钦州湾防风系船浮筒系统研究

唐贵灵

摘 要：为了研究钦州湾内防风系船浮筒系统，提出适合钦州湾内防风系船浮筒的安全条件。分析钦州湾水域风、浪、流等气象、水文条件，计算防风系船浮筒系泊力、系泊半径和锚地水深。研究表明，1500吨级船舶防风系船浮筒系泊力最大为335KN，防风系船浮筒系泊半径最大为326m。此结论可为钦州湾内设置防风系船浮筒提供科学依据。

关键词：防风系船浮筒；系泊力；系泊半径；锚地水深；钦州湾

中图分类号：U675.921 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2016）09-0044-02

钦州港位于中国南海北部湾顶端的钦州湾内，北靠南宁，东与北海相邻，西南与防城港交界，背靠大西南，面向东南亚，是广西沿海“金三角”的中心门户，大西南最便捷的出海大通道。目前钦州港内尚未配置防风系船浮筒设施，因此研究钦州港内防风系船浮筒系统尤为重要。文献[1]通过对特定船舶的系泊物理模型试验，研究了浮筒式防风单点系泊系统在风、浪、流单独作用和组合作用下的运动规律和动力响应，并进一步研究了环境因素（强风、浪、流）大小、系泊线长度和刚度等因素对系统运动和动力的影响。文献[2-4]对单点系泊油轮动力响应以及各参数对单点系泊的影响及稳定性进行分析。单点系泊通常是指船舶通过一艏（艉）的系缆索或刚性摇臂与海上的系泊点相连接。单点系泊（SPM）是我国海军水面舰艇和部分民用船舶在避风锚地抵御台风灾害的主要方式。下文从主要从钦州水域风、浪、流、防风系船浮筒系泊力及系泊半径、锚地水深等方面进行分析，对适合钦州港内防风系船浮筒的设置提出建议。

1 防风系船水域环境分析

1.1 水文条件

钦州湾潮型为不正规全日潮，潮差大，息潮时间短，落潮历时小于涨潮历时，落潮流速大于涨潮流速，流向较稳定。根据统计分析，钦州湾内涨潮平均流速为0.08～0.28m/s。最大流速为0.54m/s；落潮平均流速为0.09～0.55m/s，最大流速为0.95m/s。

波浪以风浪为主，常浪向为SSW向，频率占17.67%，其次为NNE向，频率为17.2%；强浪向为SSW向，次浪向为S向和NE向。实测最大波高为3.4m，波向为ESE向；实测最大周期为6.8s。

1.2 风况

钦州港属南亚热带海洋性气候，盛行季风，冬无严寒，夏无酷暑，高温多雨，干湿分明。根据统计资料，钦州港季风分布特征比较明显，每年5～8月多偏南风，尤以6～7月最多，10月至翌年3月多偏北风，4月和9月为偏北风气旋和偏南风气旋交替时期。全年常风向N，其频率为26%，次常风向为NNE，其频率为9.2%；强风向为S，极大风速为36m/s；多年平均风速为3.8m/s。

1.3 防风系船浮筒系泊力

根据《防风系船水鼓》（GJB1119-2006），作用在防风系船水鼓上系泊力计算公式如下：

1.4 防风系船系泊半径

根据《海港总体设计规范》，浮筒系泊水域系泊半径按下式计算：

R=L+r+l+e （7）

式中：R——单浮筒水域系泊半径（m）；L——设计船长；r——由潮差引起的浮筒水平偏位（m），每米潮差可按1m计算；l——系缆的水平投影长度（m），DWT≤10000t，取20m；e——船尾与水域边界的富裕距离（m），取0.1L。

1.5 防风系船锚地水深

根据《海港总体设计规范》（JTS165-2013）规定，港外锚地设计水深不应小于设计船型满载吃水的1.2倍。若该海区波浪累计频率为4%的波高超过2m时，应增加波浪富裕深度。

2 案例分析

拟在钦州港内锚地附近设置5座防风系泊浮筒，靠泊1500吨级船舶，其浮筒地理位置见图2，代表船型尺度参数见表1。

2.1 防风系船浮筒系泊力分析

由分析可知，风动力影响系数μ取值为1.3，风速分别取6-12级，水流组合系数取8.4，水流速度取该水域最大流速0.95m/s，船舶方形系数取0.5，根据公式（1～6）经计算可知，不同风级对应的系泊力值见表2。

2.2 防风系船浮筒系泊半径分析

根据公式（7）可知，1500吨级船舶系泊半径为191m。拟建1#防风系船浮筒在1#内锚地范围内；2#防风系船浮筒与1#、4#内锚地距离分别为390m、100m；3#防风系船浮筒与1#、4#内锚地距离分别为590m、480m；4#防风系船浮筒与1#、4#内锚地距离分别为800m、150m；5#防风系船浮筒与1#、4#内锚地距离分别为1200m、350m。

