大型船舶深水錨泊極限水深的估算方法

洪恩瑰

一、引言

航海實踐經驗表明，通常情況下，如果條件具備，大型船舶一般會選擇30～40米水深的錨地錨泊[1-2]。然而在特殊情況下，例如富查伊拉港（Fujairah Port）[3-4]，其沿岸可供大型油船錨泊海域的水深大多在100米以上，因此，受天然水域條件限制，大型船舶不得不選擇深水拋錨方法以確保錨泊安全[5]。

眾所周知，錨泊水域的水深越深，則船舶所需的出鏈長度就越長，但實際船舶配備的錨鏈長度是有限的，且錨機的起錨力也要受到錨機自身額定功率的限制。錨泊操縱過程中，若錨機松出錨鏈過長，則錨可能收不回來，出現丟錨事故；若錨機松出錨鏈過短，雖能避免丟錨事故，但可能導致錨泊力不足而危及船舶安全。這就需要船長事先根據本輪錨設備的具體情況對本輪最大錨泊水深進行評估，既要保證錨設備的安全，又要保證錨泊安全。

本文憑借個人多年的大型船舶船長經驗，考慮深水錨泊安全所涉及的錨抓力、錨機負荷、錨位附近船舶通航密度、氣象水文條件、錨地底質等諸多因素。在其他條件均滿足安全要求的情況下，船長在確定錨泊水域的極限水深時主要是權衡安全的錨泊力與能夠安全被收回的錨機負荷之間的關系。根據有關資料的估算公式，結合大型船舶的尺度特征對其進行相應參數修正，以滿足實際航海錨泊安全操縱的需要。文中以某VLCC油輪在富查伊拉港外深水錨地極限水深的選取為案例，實踐驗證估算方法的簡單性和實用性。

二、深水拋錨極限水深的估算

在進行深水錨泊之前，船長確定極限水深時主要應考慮的因素是保證一定錨泊力的出鏈長度和確保錨能夠安全被收回的錨機負荷。

錨機的起錨力是確定船舶深水錨泊極限水深的重要指標之一。

1.考慮錨機負荷的極限水深計算方法

根據船舶配備的錨機額定起錨力的設計標準，理論上，深水錨泊時的水深極限（hmax）可通過下式計算[6]：

式中：Pw為錨機額定起錨力（t），或錨機額定負荷；Wa為錨重（t），一般情況下，船型尺度越大，錨重量也越大；λa為錨的抓力系數，根據錨型和底質確定；Wc為單位鏈長重量（t/m）；d為錨鏈孔至水面的距離（m），可根據船舶型深D和首吃水df大致估算，即d=D-df。

可見，式（1）的計算值僅是理論上的極限水深，沒有任何富余量，若航海實踐中直接使用，存在一定風險。因為實踐中既要對錨機的負荷留有余量，也要對出鏈長度留有余量。

2.經修正的極限水深計算方法

考慮到式（1）的局限性，將從船型尺度的影響和錨機負荷保留量角度進行修正。

船舶大型化是現代造船業發展的必然趨勢，其中的VLCC（如圖1所示）是現代大型船舶制造的代表，是衡量一個國家船舶制造水平和能力的重要標準。大型化船舶會引起大慣性、長時滯等異常操縱特性，使得操作難度急劇增加。因此，各指標的選取應偏于安全性。

圖1 某VLCC船舶海上運動俯視圖

對于類似于VLCC的大型船舶設計而言，隨著船型尺度的大型化發展，甲板機械的布設位置也發生相應改變，如圖2所示。因此，錨鏈孔至錨機之間的距離lBE常常超過10米，與傳統船舶尺度相比，由此所產生的鏈長增加量已經變得不可忽略，甲板上的錨鏈長度也應予以考慮，因此，需要對式（1）進行尺度修正。

另外，實際應用過程中，如果考慮錨的抓力的影響，式（1）也不適用。例如，某VLCC配備15噸的AC-14型錨，其錨機額定負荷為60噸。根據資料，AC-14型錨的抓力系數λa為8～11，則hmax計算結果將為負值。因此，在實際計算中，將λa設定為1，這就意味著在起錨過程中錨即將離開海底的瞬間錨的抓力僅剩錨的重力，此時要求船長動車使錨脫離錨位。

