大型船舶淺水航行安全研究

牙政謀

摘 要：船舶大型化的發(fā)展導(dǎo)致船舶航行于淺水區(qū)域的機(jī)會(huì)大幅增加，給航行安全帶來安全隱患。為了提升大型船舶在淺水中的航行安全，本文闡述了淺水效應(yīng)作用機(jī)理，分析了淺水效應(yīng)對(duì)船舶航行具體影響，通過模擬操船試驗(yàn)探究了淺水對(duì)船舶操縱性的影響，最后結(jié)合理論和實(shí)踐提出了應(yīng)對(duì)策略。

關(guān)鍵詞：大型船舶;淺水;安全

中圖分類號(hào)：U675? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2022）02-0117-03

1引言

隨著國際貿(mào)易的快速發(fā)展，國際運(yùn)輸對(duì)航運(yùn)運(yùn)力的要求與日俱增，船舶向著大型化方向快速發(fā)展。船舶尺度與航道條件發(fā)展的不同步導(dǎo)致船舶航行駛?cè)霚\水區(qū)域的機(jī)會(huì)大幅度增加。船舶在淺水中航行時(shí)船底流由三維流態(tài)變?yōu)槎S流態(tài)，導(dǎo)致船舶的操縱特性產(chǎn)生變化，如阻力增加、水動(dòng)力作用加強(qiáng)、船體下沉加劇等。船舶在淺水中操縱特性的一系列變化增加了航行安全風(fēng)險(xiǎn)，為此，為提升大型船舶在淺水中的航行安全，研究其淺水對(duì)大型船舶航行安全的具體影響，分析其內(nèi)在原因及應(yīng)對(duì)策略有著重要的理論和實(shí)踐意義。

2 淺水效應(yīng)

2.1淺水效應(yīng)作用機(jī)理

當(dāng)船舶航行在淺水水域中時(shí)船體與其周圍水之間的相互運(yùn)動(dòng)相較在深水水域航行有很大不同。船舶在深水水域中航行時(shí)，船舶首尾部的水流具有三維空間水流的特點(diǎn)，而當(dāng)船舶行駛至淺水水域中時(shí)，水體的流動(dòng)被空間所局限，它從原本的三維空間流動(dòng)變成二維空間內(nèi)的水流。較大地改變了航行在淺水水域中的船體外部所受到的水壓力的大小與分布，進(jìn)而造成了船舶的吃水、航速和船舶操縱性等各部分的變化，這種現(xiàn)象稱之為淺水效應(yīng)。

2.2淺水的界定

一般而言，對(duì)于淺水的界定主要是根據(jù)水深與船舶吃水的比值來確定，該比值成為水深吃水比，當(dāng)水深吃水比大于3時(shí)，該水域被定義為深水水域，船舶操縱特性幾乎不受到水深的影響，當(dāng)水深吃水比大于1.5小于3時(shí)，該水域稱之為中等水深，淺水效應(yīng)開始產(chǎn)生，船舶操縱特性開始受到水深影響，但影響程度不大。當(dāng)水深吃水比大于1.2小于1.5時(shí)，該水域稱之為淺水區(qū)域，淺水效應(yīng)較為明顯，船舶航行受到水深的影響較為嚴(yán)重。當(dāng)水深吃水比小于1.2時(shí)，該水域稱之為超淺水域，淺水效應(yīng)作用強(qiáng)烈，船舶航行受到水深的嚴(yán)重影響。

3 淺水效應(yīng)對(duì)大型船舶航行的具體影響

3.1 船舶阻力增加

船舶在水中航行時(shí)由于水的粘性，會(huì)有一部分水附著于船體之上，稱之為附加質(zhì)量，在淺水水域航行時(shí)由于相對(duì)水流流速的增加，船體附加質(zhì)量會(huì)有所增加，加之流態(tài)的變化，水深過淺還會(huì)導(dǎo)致河底泥沙攪起，最終導(dǎo)致船舶的阻力會(huì)增加，且隨著水深吃水比的降低而增加。

3.2轉(zhuǎn)向能力變差

船舶航行于淺水區(qū)域時(shí)，螺旋槳橫向力變得相對(duì)突出，容易導(dǎo)致船舶航行中的偏轉(zhuǎn)加重，且淺水中船舶附加慣性力矩增加，受到水動(dòng)力影響加重，轉(zhuǎn)向阻尼增加，水深過淺還會(huì)導(dǎo)致舵濕面積降低，降低舵效，最終導(dǎo)致船舶在淺水區(qū)域轉(zhuǎn)向能力大幅降低。

3.3 船舶下沉和縱傾加重

相比深水航行，大型船舶在淺水區(qū)域航行時(shí)船舶下沉?xí)兴又?，究其原因主要是因?yàn)樵跍\水中航行時(shí)船底與海底間隔減小，水流相對(duì)流速增加，在船底部產(chǎn)生低壓區(qū)域，導(dǎo)致浮力降低而產(chǎn)生船舶下沉，由于船舶首尾在淺水中壓力變化不同，往往伴隨著船舶縱傾的產(chǎn)生。且船舶的下沉和縱傾和水深有著直接關(guān)系，水深吃水比越小船舶下沉和縱傾就越激烈。

