港内结冰时拖轮排冰技术及应用

张保旭

（盘锦港引航站，辽宁 盘锦 124200）

冬季港口结冰时船舶靠泊前需要破冰和排冰，通常利用拖轮进行此操作。由于浮冰的影响，船舶靠泊时间明显增加，有时需要数个小时。冰情下与非冰情下靠泊时影响安全的因素有所不同，为此学者做了大量的研究。王延军等总结了葫芦岛北港港区拖轮在冰期时的应用。李洵分析了拖轮在助大型船舶靠泊时危险。杨炳栋分析了冰期时船舶挤冰和操纵方法。曲熠等分析了丹东港冬季冰情及应对措施。赵步峦等研究了北方港口冬季冰期船舶操纵和靠泊技巧。

上述研究集中在冰情下船舶操作安全，对于拖轮排冰技术的研究相对较少，因此有必要对此做进一步的研究。本文在研究拖轮操纵特点基础上，分析和总结了拖轮排冰的各种技术，并在实践中得以应用，显著提高排冰效率。

1 港内结冰对船舶靠泊的影响

冰区靠泊时港内的积冰会聚集在船舶和码头之间，导致船舶无法靠上码头，大块坚冰时可能划破船体和损坏螺旋桨，另外风流情况、积冰情况、泊位走向和空挡大小对冰区靠泊提出了更高的要求。大船在冰区内操纵困难，耗时长且需频繁用车有时甚至需要数小时靠泊，对船舶工况、拖轮的使用、驾驶台和甲板工作人员身体和心理带来极大的考验。所以需要在靠泊过程中根据实际情况和拖轮的配置及排冰效果，合理统筹配置拖轮和制订适合当时实际情况的排冰方案，从而清除船舶和码头之间的积冰，实现安全高效的冰期靠泊。

下文图中，空箭头表示排出流方向；实箭头表示拖轮移动方向；实曲线箭头表示拖轮旋转方向。

2 单个拖轮排冰的方法

目前，港内适用较多的拖轮为双车全旋回拖轮。该拖轮具有操纵性好的特点，通过双车配合使用，可以原地掉头和横向移动，文中涉及的拖轮为双车全旋回拖轮。

2.1 一字流排冰法

一字流排冰法是指利用拖轮向后的排出流，吹动浮冰移动，以达到清除水面的浮冰的目的，如图1 所示。通常拖轮顶在码头上，拖轮与码头垂直，利用强大的排出流将浮冰吹离码头前沿水域。当拖轮垂直顶在码头时，拖轮船体以及排出流可以阻挡拖轮一侧的浮冰飘移到另一侧，起到档冰效果。该方法既可以吹冰又可以档冰，适合船舶入泊前的前期排冰和入舶时的挡冰，如图1 所示。

图1 一字流排冰法

2.2 八字流排冰法

八字流排冰法是指拖轮双车分别向外斜向推进，双车排出流呈八字型，利用排出流产生的水动力，拖带浮冰，如图2 所示。通过调整排出流角度，可以控制拖带浮冰的水动力大小和作用范围。该方法通过拖冰可以将浮冰拖离设定的水域，也可以通过拖冰防止浮冰进入设定的水域，起到档冰效果。该方法拖冰效果明显，适合各种冰情。

图2 八字流排冰法

2.3 横移排冰法

横移排冰法是利用拖轮双车中一车排出流斜向后而另一车排出流斜向前，使得拖轮横向移动，依靠船体推动浮冰，进行排冰，如图3a 和图3b 所示。该方法通过推冰，起到排冰或者档冰效果。该方法作用范围广，效果明显，适合中等以下的冰情。

图3a 横移排冰法 图3b 横移排冰法

2.4 旋转排冰法

旋转排冰法是指利用拖轮双车吹向同一侧从而使得拖轮旋转，引起附近的浮冰向四周扩散。根据排出流方向，又分为原地旋转排冰法和发散旋转排冰法。使用原地旋转排冰法时旋转内侧的排出流流向为内侧斜前即偏船首方向，旋转外侧的排出流流向为内侧斜后即偏船尾方向，如图4a 所示。当排冰水域受限时可以使用该方法。

图4a 原地旋转排冰法 图4b 发散旋转排冰法

使用发散旋转排冰法时排出流流向都为内侧斜后，如图4b 所示。当排冰水域不受限时可以使用该方法。该方法主要用于吹散拖轮四周的积冰，从而为后期排冰创造便利条件。

3 多个拖轮配合排冰的方法

当积冰较厚时，单凭一条拖轮很难完成排冰任务，此时需要两条甚至更多拖轮相互配合进行排冰。多个拖轮配合排冰的方法包括：

3.1 对顶互推排冰法

对顶互推排冰法是指两条拖轮首首对顶，拖轮的排出流均为八字流，利用排出流产生的水动力进行排冰，如图5 所示。单个拖轮八字流排冰时如果排出流过大，则拖轮前进速度会增大，此时如果拖轮前进速度高于被拖带浮冰的漂移速度，会造成排冰效果变差。为了解决上述问题，可以将两条拖轮对顶互推。由于两条拖轮排出流方向相反，使得既使拖轮排出流增大，两条拖轮的行进速度也不会变大，甚至速度为零。当组合体需要向前移动时后拖排出流大于前拖排出流；当组合体需要静止不动时后拖和前拖排出流相同。

