漁船實(shí)用穩(wěn)性衡準(zhǔn)探討

在《漁業(yè)船舶法定檢驗(yàn)規(guī)則ZY2000》 第七篇 第5章中，對(duì)于漁船穩(wěn)性的計(jì)算，規(guī)定可以使用兩種版本：按我國(guó)的傳統(tǒng)的穩(wěn)性衡準(zhǔn)進(jìn)行校核（以下簡(jiǎn)稱《傳統(tǒng)衡準(zhǔn)》）為主；若按IMO國(guó)際完整穩(wěn)性規(guī)則的穩(wěn)性衡準(zhǔn)進(jìn)行校核（以下簡(jiǎn)稱《IS衡準(zhǔn)》），驗(yàn)船部門也予以認(rèn)可。兩部衡準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型不同，雖然都有氣象衡準(zhǔn)數(shù)K≥1的要求，但其臨界氣象衡準(zhǔn)（K=1時(shí)）的抗風(fēng)等級(jí)大不相同。兩種衡準(zhǔn)相對(duì)比較，特別在抗風(fēng)等級(jí)的實(shí)用性方面，《IS衡準(zhǔn)》似乎要優(yōu)于《傳統(tǒng)衡準(zhǔn)》。現(xiàn)試分析如下：

風(fēng)級(jí)、風(fēng)速和風(fēng)壓的關(guān)系

氣象預(yù)報(bào)的風(fēng)級(jí)為蒲氏風(fēng)級(jí)，并以海平面以上10m高處的平均風(fēng)速為基準(zhǔn)進(jìn)行預(yù)報(bào)，其風(fēng)級(jí)N、風(fēng)速V和風(fēng)壓P之間存在著下述關(guān)系：

N級(jí)風(fēng)時(shí)的平均風(fēng)速：

風(fēng)壓與風(fēng)速的關(guān)系：

或

氣象預(yù)報(bào)的風(fēng)級(jí)與風(fēng)速的關(guān)系見表1。

從表1可以看出，每級(jí)風(fēng)的風(fēng)速大小都有一定的范圍，故在預(yù)報(bào)船舶的可抗風(fēng)級(jí)時(shí)，應(yīng)以可抗某級(jí)風(fēng)的最大風(fēng)速為準(zhǔn)，以便覆蓋該級(jí)風(fēng)速的全部范圍。例如，對(duì)于滿足K=1臨界衡準(zhǔn)的風(fēng)速V=28.1m/s時(shí)，則按28.1m/s在表1的最大風(fēng)速欄反向插值，求出對(duì)應(yīng)的風(fēng)級(jí)為N=9.9（也可以按公式N=10（lgV+0.0778）/1.5-0.49進(jìn)行計(jì)算）。但在預(yù)報(bào)船舶的抗風(fēng)等級(jí)時(shí)，應(yīng)按氣象預(yù)報(bào)都是整級(jí)風(fēng)的形式只取N的整數(shù)部分。

表1：氣象預(yù)報(bào)的風(fēng)級(jí)與風(fēng)速的關(guān)系

風(fēng)壓與風(fēng)速梯度的關(guān)系

《傳統(tǒng)衡準(zhǔn)》與《IS衡準(zhǔn)》，都以距離水面6m高度處的風(fēng)壓為基準(zhǔn)。因空氣為粘性流體，在同一時(shí)間內(nèi)，不同高度處的風(fēng)速（空氣流動(dòng)的速度）不同，風(fēng)速沿垂向呈現(xiàn)梯度分布，不同高度處的風(fēng)速梯度系數(shù)ci的公式為：

式中：Vi—距海平面不同高度處的風(fēng)速，m/s；

V6—距離海平面6m高處的風(fēng)速，m/s。

用公式（3）的形式代入公式（4），可以導(dǎo)出：

式中:Pi—各航區(qū)不同高度處的風(fēng)壓；

P6—與Pi同一航區(qū)距離海面6m高處的基準(zhǔn)風(fēng)壓。

《傳統(tǒng)衡準(zhǔn)》將航區(qū)劃分為遠(yuǎn)海、近海、沿海三個(gè)航區(qū)分別進(jìn)行風(fēng)壓取值，而《IS衡準(zhǔn)》對(duì)風(fēng)壓的取值不分航區(qū)。兩者風(fēng)壓及風(fēng)速梯度取值的對(duì)比見表2。

