受限水域LNG船舶航行通航寬度研究

孟貝貝，田五六，甘兆斌，萬紅

（1.欽州學(xué)院，廣西 欽州 535000；2.欽州市海上通航與防污重點實驗室，廣西 欽州 535000）

LNG船舶在受限水域航行時最關(guān)鍵的是要有足夠的通航寬度，通航寬度的確定必須充分考慮該水域風、流、浪和能見度等自然條件的影響。其中風、流對于受限水域LNG 船舶航行通航寬度的確定是最為重要的參數(shù)[1]-[4]。

1 受限水域船舶航行通航寬度計算模型

1.1 規(guī)范下關(guān)于船舶通航寬度計算

根據(jù)我國頒布的《海港總體設(shè)計規(guī)范》[5]，其中關(guān)于對通航尺度的計算有著如下的計算公式：

式中：n-船舶漂移倍數(shù)；c-船舶與航道底邊富裕寬度；γ-風、流壓角；b-船舶間富裕寬度。其中b、c的取值視所研究的對象而定。

1.2 基于風、流作用下的船舶通航寬度計算

船舶在航行過程中，我們可以認為航道通航寬度是由以下三部分組成的：船舶在無風、無流情況下的航跡帶寬度、受風作用下而產(chǎn)生的風致漂移以及受流作用下而產(chǎn)生的流致漂移量。在此前提下，就可以得出所要研究對象在風、流作用下所需要的通航寬度，我們可以利用下式進行計算[6]-[7]：

船舶通航寬度：

風致漂移量：

式中：L-船長；α-船舶偏航角；c-船舶與航道邊界安全距離；T-船舶航行時間；Vs-航速；β-流壓角；Vc-流速；Va-風速。

2 規(guī)范下和基于風、流作用下LNG船舶航行通航寬度計算

本文計算以26.7萬m3LNG船舶為例，船型參數(shù)如表1所示：

表1 26.7萬m3LNG船舶船型參數(shù)表

規(guī)范下，LNG船舶在出入受限水域航行時按照單向通航考慮，分別計算在航速≤6kn、＞6kn，風速不大于13.8 m/s，流速取 0.1～0.25m/s、0.25～0.5m/s、0.5～0.75m/s、0.75～1.0m/s 條 件 下的所需要的通航寬度，如表2所示：

表2 航速≤6kn、＞6kn，不同流速條件下的通航寬度

基于風、流作用下計算LNG船舶通航寬度，在航速取8kn、10kn，流壓角取24°，航偏角取5°，流速取0.8 m/s，風速取7.6 m/s、10 m/s、13.8 m/s時，所需通航寬度，如表3所示：

表3 航速8kn、10kn，不同風速下的通航寬度

依據(jù)本文計算公式，結(jié)合所要研究LNG船舶自身特征參數(shù)，利用MATLAB制作了受限水域LNG船舶航行時，所需通航寬度的計算軟件，通過改變其中某一參數(shù)，我們可以得到相應(yīng)的通航寬度曲線。

圖1 航速8kn，風速7.6m/s，航行長度1～6的通航寬度曲線圖

圖2 航速8kn，風速10m/s，航行長度1～6的通航寬度曲線圖

圖3 航速8kn，風速13.8m/s，航行長度1～6的通航寬度曲線圖

圖4 航速10kn，風速7.6m/s，航行長度1～6的通航寬度曲線圖

圖5 航速10kn，風速10m/s，航行長度1～6的通航寬度曲線圖

圖6 航速10kn，風速13.8m/s，航行長度1～6的通航寬度曲線圖

由以上圖、表分析可知：

（1）規(guī)范下，外界因素確定時，所獲得通航寬度是一定值；在同等條件下，利用本文計算公式為一系列動態(tài)值；

（2）船舶在固定航速情況下，風速越大，在同等航行長度的條件下，船舶所需通航寬度越大；

（3）船舶在固定航速、風速情況下，在不同航行長度的條件下，定向航行距離越長，船舶所需通航寬度越大；

（4）船舶在固定風速情況下，航速越大，在同等航行長度的條件下，船舶所需通航寬度越小。

圖7 航速8kn，航行長度為4，風速7.6～13.8m/s的通航寬度曲線圖

圖8 航速8kn，航行長度為4，流壓角15～25°的通航寬度曲線圖

圖9 航速8kn，航行長度為4，航偏角2～8°的通航寬度曲線圖

圖10 航速8kn，航行長度為4，流速0.5～1m/s的通航寬度曲線圖

由圖分析可知：船舶在固定航速、航行長度情況下，風速（流壓角、航偏角、流速）越大，船舶所需通航寬度越大。

通過以上分析可知，受限水域LNG船舶在出入港航行當中，受風、流等因素的作用進而導(dǎo)致船舶所需要通航寬度發(fā)生變化，因此船舶在航行的過程中，應(yīng)密切關(guān)注風、流等條件的變化，及時調(diào)整航向及風、流壓角，確保船舶不偏離航道。

3 不同船舶條件下所需通航寬度對比

為了比較不同船型間所需通航寬度的差異，現(xiàn)選取5種不同船型（船長相近）進行對比，結(jié)果如表4所示：

表4 不同船型通航寬度對比

從表4可知，在船長相近的情況下，控制風速、流速、航偏角等相關(guān)量，在航行一定距離的情況下，客船所需通航寬度最大，其次為LNG船，散貨船最小，這與不同船型所具有的受風面積及船寬有關(guān)。LNG船舶滿載情況下較之其他船舶水線上橫向受風面積較大，在航行時受風影響產(chǎn)生較大的橫向漂移，因而所需通航寬度較大。

4 結(jié)語

本文分別通過現(xiàn)行規(guī)范和風、流漂移作用下計算受限水域LNG船舶通航寬度并進行對比分析，得出風、流因素的作用導(dǎo)致LNG船舶所需要通航寬度發(fā)生變化，是一個動態(tài)的過程，船舶在航行過程中可通過調(diào)整航向或風、流壓角，減小船舶漂移量，進而降低船舶所需通航寬度；并通過對比船長相近條件下，不同船型所需通航寬度與受風面積及船寬有關(guān)。