東營港大潮汛落潮流向中海油六號(hào)泊位安全靠泊對(duì)策

楊洪海 東營引航站

東營海港地理坐標(biāo)為東經(jīng)118°58'、北緯38°06'，位于現(xiàn)黃河入?？谝员奔s50公里的渤海灣和萊州灣交界處、東營市的東北部。海上距天津港90海里，距龍口港和萊州港均為72海里。東營港有限責(zé)任公司五萬噸級(jí)液化碼頭作為東營港目前最大的液化碼頭，承擔(dān)著東營港腹地眾多煉化廠原油接卸任務(wù)，全年接卸油品接近1000萬噸。由于自然環(huán)境影響，大潮訊落潮流期間靠泊六號(hào)泊位難度較大，為了提高生產(chǎn)效率，保障安全作業(yè)。本文通過水動(dòng)力橫向力計(jì)算，分析水動(dòng)力對(duì)靠泊的影響。提出了如何利用現(xiàn)有拖輪及小角度靠泊方法，減小水動(dòng)力影響靠泊的合理化建議。

1.碼頭簡(jiǎn)介

東營港有限責(zé)任公司五萬噸級(jí)碼頭（結(jié)構(gòu)8萬噸級(jí)）碼頭呈“一”字型布置，泊位走向315°、135°。由工作平臺(tái)和系纜墩組成，泊位長(zhǎng)340m，雙側(cè)靠船。碼頭作業(yè)平臺(tái)布置在中間，采用大平臺(tái)形式，其長(zhǎng)度可滿足8萬噸級(jí)液體化學(xué)品船安全靠泊需要。碼頭布置在總長(zhǎng)7020米公用引橋和自建2600米直延引橋北側(cè)。碼頭前沿水深14.5m，船舶靠泊吃水最大12.8米。本碼頭有兩個(gè)泊位組成，內(nèi)測(cè)為五號(hào)泊位，外側(cè)為六號(hào)泊位，設(shè)計(jì)船型為1萬—5萬噸，結(jié)構(gòu)及工藝兼顧8萬噸船型，裝卸產(chǎn)品為原油及燃料油。拖輪配置方面規(guī)定190m以下船舶靠泊海油碼頭需配備兩艘拖輪（馬力分別是：3600馬力、3400馬力），190米及190米以上船舶靠泊配備三艘拖輪（馬力分別是：4000馬力、3600馬力、3400馬力）。

表1 各點(diǎn)最大潮流流速及流向表 單位：流速m/s；流向°

圖1 東營港港圖

2.海域水文

東營港區(qū)海域的潮流均表現(xiàn)為半日潮流性質(zhì)；受地形影響，呈明顯的往復(fù)流性質(zhì)，各測(cè)點(diǎn)潮流橢圓長(zhǎng)軸方向基本與岸線平行，即NS－NW方向。落潮流歷時(shí)大于或等于漲潮流歷時(shí)；漲、落潮流速均小于1.0m/s。據(jù)2009年4月水文測(cè)驗(yàn)的資料分析，各測(cè)點(diǎn)的流速、流向見表1。

由水文測(cè)驗(yàn)資料顯示，中海油五萬噸級(jí)液化碼頭在2#、8#測(cè)點(diǎn)之間，可以判定大潮訊落潮流流向在147°—152°之間，最大流速接近1m/s。從流速的平面分布看，該海區(qū)總體上呈現(xiàn)外海流速大于近岸流速。此外，在堤頭建筑物附近，受其挑流作用流速會(huì)相對(duì)增大。

3.確定水動(dòng)力壓強(qiáng)、水動(dòng)力橫向?qū)?dòng)力

3.1 水動(dòng)力的大小

當(dāng)船舶與周圍的水存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，船舶所受的水動(dòng)力F可用下式估算：

F=1/2g·ρ·C·L·d·v2（1）

式中：

F——水動(dòng)力（N）

ρ——水密度

C——水動(dòng)力系數(shù)

L——船舶水線長(zhǎng)度

d——船舶吃水

v——船舶與水的相對(duì)速度

船舶所受的水動(dòng)力F可以分解為首尾方向正面的水動(dòng)力FX和正橫方向側(cè)面的水動(dòng)力FY。由于船舶首尾流線性特征，所受的首尾方向水動(dòng)力較小，船舶用車可輕松克服，在此只考慮船舶所受橫向水動(dòng)力FY，首尾方向正面的水動(dòng)力FX將忽略不計(jì)。

3.2 估算水動(dòng)力系數(shù)C

由船模實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖（圖2）可知，開始時(shí)橫向水動(dòng)力系數(shù)C隨著漂角的增大而增大，當(dāng)漂角β為90°時(shí)，橫向水動(dòng)力系數(shù)達(dá)到最大值，而后隨著漂角的進(jìn)一步增加，橫向水動(dòng)力系數(shù)逐漸減小為0°。橫向水動(dòng)力系數(shù)C與水深吃水比有關(guān)，在淺水中，水深吃水比越小，橫向水動(dòng)力系數(shù)越大，尤其是當(dāng)水深吃水比小于1.5時(shí)，橫向水動(dòng)力系數(shù)隨吃水比的變化更為顯著。

