港內(nèi)結(jié)冰時拖輪排冰技術(shù)及應(yīng)用

張保旭

（盤錦港引航站，遼寧 盤錦 124200）

冬季港口結(jié)冰時船舶靠泊前需要破冰和排冰，通常利用拖輪進行此操作。由于浮冰的影響，船舶靠泊時間明顯增加，有時需要數(shù)個小時。冰情下與非冰情下靠泊時影響安全的因素有所不同，為此學(xué)者做了大量的研究。王延軍等總結(jié)了葫蘆島北港港區(qū)拖輪在冰期時的應(yīng)用。李洵分析了拖輪在助大型船舶靠泊時危險。楊炳棟分析了冰期時船舶擠冰和操縱方法。曲熠等分析了丹東港冬季冰情及應(yīng)對措施。趙步巒等研究了北方港口冬季冰期船舶操縱和靠泊技巧。

上述研究集中在冰情下船舶操作安全，對于拖輪排冰技術(shù)的研究相對較少，因此有必要對此做進一步的研究。本文在研究拖輪操縱特點基礎(chǔ)上，分析和總結(jié)了拖輪排冰的各種技術(shù)，并在實踐中得以應(yīng)用，顯著提高排冰效率。

1 港內(nèi)結(jié)冰對船舶靠泊的影響

冰區(qū)靠泊時港內(nèi)的積冰會聚集在船舶和碼頭之間，導(dǎo)致船舶無法靠上碼頭，大塊堅冰時可能劃破船體和損壞螺旋槳，另外風(fēng)流情況、積冰情況、泊位走向和空擋大小對冰區(qū)靠泊提出了更高的要求。大船在冰區(qū)內(nèi)操縱困難，耗時長且需頻繁用車有時甚至需要數(shù)小時靠泊，對船舶工況、拖輪的使用、駕駛臺和甲板工作人員身體和心理帶來極大的考驗。所以需要在靠泊過程中根據(jù)實際情況和拖輪的配置及排冰效果，合理統(tǒng)籌配置拖輪和制訂適合當(dāng)時實際情況的排冰方案，從而清除船舶和碼頭之間的積冰，實現(xiàn)安全高效的冰期靠泊。

下文圖中，空箭頭表示排出流方向；實箭頭表示拖輪移動方向；實曲線箭頭表示拖輪旋轉(zhuǎn)方向。

2 單個拖輪排冰的方法

目前，港內(nèi)適用較多的拖輪為雙車全旋回拖輪。該拖輪具有操縱性好的特點，通過雙車配合使用，可以原地掉頭和橫向移動，文中涉及的拖輪為雙車全旋回拖輪。

2.1 一字流排冰法

一字流排冰法是指利用拖輪向后的排出流，吹動浮冰移動，以達到清除水面的浮冰的目的，如圖1 所示。通常拖輪頂在碼頭上，拖輪與碼頭垂直，利用強大的排出流將浮冰吹離碼頭前沿水域。當(dāng)拖輪垂直頂在碼頭時，拖輪船體以及排出流可以阻擋拖輪一側(cè)的浮冰飄移到另一側(cè)，起到檔冰效果。該方法既可以吹冰又可以檔冰，適合船舶入泊前的前期排冰和入舶時的擋冰，如圖1 所示。

圖1 一字流排冰法

2.2 八字流排冰法

八字流排冰法是指拖輪雙車分別向外斜向推進，雙車排出流呈八字型，利用排出流產(chǎn)生的水動力，拖帶浮冰，如圖2 所示。通過調(diào)整排出流角度，可以控制拖帶浮冰的水動力大小和作用范圍。該方法通過拖冰可以將浮冰拖離設(shè)定的水域，也可以通過拖冰防止浮冰進入設(shè)定的水域，起到檔冰效果。該方法拖冰效果明顯，適合各種冰情。

圖2 八字流排冰法

2.3 橫移排冰法

橫移排冰法是利用拖輪雙車中一車排出流斜向后而另一車排出流斜向前，使得拖輪橫向移動，依靠船體推動浮冰，進行排冰，如圖3a 和圖3b 所示。該方法通過推冰，起到排冰或者檔冰效果。該方法作用范圍廣，效果明顯，適合中等以下的冰情。

