不同環境下燈浮標錨鏈的布放長度計算

張志江　張蓓敏　樂奇博　馬來好　陳海泉

【摘 要】 為正確確定在燈浮標布放作業時所需錨鏈長度，分析錨鏈在水中的狀態，給出錨鏈長度的計算公式，結合某轄區典型浮標和海洋環境，計算出不同水深、風速、流速下錨鏈的布放長度。結果表明，該轄區錨鏈布放長度對風速變化最為敏感，水深次之，流速影響較小。

【關鍵詞】 國際航標協會；燈浮標；錨鏈；布放長度

對于燈浮標錨鏈布放長度的確定，國際航標協會（IALA）在1998年給出關于通用系碇系統設計的建議。該建議指出在一般情況下燈浮標錨鏈長度與布設水深的關系：水深小于50 m時，浮標錨鏈最小布放長度為水深的2倍；水深大于50 m時，浮標錨鏈最小布放長度為水深的1.5倍。該經驗法則在燈浮標布放作業中得到廣泛應用，但實際上其并未考慮作用于燈浮標上的各種阻力，以及布設海域的環境條件或錨鏈的單位長度濕重等情況。這種粗放式的經驗管理方式，使得走錨、跑標以及斷裂的事故常有發生。[1] 因此，對于燈浮標布設而言，正確確定錨泊系統的鏈系長度，是保證燈浮標安全的一項重要任務。

1 錨鏈在水中的狀態

燈浮標的錨泊系統是指沉于海底的錨碇及連接錨碇與燈浮標之間的錨鏈。確定燈浮標所需錨鏈的長度，首先應明確錨泊系統在水下的狀態，在此基礎上，研究如何保證燈浮標在受到風、浪、流的影響下，不發生跑標或者走錨的情況。為保證錨鏈在水中形成水平方向的牽引，發揮更好的錨泊定位效果，燈浮標錨鏈的長度總是比水深大幾倍。錨鏈在靜水中的狀態為懸垂和臥底兩種（見圖1）。在這種狀態下，富余的錨鏈長度既可隨潮汐的漲落而伸縮調節，也可增加其在海底的耙附力。

2 錨鏈長度的確定

2.1 懸垂錨鏈長度

2.2 臥底錨鏈長度

由錨鏈在水中的運動狀態（圖2）可以看出，①為燈浮標在靜水中錨鏈的狀態，②為燈浮標受到風、浪、流外界作用力時的錨鏈狀態。在外界作用力逐漸加大時，燈浮標逐漸右移，懸垂錨鏈漸漸拉直。當達到極限條件時，燈浮標的移動狀態由①處到達②處，懸垂錨鏈著地端產生垂直向上分力F。為了使錨碇不發生移動，在極限條件下，臥底錨鏈重力SG能夠平衡F，補充錨碇提供的耙附力。否則，若臥底錨鏈被完全提起，將會使錨碇松動，容易產生走錨現象。

3 錨鏈布放長度確定

選擇典型燈浮標HF-3.0以及相應錨鏈參數作為實例，計算錨鏈長度。該燈浮標基本參數如下：直徑為3.0 m；燈浮標吃水為4.78 m；總高為8.914 m；燈底座距吃水線高度為4.13 m；質量 kg。根據燈浮標基本參數，估算燈浮標風、流等作用力面積，其中：燈浮標水上部分受風面積為3.744 m2，燈浮標水下部分受流面積為6.437 m2。

根據某航標處轄區燈浮標常布設水深以及相應的海洋環境數據，計算分析在不同水深、風速以及流速下燈浮標布放的錨鏈長度。

（1）當風速Va=20 m/s，流速Vw=2 m/s時，在不同水深下的錨鏈布放長度見表1。

（2）當水深h=50 m，流速Vw=2 m/s時，在不同風速下錨鏈布放長度見表2。

（3）當水深h=50 m，風速Va=20 m/s時，在不同流速下錨鏈布放長度見表3。

從上述表中結果可以看出，隨著水深、風速以及流速的增加，所需的錨鏈布放長度也隨之增加，其中：在相同風速和流速下，隨著水深的增加，布放錨鏈的長度與水深的倍數關系逐漸減小；在相同水深環境下，布放錨鏈的長度隨風速增加而增加，流速變化對其影響不大。可見，錨鏈布放長度對布放水域風速最為敏感，水深次之，而流速對其影響較小，基本可以忽略。這是由于轄區水域的流速變化范圍較小，對燈浮標的作用力也較小。

4 結 語

對于燈浮標錨鏈布放長度的確定，航標人員在實際作業中往往采用經驗數據，并不十分了解所拋設的長度是否合適。本文針對這一情況，通過推導錨鏈長度的計算公式，結合轄區典型燈浮標和海洋環境，給出在不同環境下的錨鏈長度的計算結果，并分析不同環境對布放所需錨鏈長度的影響。這對指導燈浮標布放作業具有一定的指導意義。

參考文獻：

[1] 黃純.浮體和系碇系統計算機動態模擬研究[G].中國航海學會航標專業委員會第七屆大會論文集，2003：212-215.

[2] 汪妙強.錨泊時船舶放鏈長度的確定及其實用圖表[J].中國造船，1985（2）：79-86.

[3] 於健.錨泊時船舶放鏈長度的確定[J].天津航海，1996（2）：6-8.

[4] 王浩.深海浮標的總體設計與計算分析[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學，2012：66.

[5] 陳世才，范中洲，夏國忠.一種拋錨出鏈長度的計算方法[J].大連海事大學學報，1999（3）：44-47.