超大型船舶駛往曹妃甸水域的渤海經驗航線淺析

韋小軍　馬長青

摘 要：近年來全球海上貿易方面需求量的日漸提高，船舶也漸漸向著超大型化的方向迅速發展。唐山港曹妃甸港區作為國內可以靠泊Valemax船型的四個港口之一，會有越來越多的超大型船舶進入渤海水域靠泊曹妃甸港區。而渤海水域的水深較淺，航路上海圖水深大部分在30米以下，深吃水船舶在此水域航行，無論是船舶本身還是監管部門都面臨很大壓力。通過收集和整理的一些典型深吃水船舶進入曹妃甸水域的航線和航行方法及注意事項，給相關的管理者和操作者一些啟迪。

關鍵詞：Valemax型散貨船;渤海水域;經驗航線;富余水深UKC;渤海灣潮汐;風暴潮

中圖分類號：U675? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）05-0085-03

2015年11月15日，40萬噸級礦石船“BERGE EVEREST”輪首航渤海灣靠泊曹妃甸礦石碼頭，開啟了曹妃甸港的深水大港新時代。經統計，2017年2月～2018年2月，一年間進入曹妃甸水域的吃水超過21米的超大型船舶超過30艘次，最大吃水記錄為德國籍船舶“PEENE ORE”，吃水23.2米。而渤海水域的海圖水深大部分在30米以下，最淺水域水深24.5米～25米，較小的富余水深給船舶操縱和安全都帶來了極大的影響。深吃水船舶如何選擇西行航線，減小航行風險，安全抵達曹妃甸水域，給船舶管理公司、船長以及監管部門帶來不小的壓力。

1超大型船舶特點

1.1超大型船舶型尺度和操縱性

雖然集裝箱船型目前尺度越來越大，但設計吃水均不超15米，在渤海航行均不受水深影響。根據目前的船型，吃水超過21米的船舶均為VLCC（超大型油輪） 和VLBC（超大型散貨船），船舶尺度范圍為：船長320米以上，船寬55米以上。2015年交通運輸部印發了《40萬噸散貨船設計船型尺度及相關設計規定》規定：Valemax型礦砂船，船長360米，船寬65米，滿載吃水23米。有7個貨艙，載重噸40萬噸。本文就以40萬噸級Valemax船型作為研究船型，來分析研究渤海灣淺水區航行時的富余水深和注意事項。

由于超大型船自身尺度大，導致船體在實際航行運動時所受到的風流作用力明顯增大。排水量和慣性較大，導致沖程增大，制動性較差。舵效差，航行穩定性差，實際旋回性也較差。

1.2超大型船舶的下沉量

在受限水域，水域寬度和深度的限制，改變了船體周圍的流態，同時船舶首尾線方向的壓力分布發生變化。在淺水中，由于船體周圍的流動由三維流動變為二維流動，流速增加，使船體周圍水壓力的變化加劇，船中低壓區擴展至船尾，船體下沉和縱傾變化均較深水中更為顯著。超大型船舶除了船長船寬的因素導致需要足夠寬度的航道外，航道深度限制了大部分深吃水超大型船舶航行水域。而在淺水區域航行，船舶無法忽略下沉量對富余水深造成的影響。通過大量的登輪數據積累，發現目前大多數船舶均在使用Barrass（1981）的計算公式，即船舶首下沉量為：開敞水域，Sb=1/100*Cb*V2 ;受限水域，Sb=1/50*Cb*V2

其中Sb：下沉量;? V ：船舶速度 ;Cb：船舶方形系數，而目前超大型船舶的方形系數在0.80～0.87之間

按照公式計算可得Valemax船重載狀態下各個速度范圍內的下沉量（Cb為0.8266）。（見表1）

2從老鐵山水道到曹妃甸水域經驗航線及航線選擇

經過近幾年來對進出曹妃甸港口的深吃水船舶的航線數據統計、總結和分析，吃水超過20米的船舶從老鐵山水道警戒區到曹妃甸水域的主要航線有2條（見圖1），且有鮮明的特點。