圖3a 橫移排冰法 圖3b 橫移排冰法

2.4 旋轉(zhuǎn)排冰法

旋轉(zhuǎn)排冰法是指利用拖輪雙車吹向同一側(cè)從而使得拖輪旋轉(zhuǎn)，引起附近的浮冰向四周擴散。根據(jù)排出流方向，又分為原地旋轉(zhuǎn)排冰法和發(fā)散旋轉(zhuǎn)排冰法。使用原地旋轉(zhuǎn)排冰法時旋轉(zhuǎn)內(nèi)側(cè)的排出流流向為內(nèi)側(cè)斜前即偏船首方向，旋轉(zhuǎn)外側(cè)的排出流流向為內(nèi)側(cè)斜后即偏船尾方向，如圖4a 所示。當(dāng)排冰水域受限時可以使用該方法。

圖4a 原地旋轉(zhuǎn)排冰法 圖4b 發(fā)散旋轉(zhuǎn)排冰法

使用發(fā)散旋轉(zhuǎn)排冰法時排出流流向都為內(nèi)側(cè)斜后，如圖4b 所示。當(dāng)排冰水域不受限時可以使用該方法。該方法主要用于吹散拖輪四周的積冰，從而為后期排冰創(chuàng)造便利條件。

3 多個拖輪配合排冰的方法

當(dāng)積冰較厚時，單憑一條拖輪很難完成排冰任務(wù)，此時需要兩條甚至更多拖輪相互配合進行排冰。多個拖輪配合排冰的方法包括：

3.1 對頂互推排冰法

對頂互推排冰法是指兩條拖輪首首對頂，拖輪的排出流均為八字流，利用排出流產(chǎn)生的水動力進行排冰，如圖5 所示。單個拖輪八字流排冰時如果排出流過大，則拖輪前進速度會增大，此時如果拖輪前進速度高于被拖帶浮冰的漂移速度，會造成排冰效果變差。為了解決上述問題，可以將兩條拖輪對頂互推。由于兩條拖輪排出流方向相反，使得既使拖輪排出流增大，兩條拖輪的行進速度也不會變大，甚至速度為零。當(dāng)組合體需要向前移動時后拖排出流大于前拖排出流；當(dāng)組合體需要靜止不動時后拖和前拖排出流相同。

圖5 對頂互推排冰法

由于后拖排出流水動力增大同時而進速可控，拖冰效果增強，同時前拖的排出流起到推冰效果，因此該方法排冰效果明顯，適合冰情較重時。

3.2 同向錯位排冰法

如果需要排冰的水域范圍較大，通過單個拖輪八字流排冰時排空的水域由于附近水域浮冰的入侵使得排冰效果變差，需要反復(fù)排冰，用時較多，此時可以將多個拖輪同向錯位進行八字流排冰，如圖6 所示。當(dāng)拖輪的馬力不同時馬力大的拖輪在前；由于靠碼頭一側(cè)積冰相對較厚，所以前面拖輪要靠在碼頭一側(cè)，從而避免前面拖輪把積冰吹向碼頭增加后面拖輪排冰難度。

圖6 同向錯位排冰法

3.3 一檔一拖排冰法

一檔一拖排冰法是指一條拖輪在上風(fēng)或上流處檔冰，一條拖輪在下風(fēng)或下流處拖冰。當(dāng)有風(fēng)流時，浮冰會在風(fēng)流作用下向下風(fēng)流處飄移，為了避免上風(fēng)流處的浮冰流入拖輪排冰后的水域，可以在上風(fēng)流處放置一條拖輪檔冰。檔冰的方法可以采用一字流排冰法，如圖7a 所示：也可以采用橫移排冰法，如圖7b 所示。

圖7a 一檔一拖排冰法

圖7b 一檔一拖排冰法

3.4 反向橫移排冰法

反向橫移排冰法是指兩條拖輪船首向相反，在相反的方向上采用橫移排冰法排冰，如圖8 所示。該方法有助于排除流使拖輪間的浮冰從反向拖輪的船首排出，還可以避免拖輪排出流干擾反向拖輪的橫向運動。相比單拖輪橫移排冰法，雙拖輪的反向橫移排冰法排冰效果更好。該方法特別適合船舶平行靠泊時清除船舶和碼頭之間的浮冰，排冰時保持船舶與碼頭之間距離略大于拖輪船長。

