超大型船舶驶往曹妃甸水域的渤海经验航线浅析

韦小军　马长青

摘 要：近年来全球海上贸易方面需求量的日渐提高，船舶也渐渐向着超大型化的方向迅速发展。唐山港曹妃甸港区作为国内可以靠泊Valemax船型的四个港口之一，会有越来越多的超大型船舶进入渤海水域靠泊曹妃甸港区。而渤海水域的水深较浅，航路上海图水深大部分在30米以下，深吃水船舶在此水域航行，无论是船舶本身还是监管部门都面临很大压力。通过收集和整理的一些典型深吃水船舶进入曹妃甸水域的航线和航行方法及注意事项，给相关的管理者和操作者一些启迪。

关键词：Valemax型散货船;渤海水域;经验航线;富余水深UKC;渤海湾潮汐;风暴潮

中图分类号：U675            文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2019）05-0085-03

2015年11月15日，40万吨级矿石船“BERGE EVEREST”轮首航渤海湾靠泊曹妃甸矿石码头，开启了曹妃甸港的深水大港新时代。经统计，2017年2月～2018年2月，一年间进入曹妃甸水域的吃水超过21米的超大型船舶超过30艘次，最大吃水记录为德国籍船舶“PEENE ORE”，吃水23.2米。而渤海水域的海图水深大部分在30米以下，最浅水域水深24.5米～25米，较小的富余水深给船舶操纵和安全都带来了极大的影响。深吃水船舶如何选择西行航线，减小航行风险，安全抵达曹妃甸水域，给船舶管理公司、船长以及监管部门带来不小的压力。

1超大型船舶特点

1.1超大型船舶型尺度和操纵性

虽然集装箱船型目前尺度越来越大，但设计吃水均不超15米，在渤海航行均不受水深影响。根据目前的船型，吃水超过21米的船舶均为VLCC（超大型油轮） 和VLBC（超大型散货船），船舶尺度范围为：船长320米以上，船宽55米以上。2015年交通运输部印发了《40万吨散货船设计船型尺度及相关设计规定》规定：Valemax型矿砂船，船长360米，船宽65米，满载吃水23米。有7个货舱，载重吨40万吨。本文就以40万吨级Valemax船型作为研究船型，来分析研究渤海湾浅水区航行时的富余水深和注意事项。

由于超大型船自身尺度大，导致船体在实际航行运动时所受到的风流作用力明显增大。排水量和惯性较大，导致冲程增大，制动性较差。舵效差，航行稳定性差，实际旋回性也较差。

1.2超大型船舶的下沉量

在受限水域，水域宽度和深度的限制，改变了船体周围的流态，同时船舶首尾线方向的压力分布发生变化。在浅水中，由于船体周围的流动由三维流动变为二维流动，流速增加，使船体周围水压力的变化加剧，船中低压区扩展至船尾，船体下沉和纵倾变化均较深水中更为显著。超大型船舶除了船长船宽的因素导致需要足够宽度的航道外，航道深度限制了大部分深吃水超大型船舶航行水域。而在浅水区域航行，船舶无法忽略下沉量对富余水深造成的影响。通过大量的登轮数据积累，发现目前大多数船舶均在使用Barrass（1981）的计算公式，即船舶首下沉量为：开敞水域，Sb=1/100*Cb*V2 ;受限水域，Sb=1/50*Cb*V2

其中Sb：下沉量;  V ：船舶速度 ;Cb：船舶方形系数，而目前超大型船舶的方形系数在0.80～0.87之间

按照公式计算可得Valemax船重载状态下各个速度范围内的下沉量（Cb为0.8266）。（见表1）

2从老铁山水道到曹妃甸水域经验航线及航线选择

经过近几年来对进出曹妃甸港口的深吃水船舶的航线数据统计、总结和分析，吃水超过20米的船舶从老铁山水道警戒区到曹妃甸水域的主要航线有2条（见图1），且有鲜明的特点。