航線1：從老鐵山通航分道西北側警戒區直接駛向曹妃甸通航分道。該航線為國外船東和船員選擇的航線，也是大多數船舶進入曹妃甸水域選擇的航線。來曹妃甸港的第一條Valemax船型吃水21米的“BERGE EVEREST”輪，以及吃水23.2米的德國籍散貨船“PEENE ORE”輪均采用了這條航線。該航線上最淺的海圖水深為24.5米。

航線2：從老鐵山水道的警戒區向西南方向航行，經過大概位置38°32′N，119°58′E，轉向西北側航行，在大概位置38°46.5′N，119°14′E，與航線1匯合，或者繼續向西北側航行，將航線1北側的沉船（概位38°48.4′N，119°06.4′E）放在航線左側通過，讓清沉船后再折回向曹妃甸通航分道入口航行。避開了航線1航路上的水深24.5～25米的淺水區。選擇該航線航行的船舶大多數均為國內船東和船員，強大的岸基支持部門不但充分分析了航路上的淺點、礙航物，而且向船上提供預測的渤海灣天氣、潮流以及航路上的潮差和潮位等方面的信息，給船長選擇安全航線提供了強有力的支持。

3渤海灣潮汐、潮流和風暴潮對航路影響

（1）渤海灣的潮汐性質較為復雜，以不規則半日潮為主。本航線所處海域的潮汐類型屬于規則半日潮向不規則半日潮過渡海域。從潮汐表上一般可查詢到港口或沿岸的潮汐資料，典型的三個港口和沿岸為南隍城島，黃河口（東），曹妃甸港。國家海洋環境預報中心的研究報告和“渤海潮汐預報及流場特性分析”的論文中所得到的潮汐特征值為：航線東側為規則半日潮類型，西側為不規則半日潮類型;航線附近的平均高潮為1.0～1.3米，平均低潮為0.4～0.5米，航線上的平均潮差為0.5～0.8米，由東向西潮差逐漸減小;夏季潮位最高，冬季潮位最低。

（2）渤海灣以不正規半日潮流為主，且多為往復流，近岸側流水較遠岸側急。老鐵山水道流速最大，約為3～5節，其他海區流速大多數都不超過2節，故在經驗航線附近的潮流小于2節，當船舶低速航行時注意對船舶偏離航線的影響。

（3）渤海灣一年四季都有風暴潮發生，風暴潮會產生風暴增水和風暴減水現象，其中風暴減水對航線上的潮位構成影響，通過分析得到造成渤海海域風暴減水的天氣特征為：①冷高壓南下配合氣旋出海，渤海受北到西北風控制;②冷高壓南下后東移出海，渤海受西到西北風控制。據統計，2000～2010年間環渤海沿岸的風暴減水特征是，平均每年大于0.5米的減水天數約為30天，大于1.0米的減水天數約為4.5天;渤海海峽內比海峽口外更容易出現減水且減水值略大;夏季6～8月出現減水過程較少，9月至次年4月整個渤海減水頻繁，強度較大，經過推算，該航線附近百年一遇的風暴減水極值約為0.8～1.2米。

4 船舶航行過程中的控制與實際測深數據

4.1船速的控制

眾所周知，船舶可以通過控制船速來控制其下沉量，對于船舶淺水區航行的船速控制論證也很多，根據筆者在超大型船舶上多年的工作經驗：超大型船舶在淺水區降速航行不只是為了減少船舶下沉量，更重要的原因是因為船舶淺水區航行，船舶阻力增大，主機負荷增大，熱負荷和機械負荷急劇增加;淺水區航行還會造成船體振動增大，長時間的振動對船舶設備損傷很大，富余水深太小，造成海底門吸入過多泥沙而影響船舶冷卻系統。故船舶在淺水區為了保證良好的工況，只能降速航行，而通過長時間實際觀測、記錄以及和多名來曹妃甸港口的船長溝通交流，大家普遍認為吃水超過20米以上的船舶在海圖水深為24.5～25.5米的渤海水域航行時，船速6～10節為宜，通常為7～8節左右。

