大型集装箱船顺水离泊南沙集装箱码头

陈健

摘 要：南沙港是华南地区重要的集装箱集散地，为了配合港口生产，满足集装箱船船期准确的要求，在很多时候，引航工作需要我们克服流水的影响，让集装箱船办完离港手续后尽快出港，顺水离泊也就成为一种必要的操作方法。但由于集装箱船的大型化和港口自然条件的限制，这种操作中所面临的困难已大大增加。本文结合船舶操纵的原理将这一操作过程分为五个阶段，并说明了各阶段的操作要领。

关键词：南沙集装箱码头 顺水 离泊 大型集装箱船

1.南沙港顺水离泊的基本情况

广州港南沙集装箱码头是华南地区最重要的大型集装箱码头之一。南沙一期包括四个10万吨级集装箱泊位，于2004年9月建成投产；码头长度1400米，码头走向为160°—340°，码头前沿设计水深14.5米，码头边水流方向基本与码头走向平行。南沙二期包括六个10万吨级集装箱泊位，其中五号、六号泊位于2006年12月建成投产，码头前沿设计水深15.5米；七号至十号泊位于2007年9月底建成投产，码头前沿设计水深16米；南沙二期码头长度2100米，码头走向为168°～348°，码头边水流方向基本与码头走向平行。南沙一期码头前沿港池为一北窄南宽的梯形水域，北端宽500米，南端宽620米；南沙二期码头前沿港池水域也是一梯形水域，北端与南沙一期南端相连，南端东南角与伶仃主航道相连接，南端宽1070米。南沙集装箱码头地处广州市南沙区的最南端，码头四周都是空旷的水面，所以比较容易受到大风的影响，当在冬季寒潮来袭，北风较大的时候，离码头时会受到较大的吹拢风的影响。

广州港的潮汐为不正规半日潮，水流为往复流。大型集装箱船进口靠泊南沙集装箱码头，当水流为退水时采取顶流左舷靠泊。当涨水顺流进口靠泊时，如果采取掉头后右舷靠泊，由于掉头水域十分狭窄，首先需要将速度在顺水的情况下控制到很低才能保证掉头的安全。其次，船舶在水中运动时所受到的横向水动力公式为FW=ρ·CyW·L·d·v2/9.8（FW为正横方向水动力，ρ为水密度，CyW为正横方向的水动力系数，L为船舶水线长度，d为船舶吃水，v为船舶与水的相对速度），CyW大小随水深吃水比和漂角变化。水深吃水比越小，CyW越大；当漂角为90°左右时CyW最大，也就是说当船舶掉头至正横流水时所受到的水动力最大。大型集装箱船重载进港时船底富裕水深较小，一般情况下只有2～3米，水深吃水比大约只有1.2左右。在实际操作时，可以明显感觉到由于水深吃水比很小，在正横流水时船舶受到流压非常大，有时甚至会出现即使在下游有拖轮全速顶推也会被流水压向下游的情况。同时由于浅水效应影响，掉头时间也会加长，这些因素导致掉头时的流致漂移距离很大，造成大船在掉头时不断被水流压向下游浅滩，对于船舶安全十分不利。所以在大型集装箱船重载顺流进港靠泊南沙集装箱码头时，除极少数特殊情况外均采取顺流左舷靠泊，从而降低靠泊的风险和难度。所以在大型集装箱船离泊南沙集装箱码头后均需要掉头才能出口，而当离泊时水流为涨水时，就会出现“顺水离泊掉头出口”这一操作流程。

2.离泊前环境的考察

在离泊前，首先要考察的是水流的情况，流速如何。如果水流较急，靠泊位置前方的清爽距离少于一个半缆桩距离（南沙港一个缆桩距离为23.8米）时就要尤其小心。其次是风向和风速，由于大型集装箱船甲板上货柜堆积较高，特别是在吃水不是很大的半载情况下，净空高度可以达到五十多米高，水线上受风面积非常大，在北风强烈的冬季，吹拢风会对离泊造成巨大影响，若有必要需增加拖轮使用的数量。最后，大型集装箱船从开始解缆单绑至完成掉头开始进车驶入航道一般情况下需要约四十五分钟左右，在开始动手离泊前要通过ECDIS等设备了解航道中的船舶动态，使得自己对于在掉完头之后将要与哪些船舶形成什么样的会遇态势有个基本的估计，并且事先与这些船舶通过VHF取得联系，避免在准备进入航道时双方都手忙脚乱。

