浅述不同方法求船舶破舱后的浮态

摘 要：随着世界航运业的快速发展，船舶碰撞事故也逐年递增，船舶碰撞将可能导致船舱进水，而船舱一旦进水，则会对船舶的稳性产生一定的影响。船舶如果稳性丧失，那么就丧失了抵御风浪的能力，则导致船舶倾覆。文章主要从船舱进水的类型进行分析，以及各类型进水对船舶的浮态和稳性的变化，从而帮助船方采取相应方法保证船舶安全，达到船舶的安全营运，对保障海上人命和财产安全具有重要的意义。

关键词：进水；稳性；浮态

引言

船舶如果在水线下发生碰撞，就可能导致船舱进水，而船舶一旦进水，则会使船舶的自重增加，从而引起船舶吃水以及水线的变化。船舶进水后的下沉情况是根据进水的位置以及进水数量来确定的，除了位于船中的舱室外，均将产生新的纵倾。若船舶设置了水密纵舱壁，一舷进水后还将产生横倾。船舶进水前具有一定的储备浮力，满载时以干舷高度F来标志，非满载时则实际干舷高度将大于F。船舶进水后其平衡水线以上水密船体容积所具有的浮力称为剩余储备浮力。为了保证船舶进水后不致倾覆，必须保证船舶具有一定的剩余储备浮力。

船舶船舱进水前的稳性称为完整稳性，而船舱进水后的稳性称为破舱稳性。为保证船舶进水后不致沉没，必须保证船舶具有一定的破舱稳性。能否保证船舶进水后具有一定的剩余储备浮力和破舱稳性，除与进水前储备浮力和完整稳性有关外，还与船体内水密横舱壁设置的数量和位置有关。作为外在因素，则与破口大小及其位置有关。船舶进水后浮性和稳性计算可用两种方法来处理，即：重量增加法，把进水量处理为所载货物重量，此时船舶资料中的静水力资料均有效，第二种方法是浮力损失法，把船舶破舱处所处理为与舷外水相连而失去浮力，此时静水力资料上的的数据均需修改，这种方法也称为固定排水量法。

1 船舶进水的类型

船舶进水的类型主要分为三种类型。第一类是舱柜上部封闭，破口位于水线以下，这类进水特点是整个舱柜充满海水，因此进水量是固定的，且不存在自由液面，计算时可等效为在舱内装载了固体，比如船舶触礁引起双层底破损导致进水。第二类是舱柜上部开敞，但与舷外水不相通，这类进水的特点是船体未破损，只是舱内因故进水，其进水量根据具体情况而定，一般存在自由液面，常见的有甲板上浪后因舱盖漏水引起的进水或者是船舱内部水灭火系统灭火后导致的进水。第三类是舱柜上部位于水线上，破口位于水线下，且与舷外水相通，这类进水的特点是进水量随船舶下沉及倾斜发生变化，舱内水平面与舷外水平面一致，常见的有水线下船舱破舱进水。比如船舶发生碰撞，导致船舶侧面水线下破损导致的进水。这三种类型的进水中第三类进水对于船舶来说是最危险的，很多船舶沉没都是这类进水引起的，下面我们以第三类进水为例，对船舶进水后的浮态进行分析，对这类进水，可以用逐步逼近增重法来分析进水情况，进而对船舶的浮态和稳性作出判断。

2 逐步逼近重量增加法求船舶纵向的浮态

重量增加法是将破舱进水视为增加船舶载重，因而产生平行下沉和纵倾。这时，船厂或设计单位在为浮性、稳性和吃水差计算所提供的图纸和资料都有效。

2.1 初始浮态逼近法

2.1.1 第一次近似计算

由船舶初始的首尾吃水计算出船舶的平均吃水dM，然后由船舶的平均吃水查船舶对应的静水力资料可得TPC、MTC、Xf，根据初始进水量P1及其重心Xp1（舱容曲线图中可查取），可用以下少量载荷装卸公式求出船舶的首位吃水改变量，从而得出船舶新的水线W1L1。

