大型船舶进出盐城港富余水深的探究

2013-12-23谢保峰陈进涛

武汉船舶职业技术学院学报 2013年3期

谢保峰陈进涛

（江苏海事职业技术学院航海技术系，江苏南京 211170）

1 港口通航资源剖析

1.1 航道特点

盐城港位于江苏省海岸线中部，“西洋深槽”西岸。水路北距连云港120 海里、西距上海港250海里。潮汐属正规半日潮港，平均高潮位4.68米，平均低潮位1.09米，平均潮差3.56米，本海域为强流海区，主流与岸线大致平行，近似呈南北向往复流，涨潮流向偏南，落潮流向偏北；最大流速出现在半潮面时，航道中最大涨潮流为4.6节，最大落潮流为4.3 节。西洋深槽是一条潮汐通道，呈喇叭形向北开口，东侧有小阴沙及瓢儿沙等干出沙丘做为天然屏障，可进出10 万吨级海轮。港口航道长约14.5 海里，航道走向163°／343°，航道以大型灯浮作为入口标志，航道两侧共设有灯标29个，西侧有绿色灯标14个，东侧有红色灯标14个，码头边29号灯标为黄色间距为1.1海里［1］。

1.2 进出港船舶交通流

2013年盐城港全面开工建设外海深水航道工程；加快挖入式港池前期工程，加快在建码头建设，今年建成通航的码头有：石化码头、粮食与集装箱专用码头和矿石专用码头，年底盐城港自主营运的万吨级以上深水泊位将达到16个，吞吐能力达5000万吨。港口吞吐能力明显加强。盐城港作为苏北大发展中兴建的港口，随着苏北经济迅猛发展，进出盐城港的船舶数量和吨位越来越大。2011年盐城港已接卸各类船舶1358 艘次，货物吞吐量突破1000万吨。2011年1－8月份盐城港超大型船舶进出港29艘次，其中集装箱船6 艘次，散货船23 艘次，仅此29艘次的超大型船舶的载货量就达680612 吨。2012年盐城港除了开通多条内贸航线外，为了加强与东亚及东北亚经济往来，开通多条至韩国、日本、俄罗斯国际航线，同时增加了多条经上海港中转至欧美国家国际航线。装卸货物涵盖煤炭、矿石、木材建材等30多个品种。近期还将开通盐城港到韩国平泽周班航线。2011年1 月至11 月，盐城港完成货物吞吐量1700万吨，集装箱6万标箱，主营业务收入2.4亿元，煤炭销售1.5亿元。本年度盐城港已接卸各类船舶2560艘次，超大型船舶进出港40 艘次，超大型船舶拉动港口上量作用明显。本文主要以35000吨和50000吨散货船为例研究盐城港航道富余水深［2］。

1.3 港口远景规划

江苏海岸线较长，海洋资源丰富，但沿海港口较少，只有连云港和南通两个海港。为了发展苏北，合理配置资源。盐城港应运而生，经过近几年的努力，2005年10月盐城港一期工程建成通航，产生两个万吨级泊位。2010 年8 月二期工程进行通航。建成5－7 万吨级散货泊位一个，2－4万吨级杂货泊一个。二期码头前沿水深15 m，5－7万吨级货轮可正常靠泊，10万吨货轮可乘潮进港。年吞吐能力可达1200 万吨。根据2020年远景规划，北港区将建设3－4 万吨级码头3个，万吨级码头1个。南港区将建设5万吨级深水泊位5个。年吞吐能力达5 000万吨散杂货、100万标箱，开通至欧美等地重要港口的航线，成为江苏中部最大的对外开放的综合性商港。随着大型泊位和码头兴建，进出盐城港的万吨级以上船舶越来越多。在合理利用水深资源的同时，较精确的估算船舶航行中的富余水深对船舶航行安全非常重要。

2 船体下沉量研究

船体下沉即航船的动吃水增加量是决定船舶富余水深的关键性因素。根据流体力学连续性方程和伯努利方程得知：

V 为相对流速，S 为断面过流面积，C 为常数，m 为水的质量，E为势能（水压力）。

当船舶周围相对水深变浅，断面过流面积变小，由（1）式可知，S与V 成反比，过流面积越少，流速越大。由式（2）得知，V 越大，流的动能越大，E（势能）越小，水压力越小，船舶船体下沉。

2.1 船体下沉量及其影响因素探究

从流态角度理解，船舶在前进中，既将水流向左右排开，也向船底方向排开，船首尾以及船中附近的流态和水压力的分布发生变化，高压区产生在船首尾附近，低压区出现在船中。随着船速增加，船体周围的水流速度比船速快，船体附近水位下降，产生下沉。当水深变浅时，船底水流受阻，下沉量增大。根据霍夫特的研究得知：当水深（H）与吃水（d）的比小于等于2.5时，船舶前进中的操纵性受到影响，应视为浅水域。当H／d≤1.5时，船舶前进中的操纵性受到明显影响，船舶下沉量变化明显。盐城港高潮时最大水深为15米，由此可得，当吃水达10米的船舶进出港时操纵受影响的程度开始明显。

