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青岛港主航道深水航槽正式通航引航安全探究
【来源:】青岛港引航站 王作雷    【日期:】2013年12月27日   【点击数:】  【字体:

 

内容提要:本文通过对影响青岛港深水航槽船舶引航安全的要素进行分析,结合引航实践,找到解决方法,提出船舶通过深水航槽的最佳时机,条件和引航方法,以避免引航事故发生。 

关键词:深水航槽,富裕水深,流压角,船舶下沉量

 

1.1综述,青岛港在主航道上,人工疏浚,形成了水深已达-22.5米,宽度440米的深水航槽,为超大型船舶的进出青岛港开辟了新航路,深水航槽的船舶引航,成为我们引航工作者的新课题。自2012.4月开始试航,先后有30多艘超大型船舶安全通过通过青岛港深水航槽进出港,取得了丰富而宝贵的经验,为吃水23米以下超大船舶的引航奠定了基础。

 1.2 通航近况:

表1:超大型船舶通过深水航槽的相关资料

时间

船名

种类

长度

吃水

动态

通过

2012/6/27 

石榴石

油船

333

19.7

1号锚地

高潮时

2012/7/5 

布里特

油船

332

19.6

1号锚地

高潮时

2012/7/8 

银河

矿船

321.8

17

矿20万开

低潮后

2012/7/21 

凯特拉

油船

333

18.3

1号锚地

高潮时

2012/8/5 

希望

油船

344

20.2

1号锚地

高潮时

2012/8/8 

迪普

油船

332

20.5

1号锚地

高潮时

2012/8/11 

特肯

油船

333

19.5

1号锚地

高潮时

2012/8/12 

海丽

油船

330

20.5

1号锚地

高潮时

2012/8/13 

新岳阳

油船

333

20.1

1号锚地

高潮时

2012/10/9 

长江之遥

油船

333

21.2

1号锚地

高潮时

Feb-13

拉斐尔

油船

340

22

1号锚地

高潮时

2013/3/20

福兰德

油轮

332

20.9

1号锚地

高潮时

 

2.1深水航槽中影响船舶引航的要素分析

2.2.1主航道深水航槽简介

航段长5.2海里,设有W1—W13 共13个灯浮标,

在W1上设有雷达应答器,航道底宽440、水深-22.5米。

 

图2,青岛港深水航槽部分海图

2.2.2流对在深水航槽航行船舶的影响:经过多次的引航实践,结合有关资料,W1—W3间流速2.5节左右,方向045°,W4之后流速减小,船速10节左右时,流压角0~6º变化。以下是“石榴石”轮(长333米、吃水19.8米)金深水航槽时,实际风流压差角。(是航速还是船速)如表2所示。

时间20120627

船首向(度)

航迹向(度)

船速(节)

风流压差(度)

8:37:13

296

281.3

4.5

14.7

9:05:48

295

282.5

5.3

12.5

9:17:22

297

288.4

6.6

8.6

9:19:36

293

290.2

7.4

2.8

9:22:25

288

281.6

9.2

6.4

9:25:12

288

283.8

9.9

4.2

9:27:42

288

285

10.4

3

9:29:42

288

283.3

11

4.7

9:34:44

289

284.4

12.3

4.6

9:36:22

287

283.2

12.5

3.8

表2,“石榴石”轮在深水航槽的风流压差角

 

2.2.3深水航槽引航条件限制:①白天,待时机成熟后有条件地开放夜间航行;②能见度:要求1.5海里以上;③风力:七级以下;④潮流,高潮时缓流。登轮点选择:35°58′.27N;120°36′.0E ,该点距离航槽口门4海里。

2.2.4深水航槽中的船速控制

   超大型船舶驶进和进入深水航槽,船速对船的操纵性能,流压角的变化,富余水深的变化,都有非常重要的影响,根据公式

tgβ=V/V船首向

 可以看出,流压角β是随船速的上升而减小的

但船速的提高受主机功率和设计船速的限制的,同时船速的提高带来很大的船体下沉量,浅水效应影响船速的提高,我们只能计算实际可能实现的船速,通常深吃水(15米以上)的超大型船舶,在3海里距离内,航速提高3-5节是可以实现的。即自正横小公岛登轮点开始加速,至W3号浮时,船速由5节提升至10节,这样就为顺利上线进入深水航槽创造了有力条件。

2.2.5船速的提高对深水航槽中富余水深的变化影响

D实际=D海图+D潮高

实际富余水深Δ=D实际-D吃水-S

D实际---实际水深;D海图---海图水深;D吃水---船舶最大吃水;S---船舶下沉量;D潮高—潮水高度

 

当船速提高时船体下沉增大,富余水深变小。所以在流压角变小时就尽量降低船速。在3艘吃水大于20米油轮引航实践中,在整个航段进行实测富余水深,除了吃水22米的“拉斐尔”轮不低于4米外,其余各船富余水深都在4米以上。

