重載大型海船自力順流掉頭拋錨方法研究

朱要強，趙俊超

（1.長江引航中心張家港引航站，江蘇 張家港 215600；2.武漢理工大學航運學院，湖北 武漢 430063）

1 前言

隨著長江12.5米深水航道的建設，5萬噸級大型海船能從長江口全天航行到南京，大大加劇了長江航道的通航密度和航行難度。隨著被引船舶的大型化，長江引航工作也面臨著重大風險[1]。大型海船在受限水域的掉頭拋錨操縱一直是引航工作的重點和難點。

由于重載大型船舶在長江掉頭過程中，船舶產生沿首尾向、橫向和以轉心為支點的旋轉運動，駕引人員很難對本船的運動態勢做到精準把握。同時，由于內河水道掉頭水域有限，水流急，水深不足，船舶流量大，易對船舶掉頭造成意料之外的風險，因此，大型海船在重載情況下掉頭拋錨作業難度之大，就算經驗豐富的引航員也不能完全保證船舶的安全，為了保障重載大型海船掉頭拋錨作業的安全，邀請了多位引航經驗豐富的引航員進行探討，提出了一種重載大型海船自力順流掉頭拋錨方法，可為引航員引航提供理論指導。

2 錨泊操作分析

自力掉頭的方法有很多種，包括拋錨掉頭，進倒車配合掉頭，側推器輔助掉頭，滿舵旋回掉頭，Williamson操縱掉頭等，每種掉頭方法都有其優缺點和適用環境。進倒車配合掉頭需要有足夠的時間和縱向水域，Williamson操縱掉頭需要縱向和錨地異向側水域足夠大。大型重載船舶在順流急時拋錨作業很容易導致斷鏈失錨，因此，僅作為備用應急操縱措施。滿舵旋回掉頭的優點是掉頭迅速，動態明確，所需時間短，在等待到合適位置后就可迅速實施，既避免了長時間占用航道操縱造成堵塞，也可避免喪失極佳的掉頭窗口而被不肯主動避讓本船的小型船舶逼入死路。故大型重載海船順急流進錨地自力拋錨最有利的方法是掉頭后頂流拋錨[2]。

2.1 船舶旋回特性分析

船舶在掉頭拋錨時，需要結合船舶的操作特定分析船舶的回旋特點，常用公式（1）進行計算。

其中，dD順流旋回縱距，T為錨泊時間，Vω錨泊時的速度。

2.2 船舶錨位需求分析

為了合理分析船舶拋錨所需的面積，當采用單錨系泊時，船舶的錨位可通過公式（2）和（3）計算。

其中，R為單錨水域系泊半徑（m）；L徑為設計船長（m）；h徑為錨地水深（m）

2.3 風流的影響分析

2.3.1 風對船舶航行的影響分析

為了更清晰分析風對通航環境的影響，對于大型重載船舶，在風影響下，受風作用而產生的風致漂移量可按公式（4）計算：

式中：K——系數，取0.041；aB——船體水線上側受風面積(m2)；Bw——船體水線下側面積(m2)；Vs——港區船速（kn），取8kn；Va——相對風速(m/s)，7級風取15.9m/s；T——漂移時間（s），偏航角取5°。

2.3.2 流對船舶航行的影響分析

船舶在航行過程中，船舶的航行態勢受到風的影響，風會引起船舶產生漂移，其漂移量可以根據公式（5）計算。

式中：VC—流速（m/s）；α—流壓角；T—漂移時間(s)，T=S/VS，S為航行的距離，取船長的倍數。

3 案例分析

3.1 任務要求及錨地概況

香港籍X輪原計劃從長江張家港駛往上海寶山交接出口，開航后接調度通知因上海北槽風浪大，暫停交接，改駛張家港八號錨地拋錨等待。香港籍X輪，船長189.99米，船寬32.2米，吃水10.8米，實際載貨45000噸的散貨船，該船屬于重載大型船舶，其滿載旋回半徑如圖1所示。

圖1 中，旋回進距dA, 橫距rT，旋回初經tD均是船舶出廠時在標準試驗水域無風無流情況下測得，從圖中可見，旋回的進距為0.38nm，向右旋回初經0.45nm，約為 3～4倍船長，低速滿舵旋回180°需要時間為6.2min。

