拖網漁船穩性指標統計分析

趙炳雄，嚴謹，黃技

（廣東海洋大學海洋工程學院，廣東 湛江 524088）

我國海洋經濟的快速發展和人民對于海產品需求的日益增加，大力推動了漁業經濟的發展。我國海洋魚類資源豐富，過去五年海洋捕撈產值呈上升趨勢，2019 年海洋捕撈產值2116.02 億元，占漁業產值的16.35%[1]。從捕撈產量（圖1）和漁船作業類型（圖2）來看，拖網漁船是目前海洋捕撈主要工具。拖網漁船安全性對于漁民的財產和人身安全十分重要，從2019 年的統計數據顯示漁業災情共沉船199 艘，死亡、失蹤和重傷人數8 人，直接經濟損失156.37 億元。統計資料和數據表明船舶發生事故的主要原因之一是船舶的失穩進而導致船舶失去控制[2]。

圖1 不同漁具的海洋捕撈產量比例

圖2 不同作業類型海洋機動漁船的比例

拖網漁船由于主尺度較小，空間狹窄，并且捕撈甲板機械較多，操作復雜，在風浪天氣容易發生失穩，海洋漁船往往需要在相當嚴酷的海況和氣象條件下進行作業，所以對穩性的要求極高。漁民長期在海上開展捕撈作業，漁船橫搖周期的快慢直接影響作業和生活的舒適度，也影響人員活動的安全性。在我國的漁業發展中，拖網捕魚是一種效果好、適用范圍廣的捕魚方法，因此研究拖網漁船的穩性對其發展有著重大的意義。

1 漁船穩性研究現狀分析

船舶穩性是漁船的最基本性能，早期學者、專業技術人員及企業單位通過統計各種海損事故船舶的穩性指標，集中研究船舶靜穩性參數,如初穩性高度、復原力臂曲線的特征值等，提出相應的界限，作為控制船舶穩性的標準，這些標準仍然是現在判斷船舶穩性的主要內容之一。近年來各相關單位和企業不斷完善漁船穩性的規定，中國海事局發布《國內海洋漁船法定檢驗技術規則（2019）》[3]和《遠洋漁船法定檢驗技術規則（2019）》[4]明確了在國內和遠洋作業的海洋漁船完整穩性校核的要求。邵峰等[5]結合有關的文獻資料、規則和例子分析了鋼質海洋漁船失穩事故的多方面原因，提出了實船檢驗方法對提高船舶建造水平的積極意義。林海[6]通過國內和遠洋漁船穩性衡準的數學模型比較了兩者穩性指標的差異，總結漁船穩性校核的注意事項，并分析了縱傾對穩性的影響。項立揚等[7]以南極磷蝦捕撈加工遠洋漁船為對象，對比分析了遠洋漁船規范穩性衡準的要求，探討了遠洋漁船的特殊作業工況，為我國高性能遠洋漁船的安全評估提供了技術支撐。

2 穩性指標統計分析方法

2.1 初穩性高

初穩性高GM 是衡量船舶穩性的重要指標，初穩性高越大，那么復原力矩也隨之變大，抵抗傾覆力矩的作用也越大。根據《船舶設計實用手冊》[8]船長在70m 以內的船舶的初穩性高可按照公式（1）計算。初穩性高GM 與型寬B、橫搖周期TΦ、橫搖系數f 之間存在一定的關系，可結合拖網漁船在不同裝載工況下的樣本數據，探討組合參數（B/TΦ)2與初穩性高GM 的關系。

2.2 橫搖周期

橫搖周期TΦ反映漁船在波浪中搖晃的劇烈程度，橫搖周期越大的漁船在波浪環境中越平穩，可參考《遠洋漁船法定檢驗技術規則（2019）》[4]公式（2）計算。公式顯示橫搖周期TΦ與初穩性高GM 和船寬B 有關，存在經驗參數C。可通過漁船型寬B 和初穩性高GM 等樣本數據，擬合橫搖周期TΦ的經驗參數。

2.3 橫搖角

2.4 最大復原力臂

根據《船舶設計實用手冊》[8]中得到復原力臂l 與船舶的主尺度參數Lpp、B、D、排水量△與設計吃水d有關系，可通過量綱分析的方法初步得到最大復原力臂lmax的關系式（4），通過漁船樣本數據進一步確定相關參數。

3 實船穩性指標統計

3.1 實船基本參數

參考《中國鋼質海洋漁船圖集》[9]選取15 艘拖網漁船作為研究對象，統計分析出港捕魚、捕魚中、滿載到港、空載到港四類基本載況的初穩性高、橫搖周期、橫搖角、最大復原力臂等指標與漁船船長L、船寬B、型深D、吃水d 和方形系數CB等主尺度要素（見表1）之間的關系。

表1 拖網漁船主尺度及船型系數

3.2 穩性指標統計分析

通過提取表1 樣本拖網漁船出港捕魚、捕魚中、滿載到港和空載到港各工況的穩性指標和主尺度要素，結合初穩性高的公式（1）、橫搖周期公式（2）、橫搖角公式（3）和最大復原力臂（4），運用最小二乘法的擬合得到圖3～圖6 的穩性指標與主尺度參數之間的關系式。

圖3 初穩性高的統計分析圖

圖4 橫搖周期的統計分析圖

圖5 橫搖角的統計分析圖

圖6 最大復原力臂的統計分析圖

4 拖網漁船穩定性指標的影響因素分析

根據初穩性高的統計分析，初穩性高越大漁船的橫搖周期就越短，對漁船安全使用不利。實際在船舶建造過程中初穩性高很大的程度上由型寬決定，由經驗公式可知型寬增加橫搖周期也會增加。由橫搖角的經驗公式可得重心垂向高度越大則橫搖角也越大，會降低船舶的穩性。

拖網漁船穩性設計時可以考慮以下因素：①保證初穩性高的下限增加船寬，使船舶的橫搖周期長一些，減緩橫搖運動；②B/d 增大橫穩心半徑BM 也會增加，根據GM=KB+BM-KG 則初穩性高也隨之增大致使船舶橫搖劇烈，在吃水受到限制的情況下限制漁船的型寬可以滿足船舶的穩性要求；③在確定了船舶的B/d 范圍后可通過降低漁船重心高度提高漁船的穩性，例如通過設置調節壓載水艙或在船底艙內加固定壓載。

5 結論

通過分析漁船的穩性指標的經驗公式和對多條樣本拖網漁船的穩性指標統計分析，可得到以下結論：

（1）大部分拖網漁船的穩性指標可通過相關漁船的規范的經驗公式可近似計算。

（2）通過樣本漁船的統計分析進一步確定初穩性高、橫搖周期、橫搖角和最大復原力臂與主尺度要素的關系，對于拖網漁船的設計和分析提供一定的參考。

（3）拖網漁船在設計時應該充分考慮穩性指標與各主尺度要素之間的關系，統籌設計出具有優良穩性的拖網漁船。