超大型油轮靠泊时机探析

李 昂

一、引言

超大型船舶靠泊时，一般富余水深较小，浅水效应明显，阻力大幅增加，附加质量和附加惯矩随着水深逐渐变浅而增大，对操纵的影响也随之增加。富余水深较小时，水流对船舶操纵的影响更加明显，船舶对主机和舵的响应变得迟钝，水动力及水动力矩明显增大使得靠泊时横移和转向更加困难。超大型船舶靠泊作业主要依靠拖船的协助，然而，在水深逐渐变浅时，除了上述因素的变差使得船舶自身操纵性能变差外，拖船在横向受流影响时，流速的变大也会极大地影响拖船自身的推拉效率。满载超大型船舶启动、停船惯性大，在靠泊作业时受流影响非常明显，为确保船舶操纵有足够的安全余量和拖船有一定的富余功率，在靠泊作业时选择最佳的靠泊时机显得尤其重要。本文通过满载超大型油轮（以下简称VLCC）靠泊舟山外钓油品码头的实例，探析超大型油轮最佳靠泊时机。

舟山港有着独特的地理位置和优良的深水岸线，目前，30万吨级油轮泊位有4个、15万吨级油轮泊位有3个，在建的30万和45万吨级油轮泊位多达6个。随着国家对舟山石油储备基地的战略部署及舟山大渔山绿色石化基地的建设，来舟山港的大型和超大型油轮日益增多，其中外钓30万吨级油品码头主要对接渔山绿色石化基地，该基地2020年达到4 000万吨/年的炼化能力，因此，外钓油品码头30万吨级油轮的进港靠泊将常态化。

二、舟山外钓油品码头概况及潮汐、潮流

（一）码头地理位置及作业区域

外钓油品码头位于舟山市外钓山西北侧，外钓山东邻舟山岛老塘山港区，西毗册子岛实华一期30万吨级和二期45万吨级原油码头，泊位南端是光汇30万吨原油码头，地理坐标30°03.75′N，121°57.54′E，如图1所示。泊位与西侧册子岛实华二期45万吨级原油码头相距1.5海里，与光汇码头间距259米，该水域相邻近的4个VLCC泊位间的回旋作业水域影响较小。作业水域海底电缆、油管较多，但航道较为宽阔，回旋水域足够。

（二）码头工程结构及重要参数

码头为离岸式蝶形结构，由1座工作平台（46×28米）、4座2500H鼓型橡胶护舷靠船墩、6座快速脱缆钩系缆墩（2×2 000千牛）和4座人形通道组成，配备输油臂4台，每台设计流量4 000立方米/小时，设计年吞吐量1 300万吨/年[1]。泊位长度440米，走向022°—202°，泊位等级为30万吨级，码头前沿水深-24.2米。

图1 外钓油品码头位置及附近水域示意图

（三）潮汐、潮流

舟山海区多为非正规半日潮，潮汐不等现象明显，临近的两个高潮或低潮潮高不等及涨落潮历时不等，涨潮时间平均为5小时57分钟，落潮平均历时6小时26分钟。据外钓山临时潮汐点实测数据显示，外钓山最高潮位4.20米、最低潮位0.08米，平均高潮位3.27米、平均低潮位1.06米，最大潮差4.07米、最小潮差1.2米，平均潮差2.21米。最大涨潮流流速1.18米/秒、流向357°，最大落潮流流速1.36米/秒、流向163°，均出现在大潮汛期间表层[1]。夏季港区涨水流时间较长，冬季落水流来得早，且有落水流流速明显大于涨水流流速的特点。

三、外钓油品码头附近水域潮流预报点数据和对靠泊的影响

在船舶大型化趋势明显的今天，潮流对大型船舶在港内操纵的影响越来越大，这就要求船舶操纵者对潮流的变化规律及实时流速流向进行精准掌握[2]。为了掌握外钓油品码头附近和航道中的潮流数据，舟山引航站与国家海洋局第二研究所合作并设置了三个测流点（图1中S7、S6、S2三点所示），在测流点上设置流速流向测量仪，通过一段时期的观测，积累了相关数据后，按照一定的数学模型进行推算，最后形成潮流预报数据。

（一）外钓油品码头附近水域潮流预报数据

外钓油品码头附近和航道中潮流经上述方法形成各预报点数据，表1是2019年5月21日S7、S6、S2三点潮流预报数据[3]。

表1 5月21日S7、S6、S2三点潮流预报数据

由此可见，2019年5月21日（农历十七），定海港高潮1103时，入泊前沿水域（S7）最大涨水流（1.0米/秒）出现在高潮前约1小时，流向334°；高潮时流速0.88米/秒，高潮后1小时流速0.50米/秒，流向为340°（强推开流）；转流时间在13：10—13：15（内插法求取，下同），转流后45分钟左右流速增加至0.43米/秒，流向147°（压拢流）。码头外档水域（S6）最大涨水流（0.98米/秒）也出现在高潮前1小时；转流时间在13：10—13：15，转流后45分钟流速约0.44米/秒，流向198°（压拢流）。码头停泊水域（S2）最大涨水流（0.40米/秒）出现在高潮前1～2小时；转流时间在12：15—12：20，转流后45分钟左右流速0.26米/秒，流向213°（推开流）；转流后1小时（13：15）流速约0.35米/秒，流向205°~213°之间（推开流）。