從表列數(shù)據(jù)看，《IS衡準(zhǔn)》與《傳統(tǒng)衡準(zhǔn)》風(fēng)速梯度系數(shù)的取值基本一致。

表2：《傳統(tǒng)衡準(zhǔn)》與《IS衡準(zhǔn)》計(jì)算風(fēng)壓與風(fēng)速梯度的對(duì)比

《傳統(tǒng)衡準(zhǔn)》的臨界抗風(fēng)等級(jí)

《傳統(tǒng)衡準(zhǔn)》氣象衡準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型是：假定船舶失去動(dòng)力處在橫浪之中共振諧搖，當(dāng)搖到某一舷最大角度時(shí)，受到突然吹向另一舷的橫向陣風(fēng)而發(fā)生橫傾，用船舶自身抗傾覆能量與這種風(fēng)、浪聯(lián)合作用傾覆能量的比值K，作為氣象衡準(zhǔn)數(shù)，并規(guī)定K≥1（圖示略）。

《傳統(tǒng)衡準(zhǔn)》臨界氣象衡準(zhǔn)時(shí)的抗風(fēng)級(jí)別見表3。

表3：《傳統(tǒng)衡準(zhǔn)》臨界氣象衡準(zhǔn)時(shí)可抗陣風(fēng)的風(fēng)級(jí)

由表3可見，《傳統(tǒng)衡準(zhǔn)》滿足臨界氣象衡準(zhǔn)的最小抗風(fēng)等級(jí)分別為：遠(yuǎn)海航區(qū)13.3級(jí)；近海航區(qū)10.8級(jí)；沿海航區(qū)8.5級(jí)。

圖1:《IS衡準(zhǔn)》

《IS衡準(zhǔn)》的臨界抗風(fēng)等級(jí)

《IS衡準(zhǔn)》氣象衡準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型是：假定船舶失去動(dòng)力且處于橫風(fēng)橫浪之中，在定常風(fēng)的作用下，船舶向下風(fēng)舷橫傾了一定的角度，然后在此角度下受波浪的作用共振諧搖。當(dāng)船舶搖至上風(fēng)舷最大角度時(shí)，剛好受到突然加大的陣風(fēng)，將船吹向下風(fēng)舷產(chǎn)生橫傾。用船舶自身抗傾覆能量與這種風(fēng)、浪聯(lián)合作用傾覆能量的比值K，作為氣象衡準(zhǔn)數(shù)，并規(guī)定K≥1。其數(shù)學(xué)模型見圖1，校核的步驟如下：

1、船舶受到垂直于其中心線的一個(gè)定常風(fēng)壓的作用，產(chǎn)生一個(gè)定常風(fēng)傾力臂(lw1)；

2、假定在波浪作用下，船舶由lw1的平衡角(φ0)向上風(fēng)一側(cè)最大諧搖至橫搖角(φ1)；

3、然后船舶受到一個(gè)陣風(fēng)風(fēng)壓，產(chǎn)生一個(gè)陣風(fēng)傾側(cè)力臂(lw2)，且lw2=1.5lw1；

4、在此情況下，面積“b”應(yīng)等于或大于面積“a”，即K=b/a≥1。

在《IS衡準(zhǔn)》的數(shù)學(xué)模型中，設(shè)定陣風(fēng)風(fēng)壓力臂lw2與定常風(fēng)風(fēng)壓力臂lw1之間有l(wèi)w2=1.5lw1的關(guān)系。由于風(fēng)壓力臂與風(fēng)壓成正比，故陣風(fēng)的風(fēng)壓P2與定常風(fēng)的風(fēng)壓P1之間同樣存在P2=1.5P1的關(guān)系。利用公式（3）V=（P/0.7356）0.5（m/s），可以反推出P2所對(duì)應(yīng)的風(fēng)速V2，再以V2作為最大風(fēng)速，反推出可抗的陣風(fēng)風(fēng)級(jí)。它們之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表4。