根据《海港总体设计规范》规定：港内锚地单浮筒系泊时，锚地边线至进港航道、码头港池水域、码头建筑物、防波堤、浅堤、礁石、沉船的安全距离不应小于1倍设计船长。单浮筒系泊船舶锚位中心点间的最小距离可按2倍系泊水域半径考虑。因此建议1#防风系船浮筒向北移动至点，调整后与1#内锚地距离为100m。调整后的防风系船浮筒地理位置示意图3。

移动后的1#防风系船浮筒与1#内锚地距离为100m，因此，可以确定1#防风系船浮筒的最大系泊半径为100m；2#防风系船浮筒与4#内锚地距离为100m，因此，可以确定2#防风系船浮筒的最大系泊半径为100m；4#防风系船浮筒与4#内锚地距离为150m，因此，可以确定4#防风系船浮筒的最大系泊半径为150m；经测量，3#防风系船浮筒与2#防风系船浮筒的距离最近，为400m，3#防风系船浮筒与附近浅点的距离为300m。经计算，可得出3#防风系船浮筒的最大系泊半径为169m；5#防风系船浮筒与4#内锚地距离为350m，与最近的4#防风系船浮筒的距离为480m，与龙门航道的距离为600m。计算得出5#防风系船浮筒的最大系泊半径为326m。

根据《海港总体设计规范》，计算出可系泊的最大船舶船船长，具体计算结果见表3。

2.3 防风系船锚地水深分析

由于钦州水域波浪累计频率为4%的波高未超过2m，因此，锚地设计水深不应小于设计船型满载吃水的1.2倍。

根据表1可知，代表船型的船长为150m，吃水为3.5m，所以锚地水深应不小于4.2m。防风系船水鼓最大系泊半径范围内的水深见图4～5。

由图4～5可知，1#防风系船水鼓（本报告建议移动后的）最大系泊半径100m内的水深最小值为7m，因此，可以系泊200吨级船舶；2#防风系船水鼓最大系泊半径100m内的水深最小值为5m，因此，可以系泊200吨级船舶；3#防风系船水鼓最大系泊半径169m内的水深最小值为3.3m，因此，可以系泊200吨级船舶；4#防风系船水鼓最大系泊半径150m内的水深最小值为4.4m，因此，可以系泊200吨级船舶；5#防风系船水鼓最大系泊半径326m内的水深最小值为2.6m，但当系泊半径缩小为100m时，其最小水深为4.3m，因此，可以系泊200吨级船舶。

综合考虑1#、2#、3#、4#、5#防风系船水鼓的系泊半径以及水深等条件，1500吨级船舶可以系泊在移动后的1#防风系船水鼓，此时，将占用1#锚地91m宽度水域，占用4#锚地70m宽度水域。

3 结论

（1）钦州湾内涨潮平均流速为0.08～0.28m/s，最大流速为0.54m/s；落潮平均流速为0.09～0.55m/s，最大流速为0.95m/s。钦州湾内流速较小，能够满足防风系船浮筒作业要求。实测最大波高为3.4m，波向为ESE向，最大周期为6.8s。极大风速为36m/s，多年平均风速为3.8m/s。

（2）1500吨级船舶安全系泊力最大为335KN，因此防风系船浮鼓沉块、锚链等配件系泊力均应大于335KN。

（3）根据规范，1#防风系船浮筒设置于1#内锚地范围内，对锚泊在1#内锚地的船舶构成安全隐患，因此1#防风系船浮筒需要移动。经计算的最大系泊半径及所能系泊的最大船长见表3。

（4）综合考虑1#、2#、3#、4#、5#防风系船水鼓的系泊半径以及水深等条件，1500吨级船舶可以系泊在移动后的1#防风系船水鼓，此时，将占用1#锚地91m宽度水域，占用4#锚地70m宽度水域。

参考文献：

[1] 夏运强，唐筱宁，蒋凯辉. 防风单点系泊系统试验研究[J]. 工程力学. 2011，28（6）：182-188

[2] 徐兴平. 单点系泊油轮动力响应试验研究[J]. 中国石油大学学报：自然科学版. 2002， 26（4）：53-55

[3] 季春群. 各种参数对单点系泊运动及荷载的影响[J]. 中国海洋平台， 2000， 15（1）：19-23

[4] 季春群，王磊，彭涛. 单点系泊的系泊稳定性分析[J]. 中国海洋平台. 1998（Z1）： 12-14

[5] 李玉龙，于定勇，李翠琳，等. 防风单点系泊系统系泊力试验研究[J]. 海岸工程. 2008， 27（2）： 17-25

[6] Tabbe J R，Nikkel K G，Wang F. Sensitivity of marine riser response to the choice of hydro-dynamic coefficients[C]. Proceedings of the 15th Annual Offshore Technology Conference. Houston： Offshore Technology Conference， 1983： 103-107

[7] 国防科学技术委员会. GJB119-98中华人民共和国国家军用标准. 防风系船水鼓[S].北京： 中国标准出版社， 1991

[8] 中华人民共和国交通部. JTJ165-2013 海港总体设计规范[S]. 北京： 人民交通出版社， 2014