圖8 顛倒橫移排冰法

4 拖輪排冰法的應(yīng)用

盤錦港集裝箱碼頭泊位走向為123～303 度，共有2 個集裝箱泊位，泊位總長度為610 米。泊位位于盤錦港東區(qū)一港池，其位置正對防波堤開口，當(dāng)吹南風(fēng)且漲潮流時集裝箱泊位前沿積冰非常嚴重，堆積冰甚至可達50 厘米。

2023 年2 月10 日，某大型集裝箱船靠盤錦港集裝箱碼頭101 泊位。該大型集裝箱船船長為294 米，船寬32.2 米，最大吃水10.0 米。

靠泊當(dāng)天，天氣情況為：南風(fēng)4～5 級。氣溫為：-3℃。潮汐情況為：到碼頭前沿時漲潮（低平潮后1 小時）；冰情為：滿港池積冰，冰層厚度20 厘米以上。根據(jù)碼頭走向和風(fēng)流情況，可以確定船舶靠泊時將遭受攏風(fēng)攏流的作用。

4.1 靠泊前破冰和排冰

由于港內(nèi)冰情嚴重，而且在攏風(fēng)攏流作用下泊位前沿積冰難以吹離泊位。因此在船舶抵達泊位前的前期破冰以破碎結(jié)冰層和大塊積冰為主，可采用來回趟航或發(fā)散旋回法。因攏風(fēng)攏流的作用積冰會回流至泊位前沿，所以對于有結(jié)冰層區(qū)域不宜盲目擴大破冰面積，以可滿足大船在泊位前原地旋回為宜。

4.2 入泊時排冰

集裝箱碼頭的101 泊位靠近港池的東北角，船舶左靠時船尾位置比較緊張，因此船舶入泊時盡量以較大入泊角度接近碼頭，當(dāng)接近碼頭時適當(dāng)減小入泊角度。在船舶入泊位時布置一條排冰拖輪位于船尾泊位位置附近以一字流排冰法排冰，布置另一條排冰拖輪位于船舶內(nèi)檔中后部位以橫移排冰法排冰，以此減少船舶前進旋回時攜帶的浮冰涌入船舶內(nèi)檔的泊位水域。

4.3 靠泊時排冰

由于積冰嚴重，靠泊時先將船舶平行推向泊位，一般推至距碼頭20～30 米時甚至更遠時由于堆積浮冰的阻擋將達到極限位置，船舶內(nèi)檔堆積大量浮冰。

此時安排排冰拖輪進入內(nèi)檔進行排冰，通過八字流排冰法盡量將船舶內(nèi)檔堆積的部分浮冰吹出內(nèi)檔。由于內(nèi)檔冰情緩解，船舶在內(nèi)外擋水壓和攏風(fēng)攏流作用下可能會向泊位漂移，因此提前停止協(xié)助拖輪頂推，并安排協(xié)助拖輪放纜備拖。

由于大型集裝箱船長過長且積冰嚴重，僅通過八字流排冰法無法將船舶內(nèi)檔浮冰全部排出，因此，在完成八字流排冰后，內(nèi)檔堆積的浮冰已經(jīng)被沖散，此時安排兩條拖輪采用反向橫移排冰法繼續(xù)清理船舶內(nèi)檔的浮冰。

積冰比較松散時可以適當(dāng)減少橫距以提高排冰效率，當(dāng)船舶進一步靠近泊位，約1 倍拖輪船長時兩條拖輪采用對頂互推排冰法，清理船舶內(nèi)檔的浮冰，既可以排出船前部積冰又可以防止船尾積冰回流。

通過上述步驟，船舶僅用時1 個小時左右順利完成靠泊任務(wù)，顯著提高了靠泊效率。

5 結(jié)語

冰期靠泊主要依賴拖輪排冰實現(xiàn)靠泊，本文研究和總結(jié)了單個和多個拖輪排冰技術(shù)，并在實踐中進行應(yīng)用和檢驗。該研究能提高拖輪排冰效率，有助于規(guī)范拖輪排冰操作，便于船舶和拖輪之間的協(xié)調(diào)作業(yè)。通過運用研究成果，能顯著縮短冰期船舶靠泊時間。影響拖輪排冰的因素眾多，本文僅考慮了排冰時拖輪的影響，在今后的研究中還需要考慮風(fēng)流和碼頭的影響，以便從系統(tǒng)的角度提高拖輪排冰和船舶冰期靠泊效率。