由表4可見，《IS衡準(zhǔn)》滿足臨界氣象衡準(zhǔn)的最小抗風(fēng)等級(jí)為10.9級(jí)。

對(duì)《傳統(tǒng)衡準(zhǔn)》的討論

從表3和表4的對(duì)比可以看出，就臨界氣象衡準(zhǔn)的最低抗風(fēng)能力而言，《IS衡準(zhǔn)》與《傳統(tǒng)衡準(zhǔn)》三個(gè)航區(qū)的抗風(fēng)等級(jí)相比，其10.9級(jí)較遠(yuǎn)海航區(qū)要求低了2.4級(jí)；較沿海航區(qū)要求高了2.4級(jí)；與近海航區(qū)要求持平（高0.1級(jí)）。根據(jù)國(guó)內(nèi)漁船的實(shí)際需求，現(xiàn)對(duì)穩(wěn)性衡準(zhǔn)提出幾點(diǎn)探討性的意見：

1、《IS衡準(zhǔn)》適用于全球海域的漁船，中國(guó)的海域當(dāng)然也應(yīng)包括在內(nèi)。即使《傳統(tǒng)衡準(zhǔn)》規(guī)定距離臺(tái)灣島的東海岸、海南島的東海岸及南海岸若干海里以外的遠(yuǎn)海航區(qū)，其海況的惡劣程度總不會(huì)超越“好望角”海域和北大西洋冬季的海況。而將國(guó)內(nèi)漁船遠(yuǎn)海航區(qū)的抗風(fēng)等級(jí)提高到13.3級(jí)，超越了《IS衡準(zhǔn)》的10.9級(jí)，似乎過分保守。

2、航區(qū)應(yīng)是指漁船作業(yè)的海域。在原有的《傳統(tǒng)衡準(zhǔn)》中，對(duì)漁船捕魚中穩(wěn)性風(fēng)壓取值的規(guī)定是：“Ⅰ類航區(qū)漁船的風(fēng)壓可取Ⅱ類航區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)；Ⅱ類航區(qū)漁船的風(fēng)壓可取Ⅲ類航區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)；Ⅲ類航區(qū)漁船的風(fēng)壓可以降低30%。”這種規(guī)定若和實(shí)際情況掛鉤，也就是剔除了遠(yuǎn)海航區(qū)風(fēng)壓的概念，而近海航區(qū)的風(fēng)壓等同于《IS衡準(zhǔn)》的要求。

3、現(xiàn)在船舶科技如此發(fā)達(dá)，無(wú)線電通信系統(tǒng)如此先進(jìn)，通過接受氣象傳真，漁船預(yù)先停航或借港避風(fēng)，完全可以避開暴風(fēng)的襲擊。遠(yuǎn)洋作業(yè)的漁船，一直使用《IS衡準(zhǔn)》而從沒有發(fā)生過氣象衡準(zhǔn)的事故，國(guó)內(nèi)漁船使用也應(yīng)沒有問題，若仍將最低抗風(fēng)級(jí)別堅(jiān)持定到13級(jí)以上，過分的保守將會(huì)對(duì)社會(huì)資源造成巨大的浪費(fèi)。

4、滿足沿海航區(qū)《傳統(tǒng)衡準(zhǔn)》的絕大部分都是小型漁船。從歷年統(tǒng)計(jì)來(lái)看，小型漁船發(fā)生穩(wěn)性事故的數(shù)量最多。為減少小型漁船事故的概率，提高該類船的穩(wěn)性標(biāo)準(zhǔn)，向《IS衡準(zhǔn)》靠攏也是很有必要的。

綜上所述，建議修改我國(guó)漁船《傳統(tǒng)衡準(zhǔn)》的規(guī)定，直接與《IS衡準(zhǔn)》接軌。其好處有三：一是降低了國(guó)內(nèi)船舶抗風(fēng)等級(jí)的拔高要求，能取得巨大的節(jié)能效益；二是對(duì)沿海航區(qū)大量的小型漁船提高了抗風(fēng)等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)減少事故多發(fā)提供了更可靠的技術(shù)保障；三是所有漁船的穩(wěn)性，不分航區(qū)都用《IS衡準(zhǔn)》校核，具有刪繁就簡(jiǎn)、完整統(tǒng)一的功效。

表4：《IS衡準(zhǔn)》規(guī)定的風(fēng)壓及其對(duì)應(yīng)陣風(fēng)的風(fēng)速與風(fēng)級(jí)