淺述不同方法求船舶破艙后的浮態

摘 要：隨著世界航運業的快速發展，船舶碰撞事故也逐年遞增，船舶碰撞將可能導致船艙進水，而船艙一旦進水，則會對船舶的穩性產生一定的影響。船舶如果穩性喪失，那么就喪失了抵御風浪的能力，則導致船舶傾覆。文章主要從船艙進水的類型進行分析，以及各類型進水對船舶的浮態和穩性的變化，從而幫助船方采取相應方法保證船舶安全，達到船舶的安全營運，對保障海上人命和財產安全具有重要的意義。

關鍵詞：進水；穩性；浮態

引言

船舶如果在水線下發生碰撞，就可能導致船艙進水，而船舶一旦進水，則會使船舶的自重增加，從而引起船舶吃水以及水線的變化。船舶進水后的下沉情況是根據進水的位置以及進水數量來確定的，除了位于船中的艙室外，均將產生新的縱傾。若船舶設置了水密縱艙壁，一舷進水后還將產生橫傾。船舶進水前具有一定的儲備浮力，滿載時以干舷高度F來標志，非滿載時則實際干舷高度將大于F。船舶進水后其平衡水線以上水密船體容積所具有的浮力稱為剩余儲備浮力。為了保證船舶進水后不致傾覆，必須保證船舶具有一定的剩余儲備浮力。

船舶船艙進水前的穩性稱為完整穩性，而船艙進水后的穩性稱為破艙穩性。為保證船舶進水后不致沉沒，必須保證船舶具有一定的破艙穩性。能否保證船舶進水后具有一定的剩余儲備浮力和破艙穩性，除與進水前儲備浮力和完整穩性有關外，還與船體內水密橫艙壁設置的數量和位置有關。作為外在因素，則與破口大小及其位置有關。船舶進水后浮性和穩性計算可用兩種方法來處理，即：重量增加法，把進水量處理為所載貨物重量，此時船舶資料中的靜水力資料均有效，第二種方法是浮力損失法，把船舶破艙處所處理為與舷外水相連而失去浮力，此時靜水力資料上的的數據均需修改，這種方法也稱為固定排水量法。

1 船舶進水的類型

船舶進水的類型主要分為三種類型。第一類是艙柜上部封閉，破口位于水線以下，這類進水特點是整個艙柜充滿海水，因此進水量是固定的，且不存在自由液面，計算時可等效為在艙內裝載了固體，比如船舶觸礁引起雙層底破損導致進水。第二類是艙柜上部開敞，但與舷外水不相通，這類進水的特點是船體未破損，只是艙內因故進水，其進水量根據具體情況而定，一般存在自由液面，常見的有甲板上浪后因艙蓋漏水引起的進水或者是船艙內部水滅火系統滅火后導致的進水。第三類是艙柜上部位于水線上，破口位于水線下，且與舷外水相通，這類進水的特點是進水量隨船舶下沉及傾斜發生變化，艙內水平面與舷外水平面一致，常見的有水線下船艙破艙進水。比如船舶發生碰撞，導致船舶側面水線下破損導致的進水。這三種類型的進水中第三類進水對于船舶來說是最危險的，很多船舶沉沒都是這類進水引起的，下面我們以第三類進水為例，對船舶進水后的浮態進行分析，對這類進水，可以用逐步逼近增重法來分析進水情況，進而對船舶的浮態和穩性作出判斷。

2 逐步逼近重量增加法求船舶縱向的浮態

重量增加法是將破艙進水視為增加船舶載重，因而產生平行下沉和縱傾。這時，船廠或設計單位在為浮性、穩性和吃水差計算所提供的圖紙和資料都有效。

2.1 初始浮態逼近法

2.1.1 第一次近似計算

由船舶初始的首尾吃水計算出船舶的平均吃水dM，然后由船舶的平均吃水查船舶對應的靜水力資料可得TPC、MTC、Xf，根據初始進水量P1及其重心Xp1（艙容曲線圖中可查取），可用以下少量載荷裝卸公式求出船舶的首位吃水改變量，從而得出船舶新的水線W1L1。