張家港八號錨地位于長江瀏海沙水道南側、在建滬通鐵路大橋下游。錨地寬0.5海里，長1.6海里，錨地水深20米左右，泥沙底，錨地南側為淺灘，北側緊靠主航道，錨地已有多艘船錨泊。

3.2 通航環境分析

3.2.1 航道條件

該水域為橋區施工水域，在建工程為滬通公鐵兩用大橋，下行通航分道用紅色側面標標示，側面標外不設下行推薦航路，下行船舶不論大小，均沿航道靠右行駛，下行通航分道寬300米，分隔帶寬200米，上行通航分道寬200米。

3.2.2 水文氣象條件

抵錨地時間約為1230，天氣晴，能見度良好，風力微弱。漢口水位14.2米，正值長江高洪水期。天生港低潮時間1344，農歷初三，大潮汛落水流，流速約4節，流向與航道順直。

3.2.3 交通流狀況

該航道為長江下行出口主航道，從上游駛出的船舶沿此航道下行，包括大小海船，內河集裝箱船，各型內河船舶等。船舶流量大，日平均流量超過1500艘次，同向船舶接連不斷，船舶速度不均，小型內河船慢車淌航節油現象普遍，航速在7節左右。錨地下端南側為進出通州沙西水道航道便捷水道，海事禁航，但常有小型船舶橫越錨地進出。

3.2.4 錨位條件

錨地緊靠航道邊緣設置，北側為下行主航道。錨地上端滬橋施2號紅浮筒距離錨地中部滬橋施1號紅浮筒間距0.7海里，錨地寬度小，可供船舶掉頭水域有限，錨泊船多，可供錨位選擇余地小，錨地可供錨位僅有圖2中黑圈所示的唯一位置，該位置距離錨地上邊界0.4海里，離下游錨泊船0.4海里，距離航道0.24海里，距離南側錨泊船橫距0.23海里，必須定點拋錨。如圖3所示 。

3.3 船舶旋回距離計算

根據2.1所介紹的旋回特性分析公式，對香港X輪進行了分析，計算得到了旋回縱距。

則該輪理論上的順流旋回縱距為：

根據錨地實際狀況，旋回縱距所需水域預估足夠，需要考慮的是旋回橫距所需水域的問題[3]。如果下行掉頭前，同向下行船舶較少或者下行船流空擋較大或者下行船全部同意協調避讓，則可以充分利用下行通航分道和分隔帶的寬度，掉頭前使本船船位充分地掛高拉大檔子，則可供利用橫向水域足夠。

3.4 船舶錨位計算

根據2.2所介紹的船舶錨位計算公式，對香港X輪進行了計算，計算得到了錨位需求。經計算，風力≤7級及風力＞7級時，香港X輪單錨系泊半徑分別為432m及518m。根據圖3所示的錨位尺寸表明擬該水域面積符合設計要求。

3.5 風流漂移計算

根據2.3所介紹的風流漂移計算公式，對香港X輪進行了計算，計算得到了風流漂移量，分別如表1和表2所示。

表1 船舶風致漂移量計算表

由表1的計算結果可以分析，待錨泊船舶受風影響隨著風級的不斷增大而增大，航行時漂移的量也就越大。因此，進出錨地水域時船舶應充分考慮風對船舶航行造成的影響。

表2 船舶流致漂移量計算表

根據上述計算結果，流導致船舶漂移的距離與流速、流壓角及直航距離相關，流速越大、流壓角越大、直航距離越長，船舶流致漂移量越大。因此，船舶在航行過程中，應該要注意保持適當的船速，利用車、舵控制船舶漂移，減小船舶漂移量。

3.6 船舶順流掉頭特點分析

在掉頭操縱中，受淺水效應、載態、船舶污底、風、流等多種因素影響，實際的掉頭圈會與理論會有很大的區別，而且引航作為風險行業，做任何操縱，都必須要把不利因素充分考慮到并留足安全余量[4]。香港籍X輪順流掉頭旋回軌跡預測如下圖4所示，船舶重載順急流旋回軌跡推測如下圖5所示。

