烟台港芝罘湾港区超大型船舶航行安全富裕水深探究

李江波

摘 要：随着我国经济的飞速发展，超大型船舶数量快速增加。当超大型船舶在港湾和进出港航道等水域航行时，受港口水深条件制约明显，若水深条件不足则易引发船舶搁浅、触底等事故，造成经济损失甚至是人员伤亡，因此针对港口水域超大型船舶航行安全富裕水深的研究十分必要。本文以烟台港芝罘湾港区为研究目标水域，采用定量计算的方法针对芝罘湾港区超大型船舶进出港富裕水深进行研究。研究结果可为烟台港超大型船舶的进出港航行安全提供理论指导。

关键词：超大型船舶;航行安全;富裕水深

中图分类号：U676.1              文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2020）07-0117-03

1引言

随着近年来烟台港的迅猛发展，烟台港港口货物吞吐量大幅增加，以铁矿石、铝矾土为主的散货货类增长尤为明显，对于铁矿石、铝矾土等货类的运输主要是利用超大型矿砂船，其船型大、吃水深，对配套航道的要求也较高，随着超大型船舶到港数量的剧增，港区通航安全保障需求将更为迫切。

为保证超大型船舶进出港航行安全，增强超大型船舶与港区航道通航水深方面的适应性，利用烟台港芝罘湾港区现有航道条件，在满足船舶航行安全的前提下，充分挖掘航道利用潜力，给出安全、合理的船舶进出港富裕水深设置标准，对于确保船舶进港安全以及保证港口经济发展具有十分重要的意义。

2烟台港芝罘湾港区航道及泊位情况

烟台港芝罘湾港区位于烟台市北侧的芝罘湾内，芝罘湾为半封闭形的海湾，湾内波浪较小，不冻不淤。烟台港三期工程（#65、#66泊位）码头长度为608m，前沿顶高程为4.5m，底高程为-20.0m，码头结构按靠泊20万吨级散货船设计。港池现有回旋水域宽度600m。经码头靠泊能力论证，#65、#66泊位码头结构可满足25万吨级散货船减载至吃水不超过19.45m的靠泊要求。

船舶进靠芝罘湾港区#65、#66泊位利用现有北航道外段及三港池主航道，北航道外段全长2100m，走向68°～248°;三港池主航道全长2000m，走向98°～278°，均为单向航道。底质主要由淤泥质粉质粘土混砂、粉质粘土、粉细砂组成，设计底标高均为-17.0m，通航宽度180.0m。

3研究代表船型

本文所研究船型为CAPE型超大型矿砂船，选取“韦立自然”为代表船型，由研究船型的吃水参数可以看出，代表船型通常需要乘潮进港。

4富裕水深的确定

4.1富裕水深的定义

富裕水深是指设计船舶在标准载重静浮状态时，船底龙骨下至航道底的最小距离。通常情况下等于船舶航行下沉量（也称船舶动吃水）加船舶触底的安全富裕量，结合航道的具体情况还应考虑航道淤积，风浪所引起的水面下降和船舶的摆荡等因素。

4.2富裕水深的计算

《海港总体设计规范》中所给出的富裕水深（UKC）计算公式为：

UKC=S+h0+h1+h2+h3

式中：S为船舶航行时船体下沉量;h0为其它富裕深度;h1为船舶航行龙骨下最小富裕深度;h2为波浪富裕深度;h3为船舶纵倾富裕深度。

4.2.1船体下沉量（S）的确定

船体下沉量与船舶的基本尺度、水深、航速有关。当船行驶在限制航道中时，下沉量还与航道横截面特征有关。实际中，驾驶员最关心的是船体最大下沉量，发生在船尾或船首。《海港总体设计规范》给出的航速与船体下沉量关系见下图：