3.南沙港大型集装箱船离泊一些技术要领

3. 1拖轮的配备和使用

在大型船舶离泊南沙集装箱码头时，一般情况下使用三条拖轮，由于在顺水离泊时船尾所要求的拖力要大一些，要将最大马力的一条拖轮带缆在右舷船尾并尽量远离船中位置，马力其次的拖轮带缆在右舷船首并远离船中位置，最后一条在船尾附近待命，等待船尾离开码头距离足够时，拖轮进入船尾与码头之间开始顶推。在风速很大或者流水太急的情况下，需要考虑增加一条拖轮，主要是要看当时的实际情况来决定。

3.2顺水离泊的五个阶段和控制要领

3.2.1第一阶段：解缆及拖轮放缆阶段

在这一阶段，主要目的是要让船由静止状态获得横移速度。一般来说，拖轮在大型集装箱船上的出缆点距离水面的高度大约在15米到20米之间，为了充分发挥拖轮的效率，同时避免拖缆负荷过大，应使拖缆的俯角越小越好，一般情况下应小于15°，即拖缆长度应大于大船上的出缆点至水面高度的4倍，所以拖轮一般情况下要放缆绳约60米至80米左右。从发出指令开始到拖轮放好缆绳就位开始起拖，一般需要半分钟到一分钟左右，这段时间虽然短暂，但是还是可以加以利用的。单绑后，可以将船尾的尾缆和尾倒缆解掉，船头的头缆解掉，留一根首倒缆（如果涨流很急而船首倒缆可以两根同时上缆车绞起，可以留两根首倒缆，以免一根首倒缆负荷过大），在拖轮离开开始放缆后，由于首倒缆的拉力和船尾方向来的流水的共同作用，船尾会很快获得一个往码头相反方向的横移速度，而船首开始慢慢压向码头，这时就可以使用首侧推向外控制船首不至于压到码头。待首位拖轮就位开始起拖时，解掉所有缆绳，我们会发现船尾已经有了一个相当不错的横移速度了，而船身也与码头形成了大约2°至3°的夹角了。这对于在船舶重载离泊还是有较大的意义的，因为由于南沙港池的水深限制，重载船在离泊时由静止状态开始要获得横向移动速度是需要拖轮全速拖很久的。同时，在拖轮放缆的阶段里，由于船尾方向来的流水的作用船身将前冲，这时就需要用倒车来抑制；倒车时螺旋桨的排出流会打在船体的尾部，由于船体尾部线型的上肥下瘦，在船尾右舷尾外板上不仅排出流冲角大，而且冲击的外板面积较为宽广，所以形成较强的冲击力，相当于在船尾施加了一个向码头方向的顶推力，会使船尾更加难以拖开。如果在拖轮放缆时留一根首倒缆，由于首倒缆的拉力，船身不会由于船尾方向来的流水的作用而发生前冲，就不需要使用倒车，即利用了水流和缆绳的力量，又防止了倒车排出流横向力的不良影响，可以使大船较快地获得离开码头的横移速度。这一阶段要注意的是船首侧推的使用，不要让船首压向码头太快而触碰码头。