根據3.3～3.5的分析，結合船舶重載順急流旋回軌跡預測，若本船需要盡量的靠右貼近下行航道邊緣航行，以便于同向下行船舶從本船左舷通過，則向右掉頭的水域橫距僅有約0.4nm，本船理想狀況下的旋回初經為0.45nm，不能滿足掉好頭之后再行拋錨的要求。針對這種局面需要待船身打橫后拋短錨2節，拖錨配合車舵掉頭。

4 錨泊實際操縱

4.1 操縱要點

（1）掉頭前的減速。初始速度低有利于降低船舶慣性和旋回進距，操滿舵并增加車速，在船舶尚未來得及增加前進速度之前，由于螺旋槳滑失大，舵效的增加非常有利于旋回操作，特別是當旋回角速度較大時，有效舵角變小，低航速高轉速，強烈的排出流會充分地增加舵效，快速完成掉頭。同時，較低的旋回速度，有利于駕引人員有足夠的時間觀察思考和應對周圍環境，有利于及早地控制船舶，包括在極端不利的情況下也能選擇拋錨制動。

（2）關注主機轉速。開始掉頭時慢車即可獲得較好的轉首力矩，同時又不增加航速，掉頭過程中加車有利于增加舵效，并同時抵御船舶的慣性和流致漂移，在船舶打橫后和接近掉頭完成時，要仔細觀察橫向串視標判斷船舶的速度是前進或者后退，不能盲目信賴GPS速度而認為船舶已有前進速度，減車甚至倒車，這樣會導致船舶快速后退壓向下游錨泊船。需要指出的是，小型船舶或者空載船舶或者順流較緩時，船舶掉頭旋回過程最后階段中出現前進速度時間較早，應通過恰當的減車停車或倒車來抑制。

（3）充分利用助航設備。新式雷達可以方便的顯示船舶矢量線，通過船舶矢量線和船首向的對比，可以清楚的知道船舶的運動趨勢。通過比對羅經航向和GPS航向，也可以獲知船舶真實的運動趨勢。

4.2 操縱案例分析

本船在接指令后及時調整航行計劃，通知船方派人備妥雙錨，報張家港交管中心核實錨泊計劃。距錨地較近時通過雷達及目視重點觀測同向下水船舶流狀況，調整航速尋找跟隨合適的下行船流空擋，確保船抵掉頭點時，速度控制到最低，同時掉頭側有足夠大的空擋不受他船干擾。

在距離錨位2海里時香港籍X船距后方最近船舶有近0.6海里空擋，且有逐漸增加趨勢，香港籍X船遂緊跟前船，同時開始逐步靠左側行駛，以便于右側有盡量多的空間掉頭，同時盡量將船速降到最低，但由于實際狀況所限，在多次的停車淌航后，船舶僅能降到維持舵效的6.5節航速。本船船位在距離錨地上錨界浮0.4海里，距錨位點0.8海里、橫距0.4海里時開始右滿舵掉頭，初起車鐘開DEAD SLOW AHEAD，逐漸加車至FULL AHEAD, 本船加速右轉的同時船舶航速下降并不明顯，同時船舶近似沿原航向向下漂移，待船首轉過90度漸趨頂流后，船速才開始明顯下降，待船首轉過近150度時，船舶航速為后退3.2節，即船舶矢量線和船首線呈接近相反態勢。此時本船距離錨位點縱距0.2海里，橫距0.1海里，適時回舵并操反向舵控制船首，待船舶退速逐漸降低時適當減車鐘，待速度至后退0.5節，船抵錨位點時，停車拋錨。

5 結語

在內河受限水域，操縱大型重載船舶順急流掉頭進錨地拋錨是一項風險極大的操縱。本文提出了一種重載大型海船自力順流掉頭拋錨方法及流程，并結合案例進行詳細分析。結果表明在開展錨泊操縱工作前，需要結合船舶操縱特性嚴格分析通航環境，對船舶操縱的情況進行預算分析，提出安全有效的錨泊方式，可大大降低大型船舶的錨泊風險。同時，在實施前應做好充分的風險評估采取合適的安全措施并留足安全余地。