不同環(huán)境下燈浮標錨鏈的布放長度計算

張志江　張蓓敏　樂奇博　馬來好　陳海泉

【摘 要】 為正確確定在燈浮標布放作業(yè)時所需錨鏈長度，分析錨鏈在水中的狀態(tài)，給出錨鏈長度的計算公式，結(jié)合某轄區(qū)典型浮標和海洋環(huán)境，計算出不同水深、風(fēng)速、流速下錨鏈的布放長度。結(jié)果表明，該轄區(qū)錨鏈布放長度對風(fēng)速變化最為敏感，水深次之，流速影響較小。

【關(guān)鍵詞】 國際航標協(xié)會；燈浮標；錨鏈；布放長度

對于燈浮標錨鏈布放長度的確定，國際航標協(xié)會（IALA）在1998年給出關(guān)于通用系碇系統(tǒng)設(shè)計的建議。該建議指出在一般情況下燈浮標錨鏈長度與布設(shè)水深的關(guān)系：水深小于50 m時，浮標錨鏈最小布放長度為水深的2倍；水深大于50 m時，浮標錨鏈最小布放長度為水深的1.5倍。該經(jīng)驗法則在燈浮標布放作業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，但實際上其并未考慮作用于燈浮標上的各種阻力，以及布設(shè)海域的環(huán)境條件或錨鏈的單位長度濕重等情況。這種粗放式的經(jīng)驗管理方式，使得走錨、跑標以及斷裂的事故常有發(fā)生。[1] 因此，對于燈浮標布設(shè)而言，正確確定錨泊系統(tǒng)的鏈系長度，是保證燈浮標安全的一項重要任務(wù)。

1 錨鏈在水中的狀態(tài)

燈浮標的錨泊系統(tǒng)是指沉于海底的錨碇及連接錨碇與燈浮標之間的錨鏈。確定燈浮標所需錨鏈的長度，首先應(yīng)明確錨泊系統(tǒng)在水下的狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上，研究如何保證燈浮標在受到風(fēng)、浪、流的影響下，不發(fā)生跑標或者走錨的情況。為保證錨鏈在水中形成水平方向的牽引，發(fā)揮更好的錨泊定位效果，燈浮標錨鏈的長度總是比水深大幾倍。錨鏈在靜水中的狀態(tài)為懸垂和臥底兩種（見圖1）。在這種狀態(tài)下，富余的錨鏈長度既可隨潮汐的漲落而伸縮調(diào)節(jié)，也可增加其在海底的耙附力。

2 錨鏈長度的確定

2.1 懸垂錨鏈長度

2.2 臥底錨鏈長度

由錨鏈在水中的運動狀態(tài)（圖2）可以看出，①為燈浮標在靜水中錨鏈的狀態(tài)，②為燈浮標受到風(fēng)、浪、流外界作用力時的錨鏈狀態(tài)。在外界作用力逐漸加大時，燈浮標逐漸右移，懸垂錨鏈漸漸拉直。當(dāng)達到極限條件時，燈浮標的移動狀態(tài)由①處到達②處，懸垂錨鏈著地端產(chǎn)生垂直向上分力F。為了使錨碇不發(fā)生移動，在極限條件下，臥底錨鏈重力SG能夠平衡F，補充錨碇提供的耙附力。否則，若臥底錨鏈被完全提起，將會使錨碇松動，容易產(chǎn)生走錨現(xiàn)象。

3 錨鏈布放長度確定

選擇典型燈浮標HF-3.0以及相應(yīng)錨鏈參數(shù)作為實例，計算錨鏈長度。該燈浮標基本參數(shù)如下：直徑為3.0 m；燈浮標吃水為4.78 m；總高為8.914 m；燈底座距吃水線高度為4.13 m；質(zhì)量 kg。根據(jù)燈浮標基本參數(shù)，估算燈浮標風(fēng)、流等作用力面積，其中：燈浮標水上部分受風(fēng)面積為3.744 m2，燈浮標水下部分受流面積為6.437 m2。

根據(jù)某航標處轄區(qū)燈浮標常布設(shè)水深以及相應(yīng)的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)，計算分析在不同水深、風(fēng)速以及流速下燈浮標布放的錨鏈長度。

（1）當(dāng)風(fēng)速Va=20 m/s，流速Vw=2 m/s時，在不同水深下的錨鏈布放長度見表1。

（2）當(dāng)水深h=50 m，流速Vw=2 m/s時，在不同風(fēng)速下錨鏈布放長度見表2。

（3）當(dāng)水深h=50 m，風(fēng)速Va=20 m/s時，在不同流速下錨鏈布放長度見表3。

從上述表中結(jié)果可以看出，隨著水深、風(fēng)速以及流速的增加，所需的錨鏈布放長度也隨之增加，其中：在相同風(fēng)速和流速下，隨著水深的增加，布放錨鏈的長度與水深的倍數(shù)關(guān)系逐漸減??；在相同水深環(huán)境下，布放錨鏈的長度隨風(fēng)速增加而增加，流速變化對其影響不大?？梢?，錨鏈布放長度對布放水域風(fēng)速最為敏感，水深次之，而流速對其影響較小，基本可以忽略。這是由于轄區(qū)水域的流速變化范圍較小，對燈浮標的作用力也較小。

4 結(jié) 語

對于燈浮標錨鏈布放長度的確定，航標人員在實際作業(yè)中往往采用經(jīng)驗數(shù)據(jù)，并不十分了解所拋設(shè)的長度是否合適。本文針對這一情況，通過推導(dǎo)錨鏈長度的計算公式，結(jié)合轄區(qū)典型燈浮標和海洋環(huán)境，給出在不同環(huán)境下的錨鏈長度的計算結(jié)果，并分析不同環(huán)境對布放所需錨鏈長度的影響。這對指導(dǎo)燈浮標布放作業(yè)具有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻：

[1] 黃純.浮體和系碇系統(tǒng)計算機動態(tài)模擬研究[G].中國航海學(xué)會航標專業(yè)委員會第七屆大會論文集，2003：212-215.

[2] 汪妙強.錨泊時船舶放鏈長度的確定及其實用圖表[J].中國造船，1985（2）：79-86.

[3] 於健.錨泊時船舶放鏈長度的確定[J].天津航海，1996（2）：6-8.

[4] 王浩.深海浮標的總體設(shè)計與計算分析[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2012：66.

[5] 陳世才，范中洲，夏國忠.一種拋錨出鏈長度的計算方法[J].大連海事大學(xué)學(xué)報，1999（3）：44-47.