超大型油輪復(fù)雜水文條件下靠泊方案探討

王宏標(biāo) 謝廣偉

一、引言

頂流靠泊是大型船舶靠泊的基本原則。重載超大型油輪（VLCC）由于質(zhì)量大、慣性大、吃水深、受流面積大，更要做到頂流靠泊，而且為了降低靠泊風(fēng)險(xiǎn)，通常還要選擇緩流時(shí)段靠泊。但是有很多港口的VLCC碼頭由于地形因素影響，碼頭前沿水域水文條件較為復(fù)雜。譬如寧波舟山港岙山五期30萬(wàn)噸原油碼頭，碼頭前沿某些時(shí)段會(huì)出現(xiàn)壓攏回流，在此時(shí)段VLCC靠泊無(wú)法做到頂流靠泊，如果一味地等待“頂流靠泊”，將會(huì)使碼頭靠泊窗口期過(guò)短，嚴(yán)重影響港口裝卸效率及經(jīng)濟(jì)效益。因此，有必要尋求拓寬VLCC靠泊窗口期的有效途徑。本文以超大型油輪落流右舷靠泊岙山五期碼頭為例，探討了超大型油輪在復(fù)雜水文條件下的靠泊方案，以期收到拋磚引玉之效。

二、超大型油輪特點(diǎn)

（一）超大型油輪特點(diǎn)

（1）超大型油輪方形系數(shù)Cb大，大概為0.9，長(zhǎng)寬比約6.0；質(zhì)量大，慣性大，單位排水量功率不僅遠(yuǎn)小于大型集裝箱船，甚至小于大型礦船，因此VLCC啟動(dòng)、制動(dòng)、停船的性能都較差。

（2）旋回性好，追隨性差，航向穩(wěn)定性差。舵面積與船縱向面積之比較小，僅為1/65～1/75，舵力與水動(dòng)力之比較小，克服船舶偏轉(zhuǎn)所需時(shí)間較長(zhǎng)。操舵要早用舵，早回舵，早壓舵，用大舵角。

（3）船舶尺度大，受淺水效應(yīng)和岸壁效應(yīng)影響大，淌航中喪失舵效的時(shí)刻出現(xiàn)得較早，淌航時(shí)約4節(jié)就無(wú)舵效。

（4）VLCC受風(fēng)流影響較大。重載VLCC吃水深，需特別注意水下不均勻流的影響。

（二）超大型油輪靠泊操縱限制條件

基于對(duì)超大型油輪特點(diǎn)的考慮，靠泊操縱限制在白天風(fēng)力7級(jí)以下、能見(jiàn)度在1 500米及以上、潮流較緩時(shí)段，并根據(jù)船舶尺度、作業(yè)條件（風(fēng)、浪、流等）因素配備滿足對(duì)船舶靠泊進(jìn)行有效控制的拖船數(shù)量和功率。VLCC貼攏碼頭時(shí)控制靠攏速度≤3厘米/秒，靠攏角度≤3°。

三、寧波舟山港岙山五期碼頭概況及港區(qū)水文氣象特點(diǎn)

（一）航道概況

第一航段：RACON-X引導(dǎo)浮至蝦峙門(mén)口外深水航槽西端，距離約10海里，以平均速度8節(jié)通過(guò)約需1小時(shí)25分鐘。第二航段：0號(hào)警戒區(qū)經(jīng)蝦峙門(mén)航道至1號(hào)警戒區(qū)，距離約10海里，以平均速度9節(jié)通過(guò)約需1小時(shí)15分鐘。第三航段：1號(hào)警戒區(qū)西側(cè)經(jīng)2號(hào)警戒區(qū)至泊位外檔，距離約5海里，以平均速度4節(jié)通過(guò)約需1小時(shí)25分鐘。如圖1所示?？偤匠碳s25海里，水深18.2～109米。

圖1 VLCC進(jìn)港靠泊岙山五期碼頭的航道示意圖

（二）泊位概況

寧波舟山港岙山五期碼頭位于29°56.51JN，122°08.37'E，碼頭類(lèi)型為K式L形碼頭，靠泊等級(jí)為30萬(wàn)噸；碼頭長(zhǎng)度480米，走向?yàn)?87°—267°，碼頭前沿水深23.8米。碼頭東南處有暗礁，在暗礁南邊設(shè)有南方位標(biāo)（該方位標(biāo)就是實(shí)時(shí)測(cè)流浮M），距離碼頭東側(cè)系纜N約160米。

（三）水文氣象特點(diǎn)

