超大型油輪靠泊時機探析

李 昂

一、引言

超大型船舶靠泊時，一般富余水深較小，淺水效應明顯，阻力大幅增加，附加質量和附加慣矩隨著水深逐漸變淺而增大，對操縱的影響也隨之增加。富余水深較小時，水流對船舶操縱的影響更加明顯，船舶對主機和舵的響應變得遲鈍，水動力及水動力矩明顯增大使得靠泊時橫移和轉向更加困難。超大型船舶靠泊作業主要依靠拖船的協助，然而，在水深逐漸變淺時，除了上述因素的變差使得船舶自身操縱性能變差外，拖船在橫向受流影響時，流速的變大也會極大地影響拖船自身的推拉效率。滿載超大型船舶啟動、停船慣性大，在靠泊作業時受流影響非常明顯，為確保船舶操縱有足夠的安全余量和拖船有一定的富余功率，在靠泊作業時選擇最佳的靠泊時機顯得尤其重要。本文通過滿載超大型油輪（以下簡稱VLCC）靠泊舟山外釣油品碼頭的實例，探析超大型油輪最佳靠泊時機。

舟山港有著獨特的地理位置和優良的深水岸線，目前，30萬噸級油輪泊位有4個、15萬噸級油輪泊位有3個，在建的30萬和45萬噸級油輪泊位多達6個。隨著國家對舟山石油儲備基地的戰略部署及舟山大漁山綠色石化基地的建設，來舟山港的大型和超大型油輪日益增多，其中外釣30萬噸級油品碼頭主要對接漁山綠色石化基地，該基地2020年達到4 000萬噸/年的煉化能力，因此，外釣油品碼頭30萬噸級油輪的進港靠泊將常態化。

二、舟山外釣油品碼頭概況及潮汐、潮流

（一）碼頭地理位置及作業區域

外釣油品碼頭位于舟山市外釣山西北側，外釣山東鄰舟山島老塘山港區，西毗冊子島實華一期30萬噸級和二期45萬噸級原油碼頭，泊位南端是光匯30萬噸原油碼頭，地理坐標30°03.75′N，121°57.54′E，如圖1所示。泊位與西側冊子島實華二期45萬噸級原油碼頭相距1.5海里，與光匯碼頭間距259米，該水域相鄰近的4個VLCC泊位間的回旋作業水域影響較小。作業水域海底電纜、油管較多，但航道較為寬闊，回旋水域足夠。

（二）碼頭工程結構及重要參數

碼頭為離岸式蝶形結構，由1座工作平臺（46×28米）、4座2500H鼓型橡膠護舷靠船墩、6座快速脫纜鉤系纜墩（2×2 000千牛）和4座人形通道組成，配備輸油臂4臺，每臺設計流量4 000立方米/小時，設計年吞吐量1 300萬噸/年[1]。泊位長度440米，走向022°—202°，泊位等級為30萬噸級，碼頭前沿水深-24.2米。

圖1 外釣油品碼頭位置及附近水域示意圖

（三）潮汐、潮流

舟山海區多為非正規半日潮，潮汐不等現象明顯，臨近的兩個高潮或低潮潮高不等及漲落潮歷時不等，漲潮時間平均為5小時57分鐘，落潮平均歷時6小時26分鐘。據外釣山臨時潮汐點實測數據顯示，外釣山最高潮位4.20米、最低潮位0.08米，平均高潮位3.27米、平均低潮位1.06米，最大潮差4.07米、最小潮差1.2米，平均潮差2.21米。最大漲潮流流速1.18米/秒、流向357°，最大落潮流流速1.36米/秒、流向163°，均出現在大潮汛期間表層[1]。夏季港區漲水流時間較長，冬季落水流來得早，且有落水流流速明顯大于漲水流流速的特點。

三、外釣油品碼頭附近水域潮流預報點數據和對靠泊的影響

在船舶大型化趨勢明顯的今天，潮流對大型船舶在港內操縱的影響越來越大，這就要求船舶操縱者對潮流的變化規律及實時流速流向進行精準掌握[2]。為了掌握外釣油品碼頭附近和航道中的潮流數據，舟山引航站與國家海洋局第二研究所合作并設置了三個測流點（圖1中S7、S6、S2三點所示），在測流點上設置流速流向測量儀，通過一段時期的觀測，積累了相關數據后，按照一定的數學模型進行推算，最后形成潮流預報數據。

（一）外釣油品碼頭附近水域潮流預報數據

外釣油品碼頭附近和航道中潮流經上述方法形成各預報點數據，表1是2019年5月21日S7、S6、S2三點潮流預報數據[3]。

表1 5月21日S7、S6、S2三點潮流預報數據

由此可見，2019年5月21日（農歷十七），定海港高潮1103時，入泊前沿水域（S7）最大漲水流（1.0米/秒）出現在高潮前約1小時，流向334°；高潮時流速0.88米/秒，高潮后1小時流速0.50米/秒，流向為340°（強推開流）；轉流時間在13：10—13：15（內插法求取，下同），轉流后45分鐘左右流速增加至0.43米/秒，流向147°（壓攏流）。碼頭外檔水域（S6）最大漲水流（0.98米/秒）也出現在高潮前1小時；轉流時間在13：10—13：15，轉流后45分鐘流速約0.44米/秒，流向198°（壓攏流）。碼頭停泊水域（S2）最大漲水流（0.40米/秒）出現在高潮前1～2小時；轉流時間在12：15—12：20，轉流后45分鐘左右流速0.26米/秒，流向213°（推開流）；轉流后1小時（13：15）流速約0.35米/秒，流向205°~213°之間（推開流）。

