超大型油輪靠泊時機(jī)探析

李 昂

一、引言

超大型船舶靠泊時，一般富余水深較小，淺水效應(yīng)明顯，阻力大幅增加，附加質(zhì)量和附加慣矩隨著水深逐漸變淺而增大，對操縱的影響也隨之增加。富余水深較小時，水流對船舶操縱的影響更加明顯，船舶對主機(jī)和舵的響應(yīng)變得遲鈍，水動力及水動力矩明顯增大使得靠泊時橫移和轉(zhuǎn)向更加困難。超大型船舶靠泊作業(yè)主要依靠拖船的協(xié)助，然而，在水深逐漸變淺時，除了上述因素的變差使得船舶自身操縱性能變差外，拖船在橫向受流影響時，流速的變大也會極大地影響拖船自身的推拉效率。滿載超大型船舶啟動、停船慣性大，在靠泊作業(yè)時受流影響非常明顯，為確保船舶操縱有足夠的安全余量和拖船有一定的富余功率，在靠泊作業(yè)時選擇最佳的靠泊時機(jī)顯得尤其重要。本文通過滿載超大型油輪（以下簡稱VLCC）靠泊舟山外釣油品碼頭的實例，探析超大型油輪最佳靠泊時機(jī)。

舟山港有著獨特的地理位置和優(yōu)良的深水岸線，目前，30萬噸級油輪泊位有4個、15萬噸級油輪泊位有3個，在建的30萬和45萬噸級油輪泊位多達(dá)6個。隨著國家對舟山石油儲備基地的戰(zhàn)略部署及舟山大漁山綠色石化基地的建設(shè)，來舟山港的大型和超大型油輪日益增多，其中外釣30萬噸級油品碼頭主要對接漁山綠色石化基地，該基地2020年達(dá)到4 000萬噸/年的煉化能力，因此，外釣油品碼頭30萬噸級油輪的進(jìn)港靠泊將常態(tài)化。

二、舟山外釣油品碼頭概況及潮汐、潮流

（一）碼頭地理位置及作業(yè)區(qū)域

外釣油品碼頭位于舟山市外釣山西北側(cè)，外釣山東鄰舟山島老塘山港區(qū)，西毗冊子島實華一期30萬噸級和二期45萬噸級原油碼頭，泊位南端是光匯30萬噸原油碼頭，地理坐標(biāo)30°03.75′N，121°57.54′E，如圖1所示。泊位與西側(cè)冊子島實華二期45萬噸級原油碼頭相距1.5海里，與光匯碼頭間距259米，該水域相鄰近的4個VLCC泊位間的回旋作業(yè)水域影響較小。作業(yè)水域海底電纜、油管較多，但航道較為寬闊，回旋水域足夠。

（二）碼頭工程結(jié)構(gòu)及重要參數(shù)

碼頭為離岸式蝶形結(jié)構(gòu)，由1座工作平臺（46×28米）、4座2500H鼓型橡膠護(hù)舷靠船墩、6座快速脫纜鉤系纜墩（2×2 000千牛）和4座人形通道組成，配備輸油臂4臺，每臺設(shè)計流量4 000立方米/小時，設(shè)計年吞吐量1 300萬噸/年[1]。泊位長度440米，走向022°—202°，泊位等級為30萬噸級，碼頭前沿水深-24.2米。

圖1 外釣油品碼頭位置及附近水域示意圖

（三）潮汐、潮流

舟山海區(qū)多為非正規(guī)半日潮，潮汐不等現(xiàn)象明顯，臨近的兩個高潮或低潮潮高不等及漲落潮歷時不等，漲潮時間平均為5小時57分鐘，落潮平均歷時6小時26分鐘。據(jù)外釣山臨時潮汐點實測數(shù)據(jù)顯示，外釣山最高潮位4.20米、最低潮位0.08米，平均高潮位3.27米、平均低潮位1.06米，最大潮差4.07米、最小潮差1.2米，平均潮差2.21米。最大漲潮流流速1.18米/秒、流向357°，最大落潮流流速1.36米/秒、流向163°，均出現(xiàn)在大潮汛期間表層[1]。夏季港區(qū)漲水流時間較長，冬季落水流來得早，且有落水流流速明顯大于漲水流流速的特點。