2.1.2 第二次近似計算

由W1L1的平均吃水dm1查船舶靜水力資料可得：TPC1、Xf1、MTC1。根據第一次近似計算，在加載P1后船舶下沉和縱傾的水線為W1L1。這時進水量又增加了P2，P2為W1L1與WL之間該進水艙處的進水重量，其重心坐標為X 。根據所增加的載重P2及其重心坐標X ，又可用重增法在W1L1水線的基礎上，同理求出船舶第二次下沉和縱傾后的新水線W2L2。

2.1.3 第三次近似計算

顯然，W2L2與W1L1之間又增加了該進水艙處的進水重量P3。于是，可進行第三次近似計算。依次類推，可進行第四、五……次近似計算。對照P1，P2，P3……各值，可發現存下以下規律：P1>P2>P3>P4>……Pn=0

這就是說，當進行至第n次近似計算時，所得的新水線WnLn即為用重量增加法逐步逼近所獲得的最終平衡水線。通過最終的平衡水線，即可確定船舶最終的橫傾狀態以及船舶最終橫傾角大小，也可以根據最終橫傾角判斷出船舶是否還具有穩性。這里需要說明的是，由于船艙進水后，水未充滿整個艙室，所以會存在隨船舶橫搖而移動的液面，我們稱其為自由液面。因為自由液面的存在，會出現一個隨船舶橫搖的橫傾力矩，這個橫傾力矩的存在會使船舶的穩性力矩下降，所以在計算中還應考慮到自由液面的影響。

2.2 過量進水逼近法

初始浮態逼近法是以初始水線下進水量作為計算的起始依據，求得第一次近似水線W1L1，從而逐步逼近最終平衡水線WnLn。對于駕駛員而言，此法需在靜水力曲線圖和艙容圖上查找有關數據，為此僅適合于在海損前作出預估。

過量進水逼近法，則以某艙艙壁甲板下的總進水量作為計算的起始依據，求出其對應的過量進水水線WTLT，然后將過量的進水量處理為卸重，從而逐步逼近最終的平衡水線WnLn。

上述兩種方法，從理論上應有相同的最終平衡水線WnLn。通過劃定的WnLn即可判別船舶某艙進水后的剩余儲備浮力情況。

就確定破艙后最終平衡水線WnLn而言，初始浮態和過量進水兩種逼近方法，從計算的繁簡程度而言并無原則區別，且理論上應有相同的計算結果。但應特別指出的是，在發生海損破艙事故的當時，過量進水法（第一次近似計算）對駕駛員訊即判別船舶能否沉沒具有重要意義，其判斷為WTLT是否超過船舶的干舷甲板（貨艙一般為上甲板）。對于船長和大副而言，他們對本船各貨艙的散裝容積及其重心和空艙與滿載時的TPC及MTC值，由于配載時經常使用而了如指掌。據此，當海損發生時僅用幾分鐘心算即可估算出WTLT對應的首尾吃水，有利于船長作出正確的決策。

3 浮力損失法

浮力損失法也稱為固定排水量法，此方法法是將破艙進水的艙柜當做舷外海水的組成部分，此時船舶的重量并未改變，故其重心位置也保持不變。但由于進水艙柜破損處失去浮力，船舶會下沉以補足失去的浮力。補償的浮力與失去的浮力組成傾覆力矩，迫使船舶縱傾。當下沉和縱傾后的浮心和重心重新共垂線時，船舶將達到新的平衡。

不論采用重量增加法還是浮力損失法，其計算結果所得的最終平衡水線則是相同的，也就是說船舶最終的平衡傾斜角是相同的。也就是說，不管我們用以上哪種方法，都可以得出船舶的最終浮態。

4 結束語

通過以上對船舶進水后平衡水線的確定，能夠讓我們清楚最終船舶的浮態，進而確定船舶剩余的儲備浮力以及船舶破艙穩性的大小。有利于船上人員采取相應的措施對船舶破艙穩性進行調整和控制，以保證船舶營運安全。但是實際船舶航行中，盡管船舶穩性最終符合規則要求，但由于穩性是由各方面因素影響的，所以并不能完全確保船舶的安全。因此，駕駛人員提高駕駛經驗和技術，謹慎駕駛，多從沉船事故中汲取經驗，才能確保船舶營運的安全和可靠。

參考文獻

[1]中華人民共和國.海船載重線規范[S].人民交通出版社，1996.

[2]蔣維清.船舶原理[M].大連海事大學出版社，1998，8：101-105.

作者簡介：王丹（1980-）男，漢族、天津市河北區人，從事航海技術專業，研究MPA。