超大型油轮复杂水文条件下靠泊方案探讨

王宏标 谢广伟

一、引言

顶流靠泊是大型船舶靠泊的基本原则。重载超大型油轮（VLCC）由于质量大、惯性大、吃水深、受流面积大，更要做到顶流靠泊，而且为了降低靠泊风险，通常还要选择缓流时段靠泊。但是有很多港口的VLCC码头由于地形因素影响，码头前沿水域水文条件较为复杂。譬如宁波舟山港岙山五期30万吨原油码头，码头前沿某些时段会出现压拢回流，在此时段VLCC靠泊无法做到顶流靠泊，如果一味地等待“顶流靠泊”，将会使码头靠泊窗口期过短，严重影响港口装卸效率及经济效益。因此，有必要寻求拓宽VLCC靠泊窗口期的有效途径。本文以超大型油轮落流右舷靠泊岙山五期码头为例，探讨了超大型油轮在复杂水文条件下的靠泊方案，以期收到抛砖引玉之效。

二、超大型油轮特点

（一）超大型油轮特点

（1）超大型油轮方形系数Cb大，大概为0.9，长宽比约6.0；质量大，惯性大，单位排水量功率不仅远小于大型集装箱船，甚至小于大型矿船，因此VLCC启动、制动、停船的性能都较差。

（2）旋回性好，追随性差，航向稳定性差。舵面积与船纵向面积之比较小，仅为1/65～1/75，舵力与水动力之比较小，克服船舶偏转所需时间较长。操舵要早用舵，早回舵，早压舵，用大舵角。

（3）船舶尺度大，受浅水效应和岸壁效应影响大，淌航中丧失舵效的时刻出现得较早，淌航时约4节就无舵效。

（4）VLCC受风流影响较大。重载VLCC吃水深，需特别注意水下不均匀流的影响。

（二）超大型油轮靠泊操纵限制条件

基于对超大型油轮特点的考虑，靠泊操纵限制在白天风力7级以下、能见度在1 500米及以上、潮流较缓时段，并根据船舶尺度、作业条件（风、浪、流等）因素配备满足对船舶靠泊进行有效控制的拖船数量和功率。VLCC贴拢码头时控制靠拢速度≤3厘米/秒，靠拢角度≤3°。

三、宁波舟山港岙山五期码头概况及港区水文气象特点

（一）航道概况

第一航段：RACON-X引导浮至虾峙门口外深水航槽西端，距离约10海里，以平均速度8节通过约需1小时25分钟。第二航段：0号警戒区经虾峙门航道至1号警戒区，距离约10海里，以平均速度9节通过约需1小时15分钟。第三航段：1号警戒区西侧经2号警戒区至泊位外档，距离约5海里，以平均速度4节通过约需1小时25分钟。如图1所示。总航程约25海里，水深18.2～109米。

图1 VLCC进港靠泊岙山五期码头的航道示意图

（二）泊位概况

宁波舟山港岙山五期码头位于29°56.51JN，122°08.37'E，码头类型为K式L形码头，靠泊等级为30万吨；码头长度480米，走向为087°—267°，码头前沿水深23.8米。码头东南处有暗礁，在暗礁南边设有南方位标（该方位标就是实时测流浮M），距离码头东侧系缆N约160米。

（三）水文气象特点

岙山五期码头所处水域潮汐为不规则半日潮，涨潮主流向为西向，始于定海低潮后2.5～3小时，最大流速可达3节；落潮主流向为东向，始于定海高潮后约2.5小时，最大流速可达3节。如图2所示，岙山南面的落潮流绕过外长礁，受海O地形的影响，在岙山南侧包括岙山一期码头及五期码头的西侧形成P时针方向的潮流Q旋，从而在近岸区呈现出涨潮流形式的落潮流，俗称“回流”，岙山南侧附近水域出现“回流”而形成了潮流切变流场，当流速较缓时，潮流切变流场的中心（潮流切变线）离岸较近。当落潮潮流时，岙山五期码头前沿的潮流较为复杂，会出现压拢回流，强度及范围明显，且在部分非常小的区域就可能存在着几次流向和流速的连续变化。该地区冬季R行偏北风，夏季R行偏南风，因码头南面开S，故受南风影响较大[1]。