航线1：从老铁山通航分道西北侧警戒区直接驶向曹妃甸通航分道。该航线为国外船东和船员选择的航线，也是大多数船舶进入曹妃甸水域选择的航线。来曹妃甸港的第一条Valemax船型吃水21米的“BERGE EVEREST”轮，以及吃水23.2米的德国籍散货船“PEENE ORE”轮均采用了这条航线。该航线上最浅的海图水深为24.5米。

航线2：从老铁山水道的警戒区向西南方向航行，经过大概位置38°32′N，119°58′E，转向西北侧航行，在大概位置38°46.5′N，119°14′E，与航线1汇合，或者继续向西北侧航行，将航线1北侧的沉船（概位38°48.4′N，119°06.4′E）放在航线左侧通过，让清沉船后再折回向曹妃甸通航分道入口航行。避开了航线1航路上的水深24.5～25米的浅水区。選择该航线航行的船舶大多数均为国内船东和船员，强大的岸基支持部门不但充分分析了航路上的浅点、碍航物，而且向船上提供预测的渤海湾天气、潮流以及航路上的潮差和潮位等方面的信息，给船长选择安全航线提供了强有力的支持。

3渤海湾潮汐、潮流和风暴潮对航路影响

（1）渤海湾的潮汐性质较为复杂，以不规则半日潮为主。本航线所处海域的潮汐类型属于规则半日潮向不规则半日潮过渡海域。从潮汐表上一般可查询到港口或沿岸的潮汐资料，典型的三个港口和沿岸为南隍城岛，黄河口（东），曹妃甸港。国家海洋环境预报中心的研究报告和“渤海潮汐预报及流场特性分析”的论文中所得到的潮汐特征值为：航线东侧为规则半日潮类型，西侧为不规则半日潮类型;航线附近的平均高潮为1.0～1.3米，平均低潮为0.4～0.5米，航线上的平均潮差为0.5～0.8米，由东向西潮差逐渐减小;夏季潮位最高，冬季潮位最低。

（2）渤海湾以不正规半日潮流为主，且多为往复流，近岸侧流水较远岸侧急。老铁山水道流速最大，约为3～5节，其他海区流速大多数都不超过2节，故在经验航线附近的潮流小于2节，当船舶低速航行时注意对船舶偏离航线的影响。

（3）渤海湾一年四季都有风暴潮发生，风暴潮会产生风暴增水和风暴减水现象，其中风暴减水对航线上的潮位构成影响，通过分析得到造成渤海海域风暴减水的天气特征为：①冷高压南下配合气旋出海，渤海受北到西北风控制;②冷高压南下后东移出海，渤海受西到西北风控制。据统计，2000～2010年间环渤海沿岸的风暴减水特征是，平均每年大于0.5米的减水天数约为30天，大于1.0米的减水天数约为4.5天;渤海海峡内比海峡口外更容易出现减水且减水值略大;夏季6～8月出现减水过程较少，9月至次年4月整个渤海减水频繁，强度较大，经过推算，该航线附近百年一遇的风暴减水极值约为0.8～1.2米。

4 船舶航行过程中的控制与实际测深数据

4.1船速的控制

众所周知，船舶可以通过控制船速来控制其下沉量，对于船舶浅水区航行的船速控制论证也很多，根据笔者在超大型船舶上多年的工作经验：超大型船舶在浅水区降速航行不只是为了减少船舶下沉量，更重要的原因是因为船舶浅水区航行，船舶阻力增大，主机负荷增大，热负荷和机械负荷急剧增加;浅水区航行还会造成船体振动增大，长时间的振动对船舶设备损伤很大，富余水深太小，造成海底门吸入过多泥沙而影响船舶冷却系统。故船舶在浅水区为了保证良好的工况，只能降速航行，而通过长时间实际观测、记录以及和多名来曹妃甸港口的船长沟通交流，大家普遍认为吃水超过20米以上的船舶在海图水深为24.5～25.5米的渤海水域航行时，船速6～10节为宜，通常为7～8节左右。

