東營港大潮汛落潮流向中海油六號泊位安全靠泊對策

楊洪海 東營引航站

東營海港地理坐標為東經118°58'、北緯38°06'，位于現黃河入?？谝员奔s50公里的渤海灣和萊州灣交界處、東營市的東北部。海上距天津港90海里，距龍口港和萊州港均為72海里。東營港有限責任公司五萬噸級液化碼頭作為東營港目前最大的液化碼頭，承擔著東營港腹地眾多煉化廠原油接卸任務，全年接卸油品接近1000萬噸。由于自然環境影響，大潮訊落潮流期間靠泊六號泊位難度較大，為了提高生產效率，保障安全作業。本文通過水動力橫向力計算，分析水動力對靠泊的影響。提出了如何利用現有拖輪及小角度靠泊方法，減小水動力影響靠泊的合理化建議。

1.碼頭簡介

東營港有限責任公司五萬噸級碼頭（結構8萬噸級）碼頭呈“一”字型布置，泊位走向315°、135°。由工作平臺和系纜墩組成，泊位長340m，雙側靠船。碼頭作業平臺布置在中間，采用大平臺形式，其長度可滿足8萬噸級液體化學品船安全靠泊需要。碼頭布置在總長7020米公用引橋和自建2600米直延引橋北側。碼頭前沿水深14.5m，船舶靠泊吃水最大12.8米。本碼頭有兩個泊位組成，內測為五號泊位，外側為六號泊位，設計船型為1萬—5萬噸，結構及工藝兼顧8萬噸船型，裝卸產品為原油及燃料油。拖輪配置方面規定190m以下船舶靠泊海油碼頭需配備兩艘拖輪（馬力分別是：3600馬力、3400馬力），190米及190米以上船舶靠泊配備三艘拖輪（馬力分別是：4000馬力、3600馬力、3400馬力）。

表1 各點最大潮流流速及流向表 單位：流速m/s；流向°

圖1 東營港港圖

2.海域水文

東營港區海域的潮流均表現為半日潮流性質；受地形影響，呈明顯的往復流性質，各測點潮流橢圓長軸方向基本與岸線平行，即NS－NW方向。落潮流歷時大于或等于漲潮流歷時；漲、落潮流速均小于1.0m/s。據2009年4月水文測驗的資料分析，各測點的流速、流向見表1。

由水文測驗資料顯示，中海油五萬噸級液化碼頭在2#、8#測點之間，可以判定大潮訊落潮流流向在147°—152°之間，最大流速接近1m/s。從流速的平面分布看，該海區總體上呈現外海流速大于近岸流速。此外，在堤頭建筑物附近，受其挑流作用流速會相對增大。

3.確定水動力壓強、水動力橫向對動力

3.1 水動力的大小

當船舶與周圍的水存在相對運動時，船舶所受的水動力F可用下式估算：

F=1/2g·ρ·C·L·d·v2（1）

式中：

F——水動力（N）

ρ——水密度

C——水動力系數

L——船舶水線長度

d——船舶吃水

v——船舶與水的相對速度

船舶所受的水動力F可以分解為首尾方向正面的水動力FX和正橫方向側面的水動力FY。由于船舶首尾流線性特征，所受的首尾方向水動力較小，船舶用車可輕松克服，在此只考慮船舶所受橫向水動力FY，首尾方向正面的水動力FX將忽略不計。

3.2 估算水動力系數C

由船模實驗數據圖（圖2）可知，開始時橫向水動力系數C隨著漂角的增大而增大，當漂角β為90°時，橫向水動力系數達到最大值，而后隨著漂角的進一步增加，橫向水動力系數逐漸減小為0°。橫向水動力系數C與水深吃水比有關，在淺水中，水深吃水比越小，橫向水動力系數越大，尤其是當水深吃水比小于1.5時，橫向水動力系數隨吃水比的變化更為顯著。

圖2 船模實驗數據圖

通常，中海油六號泊位靠泊船舶水深與吃水比約為1.2，靠泊角度a小于30°。結合實際情況及船模實驗數據圖，可以認為：當a≤10°時，橫向水動力系數C與漂角a+10°的正弦近似成比例。C≈sin(a+10)，當10°＜a＜30°時，橫向水動力系數C與漂角a+20°的正弦近似成比例，C≈sin(a+20)。

3.3 計算實操船型橫向水動力FY

東營港中海五萬噸級液化碼頭主要靠泊船型為：中遠海集團旗下183米、228米（座、湖、洲字號）及部分外籍油輪。碼頭要求靠泊船舶吃水最大12.8米。根據上述公式（1）可計算得船舶在不同吃水、漂角情況下的橫向水動力。計算結果如表2。

表2 橫向水動力計算結果

3.4 估算水動力作用點

水動力作用中心距船首的距離與船長之比aw/L隨著漂角β的增大而增大，即隨著漂角的增大而增大，aw/L大約在0.25～0.75之間。當β＜90°，即船舶有向前運動趨勢時，水動力中心位置在船中之前。把水動力作用點P的位置近似地看作是漂角a的余弦在船舶首尾線上的投影（見圖3）。

由圖3可知：

圖3 水作用圖示

橫向水動力作用點P的位置距船首的距離為：

L/2-(L/4) cos a

橫向水動力作用點P的位置距船尾的距離為：

L/2+(L/4) cos a

3.5 船舶克服橫向水動力平移靠泊所需推力

根據橫向水動力作用點的位置，選擇適合船舶平移靠泊的拖輪配置，以便克服船舶靠泊過程中的旋轉。設定船舶首部拖輪推力為F1，船尾部拖輪推力為F2，橫向水動力為FY。

船舶平移入泊需滿足：

F1+F2≥FY（總推力大于橫向水動力可以入泊）

F1〔L/2-(L/4)cosa〕=F2〔L/2+(L/4)cos a〕（首尾推力力矩相等可以平移不發生偏轉）

由此可知船首拖輪為抑制船舶偏轉馬力需要高出船尾拖輪，克服偏轉力Fz:

Fz=F1–F2=FY（cos a）/2 （2）

由此可推算得到：

F1=FY（2+cos a）/4 （3）

F2=FY（2-cos a）/4

4.根據橫向水動力大小選擇靠泊方法

4.1 平行于泊位靠泊

根據船型、吃水、相對流速、漂角等條件，分以下兩種情況：船舶長度228m，吃水12.8m，相對流速1m/s，漂角17°。三艘拖輪馬力分別是：4000馬力、3600馬力、3400馬力，共計11000馬力，頂推可提供最大110噸推力。船首拖輪最大推力76噸，船尾最大推力34噸。

根據公式可得橫向水動力：FY=91.8噸，克服偏轉需要FZ=43.8噸。船首剩余推力為：76噸-43.8噸=32.2噸。由于船尾拖輪最大推力為34噸，為了不發生偏轉，船尾只能發揮32.2噸（最大馬力34噸），共計64.4噸，小于橫向水動力91.8噸。船舶將平移遠離泊位，無法完成靠泊。

船舶長度183米，吃水12米，相對流速1m/s，漂角17°。三艘拖輪馬力分別是：4000馬力、3600馬力，共計7600馬力，頂推可提供最大76噸推力。船首拖輪最大推力40噸，船尾最大推力36噸。

根據公式可得橫向水動力：FY=69.1噸，克服偏轉需要FZ=33噸。船首剩余推力為40噸-33噸=7噸。由于船尾拖輪最大馬力為36噸，為了不發生偏轉，船尾只能發揮7噸（最大馬力36噸），共計14噸遠小于橫向水動力69.1噸，將無法完成靠泊。

由此可見，兩種船型在大潮訊落潮流期間，依靠現有拖輪平行于泊位且平移入泊是不可能的，拖輪推力無法抵消橫向水動力，大船將遠離泊位，無法完成靠泊任務。

4.2 小角度于泊位靠泊

船舶長度228m，吃水12.8m，相對流速1m/s，相對于泊位角度為10°，漂角將變為7°。三艘拖輪馬力分別是：4000馬力、3600馬力、3400馬力，共計11000馬力，頂推可提供最大110噸推力。船首拖輪最大推力76噸，船尾最大推力34噸。

適當調整船舶靠泊角度，若選擇靠泊角為10°，漂角將變成7°。通過計算可得到橫向水動力：FY=44.6噸，克服旋轉FZ=22.1噸。船首剩余推力為76噸-22.1噸=53.9噸。由于船尾拖輪最大馬力為34噸，為了不發生偏轉，船首只能發揮34噸（最大剩余馬力53.9噸），共計68噸，大于橫向水動力44.6噸，船舶將小角度平移入泊。但當船舶貼靠碼頭時勢必會調整到平行于泊位，隨著船首向的調整，漂角逐漸增大，橫向水動力將大于船舶推力，船舶將被推開遠離泊位。筆者多次碰到這種情況，通常要持續保持靠泊角度，船首先貼靠碼頭，船尾由拖輪控制船舶與碼頭10°左右角度，待船首橫纜收緊后，依靠首橫纜拉力，抑制橫向水動力的影響，隨后船尾方可貼靠泊位。此方法對船舶人員配合、拖輪性能、橫纜等要求較高，存在一定操作風險。

5.實際工作中幾點思考

5.1 船舶控速

大船靠近碼頭前沿過程中應提前做好降速，盡可能用大船自身車舵控制入泊角度，同時利用拖輪降速。船首到達泊位前端時，大船停車并且余速0.5節左右，若船舶入泊速度大于1節，相對流速將大大提升，停車后失去舵力對大船的影響，船首受橫向水動力影響向右偏轉，隨著入泊角度的減小，橫向水動力將逐漸增大，船首拖輪將不能抑制船舶偏轉。若大船倒車降速，由于右側船尾受排出流橫向力影響，大船將受到橫向水動力及排出流橫向力的雙重影響，將加速船舶向右偏轉。必要時需要船尾拖輪垂直大船方向放纜拖拽，配合船首拖輪頂推抑制船舶向右偏轉。

5.2 靠泊角度

靠泊過程中，船長要實時關注流向，注意船舶漂角變化，充分利用小角度靠泊方法，減小橫向水動力對大船的影響。滿載船舶靠泊六號泊位時，為了減小橫向水動力，大船需要與碼頭泊位保持10°—15°的角度，漂角控制在5°左右。

5.3 靠泊時機

大潮訊落潮流期間建議碼頭調度和船長盡可能避開急流時段。合理安排起錨進港時機，選擇初落、落末時機靠泊。

6.結束語

東營港由于自然環境、港口基礎條件等原因影響，全年工作窗口時間為270余天。如何在保障安全的前提下，提高碼頭接卸效率將是工作研究方向。本文對大潮訊落潮流期間船舶靠泊中海油六號泊位進行了詳細數據分析，對海流變化規律、小角度靠泊方法、拖輪配置、靠泊時機等方面做了簡單闡述。以上是本人在工作實踐中的體會，希望對今后靠泊東營港中海油六號泊位的船舶有所幫助，只要充分考慮海流角度、速度、拖輪馬力、海況條件、靠泊時機等完全可以保障安全、高效作業。