3.2.2第二阶段：增加尾橫距阶段

在这一阶段，一般船尾拖轮都是最大车吊拖，船首拖轮和侧推配合使船首有一个缓慢的离开码头的横移速度即可。主要目标是尽快让船位离开码头的横距增加到足够让第三条拖轮进入到码头和大船左舷船尾之间开始进行顶推，这样就能加快离码头的速度，并且多一条拖轮来控制大船的运动状态。这一段的控制要点是要让船尾的横移速度尽量快，以便第三条拖轮尽快就位，同时要控制住船首不要向码头靠拢。由于水流从船尾方向过来，大船船身会有向前的速度，我们有时要倒车控制前冲速度，这时倒车排出流的横向力作用会降低船尾的横移速度，一定要控制好船首的横移速度不要超过船尾，避免出现大船船身右舷受流的局面。也可以让前后吊拖的拖轮调整缆绳的角度稍稍偏向船尾方向，用拖轮的拖力在大船首位方向上的分力来抵消一定的大船船身前冲趋势，以减少用车的次数，从而降低排出流横向力的不良影响。在这一阶段，最重要的是控制始终保持大船左舷受流。

3.2.3第三阶段：制造掉头空间阶段

在这一阶段，的目的是要让船身离开码头有足够的横距，为之后的向左掉头准足够的空间。这时需要让左舷船尾拖轮最大车顶推，右舷船尾拖轮最大车吊拖，船首依然是使用右舷吊拖的拖轮和首侧推控制有一个慢慢向右的横移速度即可。待大船船首向与码头夹角达到30°左右时，倒车使大船后退速度达到2节左右（最好不要超过2.5节），慢慢退出码头，倒出足够的横距，同时使大船船首向与码头夹角继续增大。

为什么要用倒车来增加横距而不是利用拖轮和侧推的横向作用力使大船获得的横移速度来增加横距呢？我们知道，船舶在水中运动的同时，会带动起周围部分的水一起运动。船舶前后运动、横移运动时，相当于在船舶本身质量上增加了一部分质量，称之为附加质量。在水深充分的条件下，前后方向运动时的附加质量为船舶质量的0.07倍至0.1倍；横向运动时的附加质量为船舶质量的0.75倍至1.0倍。当在浅水中时，随着水深吃水比的减小，船舶的附加质量将明显增加。也就是说横移运动时的附加质量是前后方向运动时的附加质量的10倍左右。这是一个非常大的差距，所以船舶要获得相同的前后方向运动速度要远远比获得相同的横移运动速度容易。而且一般来说船长366米左右的大型集装箱船的主机马力都有9万多匹的马力，这要远远大于拖轮和侧推的马力总和，放着这样一个有力的控制手段不用着实是一种巨大的浪费。

还要注意大船后退速度的控制，一般要控制在2节左右，太慢会增加制造掉头空间所用的时间，后退速度太快也不行。因为：第一，由于拖轮要保持与大船船身垂直，太快的后退速度要求拖轮斜航角度增大，将大大降低拖轮的拖力和顶推力；第二，这时因为船舶在向左旋回，相对流向将从船尾右后方向作用于大船船身。根据船舶在水中运动时所受到的水动力转船力矩公式NW=ρ·CNw·L2·d·v2（NW为水动力转船力矩，ρ为水密度，CNw为水动力转船力矩系数，L为船舶水线长度，d为船舶吃水，v为船舶与水的相对速度）可知，水动力转船力矩与速度的平方成正比，船速越快水动力转船力矩给向左掉头带来的阻力越大，越不利于后期加速向左掉头的操作；第三，大船后退船速越快，向左转向的转心越靠近船尾，将使船尾两条拖轮给予大船的转向力矩的力臂变短，从而减小了船尾两条拖轮给予大船的转向力矩；第四，大船后退速度越快，侧推器的有效推力越小，侧推器的效率也越低。

3.2.4第四阶段：加速旋回的掉头前半段

在这一阶段，等待船首距离码头横距足够大船向左掉头后，船首的拖轮停止吊拖，开始在船首右舷大车顶推，首侧推开始全速向左，船尾右舷拖轮大车吊拖，船尾左舷拖轮大车顶推，这时的主要目的是使大船获得最大的向左旋回角速度，尽快完成掉头。