图5 对顶互推排冰法

由于后拖排出流水动力增大同时而进速可控，拖冰效果增强，同时前拖的排出流起到推冰效果，因此该方法排冰效果明显，适合冰情较重时。

3.2 同向错位排冰法

如果需要排冰的水域范围较大，通过单个拖轮八字流排冰时排空的水域由于附近水域浮冰的入侵使得排冰效果变差，需要反复排冰，用时较多，此时可以将多个拖轮同向错位进行八字流排冰，如图6 所示。当拖轮的马力不同时马力大的拖轮在前；由于靠码头一侧积冰相对较厚，所以前面拖轮要靠在码头一侧，从而避免前面拖轮把积冰吹向码头增加后面拖轮排冰难度。

图6 同向错位排冰法

3.3 一档一拖排冰法

一档一拖排冰法是指一条拖轮在上风或上流处档冰，一条拖轮在下风或下流处拖冰。当有风流时，浮冰会在风流作用下向下风流处飘移，为了避免上风流处的浮冰流入拖轮排冰后的水域，可以在上风流处放置一条拖轮档冰。档冰的方法可以采用一字流排冰法，如图7a 所示：也可以采用横移排冰法，如图7b 所示。

图7a 一档一拖排冰法

图7b 一档一拖排冰法

3.4 反向横移排冰法

反向横移排冰法是指两条拖轮船首向相反，在相反的方向上采用横移排冰法排冰，如图8 所示。该方法有助于排除流使拖轮间的浮冰从反向拖轮的船首排出，还可以避免拖轮排出流干扰反向拖轮的横向运动。相比单拖轮横移排冰法，双拖轮的反向横移排冰法排冰效果更好。该方法特别适合船舶平行靠泊时清除船舶和码头之间的浮冰，排冰时保持船舶与码头之间距离略大于拖轮船长。

图8 颠倒横移排冰法

4 拖轮排冰法的应用

盘锦港集装箱码头泊位走向为123～303 度，共有2 个集装箱泊位，泊位总长度为610 米。泊位位于盘锦港东区一港池，其位置正对防波堤开口，当吹南风且涨潮流时集装箱泊位前沿积冰非常严重，堆积冰甚至可达50 厘米。

2023 年2 月10 日，某大型集装箱船靠盘锦港集装箱码头101 泊位。该大型集装箱船船长为294 米，船宽32.2 米，最大吃水10.0 米。

靠泊当天，天气情况为：南风4～5 级。气温为：-3℃。潮汐情况为：到码头前沿时涨潮（低平潮后1 小时）；冰情为：满港池积冰，冰层厚度20 厘米以上。根据码头走向和风流情况，可以确定船舶靠泊时将遭受拢风拢流的作用。

4.1 靠泊前破冰和排冰

由于港内冰情严重，而且在拢风拢流作用下泊位前沿积冰难以吹离泊位。因此在船舶抵达泊位前的前期破冰以破碎结冰层和大块积冰为主，可采用来回趟航或发散旋回法。因拢风拢流的作用积冰会回流至泊位前沿，所以对于有结冰层区域不宜盲目扩大破冰面积，以可满足大船在泊位前原地旋回为宜。

4.2 入泊时排冰

集装箱码头的101 泊位靠近港池的东北角，船舶左靠时船尾位置比较紧张，因此船舶入泊时尽量以较大入泊角度接近码头，当接近码头时适当减小入泊角度。在船舶入泊位时布置一条排冰拖轮位于船尾泊位位置附近以一字流排冰法排冰，布置另一条排冰拖轮位于船舶内档中后部位以横移排冰法排冰，以此减少船舶前进旋回时携带的浮冰涌入船舶内档的泊位水域。

4.3 靠泊时排冰

由于积冰严重，靠泊时先将船舶平行推向泊位，一般推至距码头20～30 米时甚至更远时由于堆积浮冰的阻挡将达到极限位置，船舶内档堆积大量浮冰。

此时安排排冰拖轮进入内档进行排冰，通过八字流排冰法尽量将船舶内档堆积的部分浮冰吹出内档。由于内档冰情缓解，船舶在内外挡水压和拢风拢流作用下可能会向泊位漂移，因此提前停止协助拖轮顶推，并安排协助拖轮放缆备拖。

由于大型集装箱船长过长且积冰严重，仅通过八字流排冰法无法将船舶内档浮冰全部排出，因此，在完成八字流排冰后，内档堆积的浮冰已经被冲散，此时安排两条拖轮采用反向横移排冰法继续清理船舶内档的浮冰。

积冰比较松散时可以适当减少横距以提高排冰效率，当船舶进一步靠近泊位，约1 倍拖轮船长时两条拖轮采用对顶互推排冰法，清理船舶内档的浮冰，既可以排出船前部积冰又可以防止船尾积冰回流。

通过上述步骤，船舶仅用时1 个小时左右顺利完成靠泊任务，显著提高了靠泊效率。

5 结语

冰期靠泊主要依赖拖轮排冰实现靠泊，本文研究和总结了单个和多个拖轮排冰技术，并在实践中进行应用和检验。该研究能提高拖轮排冰效率，有助于规范拖轮排冰操作，便于船舶和拖轮之间的协调作业。通过运用研究成果，能显著缩短冰期船舶靠泊时间。影响拖轮排冰的因素众多，本文仅考虑了排冰时拖轮的影响，在今后的研究中还需要考虑风流和码头的影响，以便从系统的角度提高拖轮排冰和船舶冰期靠泊效率。