珠海港LNG船舶通航環境及其操縱的分析*

大連海事大學航海學院　李連博　牛佳偉　林　威遼寧出入境檢驗檢疫局　秦朝秋　張　寧大連海事大學航海學院　林　威

珠海港LNG船舶通航環境及其操縱的分析*

大連海事大學航海學院李連博牛佳偉林威
遼寧出入境檢驗檢疫局秦朝秋張寧
大連海事大學航海學院林威

為確保大型LNG船舶進出珠海港和靠離泊安全，完善珠海港LNG船舶航行環境及其操縱情況，在充分分析該水域自然環境和航道情況的基礎之上，結合LNG船舶操縱模擬實驗，論證該地航行環境是否滿足通航安全的需要。提出大型LNG船舶在進出港和靠離泊操縱中的航行方法和有關注意事項，對保證船舶安全靠離碼頭具有一定的指導意義。

珠海港；LNG船舶；通航環境；靠離泊；操縱

廣東珠海LNG接收站項目一期工程位于珠海市西區，該區是珠海港的主體港區和重點發展港區。擬建設1個8萬～27萬m3LNG接卸泊位，泊位一期年通過能力可達598萬t/年，二期發展到700萬t/年。［1］LNG泊位布置在接收站西護岸的南段附近水域，碼頭前沿線平行于西護岸布置，距離西護岸128 m，碼頭方位角為160°～340°。碼頭呈對稱布置，中部為工作平臺。工作平臺兩側布置了4個靠船墩和8個系纜墩，各部分之間以人行鋼橋連接，碼頭平面布置圖如圖1所示。

圖1　LNG碼頭平面布置圖

一、珠海港區自然環境

1. 氣象條件

大萬山海洋站對該地的自然環境進行了長時間的觀測。珠海港區地處低緯地區，屬亞熱帶海洋性氣候。該海區為季風海區，冬季以N～NE風向為主，夏季以S～SE風向為主。根據統計資料可知，該港區多年極端最大風速為43.0 m/s，多年冬季平均風速為7.02 m/s，多年夏季平均風速為4.35 m/s。一年中風力≥6級的天數為69天，風力≥7級的天數為20.5天，風力≥8級的天數為5天。

臺風在每年的4—11月影響附近海域，其中7—9月為臺風多發季節，平均每年約4個臺風影響附近海域。據統計，多年年平均臺風為4.5個，多年年平均強臺風為0.8個。

本海區主浪向為SSE向，頻率為29.72%，其次為S向，頻率為18.01%，ES向浪，頻率為10.33%。強浪向為SE。海區年平均波高（H1/10）為1.12 m，冬季的平均波高最大，平均為1.33 m，秋季次之，平均1.11 m，春夏季最小，為1.02 m。從周期上看，海區的平均周期為5.1 s，常見的周期為4.1～6.0 s，頻率63.5%，大于6 s的周期只占10.3%，大于8 s的僅占1.69%。

珠海港區霧天多出現在冬春季，以1—3月最多，年平均霧天21.6天，年平均能見度小于1 km的平均天數為8.5天。

2. 水文條件

根據港區附近三灶島潮位站和荷包島潮位站的統計資料，結合調和常數分析，三灶島潮位站F=（Hk1+H01）/Hm2=1.50，荷包島潮位站F=（Hk1+H01）/Hm2=1.35，由此可知珠海港附近水域為不規則半日混合潮。珠海港水域各基準面關系如圖2所示。

圖2　珠海港各基準面關系示意圖

潮位特征值：根據觀測資料，該水域潮位特征值數據如下（以下潮位值均從當地理論最低潮 面算起）。歷年最高潮位：4.12 m；歷年最低潮位：-0.34 m。平均高潮位：1.97 m；平均低潮位： 0.78 m。最大潮差：3.11 m；平均潮差：1.19 m。平均漲潮歷時：6 h22 min；平均落潮歷時：6 h18 min。

潮流：該區漲潮流自偏南向往偏北向，落潮流反之，屬往復流性質；落潮流速大于漲潮流速；表層流速大于中層和底層流速；表層最大流速103.8 cm/s，底層最大流速98.6 cm/s；表層平均流速約27.5 cm/s，底層平均流速約20.0 cm/s。

二、珠海港區通航環境

1. 航道布置

本港LNG船舶航道軸線同高欄港區主航道將利用高欄港區10萬t級主航道進港。LNG航道自航道入口至制動回旋水域，航道總里程約8.15 km （4.4 n mile），航道軸線方位170°～350°，航道有效寬度為275 m，航道設計底標高為-14.5 m。