三、外釣油品碼頭附近水域潮流預(yù)報點數(shù)據(jù)和對靠泊的影響

在船舶大型化趨勢明顯的今天，潮流對大型船舶在港內(nèi)操縱的影響越來越大，這就要求船舶操縱者對潮流的變化規(guī)律及實時流速流向進(jìn)行精準(zhǔn)掌握[2]。為了掌握外釣油品碼頭附近和航道中的潮流數(shù)據(jù)，舟山引航站與國家海洋局第二研究所合作并設(shè)置了三個測流點（圖1中S7、S6、S2三點所示），在測流點上設(shè)置流速流向測量儀，通過一段時期的觀測，積累了相關(guān)數(shù)據(jù)后，按照一定的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行推算，最后形成潮流預(yù)報數(shù)據(jù)。

（一）外釣油品碼頭附近水域潮流預(yù)報數(shù)據(jù)

外釣油品碼頭附近和航道中潮流經(jīng)上述方法形成各預(yù)報點數(shù)據(jù)，表1是2019年5月21日S7、S6、S2三點潮流預(yù)報數(shù)據(jù)[3]。

表1 5月21日S7、S6、S2三點潮流預(yù)報數(shù)據(jù)

由此可見，2019年5月21日（農(nóng)歷十七），定海港高潮1103時，入泊前沿水域（S7）最大漲水流（1.0米/秒）出現(xiàn)在高潮前約1小時，流向334°；高潮時流速0.88米/秒，高潮后1小時流速0.50米/秒，流向為340°（強推開流）；轉(zhuǎn)流時間在13：10—13：15（內(nèi)插法求取，下同），轉(zhuǎn)流后45分鐘左右流速增加至0.43米/秒，流向147°（壓攏流）。碼頭外檔水域（S6）最大漲水流（0.98米/秒）也出現(xiàn)在高潮前1小時；轉(zhuǎn)流時間在13：10—13：15，轉(zhuǎn)流后45分鐘流速約0.44米/秒，流向198°（壓攏流）。碼頭停泊水域（S2）最大漲水流（0.40米/秒）出現(xiàn)在高潮前1～2小時；轉(zhuǎn)流時間在12：15—12：20，轉(zhuǎn)流后45分鐘左右流速0.26米/秒，流向213°（推開流）；轉(zhuǎn)流后1小時（13：15）流速約0.35米/秒，流向205°~213°之間（推開流）。

（二）潮流預(yù)報數(shù)據(jù)對靠泊的影響

大潮汛期間，船舶入泊水域（S7到S6）在高潮時和高潮前1小時有強推開漲水流，轉(zhuǎn)流一般在定海港高潮后2小時～2小時15分鐘，轉(zhuǎn)流后30～45分鐘有較強（0.25～0.44米/秒）的落水壓攏流；轉(zhuǎn)流前流速減小的同時流壓角在增大，不利于靠泊橫距和入泊角的調(diào)整。停泊水域（S2）受環(huán)島流影響，水流明顯較弱，最大漲水流流速約0.40米/秒，在高潮后1小時～1小時15分鐘轉(zhuǎn)流，轉(zhuǎn)流后30～45分鐘有0.25米/秒的落水流，該水域此時段前后流速較緩且變化不大，適合靠泊。緩流時段流向205°—213°，對靠泊船有推開作用，但如在泊位外檔的入泊角大于10°，則有壓攏作用，因此應(yīng)根據(jù)實際情況及時調(diào)整好橫距、速度和入泊角度。

四、靠泊實例分析

（一）“MARAN LIBRA”輪靠泊時的數(shù)據(jù)

船舶資料：VLCC“MARAN LIBRA”輪，船長333米，吃水20.5米，319 431載重噸。潮汐：定海港低潮時06：10，1.04米；高潮時11：03，2.98米。蝦峙門深水航槽過槽時間07：45—08：45。計劃靠泊時間：2019年5月21日12：45。實際靠泊時間：2019年5月21日13：10。

（二）靠泊時機(jī)

外釣山受地形環(huán)島流的影響，潮流比較復(fù)雜，航行中減速淌航至入泊前，流向變化如圖2所示。碼頭離主航道較近，入泊過程受航道中的潮流影響較大，為安全靠泊選擇最佳的靠泊時機(jī)尤為重要。下面就受流影響和靠泊時間窗口分析總結(jié)靠泊時機(jī)。

圖2 “MARAN LIBRA”輪靠泊軌跡圖

1.靠泊時段流壓影響

考慮到在轉(zhuǎn)流時間段內(nèi)靠泊船基本在停泊水域附近，此時富余水深約為船舶吃水的20%，所產(chǎn)生的流壓力為

FC=0.15×v2×LBP×T×9.8[4]