圖2 船模實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖

通常，中海油六號(hào)泊位靠泊船舶水深與吃水比約為1.2，靠泊角度a小于30°。結(jié)合實(shí)際情況及船模實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖，可以認(rèn)為：當(dāng)a≤10°時(shí)，橫向水動(dòng)力系數(shù)C與漂角a+10°的正弦近似成比例。C≈sin(a+10)，當(dāng)10°＜a＜30°時(shí)，橫向水動(dòng)力系數(shù)C與漂角a+20°的正弦近似成比例，C≈sin(a+20)。

3.3 計(jì)算實(shí)操船型橫向水動(dòng)力FY

東營港中海五萬噸級(jí)液化碼頭主要靠泊船型為：中遠(yuǎn)海集團(tuán)旗下183米、228米（座、湖、洲字號(hào)）及部分外籍油輪。碼頭要求靠泊船舶吃水最大12.8米。根據(jù)上述公式（1）可計(jì)算得船舶在不同吃水、漂角情況下的橫向水動(dòng)力。計(jì)算結(jié)果如表2。

表2 橫向水動(dòng)力計(jì)算結(jié)果

3.4 估算水動(dòng)力作用點(diǎn)

水動(dòng)力作用中心距船首的距離與船長(zhǎng)之比aw/L隨著漂角β的增大而增大，即隨著漂角的增大而增大，aw/L大約在0.25～0.75之間。當(dāng)β＜90°，即船舶有向前運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，水動(dòng)力中心位置在船中之前。把水動(dòng)力作用點(diǎn)P的位置近似地看作是漂角a的余弦在船舶首尾線上的投影（見圖3）。

由圖3可知：

圖3 水作用圖示

橫向水動(dòng)力作用點(diǎn)P的位置距船首的距離為：

L/2-(L/4) cos a

橫向水動(dòng)力作用點(diǎn)P的位置距船尾的距離為：

L/2+(L/4) cos a

3.5 船舶克服橫向水動(dòng)力平移靠泊所需推力

根據(jù)橫向水動(dòng)力作用點(diǎn)的位置，選擇適合船舶平移靠泊的拖輪配置，以便克服船舶靠泊過程中的旋轉(zhuǎn)。設(shè)定船舶首部拖輪推力為F1，船尾部拖輪推力為F2，橫向水動(dòng)力為FY。

船舶平移入泊需滿足：

F1+F2≥FY（總推力大于橫向水動(dòng)力可以入泊）

F1〔L/2-(L/4)cosa〕=F2〔L/2+(L/4)cos a〕（首尾推力力矩相等可以平移不發(fā)生偏轉(zhuǎn)）

由此可知船首拖輪為抑制船舶偏轉(zhuǎn)馬力需要高出船尾拖輪，克服偏轉(zhuǎn)力Fz:

Fz=F1–F2=FY（cos a）/2 （2）

由此可推算得到：

F1=FY（2+cos a）/4 （3）

F2=FY（2-cos a）/4

4.根據(jù)橫向水動(dòng)力大小選擇靠泊方法

4.1 平行于泊位靠泊

根據(jù)船型、吃水、相對(duì)流速、漂角等條件，分以下兩種情況：船舶長(zhǎng)度228m，吃水12.8m，相對(duì)流速1m/s，漂角17°。三艘拖輪馬力分別是：4000馬力、3600馬力、3400馬力，共計(jì)11000馬力，頂推可提供最大110噸推力。船首拖輪最大推力76噸，船尾最大推力34噸。

根據(jù)公式可得橫向水動(dòng)力：FY=91.8噸，克服偏轉(zhuǎn)需要FZ=43.8噸。船首剩余推力為：76噸-43.8噸=32.2噸。由于船尾拖輪最大推力為34噸，為了不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，船尾只能發(fā)揮32.2噸（最大馬力34噸），共計(jì)64.4噸，小于橫向水動(dòng)力91.8噸。船舶將平移遠(yuǎn)離泊位，無法完成靠泊。

船舶長(zhǎng)度183米，吃水12米，相對(duì)流速1m/s，漂角17°。三艘拖輪馬力分別是：4000馬力、3600馬力，共計(jì)7600馬力，頂推可提供最大76噸推力。船首拖輪最大推力40噸，船尾最大推力36噸。

根據(jù)公式可得橫向水動(dòng)力：FY=69.1噸，克服偏轉(zhuǎn)需要FZ=33噸。船首剩余推力為40噸-33噸=7噸。由于船尾拖輪最大馬力為36噸，為了不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，船尾只能發(fā)揮7噸（最大馬力36噸），共計(jì)14噸遠(yuǎn)小于橫向水動(dòng)力69.1噸，將無法完成靠泊。