岙山五期碼頭所處水域潮汐為不規(guī)則半日潮，漲潮主流向?yàn)槲飨?，始于定海低潮?.5～3小時(shí)，最大流速可達(dá)3節(jié)；落潮主流向?yàn)闁|向，始于定海高潮后約2.5小時(shí)，最大流速可達(dá)3節(jié)。如圖2所示，岙山南面的落潮流繞過(guò)外長(zhǎng)礁，受海O地形的影響，在岙山南側(cè)包括岙山一期碼頭及五期碼頭的西側(cè)形成P時(shí)針?lè)较虻某绷鱍旋，從而在近岸區(qū)呈現(xiàn)出漲潮流形式的落潮流，俗稱“回流”，岙山南側(cè)附近水域出現(xiàn)“回流”而形成了潮流切變流場(chǎng)，當(dāng)流速較緩時(shí)，潮流切變流場(chǎng)的中心（潮流切變線）離岸較近。當(dāng)落潮潮流時(shí)，岙山五期碼頭前沿的潮流較為復(fù)雜，會(huì)出現(xiàn)壓攏回流，強(qiáng)度及范圍明顯，且在部分非常小的區(qū)域就可能存在著幾次流向和流速的連續(xù)變化。該地區(qū)冬季R行偏北風(fēng)，夏季R行偏南風(fēng)，因碼頭南面開(kāi)S，故受南風(fēng)影響較大[1]。

圖2 寧波舟山港岙山五期碼頭附近落潮流示意圖

四、岙山五期碼頭VLCC初落、落末右舷靠泊可行性分析

（一）靠泊時(shí)間窗口分析

根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)流浮較長(zhǎng)一段時(shí)間的累積數(shù)據(jù)分析，在中小潮T初落或落末時(shí)段回流流速較緩，雖然對(duì)靠泊有一定的影響，但輔以一定的保障手段，靠泊是可行的。當(dāng)選擇靠初落時(shí)，在定海高潮后2.5～3小時(shí)貼攏碼頭；選擇靠落末時(shí)，在定海低潮時(shí)或低潮后1小時(shí)貼攏碼頭。

（二）碼頭設(shè)計(jì)制動(dòng)水域分析

碼頭設(shè)計(jì)制動(dòng)水域（回旋水域按U形布置，回旋U直徑取2倍設(shè)計(jì)船長(zhǎng)，為668米；停泊水域?qū)挾葹?倍船寬，為120米）可以滿足右舷靠泊的需求。

（三）風(fēng)流的影響、拖船的配置和使用分析

根據(jù)船舶尺度、作業(yè)條件（風(fēng)、浪、流等）因素配備滿足對(duì)船舶靠泊進(jìn)行有效控制的拖船數(shù)量和功率。

1.風(fēng)與流壓力的影響

（1）風(fēng)壓力Famax估算公式[2]

其中：Fa為風(fēng)動(dòng)壓力（牛）；ρa(bǔ)為空氣密度，取1.226 千克/立方米；Ca為風(fēng)動(dòng)壓力系數(shù)；va為相對(duì)風(fēng)速（米/秒）；Aa為水線以上船體正面投影面積（平方米）；Ba為水線以上船體側(cè)面投影面積（平方米）；θ為風(fēng)舷角（度）。

當(dāng)船舶受最不利橫風(fēng)（南風(fēng)）影響時(shí)，取風(fēng)舷角θ= 90°，則上述公式可簡(jiǎn)化為

其中：Famax為最不利風(fēng)向的風(fēng)動(dòng)壓力（牛）。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)圖表估算，滿載30萬(wàn)噸油船取Ca=1.0，Ba=4 435平方米。根據(jù)有關(guān)規(guī)定，靠泊岙山五期碼頭應(yīng)在低于南風(fēng)7級(jí)風(fēng)的氣象條件下進(jìn)行，因此取7級(jí)風(fēng)高限va=17.1米/秒，則Famax=794 961.9牛。

（2）最不利橫流壓力Ywmax估算公式[3]

其中：Ywmax為橫流壓力（牛）；ρw為水密度，取1 025千克/立方米；Cwy為流壓力橫向分力系數(shù)；vw為水對(duì)船的相對(duì)流速（米/秒）；L為船舶兩柱間長(zhǎng)（米）；d為船舶吃水（米）?？紤]泊位接近時(shí)為左正橫來(lái)流，漂角β為90°，根據(jù)實(shí)際情況，水深吃水比H/d取1.1，查經(jīng)驗(yàn)圖表得Cwy為4.8。考慮緩流時(shí)段碼頭邊回流為0.6節(jié)，取vw=0.308米/秒，查過(guò)往VLCC標(biāo)準(zhǔn)船型數(shù)據(jù)，取L=315米，d=21.5米，則Ywmax=1 580 467.0牛。

