超大型油輪復雜水文條件下靠泊方案探討

王宏標 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險，通常還要選擇緩流時段靠泊。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雜。譬如寧波舟山港岙山五期30萬噸原油碼頭，碼頭前沿某些時段會出現壓攏回流，在此時段VLCC靠泊無法做到頂流靠泊，如果一味地等待“頂流靠泊”，將會使碼頭靠泊窗口期過短，嚴重影響港口裝卸效率及經濟效益。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

（一）超大型油輪特點

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

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

（3）船舶尺度大，受淺水效應和岸壁效應影響大，淌航中喪失舵效的時刻出現得較早，淌航時約4節就無舵效。

（4）VLCC受風流影響較大。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

基于對超大型油輪特點的考慮，靠泊操縱限制在白天風力7級以下、能見度在1 500米及以上、潮流較緩時段，并根據船舶尺度、作業條件（風、浪、流等）因素配備滿足對船舶靠泊進行有效控制的拖船數量和功率。VLCC貼攏碼頭時控制靠攏速度≤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水文氣象特點

（一）航道概況

第一航段：RACON-X引導浮至蝦峙門口外深水航槽西端，距離約10海里，以平均速度8節通過約需1小時25分鐘。第二航段：0號警戒區經蝦峙門航道至1號警戒區，距離約10海里，以平均速度9節通過約需1小時15分鐘。第三航段：1號警戒區西側經2號警戒區至泊位外檔，距離約5海里，以平均速度4節通過約需1小時25分鐘。如圖1所示。總航程約25海里，水深18.2～109米。

圖1 VLCC進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，碼頭類型為K式L形碼頭，靠泊等級為30萬噸；碼頭長度480米，走向為087°—267°，碼頭前沿水深23.8米。碼頭東南處有暗礁，在暗礁南邊設有南方位標（該方位標就是實時測流浮M），距離碼頭東側系纜N約160米。

（三）水文氣象特點

岙山五期碼頭所處水域潮汐為不規則半日潮，漲潮主流向為西向，始于定海低潮后2.5～3小時，最大流速可達3節；落潮主流向為東向，始于定海高潮后約2.5小時，最大流速可達3節。如圖2所示，岙山南面的落潮流繞過外長礁，受海O地形的影響，在岙山南側包括岙山一期碼頭及五期碼頭的西側形成P時針方向的潮流Q旋，從而在近岸區呈現出漲潮流形式的落潮流，俗稱“回流”，岙山南側附近水域出現“回流”而形成了潮流切變流場，當流速較緩時，潮流切變流場的中心（潮流切變線）離岸較近。當落潮潮流時，岙山五期碼頭前沿的潮流較為復雜，會出現壓攏回流，強度及范圍明顯，且在部分非常小的區域就可能存在著幾次流向和流速的連續變化。該地區冬季R行偏北風，夏季R行偏南風，因碼頭南面開S，故受南風影響較大[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）靠泊時間窗口分析

根據實時測流浮較長一段時間的累積數據分析，在中小潮T初落或落末時段回流流速較緩，雖然對靠泊有一定的影響，但輔以一定的保障手段，靠泊是可行的。當選擇靠初落時，在定海高潮后2.5～3小時貼攏碼頭；選擇靠落末時，在定海低潮時或低潮后1小時貼攏碼頭。

（二）碼頭設計制動水域分析

碼頭設計制動水域（回旋水域按U形布置，回旋U直徑取2倍設計船長，為668米；停泊水域寬度為2倍船寬，為120米）可以滿足右舷靠泊的需求。

（三）風流的影響、拖船的配置和使用分析

根據船舶尺度、作業條件（風、浪、流等）因素配備滿足對船舶靠泊進行有效控制的拖船數量和功率。

1.風與流壓力的影響

（1）風壓力Famax估算公式[2]

其中：Fa為風動壓力（牛）；ρa為空氣密度，取1.226 千克/立方米；Ca為風動壓力系數；va為相對風速（米/秒）；Aa為水線以上船體正面投影面積（平方米）；Ba為水線以上船體側面投影面積（平方米）；θ為風舷角（度）。

當船舶受最不利橫風（南風）影響時，取風舷角θ= 90°，則上述公式可簡化為

其中：Famax為最不利風向的風動壓力（牛）。根據經驗圖表估算，滿載30萬噸油船取Ca=1.0，Ba=4 435平方米。根據有關規定，靠泊岙山五期碼頭應在低于南風7級風的氣象條件下進行，因此取7級風高限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；vw為水對船的相對流速（米/秒）；L為船舶兩柱間長（米）；d為船舶吃水（米）。考慮泊位接近時為左正橫來流，漂角β為90°，根據實際情況，水深吃水比H/d取1.1，查經驗圖表得Cwy為4.8。考慮緩流時段碼頭邊回流為0.6節，取vw=0.308米/秒，查過往VLCC標準船型數據，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，實際工況約為額定功率的90%。根據舟山輪駁公司提供的數據，各型拖船的實際可用頂推力和拉力見表1。

