欽州灣防風系船浮筒系統研究

唐貴靈

摘 要：為了研究欽州灣內防風系船浮筒系統，提出適合欽州灣內防風系船浮筒的安全條件。分析欽州灣水域風、浪、流等氣象、水文條件，計算防風系船浮筒系泊力、系泊半徑和錨地水深。研究表明，1500噸級船舶防風系船浮筒系泊力最大為335KN，防風系船浮筒系泊半徑最大為326m。此結論可為欽州灣內設置防風系船浮筒提供科學依據。

關鍵詞：防風系船浮筒；系泊力；系泊半徑；錨地水深；欽州灣

中圖分類號：U675.921 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2016）09-0044-02

欽州港位于中國南海北部灣頂端的欽州灣內，北靠南寧，東與北海相鄰，西南與防城港交界，背靠大西南，面向東南亞，是廣西沿海“金三角”的中心門戶，大西南最便捷的出海大通道。目前欽州港內尚未配置防風系船浮筒設施，因此研究欽州港內防風系船浮筒系統尤為重要。文獻[1]通過對特定船舶的系泊物理模型試驗，研究了浮筒式防風單點系泊系統在風、浪、流單獨作用和組合作用下的運動規律和動力響應，并進一步研究了環境因素（強風、浪、流）大小、系泊線長度和剛度等因素對系統運動和動力的影響。文獻[2-4]對單點系泊油輪動力響應以及各參數對單點系泊的影響及穩定性進行分析。單點系泊通常是指船舶通過一艏（艉）的系纜索或剛性搖臂與海上的系泊點相連接。單點系泊（SPM）是我國海軍水面艦艇和部分民用船舶在避風錨地抵御臺風災害的主要方式。下文從主要從欽州水域風、浪、流、防風系船浮筒系泊力及系泊半徑、錨地水深等方面進行分析，對適合欽州港內防風系船浮筒的設置提出建議。

1 防風系船水域環境分析

1.1 水文條件

欽州灣潮型為不正規全日潮，潮差大，息潮時間短，落潮歷時小于漲潮歷時，落潮流速大于漲潮流速，流向較穩定。根據統計分析，欽州灣內漲潮平均流速為0.08～0.28m/s。最大流速為0.54m/s；落潮平均流速為0.09～0.55m/s，最大流速為0.95m/s。

波浪以風浪為主，常浪向為SSW向，頻率占17.67%，其次為NNE向，頻率為17.2%；強浪向為SSW向，次浪向為S向和NE向。實測最大波高為3.4m，波向為ESE向；實測最大周期為6.8s。

1.2 風況

欽州港屬南亞熱帶海洋性氣候，盛行季風，冬無嚴寒，夏無酷暑，高溫多雨，干濕分明。根據統計資料，欽州港季風分布特征比較明顯，每年5～8月多偏南風，尤以6～7月最多，10月至翌年3月多偏北風，4月和9月為偏北風氣旋和偏南風氣旋交替時期。全年常風向N，其頻率為26%，次常風向為NNE，其頻率為9.2%；強風向為S，極大風速為36m/s；多年平均風速為3.8m/s。

1.3 防風系船浮筒系泊力

根據《防風系船水鼓》（GJB1119-2006），作用在防風系船水鼓上系泊力計算公式如下：

1.4 防風系船系泊半徑

根據《海港總體設計規范》，浮筒系泊水域系泊半徑按下式計算：

R=L+r+l+e （7）

式中：R——單浮筒水域系泊半徑（m）；L——設計船長；r——由潮差引起的浮筒水平偏位（m），每米潮差可按1m計算；l——系纜的水平投影長度（m），DWT≤10000t，取20m；e——船尾與水域邊界的富裕距離（m），取0.1L。

1.5 防風系船錨地水深

根據《海港總體設計規范》（JTS165-2013）規定，港外錨地設計水深不應小于設計船型滿載吃水的1.2倍。若該海區波浪累計頻率為4%的波高超過2m時，應增加波浪富裕深度。

2 案例分析

擬在欽州港內錨地附近設置5座防風系泊浮筒，靠泊1500噸級船舶，其浮筒地理位置見圖2，代表船型尺度參數見表1。

2.1 防風系船浮筒系泊力分析

由分析可知，風動力影響系數μ取值為1.3，風速分別取6-12級，水流組合系數取8.4，水流速度取該水域最大流速0.95m/s，船舶方形系數取0.5，根據公式（1～6）經計算可知，不同風級對應的系泊力值見表2。

2.2 防風系船浮筒系泊半徑分析

根據公式（7）可知，1500噸級船舶系泊半徑為191m。擬建1#防風系船浮筒在1#內錨地范圍內；2#防風系船浮筒與1#、4#內錨地距離分別為390m、100m；3#防風系船浮筒與1#、4#內錨地距離分別為590m、480m；4#防風系船浮筒與1#、4#內錨地距離分別為800m、150m；5#防風系船浮筒與1#、4#內錨地距離分別為1200m、350m。