图2 宁波舟山港岙山五期码头附近落潮流示意图

四、岙山五期码头VLCC初落、落末右舷靠泊可行性分析

（一）靠泊时间窗口分析

根据实时测流浮较长一段时间的累积数据分析，在中小潮T初落或落末时段回流流速较缓，虽然对靠泊有一定的影响，但辅以一定的保障手段，靠泊是可行的。当选择靠初落时，在定海高潮后2.5～3小时贴拢码头；选择靠落末时，在定海低潮时或低潮后1小时贴拢码头。

（二）码头设计制动水域分析

码头设计制动水域（回旋水域按U形布置，回旋U直径取2倍设计船长，为668米；停泊水域宽度为2倍船宽，为120米）可以满足右舷靠泊的需求。

（三）风流的影响、拖船的配置和使用分析

根据船舶尺度、作业条件（风、浪、流等）因素配备满足对船舶靠泊进行有效控制的拖船数量和功率。

1.风与流压力的影响

（1）风压力Famax估算公式[2]

其中：Fa为风动压力（牛）；ρa为空气密度，取1.226 千克/立方米；Ca为风动压力系数；va为相对风速（米/秒）；Aa为水线以上船体正面投影面积（平方米）；Ba为水线以上船体侧面投影面积（平方米）；θ为风舷角（度）。

当船舶受最不利横风（南风）影响时，取风舷角θ= 90°，则上述公式可简化为

其中：Famax为最不利风向的风动压力（牛）。根据经验图表估算，满载30万吨油船取Ca=1.0，Ba=4 435平方米。根据有关规定，靠泊岙山五期码头应在低于南风7级风的气象条件下进行，因此取7级风高限va=17.1米/秒，则Famax=794 961.9牛。

（2）最不利横流压力Ywmax估算公式[3]

其中：Ywmax为横流压力（牛）；ρw为水密度，取1 025千克/立方米；Cwy为流压力横向分力系数；vw为水对船的相对流速（米/秒）；L为船舶两柱间长（米）；d为船舶吃水（米）。考虑泊位接近时为左正横来流，漂角β为90°，根据实际情况，水深吃水比H/d取1.1，查经验图表得Cwy为4.8。考虑缓流时段码头边回流为0.6节，取vw=0.308米/秒，查过往VLCC标准船型数据，取L=315米，d=21.5米，则Ywmax=1 580 467.0牛。

因此，船舶在最不利横风及横流影响下所受的合力为Fmax=Famax+Ywmax= 2 375 428.9牛。

2.拖船的实际可用配备

目前，舟山港共有30多艘拖船，全部为Z型拖船，其中大马力拖船有4 000马力13艘、5 000马力5艘和6 800马力4艘，实际工况约为额定功率的90%。根据舟山轮驳公司提供的数据，各型拖船的实际可用顶推力和拉力见表1。

表1 各型拖船的实际可用顶推力和拉力

在实际VLCC靠泊操纵中，通常配备5 000马力2艘、4 000马力3艘，合计总顶推力为2 780 000牛，为Fmax的117.0%；总拉力为2 475 000牛，为Fmax的104.2%，拖船配备满足总的功率需求。但是，鉴于初落、落末时码头前沿潮流复杂性以及拖船作业时受流影响造成功率损耗的考虑，拖船配备都会留有足够的富余，以备不时之需，因此以一艘6 800马力拖船替代一艘5 000马力拖船。

3.拖船的使用

应合理地使用拖船，并考虑其局限性。配备5艘全回转港作拖船助泊，6 800马力拖船带在左首和 5 000马力拖船带在左跨，2艘4 000马力拖船分别带在左首第二个位置和左边驾驶台前面，剩余一艘4 000马力拖船带在船尾右舷，其既可以协助大船减速又可以至船尾右舷里档往外顶推。