2.1.2 第二次近似计算

由W1L1的平均吃水dm1查船舶静水力资料可得：TPC1、Xf1、MTC1。根据第一次近似计算，在加载P1后船舶下沉和纵倾的水线为W1L1。这时进水量又增加了P2，P2为W1L1与WL之间该进水舱处的进水重量，其重心坐标为X 。根据所增加的载重P2及其重心坐标X ，又可用重增法在W1L1水线的基础上，同理求出船舶第二次下沉和纵倾后的新水线W2L2。

2.1.3 第三次近似计算

显然，W2L2与W1L1之间又增加了该进水舱处的进水重量P3。于是，可进行第三次近似计算。依次类推，可进行第四、五……次近似计算。对照P1，P2，P3……各值，可发现存下以下规律：P1>P2>P3>P4>……Pn=0

这就是说，当进行至第n次近似计算时，所得的新水线WnLn即为用重量增加法逐步逼近所获得的最终平衡水线。通过最终的平衡水线，即可确定船舶最终的横倾状态以及船舶最终横倾角大小，也可以根据最终横倾角判断出船舶是否还具有稳性。这里需要说明的是，由于船舱进水后，水未充满整个舱室，所以会存在随船舶横摇而移动的液面，我们称其为自由液面。因为自由液面的存在，会出现一个随船舶横摇的横倾力矩，这个横倾力矩的存在会使船舶的稳性力矩下降，所以在计算中还应考虑到自由液面的影响。

2.2 过量进水逼近法

初始浮态逼近法是以初始水线下进水量作为计算的起始依据，求得第一次近似水线W1L1，从而逐步逼近最终平衡水线WnLn。对于驾驶员而言，此法需在静水力曲线图和舱容图上查找有关数据，为此仅适合于在海损前作出预估。

过量进水逼近法，则以某舱舱壁甲板下的总进水量作为计算的起始依据，求出其对应的过量进水水线WTLT，然后将过量的进水量处理为卸重，从而逐步逼近最终的平衡水线WnLn。

上述两种方法，从理论上应有相同的最终平衡水线WnLn。通过划定的WnLn即可判别船舶某舱进水后的剩余储备浮力情况。

就确定破舱后最终平衡水线WnLn而言，初始浮态和过量进水两种逼近方法，从计算的繁简程度而言并无原则区别，且理论上应有相同的计算结果。但应特别指出的是，在发生海损破舱事故的当时，过量进水法（第一次近似计算）对驾驶员讯即判别船舶能否沉没具有重要意义，其判断为WTLT是否超过船舶的干舷甲板（货舱一般为上甲板）。对于船长和大副而言，他们对本船各货舱的散装容积及其重心和空舱与满载时的TPC及MTC值，由于配載时经常使用而了如指掌。据此，当海损发生时仅用几分钟心算即可估算出WTLT对应的首尾吃水，有利于船长作出正确的决策。

3 浮力损失法

浮力损失法也称为固定排水量法，此方法法是将破舱进水的舱柜当做舷外海水的组成部分，此时船舶的重量并未改变，故其重心位置也保持不变。但由于进水舱柜破损处失去浮力，船舶会下沉以补足失去的浮力。补偿的浮力与失去的浮力组成倾覆力矩，迫使船舶纵倾。当下沉和纵倾后的浮心和重心重新共垂线时，船舶将达到新的平衡。

不论采用重量增加法还是浮力损失法，其计算结果所得的最终平衡水线则是相同的，也就是说船舶最终的平衡倾斜角是相同的。也就是说，不管我们用以上哪种方法，都可以得出船舶的最终浮态。

4 结束语

通过以上对船舶进水后平衡水线的确定，能够让我们清楚最终船舶的浮态，进而确定船舶剩余的储备浮力以及船舶破舱稳性的大小。有利于船上人员采取相应的措施对船舶破舱稳性进行调整和控制，以保证船舶营运安全。但是实际船舶航行中，尽管船舶稳性最终符合规则要求，但由于稳性是由各方面因素影响的，所以并不能完全确保船舶的安全。因此，驾驶人员提高驾驶经验和技术，谨慎驾驶，多从沉船事故中汲取经验，才能确保船舶营运的安全和可靠。

参考文献

[1]中华人民共和国.海船载重线规范[S].人民交通出版社，1996.

[2]蒋维清.船舶原理[M].大连海事大学出版社，1998，8：101-105.

作者简介：王丹（1980-）男，汉族、天津市河北区人，从事航海技术专业，研究MPA。