由此可見，兩種船型在大潮訊落潮流期間，依靠現(xiàn)有拖輪平行于泊位且平移入泊是不可能的，拖輪推力無法抵消橫向水動(dòng)力，大船將遠(yuǎn)離泊位，無法完成靠泊任務(wù)。

4.2 小角度于泊位靠泊

船舶長(zhǎng)度228m，吃水12.8m，相對(duì)流速1m/s，相對(duì)于泊位角度為10°，漂角將變?yōu)?°。三艘拖輪馬力分別是：4000馬力、3600馬力、3400馬力，共計(jì)11000馬力，頂推可提供最大110噸推力。船首拖輪最大推力76噸，船尾最大推力34噸。

適當(dāng)調(diào)整船舶靠泊角度，若選擇靠泊角為10°，漂角將變成7°。通過計(jì)算可得到橫向水動(dòng)力：FY=44.6噸，克服旋轉(zhuǎn)FZ=22.1噸。船首剩余推力為76噸-22.1噸=53.9噸。由于船尾拖輪最大馬力為34噸，為了不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，船首只能發(fā)揮34噸（最大剩余馬力53.9噸），共計(jì)68噸，大于橫向水動(dòng)力44.6噸，船舶將小角度平移入泊。但當(dāng)船舶貼靠碼頭時(shí)勢(shì)必會(huì)調(diào)整到平行于泊位，隨著船首向的調(diào)整，漂角逐漸增大，橫向水動(dòng)力將大于船舶推力，船舶將被推開遠(yuǎn)離泊位。筆者多次碰到這種情況，通常要持續(xù)保持靠泊角度，船首先貼靠碼頭，船尾由拖輪控制船舶與碼頭10°左右角度，待船首橫纜收緊后，依靠首橫纜拉力，抑制橫向水動(dòng)力的影響，隨后船尾方可貼靠泊位。此方法對(duì)船舶人員配合、拖輪性能、橫纜等要求較高，存在一定操作風(fēng)險(xiǎn)。

5.實(shí)際工作中幾點(diǎn)思考

5.1 船舶控速

大船靠近碼頭前沿過程中應(yīng)提前做好降速，盡可能用大船自身車舵控制入泊角度，同時(shí)利用拖輪降速。船首到達(dá)泊位前端時(shí)，大船停車并且余速0.5節(jié)左右，若船舶入泊速度大于1節(jié)，相對(duì)流速將大大提升，停車后失去舵力對(duì)大船的影響，船首受橫向水動(dòng)力影響向右偏轉(zhuǎn)，隨著入泊角度的減小，橫向水動(dòng)力將逐漸增大，船首拖輪將不能抑制船舶偏轉(zhuǎn)。若大船倒車降速，由于右側(cè)船尾受排出流橫向力影響，大船將受到橫向水動(dòng)力及排出流橫向力的雙重影響，將加速船舶向右偏轉(zhuǎn)。必要時(shí)需要船尾拖輪垂直大船方向放纜拖拽，配合船首拖輪頂推抑制船舶向右偏轉(zhuǎn)。

5.2 靠泊角度

靠泊過程中，船長(zhǎng)要實(shí)時(shí)關(guān)注流向，注意船舶漂角變化，充分利用小角度靠泊方法，減小橫向水動(dòng)力對(duì)大船的影響。滿載船舶靠泊六號(hào)泊位時(shí)，為了減小橫向水動(dòng)力，大船需要與碼頭泊位保持10°—15°的角度，漂角控制在5°左右。

5.3 靠泊時(shí)機(jī)

大潮訊落潮流期間建議碼頭調(diào)度和船長(zhǎng)盡可能避開急流時(shí)段。合理安排起錨進(jìn)港時(shí)機(jī)，選擇初落、落末時(shí)機(jī)靠泊。

6.結(jié)束語

東營港由于自然環(huán)境、港口基礎(chǔ)條件等原因影響，全年工作窗口時(shí)間為270余天。如何在保障安全的前提下，提高碼頭接卸效率將是工作研究方向。本文對(duì)大潮訊落潮流期間船舶靠泊中海油六號(hào)泊位進(jìn)行了詳細(xì)數(shù)據(jù)分析，對(duì)海流變化規(guī)律、小角度靠泊方法、拖輪配置、靠泊時(shí)機(jī)等方面做了簡(jiǎn)單闡述。以上是本人在工作實(shí)踐中的體會(huì)，希望對(duì)今后靠泊東營港中海油六號(hào)泊位的船舶有所幫助，只要充分考慮海流角度、速度、拖輪馬力、海況條件、靠泊時(shí)機(jī)等完全可以保障安全、高效作業(yè)。