根據《海港總體設計規范》規定：港內錨地單浮筒系泊時，錨地邊線至進港航道、碼頭港池水域、碼頭建筑物、防波堤、淺堤、礁石、沉船的安全距離不應小于1倍設計船長。單浮筒系泊船舶錨位中心點間的最小距離可按2倍系泊水域半徑考慮。因此建議1#防風系船浮筒向北移動至點，調整后與1#內錨地距離為100m。調整后的防風系船浮筒地理位置示意圖3。

移動后的1#防風系船浮筒與1#內錨地距離為100m，因此，可以確定1#防風系船浮筒的最大系泊半徑為100m；2#防風系船浮筒與4#內錨地距離為100m，因此，可以確定2#防風系船浮筒的最大系泊半徑為100m；4#防風系船浮筒與4#內錨地距離為150m，因此，可以確定4#防風系船浮筒的最大系泊半徑為150m；經測量，3#防風系船浮筒與2#防風系船浮筒的距離最近，為400m，3#防風系船浮筒與附近淺點的距離為300m。經計算，可得出3#防風系船浮筒的最大系泊半徑為169m；5#防風系船浮筒與4#內錨地距離為350m，與最近的4#防風系船浮筒的距離為480m，與龍門航道的距離為600m。計算得出5#防風系船浮筒的最大系泊半徑為326m。

根據《海港總體設計規范》，計算出可系泊的最大船舶船船長，具體計算結果見表3。

2.3 防風系船錨地水深分析

由于欽州水域波浪累計頻率為4%的波高未超過2m，因此，錨地設計水深不應小于設計船型滿載吃水的1.2倍。

根據表1可知，代表船型的船長為150m，吃水為3.5m，所以錨地水深應不小于4.2m。防風系船水鼓最大系泊半徑范圍內的水深見圖4～5。

由圖4～5可知，1#防風系船水鼓（本報告建議移動后的）最大系泊半徑100m內的水深最小值為7m，因此，可以系泊200噸級船舶；2#防風系船水鼓最大系泊半徑100m內的水深最小值為5m，因此，可以系泊200噸級船舶；3#防風系船水鼓最大系泊半徑169m內的水深最小值為3.3m，因此，可以系泊200噸級船舶；4#防風系船水鼓最大系泊半徑150m內的水深最小值為4.4m，因此，可以系泊200噸級船舶；5#防風系船水鼓最大系泊半徑326m內的水深最小值為2.6m，但當系泊半徑縮小為100m時，其最小水深為4.3m，因此，可以系泊200噸級船舶。

綜合考慮1#、2#、3#、4#、5#防風系船水鼓的系泊半徑以及水深等條件，1500噸級船舶可以系泊在移動后的1#防風系船水鼓，此時，將占用1#錨地91m寬度水域，占用4#錨地70m寬度水域。

3 結論

（1）欽州灣內漲潮平均流速為0.08～0.28m/s，最大流速為0.54m/s；落潮平均流速為0.09～0.55m/s，最大流速為0.95m/s。欽州灣內流速較小，能夠滿足防風系船浮筒作業要求。實測最大波高為3.4m，波向為ESE向，最大周期為6.8s。極大風速為36m/s，多年平均風速為3.8m/s。

（2）1500噸級船舶安全系泊力最大為335KN，因此防風系船浮鼓沉塊、錨鏈等配件系泊力均應大于335KN。

（3）根據規范，1#防風系船浮筒設置于1#內錨地范圍內，對錨泊在1#內錨地的船舶構成安全隱患，因此1#防風系船浮筒需要移動。經計算的最大系泊半徑及所能系泊的最大船長見表3。

（4）綜合考慮1#、2#、3#、4#、5#防風系船水鼓的系泊半徑以及水深等條件，1500噸級船舶可以系泊在移動后的1#防風系船水鼓，此時，將占用1#錨地91m寬度水域，占用4#錨地70m寬度水域。

參考文獻：

[1] 夏運強，唐筱寧，蔣凱輝. 防風單點系泊系統試驗研究[J]. 工程力學. 2011，28（6）：182-188

[2] 徐興平. 單點系泊油輪動力響應試驗研究[J]. 中國石油大學學報：自然科學版. 2002， 26（4）：53-55

[3] 季春群. 各種參數對單點系泊運動及荷載的影響[J]. 中國海洋平臺， 2000， 15（1）：19-23

[4] 季春群，王磊，彭濤. 單點系泊的系泊穩定性分析[J]. 中國海洋平臺. 1998（Z1）： 12-14

[5] 李玉龍，于定勇，李翠琳，等. 防風單點系泊系統系泊力試驗研究[J]. 海岸工程. 2008， 27（2）： 17-25

[6] Tabbe J R，Nikkel K G，Wang F. Sensitivity of marine riser response to the choice of hydro-dynamic coefficients[C]. Proceedings of the 15th Annual Offshore Technology Conference. Houston： Offshore Technology Conference， 1983： 103-107

[7] 國防科學技術委員會. GJB119-98中華人民共和國國家軍用標準. 防風系船水鼓[S].北京： 中國標準出版社， 1991

[8] 中華人民共和國交通部. JTJ165-2013 海港總體設計規范[S]. 北京： 人民交通出版社， 2014