4.2航線富余水深UKC的確定

歐洲引航協會對大型船舶的要求為：UKC（包含下沉量）采用吃水的比值確定，即外海航道UKC取最大吃水的20%，港外航道取15%，港內時取10%。而我國航海界經驗公式和大部分船公司的規定UKC均為船舶最大吃水的10%+船舶下沉量。以Valemax型船為例，船舶滿載吃水23米進入老鐵山水道時，油水消耗后船舶實際吃水約為22.85米。我們取滿載23米計算，船速控制在最高8節，船舶下沉量值取1米，根據歐洲引航協會關于富余水深的20%要求，船舶要求的最小UKC為4.6米，根據中國航海界的經驗公式，最小UKC為3.3米。在不考慮潮高的情況下，Valemax型散貨船所需的最小水深為26.3米。

4.3航線上實際富余水深的測定

目前，靠泊曹妃甸港口的超大型船舶一般都保留航路上的測深數據，部分船公司非常重視超大型船舶在渤海灣航行的經驗航線。筆者專門多次登輪從船方獲得相關記錄，與船長探討該航路上的水深及航行經驗，并從中選擇了5條具有代表性船舶的航線記錄，這5條航行記錄在船舶航行過程中天氣狀況良好，幾乎沒有受到風浪影響。

以上表格中為船舶船首測深儀顯示的實測數據，前3條船舶沒有當時的潮高數據（見表2）。

雖然前3條船的船東為國外船東，船方無法獲得當時的潮高信息，但根據經驗推斷潮高值可取1米，船舶該速度下的下沉量值大概為0.8米。根據計算公式：

實際水深=船舶吃水+船舶下沉量+測深儀數值 - 當時潮高

可得：船舶所駛的航線1的實際水深為最小值26米左右，航線2的實際水深最小值為26.5米左右。

5 總結與建議

（1）根據近年來進出曹妃甸水域的超大型船舶的航行經驗總結，在良好的天氣和海況下，沒有異常潮水的影響下，23米以下的大吃水船舶可以安全地由老鐵山水道進入曹妃甸水域。

（2）根據進入曹妃甸的超大型船舶的測深數據，如果預報的潮汐值準確，船舶測深儀誤差很小，從老鐵山水道到曹妃甸水域的航路水深達到26米左右，但海圖水深最淺處只有24.5米，船舶實測水深和海圖水深有一定的誤差。

（3）由于海圖水深數據實際是50年代的數據，多年的沖刷淤積及海平面的變化甚至地殼運動的影響，水深會產生變化，建議相關部門進行詳細的水深測量。

（4）渤海航路淺水區水域缺乏理論最低潮面的基礎數據，建議進行長時間驗潮觀測，確定海域的理論最低潮面，以供地形測量及潮位測量使用。

（5）建議進行航線上的潮汐連續觀測，為船舶乘潮進港提供數據支持。如果需要可申請氣象保障服務，委托“國家海洋環境預報中心”（海洋災害預警報室）提供收費的氣象保障服務，尤其在滿載吃水超過22米，冬季天文潮低且風暴潮減水期間。該預警室可準確地預報航路上各控制點的實時總潮位（天文潮位和風暴潮疊加），并提供最佳的乘潮時段。

（6）船舶如果需乘潮航行，建議漲潮到平潮前1～2小時從老鐵山出發，隨著航行時間的推進和潮波的傳播，可保證通過水深較淺的各點時，潮位處于平潮前后的較大潮高之上，這時潮高比低潮約大0.5～0.8米，即相差一個潮差。建議船舶使用“氣象預報產品”及氣象保障服務。

總之，深吃水大型船舶在選擇從老鐵山水道至曹妃甸水域之間的安全經濟航線時，應充分考慮到天文低潮和風暴潮減水現象對安全航行的影響。

參考文獻：

[1]趙月林，古文賢.船舶操縱[M] 大連：大連海事大學出版社，2005.

[2]陳明鋒. 析超大型船舶西行曹妃甸的渤海深水航線[J]. 航海技術，2013，05：6-9.