五、岙山五期码头VLCC初落、落末右舷靠泊操纵要领及注意事项

（一）VLCC右舷靠泊风险分析

如图2和图3所示，岙山五期码头的西侧有一期码头的存在（可能靠有VLCC），东侧距离约250米有暗礁，航道东侧有浅滩，因此VLCC右舷靠泊的风险有：

（1）通常重载VLCC在靠泊过程中航速较低，主要受风流的影响同时还有浅水效应的影响，受力情况复杂，如对船位、靠泊角度和速度控制不到位，会有触礁及搁浅的风险。

（2）VLCC接近泊位前，若与南方位标的横距过小，可能受压拢回流影响压向南方位标，因此必须大幅度向左转向及加车逃离，存在靠泊失败的风险。

图3 岙山五期VLCC初落、落末右舷靠泊重要节点船位示意图

（3）码头前沿的回流在非常小的区域就可能存在着几次流向和流速的连续变化，受其影响，如未及时发现速度的变化，且采取措施较晚，那么VLCC与他船及码头有触碰的风险。

（4）靠泊过程中对拖船使用不当，比如在码头前沿没有提前要求首尾拖船保持在拖的状态，可能造成触碰码头或入泊速度过快而损坏码头设施。

（二）靠泊操纵要领

结合以往15万吨级油轮及少量VLCC落流右舷靠泊岙山五期码头的经验，综合考虑码头前沿状况及VLCC右舷靠泊风险，对岙山五期码头VLCC初落、落末右舷靠泊的操纵要领进行以下分析。

以靠初落潮水为例，离码头较远的航道上潮流滞后于码头，当码头前沿是初落时，航道上可能是平潮。VLCC在定海高潮后1.5～2小时抵达如图3所示船位1处，船位1处在2号警戒区东北角附近，船首对着南方位标东面的码头，控制速度在5节左右，带好5艘拖船，停车淌航；抵达船位2处时距离岙山五期码头约1海里，控制速度在4节左右，开始缓慢向左做转向避开航道东侧的浅滩；抵达船位3处时距离岙山五期码头约0.5海里，控制速度在2.5节左右，此处需连续向左转向，预配流压差使船位与南方位标保持0.15海里以上安全横距通过，如想控制速度，又要保持舵效，可微速进车，令右船尾或后面3艘拖船向后拉减速，并控制好转头速率；抵达船位4处时与南方位标横距约0.15海里，控制速度在2节左右，入泊角度在10°以内，为应对码头前沿的回流进行倒车控速，使用拖船控制船首偏转；抵达船位5处时与码头横距约0.1海里，控制速度在0.7节以内，入泊角度在5°左右，此处受回流影响，提前使用首尾拖船拖拽控制拢速，时刻关注速度变化，与一期码头（可能靠有VLCC）保持安全距离；在定海高潮后2.5～3小时贴拢码头，贴拢码头前首尾拖船保持在拖的状态，以控制靠拢速度和调整靠拢角度，贴拢码头时控制靠拢速度≤3厘米/秒，靠拢角度≤3°。

以靠落末潮水为例，航道上落水流较明显。VLCC在定海低潮前1小时或低潮时抵达船位1处，船位1处在2号警戒区东北角附近，船首对着南方位标东面的码头，控制速度在6节以内，带好5艘拖船，停车淌航；抵达船位2处时距离岙山五期码头约1海里，控制速度在4.5节左右，开始向左做航向修正，如果行动较晚，可能被落流压向东面浅滩或南方位标；抵达船位3处时距离岙山五期码头约0.5海里，控制速度在3.0节以内，此处需连续向左转向，控制好转头速率，预配流压差使船位与南方位标保持0.15海里以上安全横距通过，如想保持一定速度，又要保持舵效，可微速进车，令右船尾拖船向后拉减速；抵达船位4处后靠泊操纵要领同靠初落潮水，在定海低潮时或低潮后1小时贴拢码头。

（三）靠泊操纵注意事项

VLCC进港靠泊的时间需安排得充裕，特别是落末靠泊时，一路顶流进港，需特别注意船速控制，以免错过靠泊时间窗口。另外，根据实时测流浮较长一段时间的累积数据分析，岙山五期码头前沿底层流回流来得较早，初落靠泊时，重载VLCC在富余水深不大的情况下，需特别注意底层流对船舶运动的影响。

六、结论

随着技术的革新，实时测流浮的投设给我们提供了精细的测流资料积累和及时预报，为VLCC在复杂水文条件下的靠泊提供了潮流数据。同时，通过驾引人员事先制订详细的靠泊方案，充分熟悉码头附近的潮流规律，熟练掌握VLCC的操纵性能，配备足够的拖船并合理使用，留足安全余量，做到对船位、靠泊角度和速度的精准控制，可以实现超大型油轮在复杂水文条件下的安全靠泊，提高码头利用率。