3.2.5第五阶段：控制船位的掉头后半段

在大船船首向接近垂直于码头走向时，由于之前的倒车动作，此时大船还有大概2节左右的后退速度，要注意此时船尾与港池边线之间的距离，不要让船尾过分接近港池边缘。同时由于船首向转过90°之后由于涨水的水流作用，大船船身将迅速后退，所以这时候要提前开始进车控制大船船身后退速度。可以在进车控制后退速度的同时操左满舵，这样在控制船速的同时还可以增加向左旋回的角速度。在接近完成掉头时稳住航向慢慢驶入航道出口。

4.顺水离泊实例

“阿拉伯杰贝阿里”轮于2015年12月5日1800时离泊南沙7x8码头，5日舢舨洲1341是最低潮，潮高109厘米，2012时最高潮，潮高253厘米，1800时潮高219厘米，每小时潮差约23厘米。在船舷侧目测流速约1节左右。风速仪测得风向左舷船首约10度至15度，风速约10节。离泊时首吃水11.0米，尾吃水11.7米。船舶总吨141077T，净吨75670T，船长366.058米，最大载箱量13500TEU。主机最大马力97575HP，配备首侧推，侧推马力3000千瓦。离泊时由“海港消拖1”“穗港22”“穗港20”三条拖轮协助离泊。“海港消拖1”于船尾带缆绳，“穗港22”于船首带缆绳，“穗港20”在船尾准备。单绑后解掉首缆和尾缆，再解掉尾倒缆留首倒缆，由于水流由船尾方向流过来，船尾开始慢慢离开码头，与码头形成一个角度，拖轮到位后解掉所有缆绳，此时船舶与码头已经形成了大约2°到3°左右的角度，期间由首侧推控制使船首不至压到码头，如图（阶段1）。由于水流作用船舶开始有向前冲的速度约0.2节左右，短暂时间倒车控制住船身前冲速度，控制前后拖轮使船首保持约0.3节船尾约0.4节的横移速度离开码头并且一直保持船舶内舷受流，船舶后退速度约0.2至0.3节，如图（阶段2）。等船尾离开码头约60米左右时“穗港20”轮进入船尾左舷开始大车顶推，船尾横移速度慢慢增加至0.8节，同时使用侧推及船首拖轮控制船首横移速度约0.2至0.3节左右，短暂倒车增加船身后退速度至0.8节左右，慢慢增加船身与码头的横距，在船身与码头角度约25°至30°左右时，船身后退速度约0.8节，船尾横移速度约1节。倒车使船舶退速慢慢增加至2.0节，如图（阶段3）。待船首距离码头约100米左右时船首拖轮停，同时让首侧推全速向左，“穗港22”全速顶推开始向左掉头。注意在这时控制不要让后退速度过快，如图（阶段4）。在船身与码头成80°左右夹角时短暂的左满舵进车减小船身后退速度控制船尾到港池东边线的距离，同时增加转头角速度。此时船身慢慢后退速度减小到1.4节左右船，尾距离港池东边线300米左右，待船首转过100°多时再次左满舵进车直至将船身后退速度减为零，如图（阶段5）。完成掉头后解拖轮停止侧推器进车离港。整个过程如图（5～1）所示。

5.结语

大型集装箱船顺水离泊在操作过程中，由于一直受到船尾方向过来的流水的影响，船身会不断有向前冲的趋势，同时由于倒车横向力的作用会对船首向左转向造成不利影响，所以对于倒车时机的把握是比较重要的，即要求能抵消流水的不良影响，同时也不要因为频繁用车影响船身摆角度。还有就是由于船舶顺流，一旦出现主机失控的情况要比顶水更加危急，需要及时利用拖轮去控制住前冲趋势，最稳妥的做法是重新靠回码头，待险情排除后再离泊。大型集装箱船顺水离泊南沙码头由于条件复杂，所以在离泊前一定要做好充分的准备，对于突发情况要有备用方案，这样才能在操作过程中做到处惊不乱，游刃有余。

参考文献：

[1]陆志才.船舶操纵[J].大连，大连海事大学出版社，1999.12.

[2]洪碧光，皋庆林，汤国杰等.船舶操纵[J].北京，人民交通出版社，2008.5.