因此，船舶在最不利橫風(fēng)及橫流影響下所受的合力為Fmax=Famax+Ywmax= 2 375 428.9牛。

2.拖船的實(shí)際可用配備

目前，舟山港共有30多艘拖船，全部為Z型拖船，其中大馬力拖船有4 000馬力13艘、5 000馬力5艘和6 800馬力4艘，實(shí)際工況約為額定功率的90%。根據(jù)舟山輪駁公司提供的數(shù)據(jù)，各型拖船的實(shí)際可用頂推力和拉力見(jiàn)表1。

表1 各型拖船的實(shí)際可用頂推力和拉力

在實(shí)際VLCC靠泊操縱中，通常配備5 000馬力2艘、4 000馬力3艘，合計(jì)總頂推力為2 780 000牛，為Fmax的117.0%；總拉力為2 475 000牛，為Fmax的104.2%，拖船配備滿足總的功率需求。但是，鑒于初落、落末時(shí)碼頭前沿潮流復(fù)雜性以及拖船作業(yè)時(shí)受流影響造成功率損耗的考慮，拖船配備都會(huì)留有足夠的富余，以備不時(shí)之需，因此以一艘6 800馬力拖船替代一艘5 000馬力拖船。

3.拖船的使用

應(yīng)合理地使用拖船，并考慮其局限性。配備5艘全回轉(zhuǎn)港作拖船助泊，6 800馬力拖船帶在左首和 5 000馬力拖船帶在左跨，2艘4 000馬力拖船分別帶在左首第二個(gè)位置和左邊駕駛臺(tái)前面，剩余一艘4 000馬力拖船帶在船尾右舷，其既可以協(xié)助大船減速又可以至船尾右舷里檔往外頂推。

五、岙山五期碼頭VLCC初落、落末右舷靠泊操縱要領(lǐng)及注意事項(xiàng)

（一）VLCC右舷靠泊風(fēng)險(xiǎn)分析

如圖2和圖3所示，岙山五期碼頭的西側(cè)有一期碼頭的存在（可能靠有VLCC），東側(cè)距離約250米有暗礁，航道東側(cè)有淺灘，因此VLCC右舷靠泊的風(fēng)險(xiǎn)有：

（1）通常重載VLCC在靠泊過(guò)程中航速較低，主要受風(fēng)流的影響同時(shí)還有淺水效應(yīng)的影響，受力情況復(fù)雜，如對(duì)船位、靠泊角度和速度控制不到位，會(huì)有觸礁及擱淺的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）VLCC接近泊位前，若與南方位標(biāo)的橫距過(guò)小，可能受壓攏回流影響壓向南方位標(biāo)，因此必須大幅度向左轉(zhuǎn)向及加車(chē)逃離，存在靠泊失敗的風(fēng)險(xiǎn)。

圖3 岙山五期VLCC初落、落末右舷靠泊重要節(jié)點(diǎn)船位示意圖

（3）碼頭前沿的回流在非常小的區(qū)域就可能存在著幾次流向和流速的連續(xù)變化，受其影響，如未及時(shí)發(fā)現(xiàn)速度的變化，且采取措施較晚，那么VLCC與他船及碼頭有觸碰的風(fēng)險(xiǎn)。

（4）靠泊過(guò)程中對(duì)拖船使用不當(dāng)，比如在碼頭前沿沒(méi)有提前要求首尾拖船保持在拖的狀態(tài)，可能造成觸碰碼頭或入泊速度過(guò)快而損壞碼頭設(shè)施。

（二）靠泊操縱要領(lǐng)

結(jié)合以往15萬(wàn)噸級(jí)油輪及少量VLCC落流右舷靠泊岙山五期碼頭的經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮碼頭前沿狀況及VLCC右舷靠泊風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)岙山五期碼頭VLCC初落、落末右舷靠泊的操縱要領(lǐng)進(jìn)行以下分析。

