渔船实用稳性衡准探讨

在《渔业船舶法定检验规则ZY2000》 第七篇 第5章中，对于渔船稳性的计算，规定可以使用两种版本：按我国的传统的稳性衡准进行校核（以下简称《传统衡准》）为主；若按IMO国际完整稳性规则的稳性衡准进行校核（以下简称《IS衡准》），验船部门也予以认可。两部衡准的数学模型不同，虽然都有气象衡准数K≥1的要求，但其临界气象衡准（K=1时）的抗风等级大不相同。两种衡准相对比较，特别在抗风等级的实用性方面，《IS衡准》似乎要优于《传统衡准》。现试分析如下：

风级、风速和风压的关系

气象预报的风级为蒲氏风级，并以海平面以上10m高处的平均风速为基准进行预报，其风级N、风速V和风压P之间存在着下述关系：

N级风时的平均风速：

风压与风速的关系：

或

气象预报的风级与风速的关系见表1。

从表1可以看出，每级风的风速大小都有一定的范围，故在预报船舶的可抗风级时，应以可抗某级风的最大风速为准，以便覆盖该级风速的全部范围。例如，对于满足K=1临界衡准的风速V=28.1m/s时，则按28.1m/s在表1的最大风速栏反向插值，求出对应的风级为N=9.9（也可以按公式N=10（lgV+0.0778）/1.5-0.49进行计算）。但在预报船舶的抗风等级时，应按气象预报都是整级风的形式只取N的整数部分。

表1：气象预报的风级与风速的关系

风压与风速梯度的关系

《传统衡准》与《IS衡准》，都以距离水面6m高度处的风压为基准。因空气为粘性流体，在同一时间内，不同高度处的风速（空气流动的速度）不同，风速沿垂向呈现梯度分布，不同高度处的风速梯度系数ci的公式为：

式中：Vi—距海平面不同高度处的风速，m/s；

V6—距离海平面6m高处的风速，m/s。

用公式（3）的形式代入公式（4），可以导出：

式中:Pi—各航区不同高度处的风压；

P6—与Pi同一航区距离海面6m高处的基准风压。

《传统衡准》将航区划分为远海、近海、沿海三个航区分别进行风压取值，而《IS衡准》对风压的取值不分航区。两者风压及风速梯度取值的对比见表2。

从表列数据看，《IS衡准》与《传统衡准》风速梯度系数的取值基本一致。

表2：《传统衡准》与《IS衡准》计算风压与风速梯度的对比

《传统衡准》的临界抗风等级

《传统衡准》气象衡准的数学模型是：假定船舶失去动力处在横浪之中共振谐摇，当摇到某一舷最大角度时，受到突然吹向另一舷的横向阵风而发生横倾，用船舶自身抗倾覆能量与这种风、浪联合作用倾覆能量的比值K，作为气象衡准数，并规定K≥1（图示略）。

《传统衡准》临界气象衡准时的抗风级别见表3。

表3：《传统衡准》临界气象衡准时可抗阵风的风级

由表3可见，《传统衡准》满足临界气象衡准的最小抗风等级分别为：远海航区13.3级；近海航区10.8级；沿海航区8.5级。

图1:《IS衡准》

《IS衡准》的临界抗风等级

《IS衡准》气象衡准的数学模型是：假定船舶失去动力且处于横风横浪之中，在定常风的作用下，船舶向下风舷横倾了一定的角度，然后在此角度下受波浪的作用共振谐摇。当船舶摇至上风舷最大角度时，刚好受到突然加大的阵风，将船吹向下风舷产生横倾。用船舶自身抗倾覆能量与这种风、浪联合作用倾覆能量的比值K，作为气象衡准数，并规定K≥1。其数学模型见图1，校核的步骤如下：

1、船舶受到垂直于其中心线的一个定常风压的作用，产生一个定常风倾力臂(lw1)；

2、假定在波浪作用下，船舶由lw1的平衡角(φ0)向上风一侧最大谐摇至横摇角(φ1)；

3、然后船舶受到一个阵风风压，产生一个阵风倾侧力臂(lw2)，且lw2=1.5lw1；

4、在此情况下，面积“b”应等于或大于面积“a”，即K=b/a≥1。

在《IS衡准》的数学模型中，设定阵风风压力臂lw2与定常风风压力臂lw1之间有lw2=1.5lw1的关系。由于风压力臂与风压成正比，故阵风的风压P2与定常风的风压P1之间同样存在P2=1.5P1的关系。利用公式（3）V=（P/0.7356）0.5（m/s），可以反推出P2所对应的风速V2，再以V2作为最大风速，反推出可抗的阵风风级。它们之间的对应关系见表4。

由表4可见，《IS衡准》满足临界气象衡准的最小抗风等级为10.9级。

对《传统衡准》的讨论

从表3和表4的对比可以看出，就临界气象衡准的最低抗风能力而言，《IS衡准》与《传统衡准》三个航区的抗风等级相比，其10.9级较远海航区要求低了2.4级；较沿海航区要求高了2.4级；与近海航区要求持平（高0.1级）。根据国内渔船的实际需求，现对稳性衡准提出几点探讨性的意见：

1、《IS衡准》适用于全球海域的渔船，中国的海域当然也应包括在内。即使《传统衡准》规定距离台湾岛的东海岸、海南岛的东海岸及南海岸若干海里以外的远海航区，其海况的恶劣程度总不会超越“好望角”海域和北大西洋冬季的海况。而将国内渔船远海航区的抗风等级提高到13.3级，超越了《IS衡准》的10.9级，似乎过分保守。

2、航区应是指渔船作业的海域。在原有的《传统衡准》中，对渔船捕鱼中稳性风压取值的规定是：“Ⅰ类航区渔船的风压可取Ⅱ类航区的标准；Ⅱ类航区渔船的风压可取Ⅲ类航区的标准；Ⅲ类航区渔船的风压可以降低30%。”这种规定若和实际情况挂钩，也就是剔除了远海航区风压的概念，而近海航区的风压等同于《IS衡准》的要求。

3、现在船舶科技如此发达，无线电通信系统如此先进，通过接受气象传真，渔船预先停航或借港避风，完全可以避开暴风的袭击。远洋作业的渔船，一直使用《IS衡准》而从没有发生过气象衡准的事故，国内渔船使用也应没有问题，若仍将最低抗风级别坚持定到13级以上，过分的保守将会对社会资源造成巨大的浪费。

4、满足沿海航区《传统衡准》的绝大部分都是小型渔船。从历年统计来看，小型渔船发生稳性事故的数量最多。为减少小型渔船事故的概率，提高该类船的稳性标准，向《IS衡准》靠拢也是很有必要的。

综上所述，建议修改我国渔船《传统衡准》的规定，直接与《IS衡准》接轨。其好处有三：一是降低了国内船舶抗风等级的拔高要求，能取得巨大的节能效益；二是对沿海航区大量的小型渔船提高了抗风等级的标准，对减少事故多发提供了更可靠的技术保障；三是所有渔船的稳性，不分航区都用《IS衡准》校核，具有删繁就简、完整统一的功效。

表4：《IS衡准》规定的风压及其对应阵风的风速与风级