不同环境下灯浮标锚链的布放长度计算

张志江　张蓓敏　乐奇博　马来好　陈海泉

【摘 要】 为正确确定在灯浮标布放作业时所需锚链长度，分析锚链在水中的状态，给出锚链长度的计算公式，结合某辖区典型浮标和海洋环境，计算出不同水深、风速、流速下锚链的布放长度。结果表明，该辖区锚链布放长度对风速变化最为敏感，水深次之，流速影响较小。

【关键词】 国际航标协会；灯浮标；锚链；布放长度

对于灯浮标锚链布放长度的确定，国际航标协会（IALA）在1998年给出关于通用系碇系统设计的建议。该建议指出在一般情况下灯浮标锚链长度与布设水深的关系：水深小于50 m时，浮标锚链最小布放长度为水深的2倍；水深大于50 m时，浮标锚链最小布放长度为水深的1.5倍。该经验法则在灯浮标布放作业中得到广泛应用，但实际上其并未考虑作用于灯浮标上的各种阻力，以及布设海域的环境条件或锚链的单位长度湿重等情况。这种粗放式的经验管理方式，使得走锚、跑标以及断裂的事故常有发生。[1] 因此，对于灯浮标布设而言，正确确定锚泊系统的链系长度，是保证灯浮标安全的一项重要任务。

1 锚链在水中的状态

灯浮标的锚泊系统是指沉于海底的锚碇及连接锚碇与灯浮标之间的锚链。确定灯浮标所需锚链的长度，首先应明确锚泊系统在水下的状态，在此基础上，研究如何保证灯浮标在受到风、浪、流的影响下，不发生跑标或者走锚的情况。为保证锚链在水中形成水平方向的牵引，发挥更好的锚泊定位效果，灯浮标锚链的长度总是比水深大几倍。锚链在静水中的状态为悬垂和卧底两种（见图1）。在这种状态下，富余的锚链长度既可随潮汐的涨落而伸缩调节，也可增加其在海底的耙附力。

2 锚链长度的确定

2.1 悬垂锚链长度

2.2 卧底锚链长度

由锚链在水中的运动状态（图2）可以看出，①为灯浮标在静水中锚链的状态，②为灯浮标受到风、浪、流外界作用力时的锚链状态。在外界作用力逐渐加大时，灯浮标逐渐右移，悬垂锚链渐渐拉直。当达到极限条件时，灯浮标的移动状态由①处到达②处，悬垂锚链着地端产生垂直向上分力F。为了使锚碇不发生移动，在极限条件下，卧底锚链重力SG能够平衡F，补充锚碇提供的耙附力。否则，若卧底锚链被完全提起，将会使锚碇松动，容易产生走锚现象。

3 锚链布放长度确定

选择典型灯浮标HF-3.0以及相应锚链参数作为实例，计算锚链长度。该灯浮标基本参数如下：直径为3.0 m；灯浮标吃水为4.78 m；总高为8.914 m；灯底座距吃水线高度为4.13 m；质量 kg。根据灯浮标基本参数，估算灯浮标风、流等作用力面积，其中：灯浮标水上部分受风面积为3.744 m2，灯浮标水下部分受流面积为6.437 m2。

根据某航标处辖区灯浮标常布设水深以及相应的海洋环境数据，计算分析在不同水深、风速以及流速下灯浮标布放的锚链长度。

（1）当风速Va=20 m/s，流速Vw=2 m/s时，在不同水深下的锚链布放长度见表1。

（2）当水深h=50 m，流速Vw=2 m/s时，在不同风速下锚链布放长度见表2。

（3）当水深h=50 m，风速Va=20 m/s时，在不同流速下锚链布放长度见表3。

从上述表中结果可以看出，随着水深、风速以及流速的增加，所需的锚链布放长度也随之增加，其中：在相同风速和流速下，随着水深的增加，布放锚链的长度与水深的倍数关系逐渐减小；在相同水深环境下，布放锚链的长度随风速增加而增加，流速变化对其影响不大。可见，锚链布放长度对布放水域风速最为敏感，水深次之，而流速对其影响较小，基本可以忽略。这是由于辖区水域的流速变化范围较小，对灯浮标的作用力也较小。

4 结 语

对于灯浮标锚链布放长度的确定，航标人员在实际作业中往往采用经验数据，并不十分了解所抛设的长度是否合适。本文针对这一情况，通过推导锚链长度的计算公式，结合辖区典型灯浮标和海洋环境，给出在不同环境下的锚链长度的计算结果，并分析不同环境对布放所需锚链长度的影响。这对指导灯浮标布放作业具有一定的指导意义。

参考文献：

[1] 黄纯.浮体和系碇系统计算机动态模拟研究[G].中国航海学会航标专业委员会第七届大会论文集，2003：212-215.

[2] 汪妙强.锚泊时船舶放链长度的确定及其实用图表[J].中国造船，1985（2）：79-86.

[3] 於健.锚泊时船舶放链长度的确定[J].天津航海，1996（2）：6-8.

[4] 王浩.深海浮标的总体设计与计算分析[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2012：66.

[5] 陈世才，范中洲，夏国忠.一种抛锚出链长度的计算方法[J].大连海事大学学报，1999（3）：44-47.