2. 航道設計主尺度

（1）航道底標高。

根據《液化天然氣碼頭設計規范》中的有關規定，航道底標高計算公式如下：

其中：D0為航道通航水深，m；T為設計船型滿載吃水，m；Z0為船舶航行時船體下沉增加的富裕吃水，取0.4 m；Z1為航行時龍骨下最小富裕水深，取0.6 m；Z2為波浪富裕深度，取0.84 m；Z3為船舶裝載縱傾富裕深度，取0.15 m；Z4為備淤富裕深度，取0.5 m；E為航道底標高，m；H為當地理論最低潮面高度，m。航道底標高的計算如表1所示。

表1　航道設計底標高計算表m

由表1可知，航道設計底標高規范值為-14.49 m，實際中取-14.5 m，滿足規范的要求。

（2）航道寬度。

根據交通運輸部頒《海港總平面設計規范》（JTJ211-99）的設計標準，珠海港采用單向航道計算公式為

其中：W為航道有效寬度，m；A為航跡帶寬度，m；n為船舶漂移倍數；r為風、流壓偏角（°），取7°；B為船舶間富裕寬度，m；C為船舶與航道底邊間的富裕寬度，m。

經計算W=1.69×（345×sin7°+55）+2×55= 274 m。航道寬度除應滿足規范要求的設計寬度外，一般還應滿足不小于5倍的設計船寬，該航道實際寬度取值為275 m，滿足了上述兩者的要求。

3. 回旋水域

本港LNG碼頭回旋水域為橢圓形，長軸按2.5倍27萬m3的LNG船長考慮，短軸按2倍27萬m3的LNG船長考慮，長軸為865 m，短軸為690 m。

4. 浮標設施布置

浮標根據《中國海區水上助航標志》（GB4696-1999）布置，在LNG航道兩側及轉向拐點處設置浮標，總共設置浮標18座。其中直線航道兩浮標之間的距離約為0.54 n mile。在碼頭的兩端設置燈樁，配置航標燈和電源。

5. 拖輪的運用

根據《液化天然氣碼頭設計規范》（JTS 165-5-2009）：當LNG船舶靠泊時，可配置4艘拖輪協助作業，離泊時，可配置2艘拖輪協助作業。拖輪的總功率應根據船型和當地自然環境等因素確定，且單船最小功率不應小于3 000 kW。目前珠海港實際可租用的功率大于3 000 kW的拖輪為4艘，自造功率為6 500 HP的拖輪2艘，滿足了大型LNG船舶靠離泊的需求。

三、LNG船舶進出港與靠離泊操縱

LNG船舶進出珠海港主要分為兩段區域，其一為航道水域，另一為制動回旋水域。航道航行時，航道寬度和水深均受到限制，但水流較為穩定，受風流的影響較大。制動回旋水域為船舶掉頭操縱和靠離泊水域，水深及水域均受到限制，操縱相對困難。珠海港LNG船舶設計主要船型參數如表2所示。

表2　LNG船舶設計船型參數

1. 航道航行

LNG航道自航道入口至制動回旋水域，航道總里程約4.4 n mile，航道軸線方位170°～350°。船舶在航道航行時應對船速進行有效的控制。在接近港池的航道航行時應及早控制船速，但應注意船速過低給船舶操縱帶來的影響。當進入LNG航道時，船速可控制在8～9 kn。接近制動回旋水域前應適當降速，為保證航道內舵效，可利用船尾的拖輪協助降速。航行至航道末端（15號浮附近），船速可控制在5 kn以下。大型LNG船舶滿載進港時，距離泊位1 n mile時的船速應控制在3 kn左右；距離泊位1倍船長時的船速應控制在1 kn以下。當船舶進港受橫風（E風、W風）影響時，應預配合適的風流壓差，使船舶保持在計劃航線上，接近制動水域時應尤其謹慎航行。防波堤內流向大致和航道軸線平行，但當有橫流影響，尤其是在與橫風影響疊加時，船舶保向困難，因此應盡量避開急流時段，選擇在緩流時段進港。

2. 靠離泊方式［2］

該碼頭附近水域呈現典型的季風氣候，冬季盛行偏北風，夏季盛行偏南風。LNG碼頭及回旋水域南側存在淺水區域，當存在落流偏北風，左舷離泊船舶易被壓向南側淺水區，故冬季以右舷靠泊為宜。LNG碼頭及回旋水域北側存在淺水區域，當存在漲流偏南風，右舷離泊船舶易被壓向北側淺水區，故夏季以左舷靠泊為宜。滿載進港靠泊宜頂流靠泊，并避免急漲急落時進行靠離泊作業。