2.2.6.船的操控性能的变化。根据超大型船舶的特性,反映在操纵上的感受是:船的操控性能在高速时较好,在低于5节时变差。超大型船舶通过深水航槽应具备较好地操控性能,根据青岛港的深水航槽的实际情况,超大型船舶在青岛港深水航槽航槽中行驶,船速不应小于5节。

综上所述进入深水航槽,不应低于5节,也不易高于10节。

 

 

2.2.7潮流,潮汐对深水航槽通航的影响分析

青岛港大潮升4.09米,小潮升3.27米,但大公岛距离主港青岛港验潮站有近20海里,高潮潮时与潮高都有很大变化。应根据有关航保资料修正,当出现高潮4.5米以上的潮高时,进入口门时潮流就较急。低速时流压角大,为减少流压,必须提高船速,船速的提高带来船体下沉,估计在8节条件下提高了2节船速,船体下沉量增加0.5米,下沉量最大可达2.5米

当小潮汛时,高潮潮高3.7米以下,但潮流很缓,流压较小,船速可在8节左右进入航槽,船体下沉量变小0.5米,船体下沉量低于2.0米,富余水深仍可保持不低于5米。

2.2.8深水航槽中富余水深对通过青岛港深水航槽的超大型船舶吃水的限制影响

深水航槽中的富余水深既要保证船舶不触底,又要保证船舶的操纵性能,

决定富余水深的条件:(1)船的状态:船速,排水状态包括纵倾;(2)环境条件:海况,气象条件,航道形状与宽度。(3)航行支援状况。(4)欧洲引航协会港外水道:富余水深为吃水的15%,港内为吃水的10%。航槽中如按青岛港大潮升4.09米计算,如果吃水22.5米

航道高潮水深平均可达4.09米(大潮升) + 22.5米=26.59米

富余水深Δ=26.59米-吃水22.5米=4.09米。为吃水的18.2%,符合浅水航行要求,在10节以下通过时的富余水深Δ=26.59米-船吃水22.5-2(下沉)=2.09米

总之,实际富余水深受潮高和下沉量的制约。而引航实测情况好于理论计算,在吃水22米的“拉斐尔”轮的进港过程中实测富裕水深一直不低于4米。

2.2.9深水航槽中船体下沉分析

1深水航槽对于富余水深只有5米的狭窄区域,符合浅水水域航行中的船体下沉 的特征。研究表明,处于一定浮态的船舶,在运动中影响其所受水动力大小的重要参数之一是绝对水深与吃水之比值(H/d),EH相对水深。H是指海底至水面的高度、d是指船舶吃水。而怎样确定浅水水域,目前尚无统一的国际标准,但就从水深影响船体阻力的试验结果来看,通常用相对水深(H/d)的比值来区分浅水与深水,即H/d<4时,可近似的认为是浅水水域;反之,当H/d>4则为深水水域。

船舶在深水水域航行时,与之相对运动的水流是从船体的两舷和底部由船首流向船尾的三向度水流。当船舶驶入浅水水域时,由于流入船底下面的水流受到限制而被推向船体的左右两侧时,会因阻力增加,导致船速下降、船体下沉。船体下沉量与底水深度和航速紧密相关,底水深度愈小,下沉量愈大;船速愈快,下沉量愈大,首下沉量大于尾下沉量。 

2深水航槽中下沉量(SQUAT)的确定

对于大多通过深水航槽的船而言,对船体下沉量需有精确计算(尤其是超大型船舶),以便留有充分的富余水深。下面有几种方法以供参考。(2.1)经验方法经验方法的出处有多种,如出自于“商船航运通告(M930)”的经验方法是:在浅水水域航行而船速较高的船舶,应避免因船体下沉而造成搁浅的危险,1Okn速度应有吃水的10%的增加量。当速度降低时,下沉量也减少。又如出自于“英版航海手册”推荐的三个经验公式,分别为:下沉量(Squat)=10%吃水    (1) 
下沉量(Squat)=每5kn前进速度下沉0.3m (2)下沉量(Squat)= V²/100(m),式中V单位节(3)式(1)方法与商船航运通告(M930)的经验方法相同,一般指船速为1Okn的条件下的下沉量估算,但并不适用于所有船速。式(2)方法说明下沉量与船速的增加呈线性关系,但下沉量并非与船速一直保持为呈线性关系,因此,式(2)仅适用于某一速度段范围内。式(3)方法说明下沉量与船速的平方呈正比关系,但没有考虑到船型、水深等因素的影响。不难看出,作为一种经验公式是有局限性的,其所导致的误差也可能是很大的。但从告戒驾驶人员应注意船舶在浅水水域航行时有下沉量,要注意留有足够的富余水深来说是起到积极作用的。(2.2)简化的经验公式在考虑到水深、船速、船型等因素的影响下,有学者经过推导并试验后得出简化公式如下:受限水域下沉量S=2Cb×V²/100 (

