在船首右舷配置大馬力拖輪提早頂推，或者以大角度接近泊位，車(chē)、舵、拖輪配合安全入泊。

4.2 卸船1號(hào)碼頭的靠泊

當(dāng)2號(hào)碼頭有船在泊時(shí)，入泊1號(hào)碼頭過(guò)程中會(huì)經(jīng)過(guò)2號(hào)碼頭前沿的礁盤(pán)水域。因此有必要討論圖1中④時(shí)的船舶，繼續(xù)南下入泊該碼頭過(guò)程中的水動(dòng)力分析。船舶經(jīng)過(guò)該位置后，船首出、船尾進(jìn)礁盤(pán)水域，船首位于碼頭前沿水深約36米左右，根據(jù)上述公式計(jì)算可知，船身后半部分受到的水流作用力約為前半部分的2.4倍，船舶向左偏轉(zhuǎn)，整體船身向西漂移，如圖1中⑤。此時(shí)應(yīng)果斷利用倒車(chē)效應(yīng)減少船尾的向外漂移，并提早安排大馬力拖輪于右舷頂推;也可以先駛過(guò)泊位一定距離后，在倒退的情況下，拖輪頂推入泊。此方式入泊時(shí)，潮流初始時(shí)仍有一定的通道可走，產(chǎn)生的推開(kāi)流并不強(qiáng)，船首入泊也較容易，快到泊位時(shí)，船尾再利用車(chē)、舵配合入泊。要特別注意的是，隨著時(shí)間的拖延，漲末潮流會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槌趼涑绷?，該碼頭南面約470米處即是-20米等深線(xiàn)。

圖1? ?蛇移門(mén)水道段和碼頭前沿潮流影響示意圖

5結(jié)語(yǔ)

超大型滿(mǎn)載船舶通常選擇漲末緩流時(shí)段進(jìn)港靠泊，于鼠浪湖高潮后0.5小時(shí)左右進(jìn)入蛇移門(mén)水道段，高潮后1小時(shí)貼上卸船碼頭。此時(shí)間段的優(yōu)點(diǎn)在于在進(jìn)港時(shí)，蛇移門(mén)水道以及碼頭前沿流速逐漸變緩，高潮后進(jìn)港吃水不受通航水深限制，潮流速度逐漸趨緩，對(duì)于大角度轉(zhuǎn)向點(diǎn)和水道段航行的控速，以及碼頭前沿的入泊，都是非常有利的;缺點(diǎn)在于進(jìn)港時(shí)蛇移門(mén)北口流速偏大。

鼠浪湖礦石中轉(zhuǎn)碼頭因?yàn)樗幒降篮统绷鞯奶厥庑裕沟贸笮蜐M(mǎn)載船舶的操縱存在很大的難度和風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)整理和分析重點(diǎn)水域段詳盡的測(cè)流資料，并根據(jù)地形和富余水深的變化，來(lái)討論對(duì)超大型船舶操縱的影響，結(jié)合多次引航的經(jīng)驗(yàn)，提出超大型船舶靠泊該碼頭的方法，從而不斷提高和完善靠泊技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陸志材.船舶操縱[M].大連：大連海事大學(xué)出版社，2000.