3. 制動回旋水域操縱

LNG船舶進港靠泊時，從航道末端進入回旋水域后，距泊位約1 n mile，船舶需向右轉向抵達泊位進行靠泊。該段水域流向基本和航道走向一致，船舶進港過程中應充分利用流。抵達泊位前，因船速較低，需要拖輪協助保位保向。落水時，應右舷直接靠泊；漲水時，應掉頭左舷靠泊。離泊出港時，左舷靠泊可直接離港，右舷靠泊應掉頭離港。靠泊過程中應注意保持與南北兩側淺水區的距離，因此應充分利用拖輪協助船舶操縱。以左舷靠離泊為例，LNG船舶靠離泊過程中拖輪使用情況可按圖3所示。其中，左圖為船舶靠泊初期拖輪使用情況，中間圖為靠泊后期拖輪布置，右圖為左舷離泊時拖輪布置情況。

靠泊過程中應掌握好入泊橫距、入泊角度和船舶速度等。落流靠泊過程中，入泊橫距可控制在3倍船寬左右，距泊位1倍船長左右，船速控制在1～2 kn。接近停泊水域時，應提前將船拉平，貼靠碼頭時，反向靠岸速度應控制在10 cm/s以下，靠泊角度不大于5°，以平行靠泊為宜。

圖3　LNG船舶左舷靠離泊拖輪使用情況

四、模擬實驗結果分析

1. 模擬實驗論證

為了驗證大型LNG船舶在不同環境條件下進出港及靠離泊的安全問題，在大連海事大學研制的大型船舶操縱模擬器上進行了模擬實驗。通過模擬LNG船舶在25種不同風流環境條件下的操縱，選取兩種典型的模擬實驗結果進行分析，得出如下結論（其模擬試驗圖如圖4所示）：

圖4　大型LNG船舶靠離泊模擬操縱示意圖

大型LNG船舶（Q-FLEX、Q-MAX船型）在下列條件下能夠在航道內安全航行：

（1）風力≤6級（12.3 m/s）。

（2）流速≤2 kn（1.0 m/s）。

（3）2艘拖輪護航。

（4）航道航行應在白天進行。

（5）能見度≥2 000 m。

（6）外部通航管理條件滿足規范要求。

大型LNG船舶在進出港航道航行時，應實行交通管制并配備護航船舶，且其前后各1 n mile范圍內不得有其他船舶航行。

大型LNG船舶（Q-FLEX、Q-MAX船型）在下列條件下能夠安全完成靠泊：

（1）風力≤6級（12.3 m/s）。

（2）流速≤1.5 kn。

（3）靠離泊應在白天進行。

（4）至少配備4艘拖輪，3艘5 000 HP及以上，1艘4 000 HP及以上。

（5）能見度≥1 000 m。

（6）外部通航管理條件滿足規范要求。

2. 操縱要點

（1）航道航行，船速可控制在8～9 kn，接近旋回水域時應適當降速，利用拖輪進行協助，航行至航道末端，船速應控制在5 kn以下。

（2）落流右舷靠泊，控制橫距在3倍船寬左右，距泊位1倍船長時，速度控制在1～2 kn，保持合適的受流角度，使船舶緩慢靠向碼頭。

（3）漲流左舷靠泊，抵達旋回水域時船速應在2 kn以下并開始掉頭。掉頭過程中，注意控制船舶的前進、后退，利用拖輪控制船舶橫向漂移，并盡可能搶上風上流，保證船舶在旋回水域內安全掉頭。

（4）左舷離泊，船首與出港方向基本一致，可直接利用拖輪將船舶拉出，船舶進車直接離泊。航行中壓一定舵角，使船舶行駛在航道中心線上。

（5）右舷離泊，船舶需掉頭離泊，此時船舶受風的影響可能較大。利用拖輪將船舶拉離泊位，同時利用拖輪穩定船位。受風流影響較大時，盡可能搶占上風流。

五、建議

（1）LNG船舶在進出港、靠離泊操作之前，應根據當時的環境、潮流和船舶本身的裝載情況、性能、船齡以及主機性能及可靠性等做好港內操作計劃，并根據各種情況的變化隨時修正。［3］

（2）大型LNG船舶進出本港時，需由港區資深引航員引航。

（3）航道航行時應盡可能避開漲急流時段，選擇緩流時刻進港。

（4）建議本港區與相關氣象臺建立合作關系，一旦氣象條件出現任何問題，可及時取得最新的氣象資料，并做好相應的準備工作。

［1］李紅亮，楊傳波.LNG船舶進出港對珠海港主航道通過能力影響［J］.水運工程，2013（6）：85-86.

［2］陸元旦，劉斌，王華.洋口港北航道及LNG船舶的操縱［J］.航海技術，2012（5）：14-17.

［3］祁超忠.LNG船舶港內作業前期研究及風險防范［J］.航海技術，2008（6）：2-4.

10.16176/j.cnki.21-1284.2015.12.008

中央高校基本科研業務費專項資金（3132015007）