以靠初落潮水為例，離碼頭較遠(yuǎn)的航道上潮流滯后于碼頭，當(dāng)碼頭前沿是初落時(shí)，航道上可能是平潮。VLCC在定海高潮后1.5～2小時(shí)抵達(dá)如圖3所示船位1處，船位1處在2號(hào)警戒區(qū)東北角附近，船首對(duì)著南方位標(biāo)東面的碼頭，控制速度在5節(jié)左右，帶好5艘拖船，停車(chē)淌航；抵達(dá)船位2處時(shí)距離岙山五期碼頭約1海里，控制速度在4節(jié)左右，開(kāi)始緩慢向左做轉(zhuǎn)向避開(kāi)航道東側(cè)的淺灘；抵達(dá)船位3處時(shí)距離岙山五期碼頭約0.5海里，控制速度在2.5節(jié)左右，此處需連續(xù)向左轉(zhuǎn)向，預(yù)配流壓差使船位與南方位標(biāo)保持0.15海里以上安全橫距通過(guò)，如想控制速度，又要保持舵效，可微速進(jìn)車(chē)，令右船尾或后面3艘拖船向后拉減速，并控制好轉(zhuǎn)頭速率；抵達(dá)船位4處時(shí)與南方位標(biāo)橫距約0.15海里，控制速度在2節(jié)左右，入泊角度在10°以內(nèi)，為應(yīng)對(duì)碼頭前沿的回流進(jìn)行倒車(chē)控速，使用拖船控制船首偏轉(zhuǎn)；抵達(dá)船位5處時(shí)與碼頭橫距約0.1海里，控制速度在0.7節(jié)以內(nèi)，入泊角度在5°左右，此處受回流影響，提前使用首尾拖船拖拽控制攏速，時(shí)刻關(guān)注速度變化，與一期碼頭（可能靠有VLCC）保持安全距離；在定海高潮后2.5～3小時(shí)貼攏碼頭，貼攏碼頭前首尾拖船保持在拖的狀態(tài)，以控制靠攏速度和調(diào)整靠攏角度，貼攏碼頭時(shí)控制靠攏速度≤3厘米/秒，靠攏角度≤3°。

以靠落末潮水為例，航道上落水流較明顯。VLCC在定海低潮前1小時(shí)或低潮時(shí)抵達(dá)船位1處，船位1處在2號(hào)警戒區(qū)東北角附近，船首對(duì)著南方位標(biāo)東面的碼頭，控制速度在6節(jié)以內(nèi)，帶好5艘拖船，停車(chē)淌航；抵達(dá)船位2處時(shí)距離岙山五期碼頭約1海里，控制速度在4.5節(jié)左右，開(kāi)始向左做航向修正，如果行動(dòng)較晚，可能被落流壓向東面淺灘或南方位標(biāo)；抵達(dá)船位3處時(shí)距離岙山五期碼頭約0.5海里，控制速度在3.0節(jié)以內(nèi)，此處需連續(xù)向左轉(zhuǎn)向，控制好轉(zhuǎn)頭速率，預(yù)配流壓差使船位與南方位標(biāo)保持0.15海里以上安全橫距通過(guò)，如想保持一定速度，又要保持舵效，可微速進(jìn)車(chē)，令右船尾拖船向后拉減速；抵達(dá)船位4處后靠泊操縱要領(lǐng)同靠初落潮水，在定海低潮時(shí)或低潮后1小時(shí)貼攏碼頭。

（三）靠泊操縱注意事項(xiàng)

VLCC進(jìn)港靠泊的時(shí)間需安排得充裕，特別是落末靠泊時(shí)，一路頂流進(jìn)港，需特別注意船速控制，以免錯(cuò)過(guò)靠泊時(shí)間窗口。另外，根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)流浮較長(zhǎng)一段時(shí)間的累積數(shù)據(jù)分析，岙山五期碼頭前沿底層流回流來(lái)得較早，初落靠泊時(shí)，重載VLCC在富余水深不大的情況下，需特別注意底層流對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)的影響。

六、結(jié)論

隨著技術(shù)的革新，實(shí)時(shí)測(cè)流浮的投設(shè)給我們提供了精細(xì)的測(cè)流資料積累和及時(shí)預(yù)報(bào)，為VLCC在復(fù)雜水文條件下的靠泊提供了潮流數(shù)據(jù)。同時(shí)，通過(guò)駕引人員事先制訂詳細(xì)的靠泊方案，充分熟悉碼頭附近的潮流規(guī)律，熟練掌握VLCC的操縱性能，配備足夠的拖船并合理使用，留足安全余量，做到對(duì)船位、靠泊角度和速度的精準(zhǔn)控制，可以實(shí)現(xiàn)超大型油輪在復(fù)雜水文條件下的安全靠泊，提高碼頭利用率。