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)展導致船舶航行于淺水區(qū)域的機會大幅增加，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作用機理，分析了淺水效應對船舶航行具體影響，通過模擬操船試驗探究了淺水對船舶操縱性的影響，最后結(jié)合理論和實踐提出了應對策略。

關鍵詞：大型船舶;淺水;安全

中圖分類號：U675? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2022）02-0117-03

1引言

隨著國際貿(mào)易的快速發(fā)展，國際運輸對航運運力的要求與日俱增，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)展的不同步導致船舶航行駛?cè)霚\水區(qū)域的機會大幅度增加。船舶在淺水中航行時船底流由三維流態(tài)變?yōu)槎S流態(tài)，導致船舶的操縱特性產(chǎn)生變化，如阻力增加、水動力作用加強、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險，為此，為提升大型船舶在淺水中的航行安全，研究其淺水對大型船舶航行安全的具體影響，分析其內(nèi)在原因及應對策略有著重要的理論和實踐意義。

2 淺水效應

2.1淺水效應作用機理

當船舶航行在淺水水域中時船體與其周圍水之間的相互運動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，船舶首尾部的水流具有三維空間水流的特點，而當船舶行駛至淺水水域中時，水體的流動被空間所局限，它從原本的三維空間流動變成二維空間內(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。

2.2淺水的界定

一般而言，對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，當水深吃水比大于3時，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，當水深吃水比大于1.5小于3時，該水域稱之為中等水深，淺水效應開始產(chǎn)生，船舶操縱特性開始受到水深影響，但影響程度不大。當水深吃水比大于1.2小于1.5時，該水域稱之為淺水區(qū)域，淺水效應較為明顯，船舶航行受到水深的影響較為嚴重。當水深吃水比小于1.2時，該水域稱之為超淺水域，淺水效應作用強烈，船舶航行受到水深的嚴重影響。

3 淺水效應對大型船舶航行的具體影響

3.1 船舶阻力增加

船舶在水中航行時由于水的粘性，會有一部分水附著于船體之上，稱之為附加質(zhì)量，在淺水水域航行時由于相對水流流速的增加，船體附加質(zhì)量會有所增加，加之流態(tài)的變化，水深過淺還會導致河底泥沙攪起，最終導致船舶的阻力會增加，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，螺旋槳橫向力變得相對突出，容易導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，受到水動力影響加重，轉(zhuǎn)向阻尼增加，水深過淺還會導致舵濕面積降低，降低舵效，最終導致船舶在淺水區(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)域航行時船舶下沉會有所加重，究其原因主要是因為在淺水中航行時船底與海底間隔減小，水流相對流速增加，在船底部產(chǎn)生低壓區(qū)域，導致浮力降低而產(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系，水深吃水比越小船舶下沉和縱傾就越激烈。

4 淺水對大型船舶操縱性的影響

4.1淺水對旋回性的影響

為探究淺水對大型船舶的旋回性能的影響，借助船舶操縱模擬器對某VLCC船舶在水深吃水比1.1到3.0條件下的旋回性進行操船實驗，并提取了每次操船試驗中表征船舶旋回性能的旋回進矩，并做出了旋回進距與水深吃水比的關系圖。圖中縱坐標為船舶進距與船舶長度比值S/L，橫坐標為水深吃水比h/d， 可以看出隨著水深吃水比的增加船舶的旋回進矩逐漸降低，且在水深吃水比小于1.5以前變化相對緩慢，之后隨著水深吃水比變化而快速變化，最終趨于平穩(wěn)，船舶旋回進距不再受到水深的影響。旋回進距越大表征船舶旋回性越好，為此操船試驗結(jié)果表明大型船舶在淺水區(qū)域航行時其旋回性能會有所降低，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淺水對停船性能的影響

船舶操縱實踐中停船性能關乎船舶航行安全，為探究淺水對船舶停船性能的影響，利用船舶操縱模擬器對某艘VLCC船型進行停船操縱試驗，提取了表征停船性能的縱向進距，得出了縱向進距與水深之間的關系圖。圖中縱坐標為停船縱向進距與船長之比，橫坐標為水深吃水比。可以看出在水深吃水比小于1.6時船舶的停船進距遠遠大于深水，但水深吃水比小于1.5以后船舶的停船進距隨水深的變化相對微弱。為此操船試驗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停船距離隨水深變化相對較弱。

5 大型船舶航行淺水區(qū)域的應對策略

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、船間和岸壁效應以及應對緊急情況的船舶制動等。為此，大型船舶在淺水域航行時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)整船速以保證主機的正常運行，主機能否正常運轉(zhuǎn)關乎船舶航行安全，尤其對于一些陳舊的大船，要格外注意，船舶駕駛員或者引航員不可為了高潮進港而盲目提升船速，造成主機故障或是擱淺事故發(fā)生。

5.2 充分考慮淺水對轉(zhuǎn)向和停船性能的影響

基于前文多種操船試驗可以看出，大型船舶在淺水中航行時其旋回性能會大幅下降，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)直接應用，要結(jié)合實際情況，在進行避讓和制動時要綜合使用車舵，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，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)合當時情況，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)展導致船舶航行于淺水域機會增多，淺水航行會增加船舶阻力，增加轉(zhuǎn)向難度，加劇船舶的下沉及縱傾，同時淺水還會降低船舶旋回性能增加停車沖程，增加了船舶的航行風險。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，機動操船時要綜合使用車舵。

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