圖2 錨泊船錨鏈布置示意圖

綜合上述兩點原因，在實際操作過程中大型船舶水深錨泊的水深極限可按照下式進行修正：

式（2）根據錨機設備在實際應用中的狀況對其留有一定的余量δ，一般新船δ=5%。對于老舊船，隨著船齡的增大，設備逐漸老化，錨機起錨力也會逐漸降低。因此，在實際計算中，船長可以根據本船錨機的實際情況，對保留錨機起錨力余量做出適當的調整。lBE的長度取決于甲板錨機機械的安裝位置及角度，具體數值由實船實際測量確定。

3.某VLCC極限水深估算

以某VLCC為例，對其深水錨泊的水深極限進行計算。該船錨機設計額定負荷59.8噸，由于該船較新，取5%的額定負荷余量。其錨設備的其他參數及壓載和滿載兩種情況下的深水錨泊水深極限估算結果見表1。

表1中計算了VLCC船舶在錨機額定負荷余量為5%的情況下，壓載和滿載時船舶所需極限水深。為了方便在實際航海過程中迅速查找極限水深數值，可考慮分別以船舶不同載況的吃水和不同錨機額定負荷余量為獨立控制變量，分別繪制船舶所需極限水深、船舶不同載況的吃水和船舶錨機額定負荷余量之間的關系圖，如圖3和圖4所示。

表1 某VLCC不同載況時深水錨泊水深極限估算結果

圖3 船舶所需極限水深隨船舶載況變化的關系圖

圖3 是隨著船舶裝載情況發生變化所需錨泊的極限水深的估算值。可見兩個變量之間是線性關系，隨著船舶首吃水的增加，船體下沉量越大，因而，可供安全拋錨的極限水深也變深。

圖4 不同錨機負荷余量時極限水深與船舶載況關系圖

圖4 是不同錨機負荷余量時，隨著船舶載況發生變化，所需錨泊的極限水深的估算值，變量之間依然是線性關系。從圖中可知，隨著船舶首吃水的增加，船體下沉量越大，極限水深也越大；隨著錨機負荷余量的增加，極限水深值會變小。

需要說明的是，式（2）中的估算結果沒有考慮錨和錨鏈在水中的重量（即浮力），這一點是有利于船舶錨泊安全的。在起錨過程中錨鏈與錨鏈孔及制鏈器之間所產生的摩擦力可在錨機起錨力減扣額度中予以考慮。

另外，本估算結果也沒有考慮外力對船舶的作用使錨機負荷增大的情況。

三、富查伊拉港錨泊極限水深估算案例

富查伊拉港是全球有代表性的深水錨泊水域，港外可供大型油船錨泊海域的水深大多是在100米以上，因此，極限水深的有效估算是確保船舶錨泊安全的前提和基礎。

1.富查伊拉港區簡介[3-4]

富查伊拉港是阿拉伯聯合酋長國東部沿海的重要多用途轉運港口，港口設施齊全，腹地交通網絡便利。南距富查伊拉鎮約2千米，北距豪爾法坎港20千米，有公路相連。港外，東南至馬特拉卡布斯港約30海里，至科倫坡港約1 800千米。從該港起運至迪拜公路僅100千米，而經霍爾木茲海峽海路至少有200千米，是個天然港灣，地理位置優越。此外，該港還處于世界上三大輸油港之間，成為該地區供應船的中心港，是通向印度和其他地區市場的主要口岸通道，有集裝箱、漁港和油港碼頭，碼頭利用率非常高。近期，美國亞利桑那州MATCO石油鉆探公司在富查伊拉港口錨地外面，發現了油氣含量豐富的海底石油儲油層，預計在不久的將來，會給富查伊拉港帶來全面的繁榮，使之成為中東地區倉儲和集裝箱集散中心，富查伊拉港整體地理分布見圖5。