受限水域:1.最大下沉量S=2×Cb×V²/100

Cb——船舶方形系数

V——船速

比较以上的确定船体下沉的方法本人认为简化的经验公式法最适合通过深水航槽的超大型船舶的下沉量计算。

通过经验公式计算青岛港深水航槽的超大型船舶,船长333、吃水22.5米以下、船速10节时的理论下沉量为1.8~2米,但引航实践中通过青岛港深水航槽吃水超过20米的3艘船都下沉量小于1米,实测富余水深在整个深水航槽大于6米。在吃水22米的“拉斐尔”轮引航中实测富裕水深不低于4米。

综上可以看出青岛港深水航槽完全可以适应简化的经验公式, S=2Cb×V²/100,计算通过青岛港深水航槽的超大型船舶的下沉量

2.2.10其他交通要素对深水航槽通航的影响

在VTS管制区域内,由于采用了分道通航制,深水航槽为专用灯浮标形成的专用航道,对非使用深水航槽同向和逆向交通流不产生影响,①在穿越出口分隔带进入1号锚地时会与出口交通流形成交叉穿越时间很短,通过几艘穿越的船经验看来,VTS及时提醒与建议,有引航员的船由引航员下船前提醒并给予建议,②当事船及时联系。这些积极措施,使船舶间避让会遇,航行安全有了充分的保障。

3.1引航.

3.1.1登轮前制定周密的引航计划。

3.1.2,(1)引航员登轮途中所需时间,快艇约为60分钟,出发时间为T=Thw(高潮潮时)-60分;引航船为拖轮,出发时间为T=Thw-100分钟,(2).引航员登大船时间约为:青岛大港高潮潮时(Thw),登轮点(35°58′.27N、120°36′.0E)距深水航槽口4海里。(3)登船后与船长交流有关信息,一般要以雷达作为主要导航定位工具,装有电子海图导航系统只能作为辅助与参考,因为引航中发现有些电子海图存在较大的误差,有些电子海图未能及时更新。(4)每一航段的航速与航向。登船时船速控制在7节左右,登船后开始加速,并调整船位航向,使大船运动矢量线与航槽中心线重合,到达W1-W2灯浮标时航速增加至9~10节以便顺利进入航槽。进入航槽后如乘高潮引航,尾机型船雷达与GPS船位控制在中心线附近偏左,如乘低潮引航船位控制在中心线偏右。这是因为雷达GPS的位置是驾驶台的位置,而大船在航道中一般是斜航。(5)航槽中要尽量使大船的运动矢量线与航道中心线重合,而首向线也就是大船首向要随时调整,如果流压角5°以下应降低船速到10节以下。(6)随时注意富余水深与船体下沉量,必要时降低船速以增加富余水深。引航中发现有些船的管理标准要求富余水深低于4米就要降低船速。为避免操纵与船方管理规则冲突,引航员应对此充分注意。

3.1出深水航槽的操纵

出深水航槽最后1对灯浮标W12、W13后,直接进港靠泊,就要大幅度减速;进1号锚地锚泊,就要逐渐向左转向,航向由283°慢慢转到270°,大船首向对向1号锚地的锚泊点,顶流锚泊,操作相对顺流容易,应注重的问题有:①向左转向时向下流转向,船舶的横移要充分注意。②向下流转向转向角速度不能太大,不要超10º/分。3到达锚位点附近,由于船速很慢,转向的同时向下流方向的漂移不容易控制,一旦抛锚前漂过锚位点很难再回到预定的锚位点,即使使用拖轮协助也非常困难,所以要早预防。

3.2经验与建议

引航站、VTS应高度重视大型船舶通过深水航槽的引航,成立了深水航槽船舶引航责任人,对每一艘船的情况进行详细的了解,制订了周密的引航方案,并采取积极的预防措施,确保每艘大船能够安全顺利通过深水航槽。为此引航员应做到:①登轮前制定完善的引航计划。初次或对航道不是很熟悉的引航员要带好引航辅助设备等。

②提前登船。我们把引航登轮点提前到小公岛正横前1海里处,这样确保小公岛正横引航员开始工作。小公岛距离W2、3号灯浮标的航槽口门有3海里,我们利用这3海里的距离调整船速与船位,以确保大船按我们引航方案的中心线顺利进入深水航槽。

③拖轮和巡逻船护航。海事巡逻船应在引航员登轮前1小时到位,确保航槽清爽,1~2条大马力拖轮随船护航,已备不测。

④VTS对进出附近的船舶提前警示,做到信息畅通,避让措施到位。

5.航槽应定期维护、测量,并将结果及时通知引航站。

6对吃水较小的(本人认为小于18.5米)的船舶,可夜间引航。根据当日潮高,如果富裕水深满足要求,在避开初一、十五的大潮日后可不乘高或低潮,通过深水航槽,实现一个潮水,一次将船引领至码头。

结束语,深水航槽引航在中国很多港口存在,每个港口的引航员都有自己的引航经验,不断总结深水航槽引航,对我国的超大型船舶引航和航道部门对航槽的建立都具有非常重要的意义。

     参考资料:《航路指南》 青岛港

    《操船论》岩井聪著    人民交通出版社 

    《船体下沉量与富余水深的确定》

作者:董存义  吴东江  来源:航海技术

 


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