其中：FC為流壓力，千牛；v為流速，米/秒；LBP為兩柱間長，米；T為吃水，米。則VLCC“MARAN LIBRA”輪在不同流速下所受流壓力如表2所示。

表2 “MARAN LIBRA”輪在不同流速下產(chǎn)生的流壓力

滿載VLCC所需港作拖船總功率為

其中：Yt為拖船總功率，千牛；Δ為排水量，噸。

當(dāng)v=0.50米/秒時，Yt=2 391.2千牛，顯然，流速超過0.50米/秒時，所配備的拖船已經(jīng)無法滿足安全靠泊需求，計算結(jié)果也印證了5月21日大潮汛期間因提前到達(dá)入泊水域（此時漲流流速約0.70米/秒），VLCC在入泊過程中難以與碼頭接近而被流推開（如圖2所示），因此考慮到拖船在入泊過程中克服水流影響損失的功率，在滿足安全所需的功率下應(yīng)該在轉(zhuǎn)流時或流速小于0.25米/秒時入泊較安全。

2.測流點轉(zhuǎn)流前、后30分鐘流速、流向

表3是2019年5月21日靠泊時機(jī)（轉(zhuǎn)流時間）前、后10分鐘、20分鐘、30分鐘的流速和流向。

表3 轉(zhuǎn)流時間前后的流速和流向

5月21日大潮汛期間，碼頭外側(cè)入泊水域轉(zhuǎn)流前20分鐘，流速小于0.25米/秒，流向偏北，船舶受推開的作用力；轉(zhuǎn)流后20分鐘，流速也小于0.25米/秒，流向偏南，船舶受壓攏的作用力，該時段水域內(nèi)船舶可能船首、船尾受流作用力方向相反，形成一個使船首轉(zhuǎn)向碼頭的轉(zhuǎn)船合力矩。船舶在碼頭停泊的水域，高潮后1小時轉(zhuǎn)流，靠泊時段流速約0.25米/秒，流向在碼頭前沿呈微推開。

3.VLCC靠泊時間窗口選擇

據(jù)以上潮流預(yù)報、VLCC入泊受流影響和拖船功率發(fā)揮分析總結(jié)，結(jié)合落潮流比漲潮流大和帶纜時穩(wěn)泊要求[5]，外釣油品碼頭VLCC靠泊時機(jī)為：夏季大潮汛在定海港高潮后2小時較好，中小潮汛2小時±15分鐘亦可；冬季受西北風(fēng)影響，漲落潮流來得早，可各提前15分鐘。表4是在前期試靠泊總結(jié)的基礎(chǔ)上，對2019年部分VLCC靠泊實例時間的統(tǒng)計，其靠泊時間窗口的選擇基本上與本文分析結(jié)果一致。

五、結(jié)語

舟山港島礁航門較多，航道潮流復(fù)雜，相鄰近的兩個碼頭緩流時間都可能有差異，靠泊過程中應(yīng)掌握該水域潮流變化特點，特別是對重載VLCC而言，靠泊和帶纜作業(yè)一定要在緩流時進(jìn)行，因此選擇最佳的靠泊時機(jī)窗口可以最大限度地保障靠泊和穩(wěn)泊作業(yè)安全。一旦錯過最佳靠泊窗口期，如果沒有其他拖船協(xié)助，建議返回錨地，等待下一個靠泊時機(jī)窗口。該碼頭現(xiàn)在主要靠初落潮水，滿載VLCC在入泊過程中受漲潮流影響明顯。以本文為例，超大型船舶在選擇最佳靠泊時機(jī)時，應(yīng)注意以下幾點：（1）通過在相關(guān)水域設(shè)置潮流數(shù)據(jù)實測點或預(yù)報點，提前掌握各航段的流向流速及其變化。（2）掌握季節(jié)變化或大風(fēng)及臺風(fēng)、寒潮的影響造成的流向流速的變化，修正引航方案。（3）在入泊過程中根據(jù)流速流向及時調(diào)整船首向，避免產(chǎn)生較大的合力矩。正常情況下一般頂流入泊，船首拖船的功率相對船尾拖船的功率大一些，因為船尾有車舵可以配合。（4）留有較充足的入泊時間，以便及時調(diào)整靠泊策略和采取應(yīng)對措施，確保引航安全。

表4 2019年部分VLCC靠泊實例時間統(tǒng)計