2.港域水深

主要概述從港區防波堤至港外錨地的水深分布情況。港區的防波堤是距離陸地最遠的海上建筑物，其水工布局位于20米等深線以內。自防波堤的堤頭開始度量，距離港外錨地的最短距離約為3.6海里，而水深變化量則從20米增加至65米，且水深變化幅度不均勻。自防波堤的堤頭到30米等深線的距離約為0.73海里，而從30米等深線至50米等深線的距離約為1海里，由此可見，水深變化率隨與港口距離的增加呈現增加趨勢。港外錨地設計形狀為長方形水域，依據功能區域不同，分布有Fujairah A、Fujairah N、Fujairah T、Fujairah D、Fujairah G、Fujairah C、Fujairah B、Fujairah W和Fujairah S等子區域錨地。錨地東西寬度約為7.3海里，水深變化范圍為65～145米，幅度約為90米。錨地南北長度約為10海里，水深變化需要將東西兩側單獨考慮：東側延伸至印度洋，水深深且變化范圍大，一般為120～150米；西側延靠近大陸域，水深淺且變化范圍小，一般為60～80米。整個水域最淺點為一非危險沉船位置，水深約為56米。

圖5 富查伊拉港區及港外錨地分布圖

3.港外錨地船舶密度

根據船訊網[7]對該水域的已開啟AIS設備信號的監測，結合多次當地拋錨的經驗，統計表明錨地區域錨泊船舶的密度一般為110～130艘次/天，理論上每天每艘船舶的錨泊水域大小為0.56～0.66海里，滿足實際拋錨對需用水域的要求。

4.港外錨地極限水深范圍確定

根據前文估算方案求算錨泊的極限水深。在5%的錨機額定負荷余量的前提下，考慮壓載和滿載兩種條件，依據表1中估算數值，繪制出錨泊安全水域區域，如圖6所示。

圖6是5%錨機額定負荷余量，VLCC在壓載和滿載條件下錨泊安全水深水域。圖中左邊曲線表示船舶壓載條件下所需的錨泊極限水深等深線，位于該線左側的錨地區域為壓載條件下的錨泊安全水深水域；右邊曲線表示船舶滿載條件下所需極限水深等深線，該線左側的錨地區域為滿載條件下的錨泊安全水深水域。可見，滿載條件下的錨泊安全水深范圍較壓載條件下的大。

圖7是錨機額定負荷余量分別在5%、10%和15%條件下，VLCC船舶壓載時錨泊安全水深水域關系圖。圖中，短畫線表示船舶在5%錨機額定負荷余量條件下所需的錨泊極限水深等深線，位于該線左側的錨地區域為錨泊安全水深水域；實線表示船舶在10%錨機額定負荷余量條件下所需的錨泊極限水深等深線，該線左側的錨地區域為錨泊安全水深水域；點畫線表示船舶在15%錨機額定負荷余量條件下所需的錨泊極限水深等深線，位于該線左側的錨地區域為錨泊安全水深水域。可見，錨泊安全水深范圍隨著錨機額定負荷余量的增大而減小。

圖6 富查伊拉港壓載和滿載條件下錨泊安全水深水域

圖7 不同錨機額定負荷余量條件下船舶壓載錨泊安全水深水域

值得注意的是，實際工作中，在起錨初期，考慮錨泊出鏈長度，在受外界風、流、浪等外力的作用下，作用于錨鏈的力可能瞬間劇增，此時，如果強行起錨，所需起錨力將大大超過錨機的額定負荷，從而引發事故。因此，在惡劣天氣或有強流時起錨時，應動車、施舵，控制錨鏈卷起的速度，以盡可能降低錨鏈受力。

四、結論

本文根據相關資料提供的深水錨泊極限水深的估算公式，結合個人經驗，對大型船舶深水安全錨泊極限水深估算問題進行探討，得到以下結論。

（1）結合航海實踐，考慮舵機承載負荷和大型船舶的錨機布設特征修正了極限水深的估算公式，可作為安全極限水深估算的參考。

（2）以VLCC錨泊富查伊拉港為例，對不同載況和舵機負荷富裕量條件下的錨泊安全極限水深進行估算，并繪制安全水深區域，基本符合航海實踐要求。

（3）盡管在實際工作中存在船舶位于本文繪制的安全區域以外錨泊的情況，且順利作業，但是，這并不意味著此種操作不存在風險。存在風險不一定發生事故，但卻一定是事故隱患。

（4）本文不足之處在于確定極限水深時，沒有充分考慮外界環境干擾的變化量，因此，實際工作中對于滿足極限水深條件下的船舶出鏈長度還需要做進一步研究。