2.2 计算下沉量的数学模型探究

Tuck等人在对船型做适当假定的条件下给出的平均下沉量S和纵倾变化τ的公式：

式中，Cb为方形系数，L、B、d分别为船长、船宽和船舶吃水（米），Fr为船舶长度傅汝德数，H 为水深（米）。

Hooft结合实验结果得出平均下沉量S和纵倾变化τ的公式：

美国Barrass提出更为简便估算公式，

式中Cb为方形系数，V 为船速（节）。

《上海港引航实用手册》结合Tuck和Hooft两位专家研究结果得出船舶下沉量计算公式，船体下沉量S，分解二个分量，平均下沉量S1和纵倾变化引起首倾S2：

第一是与人为善。良好的人际关系是教师情绪劳动表现正常的重要保障，而良好人际关系的维系离不开师生之间、同事之间和睦相处，这要求教师自我能够“想他人之所想，忧他人之所忧”，能够有原则地与他人保持信任、尊重、和谐的关系。“我之前也尝试改变一个所谓的问题学生，例如通过对他的关注、表扬、了解等，改变效果还不错。有的教师选择对这样的学生放任自流，或者采取批评、教育的方式，甚至导致不良事件的发生，这是因为没有充分了解学生，不能与学生保持融洽的师生关系，教师情绪把握也不得当，因此适得其反，最终也会影响到教师自己的良好情绪。”[HDW—ZL]

式中，L0a为船长（米），Cb为方形系数，H 为水深（米），d为平均吃水（米），B 为船宽（米），Fr为船舶长度傅汝德数，V 为船速（米／秒），g为重力加速度（米／秒2）。

3 大型船舶富余水深研究

3.1 决定富余水深大小的因素

富余水深大小是由静止时船舶的吃水，水深误差，前进时船舶的下沉量，船舶摇荡的吃水变化和比重不同所产生吃水的变化所组成的。结合盐城港航道实际情况和当地的水文气象信息得知。水深误差主要有潮时误差和海图误差［4］，根据《潮汐表》所述，中国沿岸预报误差在20－30min之内，潮高误差为20－30cm。取其大值为0.3m。根据国际测深标准，水深小于20m，允许误差为0.3m。按照盐城港航道东侧有小阴沙及瓢儿沙等干出沙丘做为天然屏障，主流与航道轴线大致平行，近似呈南北向往复流，船舶摇荡主要是纵摇，根据盐城港港情，并结合实船作为参考，纵摇所产生吃水增量为0.5 米［4］。由于盐城港为海港，所以比重所引起的吃水变化不计。富余水深（如图1）可以通过求取静水中船舶前进时的下沉量得到。

图1 富余水深示意图

3.2 大型船舶富余水深的确定

随着江苏苏北地区快速发展，盐城港地位突显。同时是湿地资源比较丰富的地区，该地区水产养殖业较发达。在发展经济的同时，保护海洋环境也是势在必行的。港口的迅猛发展以及大型泊位和码头兴建，使得进出港口的船舶数量和吨位也在不断增大，船舶富余水深的精确确定不仅关系到船舶航行安全，还直接影响着盐城港周边的生态环境。下面以3.5万吨级和5万吨级散货船来研究船舶在盐城港航行所需的富余水深［5］。

表1 船舶资料

设船舶航行速度为10节，盐城港航道最小水深为10.4 米，高潮时水深可达15 米。Frh＝0.825。通过对Tuck公式进行计算可得：

35000吨级船舶S＝0.34米，τ＝0.0005米

50000吨级船舶下沉量S＝0.41米，纵倾τ＝0.0005米

利用Hooft公式计算得知：

35000吨级船舶下沉量S＝0.37米，纵倾τ＝0.25

50000吨级船舶下沉量S＝0.44米，纵倾τ＝0.30

美国Barrass提出更为简便估算公式：

35000吨级船舶Sk＝0.72，Ss＝1.44

50000吨级船舶Sk＝0.83，Ss＝1.66

《上海港引航实用手册》公式计算结果：

35000吨级船舶下沉量S1＝0.34米，纵倾S2＝0.25

50000吨级船舶下沉量S1＝0.41米，纵倾S2＝0.30

盐城港航道多为泥沙底质，地形比较平坦，航道最浅水深为10.5m 和航道宽度为300m，平均高潮位4.68米，由于航道成近似南北走向，东侧有小阴沙及瓢儿沙等干出沙丘做为天然屏障。该航道跟长江口上海航段航道特点相似，通过上述公式计算结果也可以得出这一结论。富余水深＝潮汐误差＋海图误差＋纵摇吃水增量，根据《上海港引航实用手册》公式得出，35000吨级船舶富余水深为1.69m，50000 吨级船舶富余水深为1.81m。由此得知，35000 吨级及以上的船舶进出盐城港须候潮。并根据实际载况，选择合适潮时进出［6］。

4 大型船舶进出盐城港水域的安全航行建议

4.1掌握最新航道资料

随着盐城港码头一期、二期建成投产，三期、四期也在加紧建设，为了满足港口发展，航道规划和建设也在紧锣密鼓的进行中，其中包括航道疏浚和航标设置等。再加上航道地质为砂性土质，浅滩也会随季节和时间发生移动，受风向的影响，有时潮水也会提前或推迟到达浅滩。船舶在进港前，必须获得最新的港口航道图书资料，特别是最新的航道水深资料，并注意收听VTS通报安全信息，保证航道资料和水文信息的准确和有效。