4 淺水對(duì)大型船舶操縱性的影響

4.1淺水對(duì)旋回性的影響

為探究淺水對(duì)大型船舶的旋回性能的影響，借助船舶操縱模擬器對(duì)某VLCC船舶在水深吃水比1.1到3.0條件下的旋回性進(jìn)行操船實(shí)驗(yàn)，并提取了每次操船試驗(yàn)中表征船舶旋回性能的旋回進(jìn)矩，并做出了旋回進(jìn)距與水深吃水比的關(guān)系圖。圖中縱坐標(biāo)為船舶進(jìn)距與船舶長(zhǎng)度比值S/L，橫坐標(biāo)為水深吃水比h/d， 可以看出隨著水深吃水比的增加船舶的旋回進(jìn)矩逐漸降低，且在水深吃水比小于1.5以前變化相對(duì)緩慢，之后隨著水深吃水比變化而快速變化，最終趨于平穩(wěn)，船舶旋回進(jìn)距不再受到水深的影響。旋回進(jìn)距越大表征船舶旋回性越好，為此操船試驗(yàn)結(jié)果表明大型船舶在淺水區(qū)域航行時(shí)其旋回性能會(huì)有所降低，基本上水深吃水比小于1.5后旋回性能開始下降，水深越小受影響程度越大，船舶旋回性越差。

4.2淺水對(duì)停船性能的影響

船舶操縱實(shí)踐中停船性能關(guān)乎船舶航行安全，為探究淺水對(duì)船舶停船性能的影響，利用船舶操縱模擬器對(duì)某艘VLCC船型進(jìn)行停船操縱試驗(yàn)，提取了表征停船性能的縱向進(jìn)距，得出了縱向進(jìn)距與水深之間的關(guān)系圖。圖中縱坐標(biāo)為停船縱向進(jìn)距與船長(zhǎng)之比，橫坐標(biāo)為水深吃水比。可以看出在水深吃水比小于1.6時(shí)船舶的停船進(jìn)距遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于深水，但水深吃水比小于1.5以后船舶的停船進(jìn)距隨水深的變化相對(duì)微弱。為此操船試驗(yàn)表明在淺水條件下船舶的停船距離相比較深水水域有大幅增加，水深低于中等水深時(shí)停船距離隨水深變化相對(duì)較弱。

5 大型船舶航行淺水區(qū)域的應(yīng)對(duì)策略

5.1合理控制船舶航速

船舶航行速度直接影響到船舶的下沉、縱傾、船間和岸壁效應(yīng)以及應(yīng)對(duì)緊急情況的船舶制動(dòng)等。為此，大型船舶在淺水域航行時(shí)要充分考慮航行條件，選擇合適的船速，既能保證船舶的操縱性，又要盡可能地降低船舶在淺水域中的下沉和縱傾問題。同時(shí)在淺水區(qū)域航行過程中要靈活地調(diào)整船速以保證主機(jī)的正常運(yùn)行，主機(jī)能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)關(guān)乎船舶航行安全，尤其對(duì)于一些陳舊的大船，要格外注意，船舶駕駛員或者引航員不可為了高潮進(jìn)港而盲目提升船速，造成主機(jī)故障或是擱淺事故發(fā)生。

5.2 充分考慮淺水對(duì)轉(zhuǎn)向和停船性能的影響

基于前文多種操船試驗(yàn)可以看出，大型船舶在淺水中航行時(shí)其旋回性能會(huì)大幅下降，船舶的轉(zhuǎn)型能力變差，旋回所需要的橫向和縱向距離均有所增加，同時(shí)停船沖程也較深水中大幅提升。為此，船舶駕駛員或者引航員在淺水中操船時(shí)要充分考慮此因素，不可將深水中的旋回圈和停船沖程數(shù)據(jù)直接應(yīng)用，要結(jié)合實(shí)際情況，在進(jìn)行避讓和制動(dòng)時(shí)要綜合使用車舵，提升最終操縱效果。

5.3 足夠重視極限水深界限

在實(shí)踐操船中一般將水深吃水比小于1.1的區(qū)域稱為自力操船的極限水深界限，在極限水深界限中航行時(shí)，船舶的操船難度較大，轉(zhuǎn)向困難極大。船舶駕駛員或引航員要充分結(jié)合當(dāng)時(shí)情況，充分利用外力協(xié)助操縱船舶，不可勉為其難，在船舶自身力量不足的情況下，盲目操船，如盲目掉頭極易危害船舶自身安全，引發(fā)擱淺阻塞航道。

6 結(jié)論

船舶大型化的快速發(fā)展導(dǎo)致船舶航行于淺水域機(jī)會(huì)增多，淺水航行會(huì)增加船舶阻力，增加轉(zhuǎn)向難度，加劇船舶的下沉及縱傾，同時(shí)淺水還會(huì)降低船舶旋回性能增加停車沖程，增加了船舶的航行風(fēng)險(xiǎn)。船舶駕駛員及引航員要結(jié)合船舶及環(huán)境情況，充分考慮水深情況，合理控制船速，機(jī)動(dòng)操船時(shí)要綜合使用車舵。

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