（二）潮流預報數據對靠泊的影響

大潮汛期間，船舶入泊水域（S7到S6）在高潮時和高潮前1小時有強推開漲水流，轉流一般在定海港高潮后2小時～2小時15分鐘，轉流后30～45分鐘有較強（0.25～0.44米/秒）的落水壓攏流；轉流前流速減小的同時流壓角在增大，不利于靠泊橫距和入泊角的調整。停泊水域（S2）受環島流影響，水流明顯較弱，最大漲水流流速約0.40米/秒，在高潮后1小時～1小時15分鐘轉流，轉流后30～45分鐘有0.25米/秒的落水流，該水域此時段前后流速較緩且變化不大，適合靠泊。緩流時段流向205°—213°，對靠泊船有推開作用，但如在泊位外檔的入泊角大于10°，則有壓攏作用，因此應根據實際情況及時調整好橫距、速度和入泊角度。

四、靠泊實例分析

（一）“MARAN LIBRA”輪靠泊時的數據

船舶資料：VLCC“MARAN LIBRA”輪，船長333米，吃水20.5米，319 431載重噸。潮汐：定海港低潮時06：10，1.04米；高潮時11：03，2.98米。蝦峙門深水航槽過槽時間07：45—08：45。計劃靠泊時間：2019年5月21日12：45。實際靠泊時間：2019年5月21日13：10。

（二）靠泊時機

外釣山受地形環島流的影響，潮流比較復雜，航行中減速淌航至入泊前，流向變化如圖2所示。碼頭離主航道較近，入泊過程受航道中的潮流影響較大，為安全靠泊選擇最佳的靠泊時機尤為重要。下面就受流影響和靠泊時間窗口分析總結靠泊時機。

圖2 “MARAN LIBRA”輪靠泊軌跡圖

1.靠泊時段流壓影響

考慮到在轉流時間段內靠泊船基本在停泊水域附近，此時富余水深約為船舶吃水的20%，所產生的流壓力為

FC=0.15×v2×LBP×T×9.8[4]

其中：FC為流壓力，千牛；v為流速，米/秒；LBP為兩柱間長，米；T為吃水，米。則VLCC“MARAN LIBRA”輪在不同流速下所受流壓力如表2所示。

表2 “MARAN LIBRA”輪在不同流速下產生的流壓力

滿載VLCC所需港作拖船總功率為

其中：Yt為拖船總功率，千牛；Δ為排水量，噸。

當v=0.50米/秒時，Yt=2 391.2千牛，顯然，流速超過0.50米/秒時，所配備的拖船已經無法滿足安全靠泊需求，計算結果也印證了5月21日大潮汛期間因提前到達入泊水域（此時漲流流速約0.70米/秒），VLCC在入泊過程中難以與碼頭接近而被流推開（如圖2所示），因此考慮到拖船在入泊過程中克服水流影響損失的功率，在滿足安全所需的功率下應該在轉流時或流速小于0.25米/秒時入泊較安全。

2.測流點轉流前、后30分鐘流速、流向

表3是2019年5月21日靠泊時機（轉流時間）前、后10分鐘、20分鐘、30分鐘的流速和流向。

表3 轉流時間前后的流速和流向

5月21日大潮汛期間，碼頭外側入泊水域轉流前20分鐘，流速小于0.25米/秒，流向偏北，船舶受推開的作用力；轉流后20分鐘，流速也小于0.25米/秒，流向偏南，船舶受壓攏的作用力，該時段水域內船舶可能船首、船尾受流作用力方向相反，形成一個使船首轉向碼頭的轉船合力矩。船舶在碼頭停泊的水域，高潮后1小時轉流，靠泊時段流速約0.25米/秒，流向在碼頭前沿呈微推開。

3.VLCC靠泊時間窗口選擇

據以上潮流預報、VLCC入泊受流影響和拖船功率發揮分析總結，結合落潮流比漲潮流大和帶纜時穩泊要求[5]，外釣油品碼頭VLCC靠泊時機為：夏季大潮汛在定海港高潮后2小時較好，中小潮汛2小時±15分鐘亦可；冬季受西北風影響，漲落潮流來得早，可各提前15分鐘。表4是在前期試靠泊總結的基礎上，對2019年部分VLCC靠泊實例時間的統計，其靠泊時間窗口的選擇基本上與本文分析結果一致。

五、結語

舟山港島礁航門較多，航道潮流復雜，相鄰近的兩個碼頭緩流時間都可能有差異，靠泊過程中應掌握該水域潮流變化特點，特別是對重載VLCC而言，靠泊和帶纜作業一定要在緩流時進行，因此選擇最佳的靠泊時機窗口可以最大限度地保障靠泊和穩泊作業安全。一旦錯過最佳靠泊窗口期，如果沒有其他拖船協助，建議返回錨地，等待下一個靠泊時機窗口。該碼頭現在主要靠初落潮水，滿載VLCC在入泊過程中受漲潮流影響明顯。以本文為例，超大型船舶在選擇最佳靠泊時機時，應注意以下幾點：（1）通過在相關水域設置潮流數據實測點或預報點，提前掌握各航段的流向流速及其變化。（2）掌握季節變化或大風及臺風、寒潮的影響造成的流向流速的變化，修正引航方案。（3）在入泊過程中根據流速流向及時調整船首向，避免產生較大的合力矩。正常情況下一般頂流入泊，船首拖船的功率相對船尾拖船的功率大一些，因為船尾有車舵可以配合。（4）留有較充足的入泊時間，以便及時調整靠泊策略和采取應對措施，確保引航安全。

表4 2019年部分VLCC靠泊實例時間統計