4.2航线富余水深UKC的确定

欧洲引航协会对大型船舶的要求为：UKC（包含下沉量）采用吃水的比值确定，即外海航道UKC取最大吃水的20%，港外航道取15%，港内时取10%。而我国航海界经验公式和大部分船公司的规定UKC均为船舶最大吃水的10%+船舶下沉量。以Valemax型船为例，船舶满载吃水23米进入老铁山水道时，油水消耗后船舶实际吃水约为22.85米。我们取满载23米计算，船速控制在最高8节，船舶下沉量值取1米，根据欧洲引航协会关于富余水深的20%要求，船舶要求的最小UKC为4.6米，根据中国航海界的经验公式，最小UKC为3.3米。在不考虑潮高的情况下，Valemax型散货船所需的最小水深为26.3米。

4.3航线上实际富余水深的测定

目前，靠泊曹妃甸港口的超大型船舶一般都保留航路上的测深数据，部分船公司非常重视超大型船舶在渤海湾航行的经验航线。笔者专门多次登轮从船方获得相关记录，与船长探讨该航路上的水深及航行经验，并从中选择了5条具有代表性船舶的航线记录，这5条航行记录在船舶航行过程中天气状况良好，几乎没有受到风浪影响。

以上表格中为船舶船首测深仪显示的实测数据，前3条船舶没有当时的潮高数据（见表2）。

虽然前3条船的船东为国外船东，船方无法获得当时的潮高信息，但根据经验推断潮高值可取1米，船舶该速度下的下沉量值大概为0.8米。根据计算公式：

实际水深=船舶吃水+船舶下沉量+测深仪数值 - 当时潮高

可得：船舶所驶的航线1的实际水深为最小值26米左右，航线2的实际水深最小值为26.5米左右。

5 总结与建议

（1）根据近年来进出曹妃甸水域的超大型船舶的航行经验总结，在良好的天气和海况下，没有异常潮水的影响下，23米以下的大吃水船舶可以安全地由老铁山水道进入曹妃甸水域。

（2）根据进入曹妃甸的超大型船舶的测深数据，如果预报的潮汐值准确，船舶测深仪误差很小，从老铁山水道到曹妃甸水域的航路水深达到26米左右，但海图水深最浅处只有24.5米，船舶实测水深和海图水深有一定的误差。

（3）由于海图水深数据实际是50年代的数据，多年的冲刷淤积及海平面的变化甚至地壳运动的影响，水深会产生变化，建议相关部门进行详细的水深测量。

（4）渤海航路浅水区水域缺乏理论最低潮面的基础数据，建议进行长时间验潮观测，确定海域的理论最低潮面，以供地形测量及潮位测量使用。

（5）建议进行航线上的潮汐连续观测，为船舶乘潮进港提供数据支持。如果需要可申請气象保障服务，委托“国家海洋环境预报中心”（海洋灾害预警报室）提供收费的气象保障服务，尤其在满载吃水超过22米，冬季天文潮低且风暴潮减水期间。该预警室可准确地预报航路上各控制点的实时总潮位（天文潮位和风暴潮叠加），并提供最佳的乘潮时段。

（6）船舶如果需乘潮航行，建议涨潮到平潮前1～2小时从老铁山出发，随着航行时间的推进和潮波的传播，可保证通过水深较浅的各点时，潮位处于平潮前后的较大潮高之上，这时潮高比低潮约大0.5～0.8米，即相差一个潮差。建议船舶使用“气象预报产品”及气象保障服务。

总之，深吃水大型船舶在选择从老铁山水道至曹妃甸水域之间的安全经济航线时，应充分考虑到天文低潮和风暴潮减水现象对安全航行的影响。

参考文献：

[1]赵月林，古文贤.船舶操纵[M] 大连：大连海事大学出版社，2005.

[2]陈明锋. 析超大型船舶西行曹妃甸的渤海深水航线[J]. 航海技术，2013，05：6-9.