表1 各型拖船的實際可用頂推力和拉力

在實際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、落末時碼頭前沿潮流復雜性以及拖船作業時受流影響造成功率損耗的考慮，拖船配備都會留有足夠的富余，以備不時之需，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

應合理地使用拖船，并考慮其局限性。配備5艘全回轉港作拖船助泊，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位置和左邊駕駛臺前面，剩余一艘4 000馬力拖船帶在船尾右舷，其既可以協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及注意事項

（一）VLCC右舷靠泊風險分析

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

（1）通常重載VLCC在靠泊過程中航速較低，主要受風流的影響同時還有淺水效應的影響，受力情況復雜，如對船位、靠泊角度和速度控制不到位，會有觸礁及擱淺的風險。

（2）VLCC接近泊位前，若與南方位標的橫距過小，可能受壓攏回流影響壓向南方位標，因此必須大幅度向左轉向及加車逃離，存在靠泊失敗的風險。

圖3 岙山五期VLCC初落、落末右舷靠泊重要節點船位示意圖

（3）碼頭前沿的回流在非常小的區域就可能存在著幾次流向和流速的連續變化，受其影響，如未及時發現速度的變化，且采取措施較晚，那么VLCC與他船及碼頭有觸碰的風險。

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

（二）靠泊操縱要領

結合以往15萬噸級油輪及少量VLCC落流右舷靠泊岙山五期碼頭的經驗，綜合考慮碼頭前沿狀況及VLCC右舷靠泊風險，對岙山五期碼頭VLCC初落、落末右舷靠泊的操縱要領進行以下分析。

以靠初落潮水為例，離碼頭較遠的航道上潮流滯后于碼頭，當碼頭前沿是初落時，航道上可能是平潮。VLCC在定海高潮后1.5～2小時抵達如圖3所示船位1處，船位1處在2號警戒區東北角附近，船首對著南方位標東面的碼頭，控制速度在5節左右，帶好5艘拖船，停車淌航；抵達船位2處時距離岙山五期碼頭約1海里，控制速度在4節左右，開始緩慢向左做轉向避開航道東側的淺灘；抵達船位3處時距離岙山五期碼頭約0.5海里，控制速度在2.5節左右，此處需連續向左轉向，預配流壓差使船位與南方位標保持0.15海里以上安全橫距通過，如想控制速度，又要保持舵效，可微速進車，令右船尾或后面3艘拖船向后拉減速，并控制好轉頭速率；抵達船位4處時與南方位標橫距約0.15海里，控制速度在2節左右，入泊角度在10°以內，為應對碼頭前沿的回流進行倒車控速，使用拖船控制船首偏轉；抵達船位5處時與碼頭橫距約0.1海里，控制速度在0.7節以內，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，時刻關注速度變化，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小時貼攏碼頭，貼攏碼頭前首尾拖船保持在拖的狀態，以控制靠攏速度和調整靠攏角度，貼攏碼頭時控制靠攏速度≤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小時或低潮時抵達船位1處，船位1處在2號警戒區東北角附近，船首對著南方位標東面的碼頭，控制速度在6節以內，帶好5艘拖船，停車淌航；抵達船位2處時距離岙山五期碼頭約1海里，控制速度在4.5節左右，開始向左做航向修正，如果行動較晚，可能被落流壓向東面淺灘或南方位標；抵達船位3處時距離岙山五期碼頭約0.5海里，控制速度在3.0節以內，此處需連續向左轉向，控制好轉頭速率，預配流壓差使船位與南方位標保持0.15海里以上安全橫距通過，如想保持一定速度，又要保持舵效，可微速進車，令右船尾拖船向后拉減速；抵達船位4處后靠泊操縱要領同靠初落潮水，在定海低潮時或低潮后1小時貼攏碼頭。

（三）靠泊操縱注意事項

VLCC進港靠泊的時間需安排得充裕，特別是落末靠泊時，一路頂流進港，需特別注意船速控制，以免錯過靠泊時間窗口。另外，根據實時測流浮較長一段時間的累積數據分析，岙山五期碼頭前沿底層流回流來得較早，初落靠泊時，重載VLCC在富余水深不大的情況下，需特別注意底層流對船舶運動的影響。

六、結論

隨著技術的革新，實時測流浮的投設給我們提供了精細的測流資料積累和及時預報，為VLCC在復雜水文條件下的靠泊提供了潮流數據。同時，通過駕引人員事先制訂詳細的靠泊方案，充分熟悉碼頭附近的潮流規律，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，做到對船位、靠泊角度和速度的精準控制，可以實現超大型油輪在復雜水文條件下的安全靠泊，提高碼頭利用率。