船舶在靠離泊時的水動力因素研究

董明遠

（天津港引航中心，天津 300456）

1 前言

船舶在靠離泊作業中安全是排在首位的。能夠對靠離泊過程產生的影響因素有很多，其中包括本船的操作性能、引航員的操縱、船長對港口碼頭情況的熟悉程度、海流、海浪、風壓、拖輪與車舵錨以及航儀器等等，在船舶靠離泊過程中，各種因素都在不斷變化，船只操作者要能夠及時對環境改變做出反應。

2 天津港及潮汐概況

天津港位于渤海灣西岸（38°59′31″N/117°42′44″E），居于海河水系出海口，是我國最大人工港口，港口水域總面積200km2，全長40余海里。碼頭泊位主要由東疆港區、南疆港區、北疆港區、臨港港區、南港港區五大部分組成，共計約150個泊位。天津港潮汐屬于不正規半日潮，有潮汐周日不等現象，在潮高周日不等方面不明顯，在潮時不等方面比較顯著。

因現階段最常用的靠泊方法是“頂流靠泊”法，所以本文就針對此方法來進行闡述。

3 頂流靠泊作業中的水動力因素

頂流靠泊作業中，船舶本身會因為水動力作用而產生船體偏離原始航向的情況，而船舶引航員會因為這種原因而駕駛船舶以非正常角度靠泊，這樣會導致船體本身外舷受到海流沖擊，進而導致一些船體偏轉問題無法得到解決。

3.1 水動力轉船力矩分析

水動力的定義是指：船舶在靜止或運動過程中與船體環繞的水體產生相對運動時，船舶本身承受的來自水體施加的力。如果船只處于靜止狀態，水面以下部分的船身會存在漂角值為β，此時船體會受到均勻的海流沖擊；如果水體處于靜止狀態，那么船體在以某一舷角β用與海水流動速度相同的速度運動時，水面以下的船身部分就會受到水動力作用并且存在對應的轉船力矩。

3.2 船體受力圖解

3.2.1 針對中小型船只

如圖1所示，該類型船舶通過自力進行靠泊作業，存在海流影響、沒有風壓、在正舵、橫移，現假設海流流速為勻速，船只航行的速度為VG，VG=船體本身速度VS與海流流速VC的合速度，同設在正舵不受到任何其他力的影響，在這種前提條件下，船體本身受到來自海流沖擊的速度VW等于VS，沖擊力的方向與船頭互反，此時船只不會發生偏轉現象。

圖1 無風壓、有海流時中小型船舶自力靠泊作業過程

如圖2所示，該類型船只通過自力進行靠泊作業，橫向內舷存在風壓、存在海流影響、有進車、存在內舷舵、保持船身朝向進行斜角運動。

圖2 橫向前側內舷來風、有海流時中小型船舶自力靠泊作業過程(VS為無風、正舵條件下的船速；VS’為實際船速)

3.2.2 針對大中型船只

如圖3所示，該類型船只在進行靠泊作業時需要拖船來進行協助作業，條件為不存在風壓、存在海流影響、存在正舵、船頭沒有發生偏轉、船體重心處于橫移狀態。拖船對船體本身施加的推力會加快船體橫移速度，海流流速為VC，船只相對地面移動速度為VG，二者合速度為船舶海流相對運動速度VW，速度與船頭線H存在夾角β，該情況下船體內側舷會受到海流沖刷影響，從而存在水動力FW，水動力致使船體發生偏轉的轉船力矩NW，拖船推力Nt跟NW相互抵消從而使得船體本身不會發生轉向，可以做到橫向無偏轉靠泊。

圖3 不存在風壓、存在海流時大中型船舶借助拖船進行靠泊作業

如圖4所示，該類型船只為重載船，該種船在進行靠泊作業過程中需要借助拖船的推力來進行，環境條件為不存在風壓、存在海流影響、船頭本身朝向內側，重心橫向移動。

圖4 不存在風壓、存在海流時大中型重載船舶借助拖船進行靠泊作業

圖5

操縱實例：

“中華榮耀”（292×45×18.32）計劃2021年6月19日，1800左靠G26，潮汐情況1534 141㎝ 2242 78㎝在進港過程中處于漲水，文中提到天津港漲水流速平均0.8節最大能達到1.8節，漲水流向西北。東北風3～4級1730在錨位起錨，起錨初始階段由于船速較慢，風流壓差角達到20°。所以起錨初始階段應該充分預估船舶受流壓影響所導致的飄移并及時用車加速，減小流對大船影響。1815在主航道上線，主航道航行過程中也需考慮到風流對船舶影響，切勿疏忽大意使船舶始終航行在主航道的中線上，在航行至泊位5海里時開始逐級減速，到達S15外擋時航速控制在6節，距泊位1海里時速度控制節并帶好拖輪并讓船尾正中拖輪放纜協助減速。當航行至G30段外擋時航速2.5節并用舵向右開始轉向，由于漲潮階段當大船開始向右開始轉向后右船尾會吃流，在舵力和水動力的作用下船首會加速向右偏轉，此時應果斷施加左舵，減小大船的轉速率，如果舵效不明顯應該果斷加車增加舵力并用船頭拖輪加以頂推來抑制大船向右偏轉，依據自身經驗始終使船舶向右的轉速率在5～7。由于主航道和泊位夾角約為80°，當船舶轉順以后要格外關注大船進速和船舶受流的影響向碼頭的橫移速度。

3.2.3 總結歸納

依上述四種情況，下面闡述幾點。

（1）當船舶進行頂流正角度靠泊作業時，船體本身并不一定是外側舷承受海流沖擊，一般海流沖擊的點位會因為舷角β改變而變化，β受船體本身在運動過程中受風壓、拖船推力、舵力以及本身車力等綜合作用的影響。船舶在進行實際頂流靠泊作業過程時，倘若船型為中小型，那么在船舶通過自力進行頂流靠泊作業時，外側舷受力的情況比較普遍，如果是大中型船只，那么在拖船的協助頂流靠泊作業過程中內側受力的情況會更多。

（2）船只因為存在承受海流沖擊力的位置不同，而會產生不同的轉船力矩，在受力分析過程中，要確保受力是產生向內轉向還是向外轉向。海水與船體的相對運動速度為VW，VW與船只運動速度VS的數值是相同的，但是方向相反，這點要著重注意。

（3）根據圖3、圖4可以了解到，大中型船舶在頂流靠泊作業過程中，船頭一定會存在受力而發生向內或向外轉向的情況，在這種情況下，即使大中型船與中小型船的承受海流沖擊點位相同，也會存在船體受力情況與轉向速度不同的狀態，該種情況大多數時間發生在船舶靠泊作業過程中轉向到某個特定靠泊角度。

4 結語

業內分析船舶靠泊作業過程中的水動力因素時，會認為對船頭轉向進行控制，目的是為了確定靠泊角與船體橫移距離之間的聯系，從而可以通過利用水動力的轉向改變角對其船頭轉向情況做出合理分析。在港口碼頭中，靠離泊是非常重要的船舶作業，也是船舶引航員必備的能力之一，更是企業建造船只時考慮的重要因素。頂流靠泊作為船舶靠離過程中最容易受水動力因素影響的作業之一，所以一定要嚴格控制角度，才能夠保證靠泊安全。