本文在计算时利用Huuska公式，该公式在1976年提出了较为准确的计算船首下沉量的方法，并给出了如下计算公式：

式中：为排水量;为水深傅汝德数，，为船舶航速，为水深。

按照当前烟台港安全引航方案，研究设计代表船型在主航道航行时船速控制在6kn左右，以此计算下沉量S值为0.315m。以船速6kn查《海港总体设计规范》中船体下沉值曲线表可得S值为0.4m。烟台港引航员在实际工作中，通过测深仪和目测水尺总结此类船舶在航道中的下沉量一般在0.4m左右。为稳妥起见，本文下沉量S取值0.4m。

4.2.2其它富裕深度（h0）的确定

其他富裕深度包括水密度减小、潮汐测量误差和海图水深误差气压变化等引起的船舶吃水的增加量和水深的变化量。烟台港附近水域没有淡水河口，因此受水密度變化影响不大;每年港口均对进港航道进行扫测，海图水深误差在1～2cm左右，可以忽略;对于需要乘潮进港的船舶，烟台港会对潮高进行测量并修正，潮高误差可以忽略。

4.2.3船舶航行龙骨下最小富裕深度（h1）的确定

根据《海港总体设计规范》，船舶航行时龙骨下最小富裕深度的计算结果，可以参照下表查取：

烟台港芝罘湾港区航道底质主要由淤泥质粉质粘土混砂、粉质粘土、粉细砂组成，查上表得到h1取值0.5m。

4.2.4波浪富裕深度（h2）的确定

波浪会对船舶产生六个自由度的运动量，包括纵摇、横摇、纵移、横移、垂荡以及回转。针对波浪富裕深度，本文利用《港口龙骨下富裕水深报告》中估算船舶在波浪作用下运动量的方法进行分析，该方法利用不同条件下船舶的运动响应量，乘以设计波高即为代表船型在设计波高下的运动量。考虑到船位吨级的影响，并综合考虑航速和船浪夹角，得到相应周期下的遭遇波浪周期，根据航行时间确定遭遇波浪数，再由遭遇波浪数确定对应的波浪遭遇倍数，乘以运动量即为最终确定的波浪富裕水深。

影响本区域常浪向为NE向，船浪夹角20°，由上图计算取值为0.38m，选择在风浪较小的时间进港，考虑在波高H4%≤0.5m条件下，波浪富裕水深可取值0.19m，实际应用中可根据航行水域的遮蔽程度来决定波浪富裕深度，烟台港芝罘湾港区属于半遮蔽海域，波浪富裕水深可取0.15m。

4.2.5船舶纵倾富裕深度（h3）的确定

根据《海港总体设计规范》船舶纵倾富裕深度，杂货船和集装箱船可不计，油船和散货船取0.15m，研究船型为散货船，取值0.15m。

得出烟台港芝罘湾港区CAPE型超大型船舶进港富裕水深UKC为：

UKC=S+h0+h1+h2+h3=1.2（m）

由于芝罘湾港区进出港航道的设计底标高为-17.0m，代表船舶满载吃水18.22m，因此设计代表船舶满载进港时需要保证乘潮2.42m。

5超大型船舶进出芝罘湾港区安全航行建议

（1）根据乘潮水位和乘潮时间、气象、潮汐潮流，制定详细的引航计划;

（2）引航员应在高潮前1.5小时登轮，详细了解船舶特性，并详细将引领方案和航道水域等情况向船长介绍清楚，引领过程中双方密切配合。在高潮前1小时进入主航道以充分利用高潮水位，并保证富裕水深大于1.2m;

（3）航速越快船舶航行下沉量越大，在航道航行过程中，应严格控制好船舶航行速度，船舶航速一般不超过6节。

（4）超大型船舶进港应提前向交管中心申请，并安排拖轮护航，确保航道清爽。

6结论

经研究表明，现行烟台港引航作业限制标准理论上符合超大型船舶进港富裕水深的要求，但在具体船舶进港时，驾引人员还需充分考虑气压、天气、当日潮汐的影响，根据实际情况适当调整适用的UKC数值，根据实际潮高的数值和UKC值保证不同吃水船舶的进港安全。

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