（二）潮流预报数据对靠泊的影响

大潮汛期间，船舶入泊水域（S7到S6）在高潮时和高潮前1小时有强推开涨水流，转流一般在定海港高潮后2小时～2小时15分钟，转流后30～45分钟有较强（0.25～0.44米/秒）的落水压拢流；转流前流速减小的同时流压角在增大，不利于靠泊横距和入泊角的调整。停泊水域（S2）受环岛流影响，水流明显较弱，最大涨水流流速约0.40米/秒，在高潮后1小时～1小时15分钟转流，转流后30～45分钟有0.25米/秒的落水流，该水域此时段前后流速较缓且变化不大，适合靠泊。缓流时段流向205°—213°，对靠泊船有推开作用，但如在泊位外档的入泊角大于10°，则有压拢作用，因此应根据实际情况及时调整好横距、速度和入泊角度。

四、靠泊实例分析

（一）“MARAN LIBRA”轮靠泊时的数据

船舶资料：VLCC“MARAN LIBRA”轮，船长333米，吃水20.5米，319 431载重吨。潮汐：定海港低潮时06：10，1.04米；高潮时11：03，2.98米。虾峙门深水航槽过槽时间07：45—08：45。计划靠泊时间：2019年5月21日12：45。实际靠泊时间：2019年5月21日13：10。

（二）靠泊时机

外钓山受地形环岛流的影响，潮流比较复杂，航行中减速淌航至入泊前，流向变化如图2所示。码头离主航道较近，入泊过程受航道中的潮流影响较大，为安全靠泊选择最佳的靠泊时机尤为重要。下面就受流影响和靠泊时间窗口分析总结靠泊时机。

图2 “MARAN LIBRA”轮靠泊轨迹图

1.靠泊时段流压影响

考虑到在转流时间段内靠泊船基本在停泊水域附近，此时富余水深约为船舶吃水的20%，所产生的流压力为

FC=0.15×v2×LBP×T×9.8[4]

其中：FC为流压力，千牛；v为流速，米/秒；LBP为两柱间长，米；T为吃水，米。则VLCC“MARAN LIBRA”轮在不同流速下所受流压力如表2所示。

表2 “MARAN LIBRA”轮在不同流速下产生的流压力

满载VLCC所需港作拖船总功率为

其中：Yt为拖船总功率，千牛；Δ为排水量，吨。

当v=0.50米/秒时，Yt=2 391.2千牛，显然，流速超过0.50米/秒时，所配备的拖船已经无法满足安全靠泊需求，计算结果也印证了5月21日大潮汛期间因提前到达入泊水域（此时涨流流速约0.70米/秒），VLCC在入泊过程中难以与码头接近而被流推开（如图2所示），因此考虑到拖船在入泊过程中克服水流影响损失的功率，在满足安全所需的功率下应该在转流时或流速小于0.25米/秒时入泊较安全。

2.测流点转流前、后30分钟流速、流向

表3是2019年5月21日靠泊时机（转流时间）前、后10分钟、20分钟、30分钟的流速和流向。

表3 转流时间前后的流速和流向

5月21日大潮汛期间，码头外侧入泊水域转流前20分钟，流速小于0.25米/秒，流向偏北，船舶受推开的作用力；转流后20分钟，流速也小于0.25米/秒，流向偏南，船舶受压拢的作用力，该时段水域内船舶可能船首、船尾受流作用力方向相反，形成一个使船首转向码头的转船合力矩。船舶在码头停泊的水域，高潮后1小时转流，靠泊时段流速约0.25米/秒，流向在码头前沿呈微推开。

3.VLCC靠泊时间窗口选择

据以上潮流预报、VLCC入泊受流影响和拖船功率发挥分析总结，结合落潮流比涨潮流大和带缆时稳泊要求[5]，外钓油品码头VLCC靠泊时机为：夏季大潮汛在定海港高潮后2小时较好，中小潮汛2小时±15分钟亦可；冬季受西北风影响，涨落潮流来得早，可各提前15分钟。表4是在前期试靠泊总结的基础上，对2019年部分VLCC靠泊实例时间的统计，其靠泊时间窗口的选择基本上与本文分析结果一致。

五、结语

舟山港岛礁航门较多，航道潮流复杂，相邻近的两个码头缓流时间都可能有差异，靠泊过程中应掌握该水域潮流变化特点，特别是对重载VLCC而言，靠泊和带缆作业一定要在缓流时进行，因此选择最佳的靠泊时机窗口可以最大限度地保障靠泊和稳泊作业安全。一旦错过最佳靠泊窗口期，如果没有其他拖船协助，建议返回锚地，等待下一个靠泊时机窗口。该码头现在主要靠初落潮水，满载VLCC在入泊过程中受涨潮流影响明显。以本文为例，超大型船舶在选择最佳靠泊时机时，应注意以下几点：（1）通过在相关水域设置潮流数据实测点或预报点，提前掌握各航段的流向流速及其变化。（2）掌握季节变化或大风及台风、寒潮的影响造成的流向流速的变化，修正引航方案。（3）在入泊过程中根据流速流向及时调整船首向，避免产生较大的合力矩。正常情况下一般顶流入泊，船首拖船的功率相对船尾拖船的功率大一些，因为船尾有车舵可以配合。（4）留有较充足的入泊时间，以便及时调整靠泊策略和采取应对措施，确保引航安全。

表4 2019年部分VLCC靠泊实例时间统计